L.S. in Scienze e tecnologie alimentari
Anno Accademico 2008/2009
Corso integrato:
Controllo delle modificazioni chimiche negli alimenti (7 CFU)
Modulo di:
Chimica analitica strumentale (4 CFU)
Giorgio Bonaga
SPETTROMETRIA DI MASSA
SORGENTI IONICHE
(CAS-7b)
Giorgio Bonaga
SORGENTI IONICHE
”ION SOURCES”
Giorgio Bonaga
IONIZZAZIONE
METODO DI IONIZZAZINE
ACRONIMO
VANTAGGI E SVANTAGGI
EI
 fornisce lo ione molecolare e gli ioni
frammenti
 eccesso di frammentazione
EI
 fornisce lo ione molecolare e gli ioni
frammenti
 eccesso di frammentazione
protonazione
(ioni positivi)
CI, ESI, APCI,
MALDI, FAB
 molte sostanze non si protonano
(idrocarburi) o sono instabili nella
forma protonata (glucidi)
deprotonazione
(ioni negativi)
ESI, APCI,
MALDI, FAB
 limitata a sostanze a carattere acido
cationizzazione (Na+ o K+)
(ioni positivi)
ESI, APCI,
MALDI, FAB
 carenza o assenza di frammentazione
trasferimento di molecole cariche
in fase gassosa
(ioni positivi e negativi)
ESI, APCI,
MALDI, FAB
 limitata a ioni già prodotti
emissione di elettroni
(ioni positivi)
cattura di elettroni
(ioni negativi)
Giorgio Bonaga
EMISSIONE DI ELETTRONI
M
-e
[M]
[MH]
+.
178,1
+.
m/z
antracene (mol wt 178,1)
CATTURA DI ELETTRONI
M
+e
[M]
[M]
Cl
-
Cl
Cl
Cl
Cl
-
283,8
Cl
m/z
esaclorobenzene (mol wt 283,8)
PROTONAZIONE
M+ H
+
[MH]
[MH]
+
702,4
R
HN
C H
C
O
polipeptide (mol wt 701,4)
+
MH2
++
351,7
m/z
Giorgio Bonaga
HO
DEPROTONAZIONE
M - H
+
[M-H]
OH
[M-H]
+
308,1
+
HO
H3C
C NH
O
COOH
O
OH
HO
m/z
acido sialico (mol wt 309,2)
CATIONIZZAZIONE
M + Na
+
[MNa]
+
HO
[MNa]
OH
+
203,1
O
OH
HO
OH
D-galattosio (mol wt 180,1)
m/z
TRASFERIMENTO DI MOLECOLE CARICHE IN FASE GASSOSA
+
[Mgas]
+
-
[Mgas ]
-
M sol
M sol
[Mgas]
+
339,1
P
m/z
Giorgio Bonaga
tetrafenilfosfina (mol wt 339,1)
SORGENTI IONICHE
SORGENTE IONICA
ACRONIMO
EVENTO
Electron Impact
EI
impatto elettronico/trasferimento di elettroni
Chemical Ionization
CI
trasferimento di protoni
Atmospheric Pressure Chemical Ionization
APCI
corona di scarica /trasferimento di protoni
Electrospray Ionizaion
Nanoelectrospray Ionization
ESI
nano ESI
evaporazione di goccioline cariche (+ o -)
Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization
MALDI
assorbimento di fotoni/trasferimentio di protoni
Fast Atom Bombardment
FAB
desorbimento di ioni/trasferimento di protoni
Giorgio Bonaga
IMPATTO ELETTRONICO
Electron Impact (EI)
+.
5-6 eV
70 eV
M
50 eV
Giorgio Bonaga
SORGENTE A IMPATTO ELETTRONICO
Electron Impact Source = EI
collettore (+)
(collector)
repulsore (+)
(repeller)
campione
(sample)
M+
filamento
(filament)
estrattore (-)
(extractor)
fenditura
(slit)
M+
lente di collimazione (+)
(collimating lens)
lente di focalizzazione (+)
(focusing lens)
Giorgio Bonaga
EI SOURCE
Giorgio Bonaga
IONIZZAZIONE CHIMICA
Chemical Ionization (CI)
10 eV
Giorgio Bonaga
G
+
(M+H)
G
G.
+
1-2 eV
G
+
(G+H)
.
(G-H)
M
SORGENTE A IONIZZAZIONE CHIMICA
Chemical Ionization Source = CI
campione
M
G
M
G
[G-H]+
[M-H]+
[M-H]+
gas chimico
Giorgio Bonaga
Utilizzando come gas chimico il metano, le reazioni sono:
1.
CH4 + e
.
.
CH4+ + 2e
. + CH +
5
 46%
H2
+ C2H5+
 40%
2c. (CH2+ + CH4
H2
+ C2H3+)
C2H3+ + CH4
H2
+ C3H5+
2a. CH4+ + CH4
CH3
2b. CH3+ + CH4
 5%
Giorgio Bonaga
EI/CI SOURCE
Giorgio Bonaga
SORGENTE A IONIZZAZIONE DI CAMPO
Field Ionization Source = FI
E
E
R
S
FL
+
-
+
CL
Giorgio Bonaga
FI
Giorgio Bonaga
SORGENTE A DESORBIMENTO DI CAMPO
Field Desorbtion Source = FD
E
E
catodo
R
S
FL
+
-
+
CL
Giorgio Bonaga
FD
Giorgio Bonaga
EI/CI: prolina (mol wt 115)
EI
%
CI
%
70
100
50
45
(M + H) +
116
100
115
NO PEAK !
.
+
M
70
50
98
0
m/z
0
0
50
100
150
m/z
0
50
100
150
Giorgio Bonaga
EI/CI: prolina
N
COOH
H
mol wt 115
EI
CI
+.
COOH
N
H
m/z 115
(NO PEAK !)
-
.
COOH
+
COOH2
N
H
m/z 116 (100%)
- H 2O
N
C
+
O
H
m/z 98 (25%)
- CO
N+
H
m/z 70 (100%)
N+
H
m/z 70 (60%)
Giorgio Bonaga
EI/CI/FI/FD: creatina (mol wt 131)
Gli spettri di massa registrati impiegando sorgenti EI, CI, FI e FD, rivelano
che nei primi tre casi non è possibile ottenere il segnale corrispondente allo
ione molecolare, mentre con caso la sorgente FD lo ione quasi-molecolare è il
picco-base dello spettro.
Giorgio Bonaga
EI
%
CI
%
100
42
100
43
28
113
50
114
50
112
86
0
0
m/z
0
20
40
60 80 100 120
m/z
0
20 40 60 80 100 120
Giorgio Bonaga
CH3
EI/CI: creatina
N
C
NH
COOH NH2
mol wt 131
EI
CI
.
+
CH3
N
C
H 2O
CH3
N
C
.
+
N
O
C
C
.
- H2O
CH3
N
H 3C
NH
N
O
+
NH2
- CH
N
NH2
m/z 112 (25%)
.
- CH3
.
+
N N
m/z 28 (80%)
N
3
H2N C NH
m/z 43 (90%)
+
C
C
+
NH2
NH2
m/z 114 (100%)
m/z 115 (4% 13 C)
m/z 86 (22%)
+
H
C
mol wt 132
NO PEAK !
NH
.
-
+
NH2
COOH NH2
- COOH
C
NH2
O
m/z 113 (60%)
CH3
N
NH
COOH NH2
mol wt 131
NO PEAK !
-
CH3
CH2
.
-H
HN
C NH
m/z 42 (100%)
.
+
Giorgio Bonaga
FI
%
FD
114
100
113
%
100
132
86
114
50
50
113
0
0
m/z
0
20
40 60 80 100 120
m/z
0
20
40 60 80 100 120
Giorgio Bonaga
FI/FD: creatina
CH3
NH
C
COOH NH2
mol wt 131
FD
FI
CH3
N
CH3
+
NH2
C
N
COOH NH2
m/z 132
(NO PEAK !)
N
m/z 132 (100%)
- H2O
CH3
+
C
NH2
N
C
NH
O
m/z 114 (100%)
m/z 115 (4% 13 C)
.
-H
CH3
N
O
C
C
+.
NH
NH
m/z 113 (90%)
C
COOH NH2
- H 2O
CH3
+
NH2
+
C
NH2
C
NH
O
m/z 114 (70%)
m/z 115 (3% 13 C)
.
-H
+.
CH
3
N
C
- CO
H3C
NH
C
NH
O
m/z 113 (100%)
+
N
C
NH2
NH
m/z 86 (80%)
.
-H
H3C
N
C
NH
NH
m/z 85 (6%)
+.
Giorgio Bonaga
SORGENTE
ELECTROSPRAY
ELECTROSPRAY
(ESI)
Electrospray Source = ESI
counter
electrode
LC
Taylor cone
skimmer
electrodes
MS
analyzer
electrospray
capillary
atmospheric
pressure
high vacuum
Giorgio Bonaga
Giorgio Bonaga
+++-
+- +-
+- +-
+-
+-
CONO DI TAYLOR ( 0,7-5,0 kV)
+++-
+
+
+
+ +
+ + +
evaporazione
del solvente
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
++ + +
+ + +
+ +
fissione della
gocciolina
+
n+
[M + nH]
+
+
+
formazione di ioni per ulteriore
fissione e/o evaporazione ionica
ESI: resveratrolo (mol wt 228)
OH
HO
[M – H] 227,0
100
89,0
%
87,0
121,0
186,8
228,1
0
m/z
Giorgio Bonaga
ELECTROSPRAY
(ESI)
ESI
Giorgio Bonaga
SORGENTE APCI
Atmospheric Pressure Chemical Ionizatio = APCI
IONIZATION REGION
(ATMOSPHERIC PRESSURE)
bath
gas
source
heater
counter
electrode
INTERMEDIATE
PRESSURE REGION
skimmer
sheath
gas
ANALYZER
(HIGH VACUUM)
transfer
optics
Q-rods
+
nebulizer
gas
probe
heater
corona discharge
electrode
rotary
punp
exhaust
turbo/diffusive
pumps
Giorgio Bonaga
APCI
Giorgio Bonaga
Giorgio Bonaga
N2 + e-  N2+. + 2eN2 + . + N2  N4 + .
N4+. + C6H6  2N2+ C6H6+.
C6H6+. + M  C6H5. + [M + H]+
%
100
186
124
156
50
279
108
0
m/z
100
150
200
250
Spettro di massa APCI della sulfametazina (mol wt 278)
300
APCI: sulfametazina
H 3C
H O
N
N
N
S
NH2
O
H 3C
mol wt 278
+
+ H
H 3C
H OH
N
N
+
N
H 3C
S
NH2
O
mol wt 279 (15%)
H3C
-
N
-
NH2
N
H3C
H3C
N
N
H
O
N
+
O
+
S
S
O
H3C
mol wt 186 (100%)
NH2
O
mol wt 156 (65%)
- SO
- O2
S
Giorgio Bonaga
NH 2
NH2
mol wt 124 (85%)
+
O
NH2
mol wt 108 (15%)
+
MALDI
Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization = MALDI
trap
(sample target)
laser pulsato
(UV = 337 nm)
+
+ [M-H]
+
[M-H]+
[M-H]+
time-of-flight
+
+
[M-H]+
+
+
30.000 V
Giorgio Bonaga
LASER
mirror
electrode
electrode
mirror
UV
radiations
Giorgio Bonaga
SORGENTE MALDI
pulsed laser
focusing
lens
sample
target
ion
acceleration
time-of-flight
(TOF)
detector
Giorgio Bonaga
MALDI: a-lattoalbumina
100
a-lattalbumina (a-LA)
14177,5
a- LA + 1 LAT
14503,3
%
a- LA + 2 LAT
14826,2
0
m/z
14000
14500
15000
Giorgio Bonaga
MALDI
Giorgio Bonaga
IONIZZAZIONE CON ATOMI VELOCI
Fast Atom Bombardment = FAB
FAB GUN
(Xe o Ar)
+
deflector
probe
fast atoms
plasma
slow atoms
slow ions
fast ions
10-5 torr
2-10 kV
Giorgio Bonaga
FAB: organometallico C27H28P2Pt (con 194Pt )
+
(M - CH 3)
593
P
P
CH3
Pt
CH3
mol wt 608
Giorgio Bonaga
FAB: vitamina B12 (spettro parziale)
O
NH2
O
NH2
O
H2N
1329
NH2
O
O
N
H
N
C NN
Co+
1355
N
H2N
NH2
O
O
N
NH
HO
O
O P
O
H
N
H
O
O
H
1300
1320
1350
m/z
H
OH
mol wt 1354
Giorgio Bonaga
FAB
Giorgio Bonaga
CONFRONTO TRA SORGENTI IONICHE
SOURCE
MASS RANGE (Da)
ACCOPPIAMENTO
SENSIBILITA’
EI
500
GC/MS
> 10-12
CI
500
GC/MS
> 10-12
ESI
70.000
LC/MS
> 10-13
nano ESI
70.000
LC/MS
> 10-15
APCI
1200
LC/MS
> 10-15
MALDI
300.000
LC/MS
> 10-15
FAB
7.000
no
< 10-9
>
Giorgio Bonaga
MASS RANGE E SENSIBILITA’
sensibilità (moli)
10-15
10-14
nanoESI
10-13
10-12
APCI
EI/CI
102
103
ESI
MALDI
104
105
mass range (Dalton)
106
Giorgio Bonaga