Analyse flüchtiger und oxidationsempfindlichen Verbindungen mit einem kalten Einlasssystem und Elektronenstoß-Massenspektrometrie
Summary
Dieses Video stellt ein Protokoll für die massenspektrometrische Analyse von flüchtigen und oxidationsempfindlichen Verbindungen mit Elektronenstoß-Ionisation. Das vorgestellte Verfahren ist insbesondere von Interesse für anorganische Chemie, die Arbeit mit Metallorganylen, Silane oder Phosphane, die mit inerten Bedingungen, wie der Schlenk-Technik behandelt werden müssen.
Abstract
Dieses Video stellt ein Protokoll für die massenspektrometrische Analyse von flüchtigen und oxidationsempfindlichen Verbindungen mit Elektronenstoß-Ionisation. Die Analyse der flüchtigen und oxidationsempfindlichen Verbindungen, die durch Massenspektrometrie nicht leicht erreicht, da alle Stand der Technik massenspektrometrischen Verfahren erfordern mindestens einen Probenvorbereitungsschritt, beispielsweise die Auflösung und Verdünnung des Analyten (Elektrospray-Ionisation), CO -crystallization des Analyten mit einer Matrixverbindung (Matrix-Assisted Laser Desorption / Ionisation), oder die Übertragung der hergestellten Proben in die Ionisationsquelle des Massenspektrometers, die unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt werden. Hier ist die Verwendung eines Probeneinlasssystem beschrieben, das die Analyse von flüchtigen Metallorganyle, Silane und Phosphane mit einem Sektorfeld-Massenspektrometer mit Elektronenstoß-Ionisation Quelle ausgestattet ermöglicht. Alle Schritte der Probenvorbereitung und der Probeneinführung in die Ionenquelle desMassenspektrometer finden entweder unter luftfreien Bedingungen oder im Vakuum, so dass die Analyse der Verbindungen sehr anfällig für Oxidation. Das vorgestellte Verfahren ist insbesondere von Interesse für anorganische Chemie, die Arbeit mit Metallorganylen, Silane oder Phosphane, die mit inerten Bedingungen, wie der Schlenk-Technik behandelt werden müssen. Das Arbeitsprinzip ist in diesem Video dargestellt.
Introduction
Die Analyse der Verbindungen, wie Metallorganyle, Silane oder Phosphane durch Massenspektrometrie nicht immer möglich ist. Mehrere dieser Verbindungen sind bekannt, um schnell in Kontakt mit der Luft zersetzen sich. Daher sind die wichtigsten Schritte beim Messen Massenspektren der Probenvorbereitung, die Übertragung des Analyten in das Massenspektrometer und Ionenerzeugung in Abwesenheit von Luft. In diesem Protokoll beschreiben wir eine Strategie, um diese Anforderungen zu erfüllen und stellen ein Einlasssystem, das es ermöglicht, Massenspektren von flüchtigen Verbindungen, die zuvor nicht durch Massenspektrometrie analysiert werden, zu erhalten, ist wegen ihrer schwierigen Handhabung und schnelle Zersetzung unter Umgebungsbedingungen. Dadurch eindeutige Identifizierung neuer oder vorhandener flüchtiger Metallorganyle, Silane und Phosphane, anfällig für Oxidation oder Hydrolyse, können nun mit Hilfe der Massenspektrometrie durchgeführt werden. Es gibt zwei Anforderungen, die zur Herstellung von Verbindungen zu analysieren erfüllt sein müssen, welchesind anfällig für Oxidation oder Hydrolyse: Probenvorbereitung und Ionenerzeugung unter inerten Bedingungen. Die letzte Voraussetzung kann leicht mit einem Massenspektrometer mit einer Ionenquelle, die unter Vakuum eingehalten werden. Dies ist der Fall bei den meisten Matrix-unterstützte Laser-Desorptions / Ionisations (MALDI)-Massenspektrometer und mit allen Elektronenstoßionisation (EI)-Massenspektrometer 1,2. Elektrospray-Ionisation (ESI) ist nicht gut verträglich für die Analyse von Verbindungen anfällig für Oxidation oder Hydrolyse, da die Ionisation unter Umgebungsbedingungen 3 erfolgt. Jedoch für einige Verbindungen, die nicht heftig mit Sauerstoff oder Wasser, Trocknen und Zerstäubungsgas mit denen die meisten ESI Quellen betrieben werden reagieren genügt für die Analyse durch Massenspektrometrie 4. Dies ist auch der Fall für die Ionisation Strategien ähnlich ESI, zB Niedertemperatur-ESI, Tieftemperatur-Luftdruck Ionisierung und Niedertemperatur-Flüssigsekundärionen-Massen spectrtrie 5-7. Im Gegensatz dazu ist die Probenvorbereitung und die Übertragung in die Ionenquelle unter inerten Bedingungen viel schwieriger. MALDI und ESI Instrumente mit Handschuhkästen, um die Probenvorbereitung von Verbindungen anfällig für Oxidation und / oder Hydrolyse in einer inerten Atmosphäre 4,8 aktivieren gekoppelt. Das Massenspektrometer ist mit dem Handschuhkasten entweder mit einer Übertragungs Kapillare (ESI) oder direkt an dem Handschuhkasten (MALDI) befestigt angeschlossen. Die Kopplung von einem Handschuhkasten mit einem Massenspektrometer über eine Transfer Kapillare wäre auch möglich, unter Verwendung einer anderen Strategie Ionisation – Flüssigkeitseinspritz Feld-Desorption / Ionisation (LIFDI) – bei dem die Analyse von empfindlichen Verbindungen wurde 9,10 berichtet.
Zusätzlich MALDI und LIFDI sind nicht geeignet für die Analyse von leichtflüchtigen Verbindungen. MALDI erfordert die Cokristallisation des Analyten mit einer Matrix und LIFDI erfordert das Aufbringen des Analyten auf eine EMItter aus einer Lösung. Bei beiden Strategien Ionisation ist es sehr wahrscheinlich, dass der Analyt mit dem Lösungsmittel verdampfen entlang. Im Gegensatz zu MALDI Instrumenten EI Massenspektrometer bieten in der Regel mehrere Verfahren zum Einführen der Probe in die Ionenquelle: den direkten Einlaßsonde (kleine Mengen an Feststoffen, Ölen oder Wachsen werden in einen Aluminiumtiegel, der mit einer Schubstange eingeführt ist, abgeschieden) ein Septum Einlaß (für Flüssigkeiten) oder Kupplung mit einem Gaschromatographen. Wiederum wird wenigstens ein Teil des Probentransfer unter Umgebungsbedingungen stattfindet, und ist schwierig, unter einer inerten Atmosphäre durchzuführen.
In den 1960er Jahren wurde ein Probeneinlasssystem vorgestellt, die die Einführung von Proben unter Vakuum in die Ionenquelle eines EI-Instrument ermöglicht – der Ganzglas erhitzt Einlasssystem (AGHIS) 11,12. Hier wurde die Probe in einem verschlossenen Glasstück Kapillare, die in die AGHIS eingefügt wurde entfernt. Anschließend wird die AGHIS wurde evakuiertund der Glasbehälter mit der Probe gebrochen war. Die AGHIS wurde dann erhitzt, um die Probe, die die Ionenquelle eines Massenspektrometers EI mittels einer Leck erreicht verdampfen. Wenn die Glaskapillare mit der Probe wurde in einem Handschuhkasten hergestellt, kann die Probe in das Massenspektrometer ohne Kontakt zur Luft eingebracht werden. Jedoch ist die AGHIS eine Vorrichtung, die nicht im Handel erhältlich und schwierig selbst für einen Fachglasbläser Werkstatt zusammenzubauen ist. Aufgrund der großen Abmessungen Umschalten zwischen Direkt-Einlass mit einer Schubstange und AGHIS ist nicht geradlinig.
In unserem Massenspektrometrie-Labor, eine ähnliche Einlasssystem im Stil des AGHIS entwickelt. Da es nicht möglich ist, die Einlasssystem zu erwärmen, hat jedoch den Analyten, um eine gewisse Flüchtigkeit, um die Ionenquelle des Massenspektrometers zu geben aufweisen. Die Flüchtigkeit des Analyten muss ausreichend sein, um für die Übertragung der Verbindung unter Vakuum bei flüssigem Stickstoff te ermöglichenmperatur – entweder durch Kochen oder Sublimation. Maßgeschneiderte Einlaßsystem besteht aus einer Platte aus rostfreiem Stahl, die bei der direkten Einlaßsystem, ein Rohr aus rostfreiem Stahl mit einem Nadelventil und einem Flansch angeordnet ist, an dem ein verschließbarer Reagenzglas mit der Probe angebracht werden kann. Die Installation der kalten Einlasssystem erfordert keine Änderungen an dem Massenspektrometer (Autospec X, Vakuumerzeuger, jetzt Waters Corp, Manchester, UK) – Wechsel zwischen kalten Einlasssystem und Direkteinlass mit einer Schubstange kann leicht innerhalb von Sekunden durchgeführt werden.
Die vorgestellte Einlasssystem ist von besonderem Nutzen, wenn Metallorganyle, Silane oder Phosphane anfällig für Oxidation oder Hydrolyse, analysiert werden. Diese Verbindungen werden gewöhnlich unter Verwendung magnetischer Kernresonanz (NMR)-Spektroskopie oder Infrarot-(IR)-Spektroskopie analysiert. Leider sind diese Methoden erlauben nicht immer eine eindeutige Identifizierung einer Verbindung, weil sie incomplet ergebene Informationen, beispielsweise, wenn Elemente, wie Chlor oder Brom sind Teil des Moleküls. Gas-Elektronenbeugung auf der anderen Seite ist in der Lage, detaillierte Informationen über den Analyten liefern, jedoch ist das Verfahren sehr zeitaufwendig ist die Probenvorbereitung schwierig, und nur wenige Gruppen in der Lage, diese Analyse durchzuführen sind 13,14. Hier ist von großem Nutzen für die (an) organische Chemiker ermöglicht die eindeutige Identifizierung von neuen Verbindungen der kalten Einlasssystem für die Analyse von Metallorganyle, Silane, oder Phosphane, anfällig für Oxidation oder Hydrolyse von EI-Massenspektrometrie, indem sie ihnen Informationen über die Masse eines Moleküls und der charakteristischen Fragmentionen. Die einzige Voraussetzung für die Messung der Massenspektren für eine Substanz eine gewisse Flüchtigkeit bei vermindertem Druck.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der Erwerb von Massenspektren von Verbindungen, die unter Standard-Probenvorbereitungsverfahren zersetzen wird in diesem Protokoll vorgestellt. Das vorgestellte Verfahren ist für die Analyse von Metallorganylen, Silane und Phosphane, die sehr anfällig gegenüber Oxidation und / oder Hydrolyse sind entworfen, so dass es insbesondere für anorganische Chemiker interessant. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, müssen Vakuum-bzw. luftfreien Bedingungen, um in der gesamten Analyse konserviert werden. Daher sollte das Proto…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
JS is indebted to Prof. B. Hoge of the Inorganic Chemistry department, Bielefeld University, for the idea of establishing the presented inlet system. The analyzed phosphane was a generous gift from Prof. B. Hoge. Sample preparation of the analyzed compound was performed by M. Wiesemann. Photographs of the phospane were taken by Dr. J. Bader. The mechanical workshop of the faculty of chemistry is acknowledged for the manufacturing of the interface and the glass workshop of the faculty of chemistry for the manufacturing of the lockable test tubes with flanges. Prof. B. Hoge and Prof. H. Gröger are acknowledged for funding of this publication.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| VG Autospec X | Micromass Co. UK Ltd (now Waters) | other EI mass spectrometers with direct inlet using a push rod should also be compatible with this technique | |
| Lockable test tubes with flange | – | – | costum made, teflon tap should be used for locking the test tube |
| Interface for lockable test tubes | – | – | costum made , interface is prepared from stainless steel. Needle valve has to be included into the interface-design! |
| Schlenk line | – | – | costum made, has to include vacuum pump for evacuation of thest tubes and cold trap with liquid nitrogen for trapping of the sample |
Referências
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