Stichpunkte

Allgemein
	bestimmt
	mit der geladene Moleküle (Ionen) und deren Massenfragmente auftreten
	Massenspektrographie) ist ein Analysenverfahren zur Bestimmung von chemischen Elementen
	Molekülmassen und Massenfragmenten. Für einen Analyten (die zu testende Substanz) wird die Häufigkeit
	Die Massenspektrometrie (Massenspektroskopie
	Die Massenspektrometrie ist eine wichtige Methode der analytischen Chemie bei der Aufklärung der Struktur und Zusammensetzung von Verbindungen und Gemischen
	Der qualitative (Erkennung von unbekannten Substanzen) und quantitative (Wieviel einer Substanz ist vorhanden) Nachweis sehr kleiner Substanzmengen ist möglich
	In der Physik werden Massenspektrometer verwendet
	um die Isotopenzusammensetzungen der chemischen Elemente zu messen. Inhaltsverzeichnis showTocToggle("Anzeigen"
	"Verbergen") 1 Aufbau eines Massenspektrometers 1.1 Ionenquelle 1.2 Analysator 1.3 Ionenfallen-Massenspektrometer 1.4 Detektor 1.5 Kopplung mit Chromatographen und MS/MS-Kopplung 2 Auswertung der Massenspektren 3 Weblinks [Bearbeiten]
Aufbau eines Massenspektrometers
	einem Analysator und einem Detektor
	Bild nicht gefunden Schematische Zeichnung eines ICP/Sektorfeld-Massenspektrometers Ein Massenspektrometer (MS) besteht aus einer Ionenquelle
	Diese Bauteile werden im Folgenden beschrieben
	In Ionenfallen-Massenspektrometern können die Ionenquelle und der Analysator zusammenfallen
	Sie werden gesondert beschrieben. [Bearbeiten]
Ionenquelle
	In der Ionenquelle wird der Analyt ionisiert
	auch electron impact= Elektronenstoß) ionisiert werden
	Es kommen verschiedene Methoden zum Einsatz: Gase oder verdampfbare Flüssigkeiten und Feststoffe können durch Elektronen-Stoß-Ionisation (EI
	Es werden Elektronen mit einer Energie von 30-70eV verwendet
	Durch den Zusammenstoss der Elektronen mit den Molekülen wird Energie auf die Moleküle übertragen und es werden primäre positive Ionen erzeugt
	Diese primären Ionen sind meistens sehr instabil und zerfallen ganz oder teilweise zu kleineren geladenen Massenfragmenten
	das durch EI ionisiert wird
	Bei der Ionisation einer Substanz fragmentiert diese in ein vorhersehbares Ionen-Muster. Bei der Chemischen Ionisation (CI) wird ein Gas zugeführt
	Die aus dem Gas gebildeten Ionen reagieren dann mit dem Analyten und ionisieren ihn
	Der Fragmentierungsgrad ist geringer als bei der Elektronen-Ionisation. Bei der Feldionisation (FI) wird ein Gas in einem hohen elektrischen Feld an zahlreichen spitzen Graphitdendriten sehr schonend ionisiert. Bei der Felddesorption (FD) wird ein fester oder flüssiger Analyt
	worauf sich Ionen lösen
	der den zahlreichen Graphitdendriten in Lösung zugeführt wird
	in einem hohen elektrischen Feld wie bei FI sehr schonend ionisiert. Flüssigkeiten und Feststoffe können mit schnellen Atomen oder Ionen beschossen werden
	Kommen Atome zu Einsatz
	heißt die Methode FAB (Fast Atom Bombardement=Schneller Atombeschuss)
	bei Ionen SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry=Sekundärionen-Massenspektrometrie)
	Neben den Sekundärionen werden auch ungeladene Teilchen (Sekundärneutralteilchen) erzeugt
	Wenn diese zum Beispiel mit Laserlicht nachionisiert und dann analysiert werden
	spricht man von Sekundär-Neutralteilchen-Massenspektrometrie (SNMS)
	Chemische Lösungen geladener oder polarer Substanzen werden bei der Elektrospray-Ionisation (ESI) versprüht
	so dass Ionen des Analyten zurückbleiben
	ionisiert und die Tröpfchen dann getrocknet
	nur dass die Lösung des Analyten vor der Ionisation verdampft wird
	Die Chemische Ionisation unter Atmosphärendruck (APCI=Atmospheric Pressure Chemical Ionization) funktioniert ähnlich wie ESI
	Die Lösemittelmoleküle werden an einer spitzen Elektrode bei Atmosphärendruck ionisiert
	Die Methode ist auch für weniger polare Analyten geeignet
	Auch mit gepulstem Laserlicht kann von einem Feststoff der Analyt abgedampft und ionisert werden.Diese Methode heißt MALDI (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization=Matrix-unterstützte Laser-Desorptions-Ionisation)
	Bei dieser Methode wird der Analyt mit einen großen Überschuss an Matrix gemischt und kokristallisiert (Einbindung des Analyten in die kristalline Matrix)
	Die Matrix hat die Eigenschaft bei der verwendeten Laserwellenlänge Energie zu absorbieren (zum Beispiel Stickstofflaser 337nm)
	Vereinfacht gesagt kommt es mit dem Beschuss durch den Laser zum Herauslösen von Teilchen und deren Ionisation
	Thermische Ionisation (TIMS
	Thermische Ionisations Massenspektrometrie) wird in der Festkörpermassenspektrometrie eingesetzt
	Dabei wird die Probe (Probenmenge je nach Stoff ng bis µg) zum Beispiel auf ein Wolframfilament aufgebracht
	ICP) (TU-Labor: ICP-MS
	ein Teil der abgedampften Atome wird dabei ionisiert. Bei der Ionisation durch ein induktiv gekoppeltes Plasma (Inductively Coupled Plasma
	-OES
	auch an radioaktiven Proben (http://www.dirk-dautzenberg.de)) entstehen aus den meisten Elementen einfach positiv geladene Ionen
	Durch das Filament wird ein Strom geschickt wobei es sich erhitzt und die aufgebrachte Probe verdampft
	GC-MS
	Das Verfahren wird vor allem zur Analyse von anorganischen Feststoffen/-wässrigen Lösungen angewandt. Die Ionenquelle liegt auf einem hohen elektrischen Potential (einige kV)
	Nach Verlassen der Ionenquelle werden die Ionen deshalb beschleunigt. [Bearbeiten]
Analysator
	Im Analysator werden die Ionen nach ihrer Masse (genauer: Masse/Ladung m/z) getrennt
	Dafür gibt es mehrere Methoden: In Sektorfeld-Massenspektrometern werden die Ionen in elektrischen und magnetischen Feldern abgelenkt
	Der Radius der Kreisbahnen
	die sie in den Feldern durchlaufen
	hängt von der Energie (im elektischen Feld) und vom Impuls (im magnetischen Feld) der Ionen ab
	der Energie und des Impulses kann dann die Masse bestimmt werden
	In Kenntnis der Ladung
	Sektorfeld-Massenspektrometer können so gebaut werden
	dass Ionen mit leicht unterschiedlicher Geschwindigkeit auf einem Punkt im Detektor abgebildet werden (Geschwindigkeitsfokussierung)
	deren Flugbahn leicht geneigt ist
	Auch Ionen
	können auf einen Punkt abgebildet werden (Richtungsfokussierung)
	Massenspektrometer
	die beides gleichzeitig können
	nennt man doppelfokussierend
	Die Fokussierung ist nötig
	um bei hoher Auflösung noch eine akzeptable Intensität des Messsignals zu erhalten
	aber auch die teuersten Geräte
	Sektorfeld-Massenspektrometer sind die genauesten
	Sie erreichen eine Auflösung (definiert als Verhältnis der Ionen-Masse zur Linienbreite) von bis zu 100.000. In Quadrupol-Massenspektrometern durchfliegen die Ionen eine Anordnung von vier zylinderförmigen Elektroden
	die parallel verlaufen und deren Schnittpunkte mit einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse ein Quadrat bilden
	Die gegenüberliegenden Elektroden befinden sich auf gleichem Potential und zwischen benachbarten Elektroden wird eine Gleich- und eine Wechselspannung angelegt
	Das Verhältnis von Gleich- und Wechselspannung bestimmt (bei konstanter Frequenz)
	welche Ionen die Anordnung passieren können
	Haben die Ionen nicht die richtige Masse
	werden sie nach außen beschleunigt und kollidieren mit den Elektroden
	dass die Ionen beim Eintritt in den Analysator alle die gleiche Energie haben und leichte Ionen deshalb schneller sind als schwere. Es gibt auch so genannte Ion trap-Massenspektrometer oder auch Ionenfallen-Massenspektrometer. [Bearbeiten]
	time of flight mass spectrometer) wird ausgenutzt
	In Flugzeit-Massenspektrometern (TOF-MS
Ionenfallen-Massenspektrometer
	Der Analyt wird ungeladen in die Ionenfalle eingelassen und dort ionisiert
	das die Ionen auf Kreisbahnen mit einer massenabhängigen Umlauffreqeuenz zwingt
	Zwei Arten von Ionenfallen werden eingesetzt: In der Ionenfalle herrscht ein homogenes Magnetfeld
	Die Ionen müssen zunächst mit einem Anregungsimpuls in Phase gebracht werden
	Danach kann die Resonanzfrequenz gemessen werden
	muss das gemessene Signal fouriertransformiert werden
	Wenn Ionen mit unterschiedlicher Masse vorhanden sind
	daher die Bezeichnung Fouriertransformations-Ionencyclotronresonanz-Massenspektrometrie (FTICR-MS)
	In der Ionenfalle herrscht ein elektrisches Quadrupolfeld
	Das Feld wird durch drei rotationssymmetrische Elektroden erzeugt: zwei Endkappenelektroden und eine mittlere Ringelektrode
	Zwischen der Ringelektrode und den Endkappenelektroden liegt eine Ãœberlagerung einer Gleich- und einer Wechselspannug an
	Während einer Analyse wird die Amplitude des Wechselspannungsanteils erhöht
	das heißt Ionisation und Analyse laufen nacheinander und nicht parallel ab. [Bearbeiten]
	Je nach Ionen-Masse werden die Ionen bei Erreichen unterschiedlicher Amplituden aus der Ionenfalle geschleudert und gelangen zum Detektor. Ionenfallen-Massenspektrometer können im Gegensatz zu den vorher genannten Spektrometertypen nicht kontinuierlich betrieben werden
Detektor
	Als Detektor wird meistens ein Sekundärelektronenvervielfacher (SEV) oder ein Faraday-Auffänger verwendet. Der SEV wird teilweise in Kombination mit einer Konversionsdynode verwendet
	bei der die Ionen aufgrund einer angelegten hohen Beschleunigungsspannung (bis zu 25 kV) auf eine Metalloberfläche prallen und der SEV dann die freiwerdenden Elektronen detektiert
	Daneben werden als Detektor auch Daly-Detektoren
	Mikrokanalplatten und Channeltrons verwendet
	In der Anfangszeit der Massenspektrometrie wurden auch Fotoplatten benützt. [Bearbeiten]
Kopplung mit Chromatographen und MS/MS-Kopplung
	diese mit einem vorgelegten Trennverfahren aufzutrennen bevor man sie dem Massenspektrometer zuführt
	Bei sehr komplexen Proben ist es nützlich
	Man spricht dann von hyphenated separation
	In diesem Sinn wird Massenspektrometrie of zusammen mit Gas- oder Flüssigkeits-Chromatographen betrieben
	ICP-OES
	ICP-MS
	auch radioaktive Proben (http://www.dirk-dautzenberg.de)) beziehungsweise LC/MS (Liquid Chromatography / Mass Spectrometer)
	Diese Koppelungen sind bekannt unter den Kürzeln GC/MS (Gas Chromatography / Mass Spectrometry; TU-Labor: GC-MS
	Weniger weit verbreitet sind CE/MS (Kopplung mit Capilary Electrophoresis) und IMS/MS (Kopplung mit Ionenmobilitäts Spektrometrie)
	Manchmal werden sogar drei Trenntechniken gekoppelt
	so z.B. bei GCxGC-MS
	Bei chemischen Untersuchungen ist oft von Interesse
	die mit einem Massenspektrometer getrennten Ionen zu Fragmentieren und die Fragmente erneut mittels Massenspektrometrie zu untersuchen
	Das erreicht man durch Reihenschaltung zweier Analysatoren (MS/MS)
	zwischen denen die Ionen angeregt werden
	zum Beispiel durch Kollision mit Gasatomen
	ohne dass ein weiteres Bauteil benötigt wird. [Bearbeiten]
	In Ionenfallen-Massenspektrometer ist eine mehrfache Wiederholung von Anregung und Massenselektion möglich
Auswertung der Massenspektren
	Voraussetzung für die Bestimmung der Masse m ist die Kenntnis der Ladung q des Ions
	und meistens ist z = +1 (einfach positiv geladen)
	denn die Analysatoren können die Ionen nur nach dem Verhältnis m/q trennen. q ist jedoch immer ein ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung e: q = z*e
	Als Einheit von m/q wurde das Thomson Th vorgeschlagen: [m/q] = Th
	Zunächst muss die Masse des Analyten bestimmt werden
	Normalerweise ist das die Masse des schwersten detektierten Ions (Molpeak)
	Allerdings ist bei der Elektronen-Ionisation oft ein Großteil der Moleküle gespalten
	Testweise kann die Elektronenenergie verringert werden
	so dass weniger Moleküle gespalten werden und der Molpeak deutlicher sichtbar wird
	Die weitere Auswertung basiert darauf
	dass die Atome der verschiedenen chemischen Elemente einen unterschiedlichen Massendefekt haben
	die zur gemessenen Masse passen
	Bei leichten Molekülen gibt es nur eine oder wenige Atom-Kombinationen
	Bei schwereren Molekülen stehen jedoch oft sehr viele mögliche Summenformeln zur Auswahl
	Weitere Hinweise liefern die Isotopenzusammensetzungen der verschiedenen Elemente
	So besteht der Kohlenstoff zum Beispiel zu 98.9% aus 12C und zu 1.1% aus 13C
	sind neben dem Hauptpeak im Spektrum Nebenpeaks zu finden
	wieviele C-Atome im Molekül vorhanden sind
	die vom Hauptpeak um 1Amu
	Je nachdem
	2amu etc. entfernt sind und ein charakteristisches Intensitätsverhältnis zum Hauptpeak haben
	Die genannten Methoden sind auch auf die Bruchstücke anwendbar
	Moleküle brechen oft an charakteristischen Stellen
	Aus der Masse der Bruchstücke und evtl. weiteren Informationen kann schließlich die Strukturformel bestimmt werden. Grafik: Beispiel eines Massenspektrums: Tetrachlordibenzofuran EI-positiv ionisisiert Dabei helfen bei vor allem bei mit postiver EI-Ionisierung erstellten Massenspektren auch Massenspektrenbibliotheken
	Die bekanntesten sind unter den Kürzeln ihrer Vertreiber die Wiley- und die NIST-Massenspektrenbibliotheken. Siehe auch: GCxGC-TOF-MS
	NanoSIMS [Bearbeiten]
Weblinks
	http://www.physiksimulation.de/massenspektrograph.php (Simulationen versch
	Massenspektrographen) http://www.ivv.fhg.de/ms/ms-einfuehrung.html http://www.rzuser.uni-heidelberg.de/~bl5/downloads/files/skript2004.pdf http://www.jeol.com/ms/essays.html (englisch) http://sjsupport.thermofinnigan.com/customer_download/ltq/ltq_auto_0601.html (MS/MS
	englisch) en:mass spectrometry fr:Spectrométrie de masse ja:質é‡?分æž?法 nl:Massaspectrometrie ru:МаÑ?Ñ?-Ñ?пектрометриÑ?

[X] Schliessen

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Massenspektrometrie aus der freien Enzyklopädie wikipedia und steht unter der GNU Lizenz für freie Dokumentation. In der wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.