L.S. in Scienze e tecnologie alimentariAnno Accademico 2008/2009

Corso integrato di: Controllo delle modificazioni chimiche negli alimenti (7 CFU)

Modulo di:Chimica analitica strumentale (4 CFU)

Giorgio Bonaga

SPETTROMETRIA DI MASSA STRUMENTAZIONE

(CAS-7a)Giorgio Bonaga

sistema diintroduzione

sorgente ionica

analizzatoredi ioni

rivelatore eregistratore

controllo strumentale

sistemadel vuoto

Giorgio Bonaga

SCHEMA MODULARE DI UNO SPETTROMETRO DI MASSA

xecc., ecc.

Giorgio Bonaga

SCHEMA SEMIESPLOSO DI UNO SPETTROMETRO DI MASSA

VUOTO(10-7 torr)

INIETTORE SORGENTE ANALIZZATORE RIVELATORE (GC or LC) (EI/CI) (QUADRUPOLARE) (ELETTROMOLTIPLICATORE)

+ +

POMPA TURBOMOLECOLARE

VUOTO IN MS

Giorgio Bonaga

sospensionemagnetica

lame del rotorelame dello statore

scarico

motore

lubrificazione

POMPA A DIFFUSIONEGiorgio Bonaga

gas da evacuarevapore di diffusione

raffreddamentoad acqua

diffusore

termostato

riscaldatoredell’olio

scarico(alla pompa del prevuoto)

aspirazione(dalla pompa primaria)

POMPA CRIOGENICA

schermo di N2 liquido

(- 196°C)

trappola (- 196°C°)

superficie dicondensazione

camera a vuoto

He liquido

Giorgio Bonaga

POMPA ROTATIVA

Giorgio Bonaga

tamburorotore (camma)

camera a vuoto

valvola di

scarico

pistone

PRESTAZIONI DELLE POMPE DA VUOTO

Giorgio Bonaga

TIPO DI POMPA VELOCITA’ DI POMPAGGIO (l/s ) (m3/h)

PRESSIONE LIMITE (Pa)

TURBOMOLECOLARE 4.000 15.000 10-10

A DIFFUSIONE 3.000 10.000 10-10

CRIOGENICA 2.000 7.000 10-10

ROTATIVA A PISTONE 150 600 10-1

SISTEMI DI INTRODUZIONE

”INJECTOR SISTEMS”

Giorgio Bonaga

SISTEMI DI INTRODUZIONE  Allo scopo di analizzare un campione che è a pressione artmosferica (760 torr), occorre introdurlo nello spettrometro di massa in modo che il vuoto interno dello strumento rimanga praticamente immodificato (10-6 torr). Tralasciando l’evoluzione storica dei sitemi di introduzione, si può proporre la classificazione più attuale:a. INTRODUZONE DIRETTA (EI, CI, ESI, APCI)Sono sistemi di introduzione con i quali le tecniche di separazione (GC e HPLC) vengono accoppiate con le sorgenti ioniche.L’introduzione da sistemi GC è comunemente accoppiata alle sorgenti EI e CI (tramite »separator» nel caso di colonne impaccate e tramite «tranfert line» nel caso di colonne capillari). L’introduzione da sistemi HPLC è comunemente accoppiata a sorgenti ESI e APCI.b. INSERZIONE DIRETTA (MALDI, FAB)Mediante un una sonda (« probe ») o un piastra («plate ») il campione viene inserito direttamente nello strumento in un regime di vuoto mantenuto ai valori richiesti da valvole di sicurezza. Successivamnte il campione viene sottoposto a processi di desorbimento, tramite laser o per riscaldamento diretto, allo scopo di favorire la vaporizzazione e la ionizzazione (di tipo diverso nel MALDI e nel FAB) delle molecole del campione.

Giorgio Bonaga

Separatore di Watson-Biemann

Separatore di Ryhage-Stenhagen

GC/MS – COLONNE IMPACCATE

vuoto

GC MS

vuoto

GC MS

Giorgio Bonaga

jet

Separatore a membrana

Separatore di Brunnee

vuotoGC

MS

vuoto

vuoto

MSGC

2 cm vuoto

Giorgio Bonaga

sorgente ionica

vuoto(pompa turbomolecolare)

transfertline

GC

MS

Giorgio Bonaga

GC/MS – COLONNE CAPILLARI

++

CAMPIONI SOLIDI 

ln v

1/T

vaporizzazione

decomposizione

Giorgio Bonaga

MALDI E FAB

sonda (“probe”)

“heater” della sonda

premistoppa di teflon

sorgente ionica

analizzatorevuoto

Giorgio Bonaga

??? GLI INTERROGATIVI DELLA MS ???

SISTEMI DI IONIZZAZIONE (sorgenti ioniche)• Dove si ionizzano le molecole ? In che modo ?• Dove si decompongono ? In che modo ?• Quali fattori governano la decomposizione ?

SISTEMI DI SEPARAZIONE (analizzatori)• Dove si separano gli ioni prodotti in sorgente ? In che modo ?

SISTEMI DI RILEVAZIONE (rivelatori e registratori)• Dove vengono rilevati gli ioni ? In che modo ?• Come vengono registrati i segnali ? Giorgio Bonaga

 

POSITIVE -IONSM + e- M+. + 2e- (molto probabile)M + e- M++ + 3e- (poco

probabile)M + e- M+++. + 4e- (molto

improbabile) ESEMPIO: acetato di metile

CH3COOCH3 + e- CH3COOCH3 +. + 2e-

mol wt 74 m/z 74

CH3COOCH3 + e- CH3COOCH3 ++ + 3e-

mol wt 74 m/z 37 Giorgio Bonaga

NEGATIVE-IONS

M + e- M - . (0-2 eV)M + e- (M-Y)- + Y . (2-10 eV)M + e- (M-Y)- + Y +. + e- ( >10 eV)

 

 ESEMPIO: acetato di metile

CH3COOCH3 + e- CH3COOCH3 - .

mol wt 74 m/z 74

CH3COOCH3 + e- CH3COO - + . CH3

mol wt 74 m/z 59

CH3COOCH3 + e- CH3COO - + + CH3 + e- mol wt 74 m/z 59

Giorgio Bonaga

La resa in ioni positivi è sensibilmente superiore a quella in ioni negativi:

M+./ M -. = 1000/1

Oggi i metodi di ionizzazione sono talmente numerosi e differenti tra loro che questa schematizzazione ha soltanto validità generale.

Giorgio Bonaga