ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ ΜΑΖΑΣ ΙΙ. Αναστασία Δέτση Αναπληρώτρια Καθηγήτρια, Σχολή Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ

Transcript

1 ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ ΜΑΖΑΣ ΙΙ Αναστασία Δέτση Αναπληρώτρια Καθηγήτρια, Σχολή Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ

2 Ισότοπα Η μοριακή μάζα μιας ένωσης υπολογίζεται αθροίζοντας τις ατομικές μάζες όλων των ατόμων που την αποτελούν: π.χ. Μορφίνη: C 17 H 19 NO 3 = (17) (19) (3) = Da Όμως στο ΕΙ-MS παρατηρείται το μοριακό ιόν σε m/z Η μοριακή μάζα στο φάσμα μάζας υπολογίζεται λαμβάνοντας υπόψη τη φυσική αφθονία των ισοτόπων. Επομένως, οι μοριακές μάζες που έχουν υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το μέσο όρο των μαζών των ισοτόπων θα διαφέρουν αρκετά από αυτές που δείχνει το φάσμα μάζας, ειδικά σε περιπτώσεις που τα μόρια περιέχουν Br Cl ή ορισμένα μέταλλα. 2

3 Φυσική αφθονία ατόμων που απαντώνται συνήθως στις οργανικές ενώσεις και των ισοτόπων τους (σχετική αφθονία θεωρώντας ως 100 το πιο κοινό ισότοπο) Στοιχείο Ισότοπο Μ+1 Σχετική αφθονία Ισότοπο M+2 Σχετική αφθονία 1 H 2 H C 13 C N 15 N O 17 O O F 28 Si 29 Si Si P 32 S 33 S S Cl 37 Cl Br 81 Br I

4 Intensity (%) C 17 H 19 NO 3 Mass Spectrum C 0, 15 N Υπολογιζόμενη μοριακή μάζα C 1 20 or 15 N 1 13 C 2 or 13 C N M ass [amu]

5 Ισότοπα Αλογόνα Το Cl και το Br δίνουν χαρακτηριστικές ισοτοπικές κορυφές Το F και το I έχουν μόνο ένα φυσικό ισότοπο αλλά η παρουσία τους αναγνωρίζεται από τις ιδιαίτερα ασυνήθιστες διαφορές μάζας: 19 or 127 Ισοτοπική αφθονία Χλώριο: 35 Cl 100% και 37 Cl 32.5% Βρώμιο: 79 Br 100% και 81 Br 98% Επομένως: Η παρουσία δύο κορυφών μοριακού ιόντος σε M + /[M+2] + με αναλογία έντασης 3:1 είναι ενδεικτική της παρουσίας ενός ατόμου Cl στην ένωση. Η παρουσία δύο κορυφών μοριακού ιόντος σε M + /[M+2] + με αναλογία έντασης 1:1 είναι ενδεικτική της παρουσίας ενός ατόμου Br στην ένωση.

6 Intensity (%) Intensity (%) Intensity (%) Ισοτοπικά σύνολα κορυφών C 2 H 3 Cl 3 trichloroethane C 12 H 27 SnBr tributyltin bromide Mass [amu] 80 C 83 H 122 N 24 O 19 A 14-mer peptide Mass [amu] Mass [amu]

7 Φάσμα μάζας πεπτιδίου με 19 αμινοξέα (94 άτομα άνθρακα) μονοϊσοτοπική μάζα Χωρίς άτομα 13 C (μόνο 12 C) Με ένα άτομο 13 C Δύο άτομα 13 C

8 Φάσμα μάζας της ινσουλίνης 2 x 13 C 13 C 12 C : Η ινσουλίνη έχει 257 άτομα C. Η μονοϊσοτοπική κορυφή είναι πολύ μικρή για να είναι χρήσιμη, και γι αυτό σε περιπτώσεις πεπτιδίων με αριθμό C>250 χρησιμοποιείται η μέση μοριακή μάζα.

9 Μηχανισμοί θραυσματοποίησης (μέθοδος ιοντισμού ΕΙ) Αρχικά αποσπάται ένα ηλεκτρόνιο από το μόριο: M M +. Κατιοντική ρίζα Ιόν περιττού αριθμού e (OE +. ) Στη συνέχεια μπορούν να συμβούν οι εξής διασπάσεις: Ευκολία απόσπασης ηλεκτρονίων: Μη δεσμικά > π > σ M +. F +. + N Κατιοντική ρίζα Ουδέτερο θραύσμα Μπορεί να διασπαστεί περαιτέρω με απώλεια ρίζας M +. F + +. R Ιόν ζυγού αριθμού e(ee+) ρίζα Μπορεί να διασπαστεί περαιτέρω με απώλεια ουδέτερου μορίου

10 Μηχανισμοί θραυσματοποίησης (μέθοδος ιοντισμού ΕΙ) Διάσπαση σίγμα (σ) δεσμών Διάσπαση σε θέση α (ομολυτική α-διάσπαση) Επαγωγική διάσπαση (ετερολυτική) Αναδιάταξη McLafferty

11 Διάσπαση σ δεσμών Η απόσπαση ενός ηλεκτρονίου από ένα σ δεσμό ελαττώνει την ενέργεια δεσμού Καθώς ο δεσμός διασπάται το ένα θραύσμα κρατά το ηλεκτρόνιο και είναι ουδέτερη ρίζα (R ) Το άλλο θραύσμα είναι ένα θετικά φορτισμένο ιόν ζυγού αριθμού ηλεκτρονίων (καρβοκατιόν, R + ) Σταθερότερα είναι τα πιο υποκατεστημένα καρβοκατιόντα Οι υδρογονάνθρακες ευθείας αλυσίδας συνήθως δίνουν πολλά θραύσματα με διαδοχικές απώλειες ομάδων CH2 (m/z 14)

12 Παράδειγμα διάσπασης σ δεσμού Φάσμα ΕΙ-MS εξανίου

13 Παράδειγμα διάσπασης σ δεσμού Φάσμα ΕΙ-MS 2-μεθυλο-πεντανίου 43 71

14 Ομολυτική α-διάσπαση Η διάσπαση προκαλείται όταν ένα ηλεκτρόνιο από δεσμό σε θέση α- σε σχέση με το άτομο που φέρει το φορτίο, συζεύγνυται με τη ρίζα. Σε αυτή την αντίδραση το φορτίο δεν μετακινείται. Άτομα που οδηγούν προς α-διάσπαση N > S, O, π, R > Cl, Br > H

15 Παράδειγμα α-διάσπασης Φάσμα ΕΙ-MS 3-μεθυλο-3-εξανόλης

16 Παράδειγμα α-διάσπασης Φάσμα ΕΙ-MS 2-βουτανόνης

17 Επαγωγική διάσπαση (ετερολυτική) Λόγω επαγωγικού φαινομένου, ένα ζεύγος ηλεκτρονίων από γειτονικό άτομο ή δεσμό μετακινείται προς τη φορτισμένη περιοχή του μορίου με αποτέλεσμα τη διάσπαση του σ-δεσμού. Άτομα που κατευθύνουν προς επαγωγική διάσπαση: Αλογόνα > O, S, >> N, C

18 Παράδειγμα επαγωγικής διάσπασης Φάσμα ΕΙ-MS 1-βρωμο-βουτανίου

19 Παράδειγμα επαγωγικής διάσπασης Φάσμα ΕΙ-MS 3-πεντανόνης

20 Διάσπαση βενζυλικού δεσμού Η ικανότητα σταθεροποίησης του θετικού φορτίου από αρωματικά συστήματα μέσω δομών συντονισμού οδηγεί σε θραύσματα που συνήθως κυριαρχούν τα ΕΙ φάσματα μάζας. Τα αλκυλο-βενζόλια συνήθως δίνουν ισχυρό σήμα σε m/z 91 CH 2 R -R CH 2 Ιόν τροπυλίου m/z 91 Το ιόν τροπυλίου συχνά διασπάται περαιτέρω με απόσπαση ενός ουδέτερου μορίου ακετυλενίου και δίνει ιόν σε m/z 65: + HC CH m/z 65

21 Παράδειγμα επαγωγικής διάσπασης Φάσμα ΕΙ-MS προπυλο-βενζολίου

22 Παράδειγμα επαγωγικής διάσπασης Φάσμα ΕΙ-MS φαινυλαλανίνης

23 3-Methyl-2-Pentanone Φάσμα ΕΙ-MS 3-μεθυλο-2-πεντανόνης

24 3-methyl-2-pentanone ions Θραύσματα 3-μεθυλο-2-πεντανόνης m/z 72?

25 Αναδιάταξη McLafferty γ-η O H R 1 R2 R 2 CH 2 + O H Y R 1 Y CH 2 H O+ Y CH 2 H O + Y CH 2 Προϋποθέσεις: Να υπάρχει ετεροάτομο σε κατάλληλη θέση (Y=O, N) Να υπάρχει π-σύστημα (συνήθως διπλός δεσμός) Να υπάρχει Η σε θέση γ σε σχέση με την ομάδα C=O

26

27 Φάσμα ΕΙ-MS βρωμοπροπανίου C 3 H 7 Br MW =

28 Φάσμα ΕΙ-MS ντοπαμίνης

29 Cocaine 82 More EI Mass 182 Spectra (mainlib) Cocaine N H O O H O O 100 Vitamin B6 N HO OH OH (mainlib) 3,4-Pyridinedimethanol, 5-hydroxy-6-methyl O O (mainlib) Androst-4-ene-3,17-dione Androstenedione

30 ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ ΜΑΖΑΣ: Εφαρμογές Η φασματομετρία μάζας αποτελεί μια αναλυτική τεχνική με μεγάλο εύρος εφαρμογών: Χαρακτηρισμός βιομορίων Πεπτίδια Ολιγονουκλεοτίδια Προσδιορισμός της δομής πρωτεϊνών και γενικά μακρομορίων Έλεγχος φαρμακοδιέγερσης (doping control) Προσδιορισμός μεταβολιτών των φαρμακευτικών ουσιών Αναλύσεις τροφίμων για φυτοφάρμακα Οργανική Σύνθεση Ταυτοποίηση ενώσεων Ιατροδικαστικές / Κλινικές αναλύσεις Περιβαλλοντικές μελέτες Εδαφολογικές Γεωχημικές μελέτες