Mass spectrometry

30,233 views
29,637 views

Published on

0 Comments
6 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
30,233
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
19
Actions
Shares
0
Downloads
388
Comments
0
Likes
6
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Mass spectrometry

  1. 1. Mass Spectrometry นางสาวรุจาภัค สุทธิวิเศษศักดิ์ เลขที่ 10 นายวรวิทย์ วรพิพัฒน์ เลขที่ 21 ม . 6/3
  2. 2. ประวัติเบื้องต้น <ul><li>ในสมัยก่อนปี ค . ศ . 1950 การตรวจสอบโครงสร้างของสารนั้นนักเคมีได้ใช้วิธีการทางปฏิกิริยาเคมีเป็นหลัก เช่น </li></ul>
  3. 3. ประวัติเบื้องต้น - ในการหาหมู่ฟังก์ชันก็ใช้การตรวจวัดเชิงคุณภาพ เช่น Benedict’s test เพื่อตรวจสอบว่าสารนั้นมีหมู่ฟังก์ชัน Aldehyde อยู่หรือไม่ - การตรวจสอบสารประเภท Alkene ก็ใช้ปฏิกิริยา Halogenation ( นำไปฟอกสีโบรมีนในที่มืดเป็นต้น ) - การตรวจสอบสารประเภท Alkyne ก็ใช้ปฏิกิริยา Ozonolysis เพื่อแตกโมเลกุลของ Alkyne ลงเป็นส่วนย่อยๆแล้วนำไปวิเคราะห์
  4. 4. ประวัติเบื้องต้น <ul><li>และหลังจากการทดสอบต่างต่างนานาก็จะได้โครงสร้างที่เป็นไปได้ จากนั้นก็จะต้องพิสูจน์ว่าสารนั้นมีโครงสร้างอย่างที่คิดจริงหรือไม่โดยอาจนำสารตัวอย่างผ่านปฏิกิริยาเคมีบางอย่างเพื่อเปลี่ยน Unknown ให้เป็นโมเลกุลที่เรารู้จักกันดี หรืออาจพิสูจน์โดยสร้างสารนั้นขึ้นมาโดยใช้ปฏิกิริยาเคมีที่มีอยู่ในสมัยนั้นแล้วจึงนำมาเปรียบเทียบกัน </li></ul>
  5. 5. ประวัติเบื้องต้น <ul><li>จะเห็นว่ากระบวนการตรวจสอบสารโดยใช้วิธีทางปฏิกิริยาเคมีนั้นยุ่งยากและใช้เวลานาน </li></ul>หลังจากเวลาผ่านไปการวิเคราะห์โครงสร้างของสารก็สามารถทำได้ง่ายขึ้นด้วยวิธีการทางฟิสิกส์โดยสามารถมองเป็นภาพกว้างๆได้ดังนี้
  6. 6. ประวัติเบื้องต้น <ul><li>Mass Spectrometry -> What size and formula? </li></ul><ul><li>Infrared Spectroscopy -> What functional groups are present? </li></ul><ul><li>Ultraviolet Spectroscopy->Is a conjugated π electron system present? </li></ul><ul><li>Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy->What carbon-hydrogen framework is present? </li></ul>ซึ่งวิธีดังกล่าวเหล่านี้มีข้อดีคือใช้ตัวอย่างสารน้อย รวดเร็ว มีความละเอียดแม่นยำมาก
  7. 7. ประเภทของ Mass Spectrometry <ul><li>Mass Spectrometer มี 2 แบบคือ </li></ul><ul><li>1. Low Resolution คือ เครื่องที่สามารถจำแนกค่า M ได้ละเอียดสูงสุด ประมาณ 1 ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการวิเคราะห์โดยทั่วไป </li></ul><ul><li>2. High Resolution คือ เครื่องที่สามารถจำแนกค่า M ได้ละเอียดสูงสุดประมาณ 0.001 ซึ่งมีประโยชน์นำมาใช้ในการใช้วิเคราะห์สารที่มีมวลโมเลกุลใกล้เคียงกันมากๆ เช่น C 16 H 16 O 2 ->240.057 กับ C 18 H 8 O ->240.102 เป็นต้น </li></ul>
  8. 8. หลักการของ Mass Spectrometry 1. เปลี่ยนโมเลกุลของสารที่เราต้องการทดสอบให้เป็น gas แล้วทำให้โมเลกุลมีประจุเป็นบวกโดยการยิงด้วยอิเล็คตรอนที่มีพลังงาน 70 eV (1 eV คือหน่วยของพลังงานมีค่าเท่ากับการเร่ง e- ผ่านความต่างศักย์ 1 โวลต์ ) ซึ่งจากหลักความน่าจะเป็นจะได้ประจุส่วนมากเป็น +1
  9. 9. หลักการของ Mass Spectrometry 2. นำไอออนของสารที่ได้ไปเร่งด้วยความต่างศักย์ดังสมการ 0.5mv 2 =eV+0.5mu 2 3. นำไอออนของสารไปผ่าน Velocity Selector ซึ่งเป็นบริเวณที่สนามแม่เหล็กกับสนามไฟฟ้าตั้งฉากกัน โดยไอออนที่ผ่าน Velocity Selector จะมีความเร็วที่มีขนาดและทิศทางตามที่เราต้องการ v=E/B เมื่อสนามเมื่อสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ามีขนาด B และ E ตามลำดับ
  10. 10. หลักการของ Mass Spectrometry 4. จากนั้นก็นำไปผ่านบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก ซึ่งจะทำให้ไอออนของสารเบนไปเป็นรัศมี R=mv/(qB 0 ) 5. วัดปริมาณของไอออนที่รัศมี R ต่างๆกันและวาดกราฟระหว่าง ปริมาณที่พบกับค่า M/Z
  11. 11. หลักการของ Mass Spectrometry ตัวอย่างกราฟที่ได้
  12. 12. หลักการของ Mass Spectrometry จากกราฟมีส่วนประกอบสำคัญดังนี้ -Base Peak คือเส้นที่มีความถี่สูงสุด -Parent Peak คือเส้นที่มีค่า M/Z เท่ากับมวลโมเลกุลของสารพอดี ซึ่งถ้าเราหาเส้นนี้ได้ก็หมายถึงเราได้มวลโมเลกุลของสารที่เราต้องการแล้ว แต่ Parent Peak กับ Base Peak อาจไม่อยู่ตำแหน่งเดียวกันก็ได้ หรือ เราอาจไม่เห็น Parent Peak เลยก็เป็นได้ - เส้นต่างๆในกราฟเป็นปริมาณไอออนเทียบกับเทียบกับปริมาณไอออนของเส้นมากสุด - เรามักใช้ M แทนมวลโมเลกุลของสาร
  13. 13. หลักการของ Mass Spectrometry จากกราฟและทฤษฎีด้านบนพบความผิดปกติอะไรบ้าง ?
  14. 14. หลักการของ Mass Spectrometry 1. M+1 กับ M+2 เกิดจากการที่ธาตุหนึ่งๆมีหลาย Isotope ดังนั้นจึงทำให้มวลโมเลกุลของสารมีหลายๆค่าจึงทำให้ในกราฟมีทั้ง M,M+1,M+2 … สิ่งที่ควรรู้ไว้คือ ธาตุ H C N O S Cl Br ธาตุเหล่านี้พบได้หลาย Isotope แต่ F P I มักพบได้ Isotope เดียว ดังนั้นห้ามนำมวลโมเลกุลตามตารางธาตุทั่วไปมาคำนวณโดยเด็ดขาด ( เพราะอะไร )
  15. 15. หลักการของ Mass Spectrometry 2. มี Peak อื่นๆ ที่มีค่า M/Z น้อยกว่ามวลโมเลกุลของสาร ที่เป็นเช่นนี้เพราะในขั้นตอนแรกของ นั้นใช้ e- พลังงานสูงถึง 70 eV ทำให้ไม่เพียงแต่ e- เท่านั้นที่หลุดออกมา แต่มันสามารถทำให้โมเลกุลแตกออกได้ ตามสมการ เรียกว่า Fragmentation
  16. 16. หลักการของ Mass Spectrometry ซึ่งจะพบว่าจะได้สารที่เป็นประจุบวกหรือเป็นกลางซึ่งจากหลักการทำงานของจะได้ว่า สารที่มีประจุบวกเท่านั้นที่สามารถนำไปทดสอบได้ ดังนั้นส่วนของโมเลกุลที่แตกออกแล้วมีประจุบวกนั้นจะถูกตรวจจับโดย Mass Spectrometer ได้เช่นกัน ซึ่งจากกราฟด้านบนพบว่ามี Peak ที่อยู่ข้างๆ Parent Peak ซึ่งสูงกว่า Parent Peak เสียอีกซึ่งความสูงของ Peak นั้นขึ้นอยู่กับความเสถียรของไอออนนั้นๆเป็นหลักซึ่งบางทีอาจสูงกว่าไอออนของโมเลกุลนั้นๆเสียอีกถ้าโมเลกุลที่นำมาทดสอบมีความเสถียรต่ำ แต่เท่านี้ยังไม่พอ fragment ที่ปรากฏในกราฟอาจจะเกิดจากการที่ fragment อื่นๆมารวมตัวกันก็ได้ ข้อดีของการมี fragment มากๆคือ เราอาจสามารถนำกราฟที่ได้จาก Mass Spectrometer มาเป็น Fingerprint ของสารนั้นๆได้ สารประเภทต่างๆมีรูปแบบการแตกตัวต่างๆกัน
  17. 17. Fragmentation Pattern สิ่งที่ควรรู้
  18. 18. Fragmentation Pattern <ul><li>1. n-Alkane เช่น n-heptane </li></ul>
  19. 19. Fragmentation Pattern <ul><li>1. n-Alkane เช่น n-heptane </li></ul>ลักษณะพิเศษ 1. พบว่าเมื่อสายยาวขึ้นเรื่อยๆ Parent Peak จะมีค่า ค่อนข้างน้อย 2. ตรงปลายสายจะแตกโดยทำให้มวลโมเลกุลเปลี่ยนไป 15 [-CH 3 ] หลุดออกไป เช่น 72->57 3. บริเวณอื่นๆจะแตกโดยทำให้มวลโมเลกุลเปลี่ยนไป 14 [-CH 2 -] หลุดออกไป เช่น 57->43->29->15
  20. 20. Fragmentation Pattern <ul><li>1. n-Alkane เช่น n-heptane </li></ul>4. เส้นที่อยู่ข้างเคียงเส้นที่สูงเกิดจากการแตกนั้นบางครั้งไฮโดรเจนได้ถูกทำให้หลุดออกไปด้วย 5. เหตุที่ Parent Peak มีค่า Relative Abundance ต่ำเพราะเมื่อโมเลกุลแตกเล้วกลายเป็น Primary Carbocation ซึ่งค่อนข้างเสถียร 6.Peak ที่ m/z=15 มีค่า Relative Abundance ต่ำเพราะเหตุใด
  21. 21. Fragmentation Pattern <ul><li>2.Branched-Alkane เช่น 2,2-dimethyl pentane </li></ul>
  22. 22. Fragmentation Pattern <ul><li>2.Branched-Alkane เช่น 2,2-dimethyl pentane </li></ul>ลักษณะพิเศษ 1.Branched Alkane จะไม่ค่อยพบ Parent Peak เพราะสามารถแตกเป็น Secondary Carbocation หรือ ในบางกรณีอาจแตกเป็น Tertiary Carbocation ซึ่งมีความเสถียรมาก 2. สังเกตว่ารูปแบบการแตกครั้งแรกทำให้มวลโมเลกุลเปลี่ยนไป 15 [-CH 3 ] หลุดออกไปเช่น 100->85 ( ลองคิดดูว่าโครงสร้างที่ m/z=85 ควรจะมีโครงสร้างแบบใดบ้างและแบบไหนมากกว่าเพราะเหตุใด )
  23. 23. Fragmentation Pattern 2.Branched-Alkane เช่น 2,2-dimethyl pentane 3. รูปแบบการแตกต่อๆไปจะเป็น 14 หรือ เป็นจำนวนเท่าของ 14 ก็ได้ ทั้งนี้เนื่องจาก Tertiary Carbocation เสถียรกว่า Secondary Carbocation เช่น 86->57 57->43->29->15 4. เส้นที่อยู่ข้างเคียงเส้นที่สูงเกิดจากการแตกนั้นบางครั้งไฮโดรเจนได้ถูกทำให้หลุดออกไปด้วย
  24. 24. Fragmentation Pattern 5. ยิ่งมีกิ่งก้านสาขามากการจะพบ Parent Peak นั้นยากมากเพราะ โอกาสที่จะแตกเป็น Tertiary Carbocation และ Secondary Carbocation จะสูงขึ้นมาก 6. ที่ m/z=57 และ m/z=43 ควรมีโครงสร้างเป็นอย่างไรทำไมจึงพบได้มาก 2.Branched-Alkane เช่น 2,2-dimethyl pentane
  25. 25. มีคำถามมั๊ยกั๊บบ ?? ขอบคุน ค่าาาาาา

×