Summary
Bu video elektron darbesi iyonizasyonu kullanılarak uçucu ve oksidasyona hassas bileşiklerin kütle spectrometrical analizi için bir protokol verilmektedir. Sunulan teknik özellikle, metalik organillerinden, silanlar ya da bu tür bir Schlenk tekniği gibi atıl koşullar kullanılarak ele alınması gerekir phosphanes ile çalışan, özellikle, inorganik kimyager için ilgi çekmektedir.
Abstract
Bu video elektron darbesi iyonizasyonu kullanılarak uçucu ve oksidasyona hassas bileşiklerin kütle spectrometrical analizi için bir protokol verilmektedir. Tüm state-of-the-art kütle spektroskopisi yöntemleri analit (elektrosprey iyonizasyonu), CO, en az bir numune hazırlama aşaması, örneğin, iyi bir çözünme ve seyreltme gibi kütle spektrometresi ile uçucu ve oksidasyona hassas bileşiklerin analizi, kolay elde edilmemektedir Kütle spektrometresinin iyonizasyon kaynağına, bir matris bileşik (matris destekli lazer desorpsiyon / iyonizasyon) ya da hazırlanan örnekler transferi ile analit -crystallization, atmosfer şartları altında gerçekleştirilmelidir. Burada, numune giriş sisteminin kullanılması bir elektron darbeli iyonizasyon kaynağı ile donatılmış olan bir sektör alan kütle spektrometresi kullanılarak uçucu metal organillerinden, silanlar ve phosphanes analizini sağlayan tarif edilmektedir. Tüm numune hazırlama işlemleri ve iyon kaynağına numune uygulamaKütle spektrometresi oksidasyona karşı yüksek ölçüde hassas olan bileşiklerin analizini sağlayarak, her iki hava içermeyen koşullar altında ya da vakum altında yer almaktadır. Sunulan teknik, savurma tekniği olarak inert koşulları kullanılarak ele alınması gerekir, metal organillerinden, silanlara veya phosphanes, çalışma, özellikle inorganik kimyacılar için ilginçtir. Çalışma prensibi bu video sunulmuştur.
Introduction
Kütle spektrometrisi ile metal organillerinden, silanlar ya da phosphanes gibi bileşiklerin analizi, her zaman mümkün değildir. Bu bileşiklerin bazıları, hava ile temas ettiğinde zaman hızlı bir şekilde ayrılmaz bilinmektedir. Kütle spektrumu ölçüm Bu nedenle, en önemli adımlar, örnek hazırlama, hava yokluğunda kütle spektrometresi ve iyon kuşağa analitin transferidir. Bu protokol, bağlı çevre koşulları altında zorlu kullanım ve hızlı ayrışmasından daha önce kütle spektrometresi ile analiz gereken uçucu bileşiklerin kütle spektrumları elde edilmesini mümkün hale getiren bir giriş sisteminin, bu gereksinimleri karşılamak ve sunmak için bir strateji tarif eder. Böylece, roman ya da mevcut uçucu metal organillerinden, oksidasyon veya hidroliz duyarlı silanlarla ve phosphanes, net olmayan bir kimlik, şimdi kütle spektrometresi yardımıyla yapılabilir. Bileşikleri analiz etmek için karşılanması gereken iki gereksinim vardır kiatıl koşullar altında numune hazırlama ve iyon üretimi: oksidasyon ya da hidrolize hassastır. Son dayanak kolayca vakum altında çalışan bir iyon kaynağı ile bir kütle spektrometresi kullanılarak karşılanabilir. Bu, çoğu matris destekli lazer desorpsiyon-/ iyonizasyon (MALDI) kütle spektrometre ile, tüm elektron darbesi iyonizasyonu (El) kütle spektrometresi ile 1,2 durumdur. Iyonizasyon işlemi, ortam koşulları altında gerçekleşir 3 olarak Elektrosprey iyonizasyon (ESI), oksidasyon veya hidrolize duyarlı bileşiklerin analizi için hali hazırda uyumlu değildir. Bununla birlikte, oksijen ya da su, kurutulur ve en ESI kaynakları çalıştırılan hangi buharlaştırılması gazı ile kuvvetli bir şekilde reaksiyona girmek bazı bileşikler için kütle spektrometresi ile analiz 4 için yeterlidir. Bu aynı zamanda ESI, örneğin, düşük sıcaklıkta ESI, düşük ısı dereceli atmosferik basınç iyonizasyonu, ve düşük sıcaklıklarda sıvı ikinci iyon kütle spectr Benzer stratejiler İyonizasyon için geçerlidirometry 5-7. Bunun aksine, atıl koşullar altında bir iyon kaynağı içine örnek hazırlama ve transfer çok daha zordur. Her ikisi de, MALDI ve ESI araçlar inert bir atmosferde 4,8 oksidasyon ve / veya hidrolize duyarlı bileşiklerin hazırlanmasını örnek sağlamak amacıyla eldiven kutuları ile birlikte edilmiştir. Kütle spektrometresi ya da torpido gözü (MALDI) bağlı bir kılcal aktarım (ESI) veya doğrudan eldiven kutusuna arabirim. Sıvı enjeksiyon alan desorpsiyon / iyonizasyon (LIFDI) - - hassas bileşiklerin analizi, 9,10 rapor edilen bir transfer kılcal yoluyla kütle spektrometresi, bir eldiven kutusu içinde birleştirme başka bir iyonizasyon stratejisi kullanılarak mümkün olur.
Buna ek olarak, ve MALDI LIFDI çok uçucu bileşiklerin analizi için uygun değildir. MALDI bir matris ile bir analit 'in ko-kristalizasyonunu gerektiren ve LIFDI bir EMİ üzerine analitin birikmesini gerektirirçözeltisinden tter. Her iki iyonizasyon stratejileri sayesinde analit çözücü ile birlikte buharlaşıp gidecek çok olasıdır. MALDI araçların tersine, El kitle spektrometreleri genellikle iyon kaynağı içine numunesinin sokulması için bir çok yöntem sunar: doğrudan giriş probu (katı, sıvı yağlar, mumlar ya da az miktarda bir itme çubuğunu kullanarak sokulur bir alüminyum kap içine yatırılır) , bir gaz kromatografıyla ince bir bölme duvarı (sıvılar) giriş ya da bağlanma. Yine, örnek aktarımı en azından bir kısmının çevre koşulları altında gerçekleşir ve inert bir atmosfer altında yapılması zordur.
Tüm cam ısıtmalı emme sistemi (Aghis) 11,12 - 1960 yılında, örnek bir giriş sistemi EI aracın iyon kaynağına vakum altında numunelerin giriş sağlayan sunuldu. Burada, örnek Aghis sokulmuştur cam boru, kapalı bir parça içinde yer almaktaydı. Daha sonra, Aghis boşaltıldıve numune ile, cam kap kırıldı. Aghis sonra sızıntı vasıtasıyla bir El kitle spektrometresinin iyon kaynağı ulaştı örnek buharlaştırılması için ısıtıldı. Numune ile cam kılcal bir eldiven kutusu içinde hazırlandı zaman, numune havada temas etmeden kütle spektrometresi içine dahil edilebilir. Bununla birlikte, ticari olarak temin edilebilen ve Aghis daha yetenekli bir cam üfleme atölye için monte etmek zor değildir bir aparattır. Nedeniyle büyük boyutları itme çubuğunu kullanarak doğrudan girişi arasında geçiş ve Aghis yalındır değildir için.
Bizim kütle spektrometresi Laboratuvarda, biz Aghis tarzında benzer bir giriş sistemi geliştirdi. Bu, giriş sisteminin ısıtılması mümkün değil, ancak, analit, kütle spektrometresi, iyon kaynağını girmek için belirli değişmeler gösteren zorundadır. Analitin dalgalanma sıvı azot te vakum altında bileşiğin aktarımına izin vermek için, yeterli seviyede olması gerekirmperature - ya kaynatılarak veya süblimasyonla. Ismarlama emme sistemi örneğini içeren kilitli bir test tüpü bağlı edilebildiği doğrudan giriş sistemi, bir iğneli valf olan bir paslanmaz çelik boru ve bir flanş konumlandırılmış bir paslanmaz çelik levha, oluşur. Saniye içinde kolayca yapılabilir bir itme çubuğu kullanılarak soğuk giriş sistemi ve doğrudan girişi arasında geçiş - Soğuk giriş sisteminin kurulumu (Autospec X, şimdi Vakum Jeneratörler, Waters Corp, Manchester, İngiltere) kütle spektrometresi hiçbir değişiklik gerektirir.
Oksidasyon ya da hidrolize karşı hassas metal organillerinden, silanlar ya da phosphanes, analiz edilecek olduğunda sunulmaktadır emme sistemi özel bir kullanıma sahiptir. Bu bileşikler, genel olarak nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopi ve kızılötesi (IR) spektroskopisi kullanılarak analiz edilmiştir. Bunlar inkomplet verim Ne yazık ki, bu yöntemler bir bileşik açık olarak teşhis edilmesi için her zaman izin verirE bilgiler, örneğin, klor ve brom gibi elemanlar molekülün parçası olduğunda. Öte yandan gaz elektron kırınımı analit hakkında ayrıntılı bilgi verebilmektedir, ancak yöntem çok zaman tüketen, numune hazırlama zordur, ve sadece bazı gruplar bu analizleri 13,14 yapabilmektedir. Burada, El kütle spektrometresi ile oksidasyon ya da hidrolize karşı hassas metal organillerinden, silanlar ya da phosphanes, analizi için soğuk emme sistemi ile ilgili bilgiler ile sağlayarak büyük bir kullanım (in) yeni bileşiklerin kesin bir şekilde tanımlanması sağlanır organik kimyacıların olduğu Bir molekülün fragmanı ve karakteristik iyonlarının kitle. Bir madde için kütle spektrumlarının ölçümü için tek ön koşulu, indirgenmiş basınç altında belli bir oynaklık.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Numune Hazırlama
- Kütle spektrometresi içine taşınması ve örneklerin aktarımı için bir flanş (Şekil 1) ile ısmarlama kilitlenebilir test tüpleri kullanın. Numune ile doldurulmadan önce, bir çok manifoldu bir Schlenk hattına bağlı kilitlenebilir test tüpleri tahliye ve bir ısı tabancası ile ısıtılarak artık suyun ayrılması. Kuru Argon ile test tüpü havalandırın ve ısıtma ise yine tahliye.
- Sıvı azot ile dolu bir soğuk tuzağa kilitlenebilir test tüpü daldırın (DİKKAT: Sıvı nitrojen ile çalışırken dikkatli olun). Schlenk hattının bir manifolda bağlanmıştır, bir numune kabı ile test tüpüne örnek yoğunlaşmasına, test tüpünün üzerine kilidi hem de manifoldu kapatmak ve nitrojen banyosundan kilitli test tüpü çıkarın. Kütle spektrometrisi çok hassas olduğu için, bir miktar yeterlidir. Analitin en analizi sırasında kilitlenebilir test tüpü içinde kalır ve daha sonraki deneyler için mevcuttur doyurmayaölçümden sonra.
Numunelerin transferi için kullanılan 1. kilitlenebilir test tüpü Şekil. Soğuk, giriş sisteminin takmak için bir) Flanş, test tüpü (B) teflon kademe), hava içermeyen koşullar altında bir bileşik taşınmasını, (Cı olanak teflon dokunun çalıştırmak için vida.
Kütle spektrum 2. Ölçüm
- Burada kütle spektrometresi (üreticisi tarafından sağlanan talimatlara göre kütle spektrometresi ölçüm, ayar örnek ve kalibre önce, bir Autospec X (şimdi Vakum Jeneratörler, Waters Corp, Manchester, İngiltere) kullanılır. (PFK perflourokerosene kullanın) Bir standart ve melodi m yaklaşık 2.800 çözünürlüğe / z 119,% 10 vadi tanımlı) kütle spektrometresi olarak. Itme çıkarıniyon kaynağından doğrudan girişin çubuk ve test tüpü için dış arabirim gerekmektedir (Şekil 2). Itme çubuk ucu ısınmasını önlemek için, kütle spektrometresi kontrol yazılımı "septum" için giriş yöntemini ayarlayın.
- Dış arayüzüne numunesi ile dikkatle doldurulmuştur kilitlenebilir test tüpünün flanş bağlayın. Dış arabiriminin iğne vanasını açın ve girişi tahliye. Boşaltılmasından sonra dikkatlice tahliye adımı tamamlamak için iyon kaynağına vanasını açın. Dış arabiriminin iğne vanasını kapatın. DİKKAT: test tüpünün teflon kademe, bu aşamada kapalı olması gerekir.
- Kütle spektrometresinin yazılımda bir kütle ölçümü başlar. Kapalı olan iğne valfı ile arabirim dış bölümünü girmek için analit gaz fazlı moleküllerini sağlayan, çok kısa bir süre için test tüpünün teflon vanasını açın. Tekrar teflon musluğu kapatın.
Not: Tefl arasındaki alan ile birlikte arayüzün dış bölümüdokunun ve kilitlenebilir test tüpünün flanşı üzerinde (Şekil 1 karşılaştırmak ve 2B), analiz sırasında bir analit gaz deposu olarak hizmet vermektedir. - Iyon kaynağı vakum göstergesi gözlemlerken dikkatlice iğne vanasını açın. Bu adım, analit molekülleri Kütle spektrometresinin iyon kaynağı girmesini sağlar. Vakum ölçüm sırasında 10 -5 mbar altına düşmemelidir.
NOT: kaliteli analit kütle spektrumlarının volatilite bağlı olarak yaklaşık 10 -6 mbar elde edilir. Numunenin kütle spektrumu artık kaydedilir. Genellikle, iğne valfı vasıtasıyla aletin sızması Numune miktarı bir kaç dakika boyunca kütle spektrumu kaydetmek için yeterlidir. Durumunda iyonlarının yoğunluğu biraz daha fazla belirleme zamanını sağlar iğne valfini açmak azalır. 70 eV kaydedilen kütle spektrumlarının kalitesi tatmin edici değilse, kütle spektrumları düşük kinetik enerjileri kullanılarak kaydedilebilirelektronlar, örneğin, 20 eV.
Bir X, VG Autospec A iyon kaynağı takılmış boş kilitlenebilir bir test tüpüne) kilitlenebilir test tüpü, (B), bir test tüpü arasındaki flanş bağlantısı soğuk bir emme sistemi, Şekil 2. Soğuk emme sistemi (C), iğne valfı (D) İyon kaynağı bağlantısı gibi bir conta ile paslanmaz çelik levha, doğrudan giriş (E) arabirimi, itme çubuğunun seramik uç görülebilir.
Ölçüm sonra 3.
- Dış arabiriminin iğne vanasını kapatın. Iyon kaynağına tabi vanasını kapatın. Yazılımda kütle spektrumlarının elde edilmesini durdurur.
- Tamamen iğne vana açarken giriş sistemini boşaltın. Top ise arabirimini Ventvana ve iğne valf kapalıdır. Tekrar arayüzü tahliye arayüzde kalan örnek buharını çıkarmak için, bu aşama sırasında iğne vanasını açın. Bu adımı en az 3x tekrarlayın.
- Arayüzünden kilitlenebilir test tüpü çıkarın. Aşağıdaki örnek ile devam veya iyon kaynağının flanştan dış arabirim kaldırmak ve itme çubuğu ile değiştirin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tris (triflorometil) fosfan bir El kitle spektrumu, çok çabuk ayrışan Şekil 3, bir bileşiğin, mevcut olduğunda hava (Şekil 4) ile temas halinde değildir. Sunulan arabirimi Bu bileşikler için kütle spektrumlarının yalındır ölçülmesini sağlar. Yeni arayüz işlemi kolay ve hızlı ve rutin itme çubuğunu kullanarak doğrudan girişi uygulanmış kütle spektrometresi çalıştırırken hiçbir engel oluşturmaktadır.
Şekil 3. tris Kütle spektrumu (triflorometil) fosfan. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Tris (triflorometil) fosfan ile dolu Şekil 4. (A) Saklama kabı. Tris (triflorometil) fosfan küçük bir miktarı ile doldurulur ve (B), konteyner. Hava ile temas ettiğinde (C), tris (trifluorometil) fosfan kendiliğinden alev alır. (Dr J. Bader nezaket ile fotoğrafları.)
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Standart numune hazırlama prosedürleri altında bozulmayan bileşiklerden kütle spektrumlarının edinimi bu protokol sunulmuştur. Sunulan teknik özellikle, inorganik kimyacılar için ilginç hale oksidasyon ve / veya hidroliz için yüksek ölçüde hassas olan metal organillerinden, silanlar ve fosfan analizi için tasarlanmıştır. En iyi sonuçları elde etmek için, vakum ve hava içermeyen şartlar analiz boyunca korunması gerekir. Bu nedenle protokol titizlikle takip edilmelidir. Sızıntılar ya da giriş sisteminin yanlış kullanımı nedeniyle, bu örnek kabının patlama gibi ciddi sonuçları analiz edilecek bileşiğe bağlı olarak durumda (Şekil 4) olabilir, çünkü durumda, analit, hava ile temas eder. Gerektiğinde vakum altında numune hazırlama da etkisiyle kötü imal edilen cam eşya onlar implode gibi, savurma hatları ile çalışmak için kullanılır yalnızca eğitimli personel tarafından yapılmalıdır. Patlamalar mIght, zayıf kullanımdan Schlenk hat giren hava ile reaktif bileşiklerin, temas kaynaklanabilir. Soğuk tuzak atıl gaz pisliklerden Dondurulmuş sıvı oksijen tehlikesi de göz önüne alınması gerekmektedir. Sıvı oksijen ile herhangi bir (de) organik bileşik İletişim savurma hattının patlamasına neden dinç reaksiyonlara neden olabilir. Analiz sırasında kütle spektrometresi, iyon kaynağı basınç aracı hasara neden olabilir iyon kaynağında yüksek bir basınca kadar dikkatle takip edilmelidir.
Oksidasyon ve / veya hidroliz, silanlar ve fosfan son derece duyarlı uçucu metal organillerinden, gibi çok ender veya imkansız numune hazırlama ve iyonizasyon yaygın altında yapılmaktadır ESI veya MALDI iyon kaynakları, ile state-of-the-art kütle spektrometre kullanılarak analiz atmosferik koşullar. Burada soğuk emme sistemi analit sokulması için mevcut yöntemlere değerli bir uzantısını gösterir. Ancak, soğuk girişiESI analit çözeltisi ve MALDI analit iyonlarının oluşturulması için matris ile ko-kristalize bir akışını gerektirir ancak bu iyonizasyon kaynağına gaz analit akışı sunar gibi sistem, ESI ve MALDI iyon kaynakları ile uyumlu değildir. Her iyonizasyon bir strateji olarak, El de bir dezavantajı var - elektron ışınının yüksek enerjiye bağlı olarak, Parçalanma sık görülür. Analitin doğasına bağlı olarak, bu, bir moleküler iyon yokluğunda neden olabilir. Ancak, verilen bileşik, analit, yüksek saflıkta olup, özellikle parçası iyonları kullanılarak da tespit edilebilir. Bir açık olarak teşhis edilmesi için, sentez yolu, bu durumda bilinen gerekir. Moleküler iyon kütle spektrumu içinde mevcut olan bileşikler için, fragman iyonları molekülün Yapıyı teyit etmek için kullanılabilir. Soğuk, giriş sisteminin tasarımına bağlı olarak, elde sunulan strateji belirli bir uçuculuğa sahip bileşikleri ile sınırlıdır. Analitin volatilitenin için yeterli olmak zorundadırsıvı azot sıcaklığında vakum altında bileşiğin transferi için llow - ya düşük kaynama noktasına sahip, süblimleştirme yolu ile. Yüksek kaliteli kütle spektrumu vermez çok düşük buhar basıncına sahip olan bileşikler. Tek kütle ölçümleri arasındaki karışma nadiren görülmektedir ve daha dikkatli bir giriş sisteminin pompalama ile minimize edilebilir.
Genel olarak, ölçümler bir NB iyon kaynağı ve doğrudan giriş sistemi ile donatılmış her kütle spektrometresi ile yapılabilir. Sunulan soğuk emme sistemi saniye içinde operasyonel ve kütle spektrometresi üzerinde hiçbir değişiklik gerektirir. Ancak, soğuk giriş sisteminin arabirim özel el El kitle spektrometresi mevcut girişlerinin boyutlarına göre yapılmalıdır. Mevcut kütle spektrometresi yeteneklerine bağlı olarak, ek deneyler, böyle bir belirleme ya da element bileşimlerinin veya teyidi için doğru kütle ölçümleri gibi, yapılabilir iyon-kine kütle-analizparçalanma yollarının aydınlatılmasına tik enerji spektrometrisi (MIKES). Bu nedenle, soğuk emme sistemi EI kütle spektrometresi bir itme çubuk kullanılarak rutin kullanılan doğrudan girişine yanında ek bir örnek giriş stratejisini temsil eder.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| VG Autospec X | Micromass Co. UK Ltd (now Waters) | Other EI mass spectrometers with direct inlet using a push rod should also be compatible with this technique | |
| Lockable test tubes with flange | Custom made, teflon tap should be used for locking the test tube | ||
| Interface for lockable test tubes | Custom made, interface is prepared from stainless steel. Needle valve has to be included into the interface-design! | ||
| Schlenk line | Custom made, has to include vacuum pump for evacuation of thest tubes and cold trap with liquid nitrogen for trapping of the sample |
References
- Field, F. H., Franklin, J. L. Electron Impact phenomena and the Properties of Gaseous Ions Revised Edition. , Academic Press. (1957).
- Schaeffer, O. A. An Improved Mass Spectrometer Ion Source. Rev. Sci. Instrum. 25, 660-662 (1954).
- Yamashita, M., Fenn, J. B. Electrospray Ion Source - Another Variation of the Free-Jet Theme. J. Phys. Chem. 88, 4451-4459 (1984).
- Lubben, A. T., McIndoe, J. S., Weller, A. S. Coupling an electrospray ionization mass spectrometer with a glovebox: A straightforward, powerful, and convenient combination for analysis of air-sensitive organometallics. Organometallics. 27, 3303-3306 (2008).
- Cooper, G. J. T., et al. Structural and Compositional Control in {M12} Cobalt and Nickel Coordination Clusters Detected Magnetochemically and with Cryospray Mass Spectrometry. Angewandte Chemie International Edition. 46, 1340-1344 (2007).
- Wang, W. S., Tseng, P. W., Chou, C. H., Shiea, J. Detection of reactive 1,2,3-hexatriene-5-one monomer by low-temperature atmospheric pressure ionization mass spectrometry. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 12, 931-934 (1998).
- Wang, C. H., et al. Detection of a thermally unstable intermediate in the Wittig reaction using low-temperature liquid secondary ion and atmospheric pressure ionization mass spectrometry. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 9, 1168-1174 (1998).
- Eelman, M. D., Blacquiere, J. M., Moriarty, M. M., Fogg, D. E. Shining new light on an old problem: Retooling MALDI mass spectrometry for organotransition-metal catalysis. Angewandte Chemie-International Edition. 47, 303-306 (2008).
- Linden, H. B. Liquid injection field desorption ionization: a new tool for soft ionization of samples including air-sensitive catalysts and non-polar hydrocarbons. Eur. J. Mass Spectrom. 10, 459-468 (2004).
- Gross, J. H., et al. Liquid injection field desorption/ionization of reactive transition metal complexes. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 386, 52-58 (2006).
- Peterson, L. Mass Spectrometer All-Glass Heated Inlet. Analytical Chemistry. 34, 1850-1851 (1962).
- Stafford, C., Morgan, T. D., Brunfeldt, R. J. A mass spectrometer all-glass heated inlet. International Journal of Mass Spectrometry and Ion Physics. 1, 87-92 (1968).
- Hayes, S. A., Berger, R. J. F., Mitzel, N. W., Bader, J., Hoge, B. Chlorobis(pentafluoroethyl)phosphane: Improved Synthesis and Molecular Structure in the Gas Phase. Chemistry-a European Journal. 17, 3968-3976 (2011).
- Zakharov, A. V., et al. Functionalized Bis(pentafluoroethyl)phosphanes: Improved Syntheses and Molecular Structures in the Gas Phase. European Journal of Inorganic Chemistry. , 3392-3404 (2013).
