Kütle Spektrometresine Giriş

Kütle spektrometresi, bir numune içindeki bilinmeyen bileşiklerin tanımlanmasını ve miktarının belirlenmesini ve yapılarının belirlenmesini sağlayan analitik bir tekniktir.

Kütle spektrometresinde, gaz fazı iyonları bir numunedeki atomlardan veya moleküllerden üretilir. İyonlar daha sonra m/z ile sembolize edilen kütle-yük oranlarına göre ayrılır.

Bu ayırma, bir numune hakkında kütleleri ve yapıları gibi nicel ve nitel bilgilerin belirlenmesini sağlar.

Bu video, kütle spektrometresinin temel kavramlarını ve enstrümantasyonunu tanıtacak ve element nicelemesinde kullanımını gösterecektir.

Bir kütle spektrometresi, bir iyonizasyon kaynağı, bir kütle analizörü ve bir dedektörden oluşur. İyonizasyon kaynağında, bileşikler genellikle tek bir pozitif yüke iyonize edilir.

İyonlar, bir elektron ışını, plazma veya lazerlerle çarpma gibi çeşitli teknikler kullanılarak üretilebilir ve her biri moleküler yapının belirlenmesine yardımcı olan bir dizi parçalanmaya neden olur. Bu yöntemler gevşek bir şekilde "sert" ve "yumuşak" iyonizasyon olarak gruplandırılır.

Sert iyonizasyon teknikleri, geniş parçalanmaya neden olur ve bu da daha düşük kütleli daha fazla parçaya neden olur.

Yumuşak iyonizasyon teknikleri, yüksek moleküler kütle aralığı ile daha az veya neredeyse hiç parçalanma ile sonuçlanır.

Parçalanma çok büyükse, değerli yapı bilgileri kaybolabilir. Çok azsa, küçük moleküller verimli bir şekilde iyonize olmaz. Bu nedenle, bir iyonizasyon yönteminin seçimi, ilgilenilen analite ve istenen parçalanma derecesine bağlıdır.

İyonlar daha sonra ayrılacakları kütle analizörüne girerken bir elektrik alanında hızlandırılır.

En temel kütle analizörü, homojen bir manyetik alan üreten kavisli bir mıknatıstan oluşan manyetik bir sektördür. Mıknatısın çekici kuvveti ve hızlanan iyonların merkezkaç kuvveti, eğri boyunca dairesel bir yolda hareket etmelerine neden olur.

İyonların dairesel yolunun yarıçapı, hızlanma voltajına, uygulanan manyetik alana ve kütle-yük oranına bağlıdır.

Voltaj ve manyetik alan daha sonra eğri yol boyunca yalnızca belirli kütle-yük oranı türlerine izin verecek şekilde seçilebilir. Diğer iyonlar manyetik yolun kenarlarına çarpar ve kaybolur. Manyetik alan kuvvetini tarayarak, istenen iyonlar dedektöre farklı zamanlarda ulaşır ve böylece her bir türü tam olarak tanımlar.

Başka bir kütle analizörü türü, dört kutuplu kütle filtresidir. Dört kutuplu, her bir karşıt çubuk çifti elektriksel olarak bağlı iki çift paralel metal çubuktan oluşur.

Çubuk çiftlerine bir doğru akım voltajı uygulanır ve potansiyelleri sürekli olarak değiştirilir, böylece çiftler her zaman diğeriyle faz dışı kalır.

İyon ışını daha sonra dört çubuğun merkezinden geçirilir. İyonlar, çubuklardan gelen sürekli çekim ve itme nedeniyle tirbuşon benzeri bir yolda hareket eder. İyonların kütle-yük oranına bağlı olarak, iyon ya dört kutuplu tam yolu boyunca ilerleyecek ve dedektöre ulaşacak ya da çubuklara çarpacaktır.

Kütle spektrometresinin temelleri açıklandığına göre, laboratuvardaki kullanımına bir göz atalım.

Bu deneyde kullanılan kütle spektrometresi, dört kutuplu bir filtreye sahip endüktif olarak eşleştirilmiş bir plazma veya ICP iyonlaştırıcıdır. Cihaz, bir numunedeki metal bir bileşeni tespit etmek ve miktarını belirlemek için kullanılacaktır.

Deneye başlamak için, kirletici demir izlerini gidermek için tüm polipropilen tüpleri 5 mL 0.1 M hidroklorik asit ile doldurun. Tüpleri 50 ° C'de 1 saat su banyosuna yerleştirin.

İnkübasyondan sonra, tüpleri 5 mL deiyonize su ile yıkayın ve tüpleri bir fırında veya kimyasal kaputta kurutun.

Temiz tüplere 1.8 mL konsantre nitrik asit ve 200 ? İlgilenilen izotopu içeren L numune.

Konsantre asit kullanırken güvenlik önlemlerine uyun.

Tüpleri gece boyunca bir su banyosuna yerleştirin. Gerekirse sindirim süresini kısaltmak için sıcaklık artırılabilir.

Numune sindirildikten sonra, tüpleri oda sıcaklığına soğumaya bırakın.

Daha sonra, numuneleri seyreltmek ve %20'nin altında bir nitrik asit konsantrasyonu elde etmek için 8 mL deiyonize su ekleyin. Numunenin son seyreltilmesi 1/50'dir. ICP için ideal konsantrasyon milyarda parça aralığındadır. Kalan makroskopik kalıntıları peletlemek için tüpleri santrifüjleyin.

ICP, yaklaşık 10.000 ° C'de birleştirilmiş argon plazması kullanan bir sert iyonizasyon yöntemidir. Numune moleküllerini iyonize etmek için elektriksel olarak iletken olan C.

Temiz olduğundan emin olmak için ICP torcunu inceleyerek cihaz kurulumuna başlayın.

Ardından, temiz olduklarından emin olmak için örnekleyiciyi ve sıyırıcı konilerini inceleyin. Bu koniler, ICP torcu tarafından üretilen iyon demetinin yalnızca iç kısmının örneklenmesini sağlar ve kütle spektrometresinin yüksek vakumuna karşı bir bariyer görevi görür.

Argon basıncını kontrol edin ve soğutucuyu çalıştırın. Sisteme plazma ve sıvı akışını başlatın. Sistemin tamamen ısınması için 20 dakika bekleyin.

Ardından, bilinen çeşitli temel standartları içeren standart bir test çözeltisini aspire edin. Test çözeltisi, analit çözeltisinin beklenen kütle aralığını kapsayacak şekilde seçilmelidir.

Çözüm akışı kurulduğunda, cihazı üreticinin yönergelerine göre başlatın ve test edin.

Cihazı çalıştırmak için önce ilgilenilen elementleri ve izotopları seçin. Ardından tarama modunu tepe atlamalı olarak ayarlayın.

Ölçüm başına beş çoğaltma seçin. Her çoğaltmayı, her biri 50 ms'lik bir bekleme süresine sahip 40 ölçüm taraması içerecek şekilde ayarlayın. Toplam tümleştirme süresi, çoğaltma başına 2.000 ms'dir.

Önceden hazırlanmış standart çözeltileri ölçerek tercih edilen elemanlar için bir kalibrasyon eğrisi hazırlayın.

Son olarak, numuneyi, bu durumda demir oksit nanopartiküllerini çalıştırın. Demir kalibrasyon eğrisini kullanarak demir konsantrasyonunu belirleyin.

Kütle spektrometresi, çeşitli iyonizasyon ve kütle analizi teknikleri kullanılarak çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır.

Bu örnekte, yüksek moleküler ağırlıklı proteinleri analiz etmek için matris destekli lazer desorpsiyon iyonizasyon uçuş süresi veya MALDI-TOF adı verilen bir tür yumuşak iyonizasyon kütle spektrometresi kullanılmıştır. MALDI ile moleküller, büyük moleküller iyonize olduğunda fraksiyonlaşmayı azaltmak için bir matris ile stabilize edilir.

Protein çözeltisi ve matrisin her ikisi de temiz MALDI plakasında lekelendi ve kurutuldu. MALDI plakası cihaza yerleştirildi ve numune analiz edildi.

Uçucu ve oksidasyona duyarlı bileşiklerin analizi, sert bir iyonizasyon tekniği olan elektron iyonizasyonu - kütle spektrometresi kullanılarak ölçüldü.

İlk olarak, tüpün tamamen boşaltılmasını sağlamak için kilitlenebilir bir tüp sistemi tasarlandı, ardından numunenin sıvı nitrojen ile soğutularak yüklenmesi sağlandı.

Numune tüpü giriş portuna bağlandı ve numune cihaza yüklendi. Bu durumda numunenin kütle spektrumu tris (triflorometil) fosfat daha sonra analiz edildi.

Gaz fazı moleküllerinin ve kümelerinin elektronik yapısını araştırmak için senkrotron radyasyonu ile birleştirilmiş bir moleküler ışın kütle spektrometresi kullanıldı.

Sinkrotron radyasyonu ile entegre edilen moleküler ışın, gaz fazındaki molekülleri araştırmak için seçici bir iyonizasyon yöntemi sağladı.

Numune nozüle yüklendi, nozül cihaza yeniden yüklendi ve foton demetinin hazneye girmesine izin verildi.

Kütle spektrumu daha sonra toplandı ve moleküllerin elektronik yapısını belirlemek için fotoiyonizasyon verimliliği verileriyle karşılaştırıldı.

JoVE'nin kütle spektrometresine girişini yeni izlediniz. Artık kütle spektrometresinin temel enstrümantasyonunu ve temel kütle spektrometresi tabanlı bir analizin nasıl çalıştırılacağını anlamalısınız.

İzlediğiniz için teşekkürler!