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Designed to be operated in PPE 47

48

Spettrometria di massa ……

non solo sulla terra!!!

Mars Viking Lander (1975)

98 49

20 Ne 50

SAM gas chromatograph/mass

= Sample Analysis at Mars

spectrometer

Mastcam = Mast Camera; ChemCam = Chemistry and Camera instrument; RAD =

Radiation Assessment Detector; CheMin = Chemistry and Mineralogy instrument; DAN =

Dynamic Albedo of Neutrons; MAHLI = Mars Hand Lens Imager; APXS = Alpha Particle X-

ray Spectrometer; REMS = Rover Environmental Monitoring Station. MARDI, the Mars

Descent Imager, will shoot video of the rover's descent. The brush, drill, sieves and scoop

are tools on the rover's robotic arm. NASA/JPL-Caltech 51

molecole in fase condensata  molecole volatili

volatilizzazione

t 1  termostabili

molecole in fase gassosa  basso PM

t ionizzazione

2

ioni in fase gassosa

se t t ionizzazione per desorbimento

1 2

Metodi di ionizzazione

per desorbimento

Rapida addizione di energia a molecole in fase

condensata con la conseguente produzione di

specie ioniche stabili in fase gassosa,

generalmente a elettroni pari, che si frammentano

solo in minima parte. 52

Tecniche di ionizzazione per desorbimento

FIELD DESORPTION (1969)

PLASMA

DESORPTION

(1974)

Decadimento

radioattivo di un

nuclide ( Cf)

252

(MeV) 53

Secondary Ion

Mass Spectrometry

(SIMS)

(1977)

Tecniche di ionizzazione ionizzazione chimica

electrospray

APCI

MALDI –

+

Molecole protonate [M+H] / deprotonate [M–H]

con minimo eccesso di energia

Frammentazione molto scarsa / assente

Determinazione del PM.

MS/MS necessario per

ottenere informazioni strutturali 54

A new ion source for

molecular structure

N H determination of

2

O

O

O N

N thermolabile

N

N involatile

and

O compounds by mass

O O O H

O P

O

R h spectrometry

O

O H

M. Barber, R. S. Bordoli, G. J. Elliot, R. D. Sedgwick, A. N. Tyler, J. Chem. Soc. Chem.

Commun., 1981, 325 55

Spettrometria di massa

biomolecolare 1982 56

P r e m i o N o b

e l 2 0 0 2 p e r l a C h i m i c a

La commissione per i Nobel dell'

Accademia Reale delle Scienze Sved

ese ha deciso di assegnare

il Premio Nobel 2002 per la Chimica

Per lo sviluppo di metodi per l'identificazione e le analisi della

struttura delle macromolecole biologiche

per metà congiuntamente a:

John B. Fenn

, born 1917 in New York City, USA (US citize

n).

Virginia Commonwealth University, Richmond, USA

ed a

Koichi Tanaka

, born 1959 (43 years) in Toyama City, Japan

Shimadzu Corp., Kyoto, Japan

Per il loro lavoro sullo sviluppo di metodi di ionizzazione per

desorbimen

t

o blando per le analisi di spettro metria di massa

delle macromolecole biologiche

e per l'altra metà a

Kurt Wüthrich

, born 1938 (64 years) in Aarberg, Switzerland

Eidgenössische Technische Hochschule (ETH), Swiss Federal Institute of Technology, Zürich, Switzerland

The Scripps Research Ins

titute, La Jolla, USA

Rapid Commun. Mass Spectrom. 2008; 22: 267–270

Doklady Akad. Nauk SSSR 1984; 277: 379–383.

Extraction of dissolved ions under atmospheric pressure (EDIAP)

Fenn’s Gall’s

The key year in which group and group published was 1984; Fenn et

al. published papers describing an electrospray interface in Analytical Chemistry

and Journal of Physical Chemistry, whilst Gall and co-workers published (in

Russian) in Doklady Akademii Nauk SSSR and Bioorganicheskaya Khimiya. 57

ELECTROSPRAY

There are three major steps in the production of gas-phase ions

from electrolyte ions in solution.

(a) production of charged droplets at the ES capillary tip

Penetration of the imposed electric

field into the liquid leads to

formation of an electric double

layer at the meniscus.

An enrichment near the meniscus of positive ions

present in the solution causes the formation of a cone

and a jet charged by an excess of positive ions. 58

The jet splits into droplets charged with an excess of positive ions.

(b) Shrinkage of the charged droplets by solvent evaporation

and repeated droplet disintegrations leading ultimately to very

small highly charged droplets capable of producing gas-phase ions

Shrinkage = restringimento, contrazione 59

Asymmetrical distortions at

an applied electric field

Coulomb fissions at the

Rayleigh limit

Total Time = 22 μs

Z corresponds to the number of excess singly

charged ions near the surface of the droplet.

(c) the mechanism by which gas-phase ions are produced from

the very small and highly charged droplets.

The Ion Evaporation Model (IEM)

The Charged Residue Model (CRM) 60

direct ion emission from the droplets.

It becomes dominant over Coulomb fission for droplets with radii of R≤10 nm

J. Phys. Chem.

Dole M., Mack L.L. 1968; 49: 2240 -9

1 nm = 10 m 61

The Charged Residue Model (CRM)

formation of extremely small droplets that could contain

one analyte molecule and some ionic charges.

J. Chem. Phys.

Iribarne J.V., Thomson B.A. 1976; 64: 2287

Fission = scissione 62

Orthogonal spray source 63

HPLC-

Chip

NanoESI 117

100 EI 313

75

50 129

75 328

25 145 185 201 269 285

0 50 100 150 200 250 300 m/z

ESI

+

[M+H]

ADDOT T I

+

[M+Na]

351 64

[2M+Na] +

ESI +

+22 [2M+2Na-H] +

[M+H] + [M+Na] + +22

+22

[2M+H] + 65

[M+H] +

ESI + +14

[M+2H] 2+ [M(CH )+H] +

3

[M(CH )+2H] 2+

3

211.4 [M-H] –

ESI ESI (–) 731

SDG [M-H]

90 685 –

[M+HCOO]

80 [M+Cl]

70 721

60

Intensity 50

% 40 723

30

20

10 660 670 680 690 700 710 720 730 740

m/z 66

ESI

D:\Giacomo1&2\Peptide-solo 05/24/2006 11:29:41 AM

Peptide-solo #31-92 RT: 0.55-1.69 AV: 62 SM: 9G NL: 5.74E4

F: - p ms [ 50.00-1000.00] 508.3

100

95 [M+Cl+HCl] –

90 [M+CF COO] –

+114

85 3

80 +36

[M+Cl] –

75 586.2

70

65 [M+H+2CF COO] –

+114

Abundance 60 3

CF COO

– +36

3

55 +36

113.0

50

Relative 45

40

35 543.9 699.7

30 621.7

25 [M-H] –

20

15 472.5

10 623.7

5 226.9 981.0

379.1 773.9

130.8 191.3 285.1 308.9 435.9 670.0 731.4 835.3 902.4 965.3

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

m/z

peptideDK13_elisa_070919143425

#

161 RT: 1.05 AV: 1 NL:

1.06E9

F: FTMS + p ESI Full ms [125.00-1200.00]

237.6326

R=43501

100 2+

[C H O N ]

90 21 33 4 9

0.4 ppm

80 High resolution MS

70

Abundance 60

50 +

[C H O N ] 0.2 ppm

Relative 21 32 4 9

474.2574

40 R=30701

30 3+

[C H O N ]

21 34 4 9

0.4 ppm

20 158.7572

10 R=53001

0 150 200 250 300 350 400 450 500 550

m/z 67

e

l

e

c

t

r

o

s

p

r

a

y Proceeding of 36th Annual

Mann, M.; Meng, C. K.; Fenn, J. B.

Conference on Mass Spectrometry and Allied Topic s; San Francisco,

1988; pp 1207-08.

Spettro ESI della mioglobina di cavallo

16+ 15+

1

1

3

1

. 1

100 1

0

6

0

. 5 14+

90 17+ 1

2

1

1

. 8

80 13+

9

9

8

. 2

70 1

3

0

4

. 9

60 18+ 12+ 11+

50 10+

9

4

2

. 9 [M+10H]

1

4

1

3

. 3 1

5

4

1

. 8

40 1

6

9

5

. 8

19+

30 8

9

3

. 0

20+

20 8

4

8

. 6

10 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

m/z 68

Spettro deconvoluto della mioglobina di cavallo

16952.0

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10 16800 16900 17000 17100 17200

massa

DNA sequencing by mass spectrometry 69

HPLC

High Performance Liquid Chromatography

Miscela in soluzione

I vari componenti attra-

versano la colonna con

velocità diverse a

seconda della ripartizione

fase mobile-stazionaria 70

HPLC e Spettrometria di Massa

HPLC Spettrometria di massa

E’ in grado di separare miscele Offre una elevata sensibilità.

contenenti composti non volatili

,

polari

, anche ad alto peso molecolare

Permette separazioni E’ altamente specifica

relativamente rapide

Per determinazioni qualitative e Per determinazioni qualitative e

quantitative quantitative

Usa strumentazione affidabile Usa strumentazione affidabile.

E’ relativamente facile da E’ essenziale per l’identifi

cazione

utilizzare di composti organici 71

column dimension:

diam.: 0.05 - 4.6 mm length: 2 - 30 cm

particle size (5 30 µm)

pore size (60 1000 Å)

stationary phase

hydrophobic alkyl chains

(C4 C18) LC-ESI

Column i.d. Flow rate Technique

4.6 mm 1.0 ml/min Conventional HPLC

1.0 mm 40 µl/min Micro LC

300 µm 4 µl/min Capillary LC

75 µm 200 nl/min Nano LC 72

73

HPLC-ESI neg

RT: 0.18 - 47.95 SM: 9G NL:

27.68 29.98

100 5.93E6

Base Peak

95 MS

31OttCamp

90 ione

85

80

75 11.58

70

65

60

Abundance 55

50

Relative 45

40

35

30

25

20 3.63

15

10 25.04

1.98 46.00

39.34 43.64

40.82

33.20

20.81 23.33 35.73 39.07

19.54

17.31

15.24

4.26 7.82

5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Time (min)

HO OGlc

31OttCampione #

750-779 RT: 11.29-11.70 AV: 30 NL: 3.93E6

T: - c ESI Full ms [ 200.00-1000.00] 454.8

100

95

90 O

O

85

80 -

[M+HCOO]

75 CH

70 3

65

60

Abundance 55 OCH

3

50

Relative 45

40 Aloenina PM=410

35

30 -

[M-H]

25 455.8 -

[2M-H]

409.0

20 470.6 818.8

15

10 484.4 819.9

226.9 299.8 410.0

5 236.7 492.5

300.9 522.7 854.6 881.6

361.7 550.0 916.4

590.4 964.0

618.5 665.2 688.3 991.0

714.9 783.4

0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000

m/z 74

31OttCampione # 1954-2028 RT: 29.35-30.38 AV: 75 NL: 3.88E6

T: - c ESI Full ms [ 200.00-1000.00] 462.9

100

95 -

[M+HCOO]

90 OH O OH

85

80

75

70

65

60

Abundance 55 CH OH

2

50 H

Relative Glc

45

40 -

[M-H]

35 Barbaloina PM=418

417.0 478.5

30

25

20 492.5

15 -

[2M-H]

453.0

299.8

10 226.8 418.1 834.6 880.5

493.6

5 896.3

252.7 530.8 562.4

300.9 870.6

361.7 590.3

419.1 658.7 678.8 714.6 781.6 833.6 948.4

372.8 978.9

0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000

m/z

Sensitivity to Concentration

ESI is sensitive to concentration, and NOT to the total quantity of sample

injected in the source

At reduced flow rates the sensitivity is slightly increased.

HPLC on a 2.1mm column at 400 μlmin −1 flow. Two drugs are monitored by selected ion monitoring.

Covey T., ‘Analytical Characteristics of the Electrospray Ionization Process’ pp. 21–59 in ‘Biochemical

and Biotechnological Applications of Electrospray Ionization Mass Spectrometry’, Snyder A.P., ed.,

ACS Symposium Series 619, American Chemical Society, 1996 75

Desorption Electrospray Ionization (DESI)

• Novel “gentle” ionization method for surface analysis Science, 2004, 306, 471-473

G. Cooks et al.,

• Operates in atmosphere under ambient conditions

• Requires no sample preparation

• Effective for both organic and biological compounds

• Allows for in situ analysis of biological tissues

• Wide range of applications from clinical testing, environmental monitoring, forensics,

homeland defense, process analytical testing (PAT), and surface imaging

New Ambient Ionization Method:

Paper Spray Ionization

•Method Developed for Blood Analysis of Drugs of

Abuse

High Voltage Applied to 10 μL of Sample Pipetted to

Filter or Chromatography Center or Tip of Paper

Paper (~4.5 kV) •NO Sample Preparation of Blood Matrix

~5 MS

+

+ + + +

+ + + + +

+ +

+ +

mm + +

+ + + Inlet

+ + •Sensitive

+ Method Detecting Nanogram Levels in

+ + + + Blood Matrix

Fine Droplets or Charged •Potential Applications for Micro-fluidics using Filter

Ions Analyzed Introduced to

10 μL of Solvent Pipetted to Paper

MS Inlet

the Backend or Over Sample

Suitable to for Miniature MS and

Portable Applications

Liu, J.; Wang, H.; Cooks, R. G.; Ouyang, Z. 76

Paper spray/mini MS (direct detection Atenolol in blood)

Atenolol

MW=266

He Wang, Jiangjiang Liu, Guangming Huang 145

Atenolol 10 ppm spiked in whole blood m/z 267

0.4μl blood loaded for each sampling spot

10 μl methanol/H O added for spraying

2 208

190 251

m/z 267 CID 225

173

180

MS spectrum of direct paper spray of blood MS/MS spectrum to identify atenolol

spiked with atenolol (4ng/spot) He Wang, Jiangjiang Liu, Guangming Huang, et al. unpublished

APCI Atmospheric Pressure Chemical Ionization

APPI Atmospheric Pressure Photo Ionization 77

Atmospheric Pressure Chemical Ionization 78

Corona Discharge

Meccanismo Ioni Positivi

• In un primo stadio l’ago cattura

+ 4+

H O NH

3 +

H O 2+

elettroni formando ioni N ,

3 … (ioni primari).

2+ +

O , H O

4+

NH 2

+ +

H O H O •

+

H O Gli ioni primari, aventi un

3 3

+

H O 3

+

H O

3 3 tempo di vita molto breve,

+

H O +

H O

3 trasferiscono la carica al

+

H O 3

2

2+

N +

O solvente, formando principal-

+

H O

2 3 4+

NH

2+ + 4+

N mente ioni H O , NH ,

+HV 3

+

H O … (ioni reagenti).

+

RH O

3 2

+

H O

3 • Infine, gli ioni reagenti trasfe-

riscono la carica all’analita

+

H O

2

2+

N

- +

e O

-

e formando prevalentemente la

2

- +

e N 2 +

specie [M+H] .

Corona Discharge

Meccanismo ioni negativi

• In un primo stadio l’ago rilascia

-

OH

-

OH 3- 2-

- elettroni formando ioni O , O ,

RO … (ioni primari).

- 3-

OH NO -, CO

2

• Gli ioni primari, aventi un tempo

-

3- 3- OH

CO HCO

2-

NO di vita molto breve, trasferiscono

-

OH la carica al solvente, formando

-

RO

2-

O

- - 3-

O principalmente ioni OH , HCO ,

2-

O … (ioni reagenti).

- -

O OH -

RO

2-

NO

2 •

-

O Infine, gli ioni reagenti trasfe-

3

-HV -

OH

3-

CO riscono la carica all’analita

formando prevalentemente la

-

specie [M-H] .

3-

CO

3-

O

- 2-

e O

-

e - 2-

e O 79

Combining ESI and APCI in the Same Source

Multimode

source

incorporates

optimized ESI

and APCI

zones 80

81

Atmospheric pressure photoionization

Principi della Fotoionizazione

n

Fotoionizazione: h > IP

n +• -

M + h M + e n

Eccitazione (ma non ionizazione): h < IP

n

M +h M*

Per la maggior parte degli analiti: IP < 10 eV

Per i più comuni solventi HPLC: IP > 10 eV

IP = potenziale 1° ionizzazione 82

Ionizzazione Selettiva

3 lampade disponibili Azoto 15.58

Acqua 12.62 Potenziale

Acetonitrile 12.20

Ossigeno 12.07

Ar: 11.2 eV Metanolo 10.84

Metil pentanoato 10.40 di

Esano 10.13

Kr: 10.0 eV Ionizzazione

Eptano 9.93

Acetone 9.70

Piridina 9.26

Benzene 9.24

Amfetamina 8.99

Toluene 8.83

Xe: 8.4 eV (eV)

Naftalene 8.14

Reserpina 7.88

Trietilammina 7.53 83


PAGINE

84

PESO

7.00 MB

AUTORE

Teemo92

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in biologia molecolare e cellulare
SSD:
Università: Siena - Unisi
A.A.: 2015-2016

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Teemo92 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Chimica delle biomolecole e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Siena - Unisi o del prof Giorgi Gianluca.

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