Summary Forensic Mass Spectrometry:
Les 1:
Massaspectrometrie kan worden gebruikt voor identificatie zowel bekende als
onbekende stoffen. Daarnaast kan er ook kwantitatief worden gekeken naar bekende
stoffen.
Collageen is een triple helix en een peptide met een grote massa. Hierbij kan de
massa worden berekend en daarna worden bevestigd in de massaspectrometer. In
de massaspectrometer worden moleculen geladen (ioniseren).
Massaspectrometrie is een methode om een massa over lading (m/z) van een
geladen molecuul of een fragment van een molecuul te meten. Meneer Thomson
heeft het elektron ontdekt en ook zijn m/z ratio. Daarna kon hij ook twee Ne-isotopen
scheiden, ofwel massaspectrometer voor het eerst gebruiken.
M/z staat voor massa over lading. Thomson (Th) staat voor massa-lading
verhouding. Het is vernoemd naar Thomson, die voor het eerst de massa-lading
verhouding heeft gemeten bij elektronen en ionen. M/z wordt vaak gebruikt maar Th
kan ook worden gebruikt. 1 Th zou dan staan voor 1 u/ e waarbij negatieve ionen ook
negatieve waarden krijgen. Het is echter zeldzaam en wordt niet geaccepteerd door
UPAC. Het kan maar 1 m/z in 1 tijd tegelijk meten. Lage m/z waarden buigen meer af
dan hogere waarden.
Geladen deeltjes kunnen worden gescheiden van elkaar door een elektrisch of
magnetisch veld een andere afstand afleggen (rechterhand regel). Voorbeeld van
een massaspectrum: 150 is de massa, en de lading = +1 dus 150/1 = 150 dus is het
eerste signaal wat wordt opgepikt. Het radicaal is niet stabiel dus kan weer uit elkaar
vallen. De grootste pieken zijn 59 en 91. Dit kan worden bevestigd als het radicaal uit
elkaar valt. De fragmentatie wordt later uitgelegd.
Y-as is de hoeveelheid van de deeltjes bij de detector komen/hoe vaak de signalen
(fragmenten) voorkomen en wordt weergegeven als de relatieve abundance. X-as is
m/z. De piek met het hoogste signaal is de base-piek. Normaal gesproken zijn de
signalen weergegeven als pieken. Signalen kunnen ook een blokje vormen als er
veel aanwezig zijn.
Een massaspectrometer heeft verschillende delen. Een injector, een ion-bron (want
alleen geladen deeltjes kunnen worden gemeten), massa-analyzer, ion-detector en
de computer. Van de ion-bron tot de detector wordt een vacuümpomp gebruikt.
,Ladingen in een molecuul in GC-MS kan gedaan worden door EI, een ion-bron. EI
staat voor Elektron Impact Ionisatie. De moleculen worden in de gasfase bombared
door een beam elektronen. Elektronen worden op de moleculen beschoten en als ze
raken worden de moleculen geladen, ofwel het vormen van het radicaal. Dan
ontstaat er veel fragmentatie. Het is niet altijd gunstig want hoe meer kleinere
moleculen, hoe moeilijker het spectrum is te interpreteren. Er zijn dus veel
fragmenten die informatie geven over het totaal.
Elektron-ionisatie is een ionisatiemethode waarbij
energetische elektronen elkaar wederzijds
beïnvloeden met vaste of gasfase-atomen of
moleculen om ionen te produceren. De methode is de
eerste methode die is ontwikkeld voor
massaspectrometrie en geeft een hoge (uitgebreide)
fragmentatie.
De gasfase moleculen worden ‘gebombardeerd’ door
een stroom van elektronen. Het elektron van het analyt (M) wordt omgezet in een
positief-ion met een oneven aantal elektronen. In een reactievergelijking geeft dit M +
e M+ + 2e-. De elektronen worden gevormd door een filament te verwarmen
waardoor een elektrische stroom loopt. De elektronen worden versneld tot 70 eV. De
kinetische energie van de elektronen is hoger dan de energie van het
monstermolecuul. Het monstermolecuul wordt ingebracht in de ionenbron waarbij het
loodrecht op de elektronenbundel staat. Door de nauwe doorgang van de elektronen
bij een lage druk ontstaan er fluctuaties in het elektrische veld rond de neutrale
monster moleculen waardoor ionisatie en fragmentatie induceert.
Analyzers hebben verschillende typen:
- Time-of flight
- Ion trap
- Quadrupole massa filters
- Magnetische sectors
- Fourier transform ion cyclotron
resonance spectrometers
Single quadrupole massa filters (QMS):
is een soort massa filter door een
magnetisch veld. Het kan heel goed
selecteren waardoor de ionen precies
tussen de staafjes naar achter worden
geleid en de andere vliegen eruit. Het kan
worden gezien als een massafilter. Het bestaat uit 4 metalen staven. Op de staven
wordt een constante gelijkstroom toegepast (DV) ofwel direct current. Elk
tegenovergesteld staafpaar is met elkaar verbonden en wordt aangesloten op een
RF (radiofrequentie) spanning. Als de spanning zodanig wordt ingesteld, worden
alleen ionen met een bepaalde m/z ratio de detector bereiken. De anderen ionen
hebben onstabiele banen en botsen met de staven. De techniek wordt vaak gebruikt
bij GC-MS en LC-MS. Het heeft verschillende modes, zoals een scan mode, SIM,
range en single ion mode.
, Scan: niet-selectief, snel, lage resolutie, typische scan 800 msec, range van 50-800.
SIM-model: selectief, paar ionen in tijd, kwantitatief, gevoelig, klein gebied.
Het kan zijn dat er meerdere quadrupole achter elkaar worden gezet. Het wordt ook
wel een tendum of QqQ genoemd. De eerste wordt gebruikt om het precursor ion te
selecteren. De tweede gebruikt een collision cell voor de fragmentatie van het
precursor ion. En de derde maak een spectrum van de product ionen.
Wat is de massa van een molecuul? En welke?
De chemische massa of de gemiddelde massa zijn meerdere isotopen bij elkaar.
Een isotoop heeft een verschillend aantal neutronen. Beiden komen in verschillende
percentages voor in de natuur. Bij chloor zijn er 3 isotopen: 35-35, 37-37, 35-37 en
37-35. Bij 35-35 komt het 75,77% voor dus 0,76*0,76=0,58. De andere geven dan
0,06 en 0,36, samen is dit 100% dus het klopt. Bij Cl 2 zie je dan ook een hoge piek,
middel en een lage piek. Dat zijn precies de 3 percentages.
De gemiddelde massa kan niet worden gemeten met MS, maar wel de mono
isotopische. De mono isotopische massa van een molecuul wordt berekend door
de exacte massa van de dominante isotoop van elk element. De nominale massa is
berekend uit de gehele massa van het meest voorkomende (dominante) isotoop van
elk element.
Trimbos is een organisatie die massa spectrometrie uitvoert om bepaalde drugs te
analyseren. Soms maken ze een red-alarm zodat iedereen kan zien dat het een
gevaarlijke drug is. Vaak zit op geld cocaïne. Dit komt omdat na het uitwisselen van
drugs vaak het geld wordt uitgewisseld. Het zijn vaak maar kleine hoeveelheden,
waardoor massa spectrometrie wordt gebruikt. Het is een gevoelige techniek. Met
massa spectrometrie kan je zien dat er verschillende stoffen op hetzelfde tijdstip
zitten omdat de pieken overlappen.
Les 2:
ESI = EsctroSpray Ionisatie. Het verschil met EI is het verschil van ioniseren. Bij EI
wordt geschoten waardoor elektronen loskomen en het analyt wordt gemeten. Het is
een harde ionisatie omdat de radicalen snel kapotgaan, dus veel fragmentatie. Bij
ESI is het zacht, omdat er veel minder fragmentatie optreedt. De moleculen worden
geprotoneerd en dus geen radicaal.
Bij de metaboliet 1 wordt bij de OH-groep een elektron weg geschoten. Hierdoor
wordt de metaboliet plus geladen. Het is nu een radicaal met dezelfde massa. Deze
les wordt alleen gekeken naar de hogere pieken. De kleine pieken zijn isotopen.
De plaats waar een elektron kan worden weggeschoten kan een binding hebben
(sigma en pie) of een niet-gebonden, ofwel vrij-elektronenpaar (n). De n wordt het
snelste eruit geschoten, daarna pie en daarna sigma.
De stof kan een radicaal worden na EI en valt dan uit elkaar. De fragmentatie vindt
plaats waardoor tropyhlium-ion wordt gevormd met een m/z van 91. Dus molecuul
ion fragmentatie.
Er zijn verschillende fragmentatie reacties (zijn er nog meer):
