L.S. in Scienze e tecnologie alimentari
Anno 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
SCHEMA MODULARE DI UNO SPETTROMETRO DI MASSA
controllo strumentale
sistema di
introduzione
sorgente
ionica
analizzatore
di ioni
rivelatore e
registratore
sistema
del vuoto
Giorgio Bonaga
SCHEMA SEMIESPLOSO DI UNO SPETTROMETRO DI MASSA
INIETTORE
SORGENTE
ANALIZZATORE
(GC or LC)
(EI/CI)
(QUADRUPOLARE)
RIVELATORE
(ELETTROMOLTIPLICATORE)
y
+
+
x
ecc., ecc.
VUOTO
(10-7 torr)
Giorgio Bonaga
VUOTO IN MS
POMPA TURBOMOLECOLARE
lame dello statore
motore
scarico
lame del rotore
sospensione
magnetica
lubrificazione
Giorgio Bonaga
Giorgio Bonaga
POMPA A DIFFUSIONE
aspirazione
(dalla pompa primaria)
raffreddamento
ad acqua
scarico
diffusore
(alla pompa del prevuoto)
termostato
gas da evacuare
vapore di diffusione
riscaldatore
dell’olio
POMPA CRIOGENICA
camera a vuoto
trappola (- 196°C°)
superficie di
condensazione
He liquido
schermo di N2 liquido
(- 196°C)
Giorgio Bonaga
POMPA ROTATIVA
camera a vuoto
valvola
di scarico
pistone
rotore (camma)
tamburo
Giorgio Bonaga
PRESTAZIONI DELLE POMPE DA VUOTO
TIPO DI POMPA
VELOCITA’ DI POMPAGGIO S
(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
150
600
10-1
ROTATIVA A PISTONE
Giorgio Bonaga
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
GC/MS – COLONNE IMPACCATE
Separatore di Watson-Biemann
GC
MS
vuoto
Separatore di Ryhage-Stenhagen
GC
jet
MS
vuoto
Giorgio Bonaga
Separatore a membrana
vuoto
GC
MS
Separatore di Brunnee
vuoto
2 cm
GC
vuoto
MS
vuoto
Giorgio Bonaga
GC/MS – COLONNE CAPILLARI
MS
sorgente ionica
transfert
line
GC
+
vuoto
(pompa turbomolecolare)
Giorgio Bonaga
CAMPIONI SOLIDI
ln v
decomposizione
vaporizzazione
1/T
Giorgio Bonaga
MALDI E FAB
analizzatore
vuoto
sonda (“probe”)
“heater” della sonda
sorgente
ionica
premistoppa
di teflon
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 -IONS
M + eM + eM + e-
M+.
+ 2e- (molto probabile)
M++ + 3e- (poco probabile)
M+++. + 4e- (molto improbabile)
ESEMPIO: acetato di metile
CH3COOCH3 + emol wt 74
CH3COOCH3 + emol wt 74
CH3COOCH3 +. + 2em/z 74
CH3COOCH3 ++ + 3em/z 37
Giorgio Bonaga
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-
mol wt 74
CH3COOCH3 +
m/z 74
e-
mol wt 74
CH3COOCH3 + emol wt 74
.
CH3COOCH3
.
CH3COO + CH3
m/z 59
CH3COO - + + CH3 + em/z 59
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