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Was ist ein Gaschromatograph-Massenspektrometer?

Dieses Labor beinhaltet die Analyse verschiedener unbekannter Gemische mittels hochauflösender Kapillargaschromatographie-GC in Verbindung mit einem Ionenfallen-Detektor ITD. Die ITD ist eine Variation eines Quadrupol-Massenspektrometers und wurde speziell als GC-Detektor entwickelt.

Aufgrund der Konstruktionsabweichungen der ITD im Vergleich zu einem echten Quadrupol-Massenspektrometer ist das ITD-Massenspektrum einer organischen Verbindung möglicherweise nicht identisch, sollte jedoch dem klassischen EI-Massenspektrum mit Elektronenstoß sehr ähnlich sein, wie es im National Bureau zu finden ist of Standards Bibliothek von Massenspektren. Das ITD-Spektrum des Unbekannten wird mit den EI-Spektren mehrerer verschiedener Verbindungsklassen verglichen.

Somit können die charakteristischen Merkmale eines MS-Spektrums für eine gegebene Klasse erkannt und die chemische Struktur bestimmt werden. Die Gaschromatographie ist eine physikalische Trennmethode, bei der die zu trennenden Komponenten auf zwei Phasen verteilt werden, wobei eine ein stationäres Bett mit großer Oberfläche und die andere ein Gas ist, das durch das stationäre Bett sickert. Wenn die stationäre Phase ein Feststoff ist, wird der Trennungsprozess genauer als Gasfeststoffchromatographie bezeichnet.

Diese Technik wird im Allgemeinen verwendet, um Gase in einer gasförmigen Lösung abzutrennen. Die üblichere Technik, die in diesem Experiment verwendet wird, ist die Gas-Flüssigchromatographie-GLC, bei der die stationäre Phase ein poröser Feststoff ist, der mit einer absorbierenden Flüssigkeit bedeckt ist. GLC wird verwendet, um eine Vielzahl von organischen Verbindungen abzutrennen. Die Grundvoraussetzungen für die GLC sind, dass die Probe flüchtig ist und sich beim Verdampfungsprozess nicht zersetzt.

Da die Verdampfung in einer inerten Atmosphäre stattfindet, ist die Zersetzung der Probe im Allgemeinen kein Problem. Figure 5. Die Trennung eines Gemisches in seine Bestandteile hängt von den Löslichkeitsunterschieden des Probendampfes in einer Flüssigkeit in der stationären Phase ab. Die stationäre Phase wird in einer dünnen Schicht auf einen festen Träger fester Partikel mit großer Oberfläche aufgetragen und dann gleichmäßig in eine Säule gepackt.

Ein konstanter Strom des Trägergases strömt durch die Säule und transportiert gelöste Moleküle in der Gasphase. Die Säule ist so gewickelt, dass sie zur präzisen Temperaturregelung in einen Ofen passt. Eine Probe des Analyten wird durch Spritzeninjektion in das beheizte Injektorrohr eingeführt, wo es verdampft und mit Trägergas gemischt wird.

Während der Probendampf vom Trägergas durch die Säule befördert wird, verteilt sich der Analyt zwischen der Gas- und der Flüssigphase entsprechend der Löslichkeit der Analytkomponenten in der Flüssigkeit bei der Betriebstemperatur der Säule.

Diese Gleichgewichtsverteilung setzt sich fort, wenn die Probe durch das Trägergas durch die Säule bewegt wird. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Probe durch die Säule bewegt, wird durch die Probenlöslichkeit in der stationären Phase, die Trägergasströmungsrate und die Temperatur bestimmt.

Jede Komponente bewegt sich mit einer charakteristischen Geschwindigkeit, und wenn die Säule eine ausreichende Länge und ein ausreichendes Auflösungsvermögen aufweist, wird die Probe bis zum Erreichen des Detektors vollständig getrennt. Der am Säulenausgang befindliche Detektor ist das ITD-Massenspektrometer.

Es zeichnet die Gesamtzahl der Ionen auf, die von der Säule in den Massenanalysator gelangen. Das erzeugte Chromatogramm wird als Gesamtionenchromatogramm bezeichnet. Jeder Punkt im Chromatogramm ist ein Massenspektrum. Jede Komponente wird identifiziert, indem ihre "Retentionszeit", die Zeitdauer, die sie in der Spalte verbleibt, mit der eines Standards verglichen wird. Die Verweilzeit eines Dampfes hängt von den Säulentemperaturgrenzen und der Rampenrate, der Säulenlänge, der Art der stationären Phase und der Trägergasgeschwindigkeit ab.

Wenn diese Variablen konstant gehalten werden, kann die Retentionszeit einer Komponente vorläufig durch Vergleich mit der Retentionszeit eines bekannten Standardlaufs unter identischen Betriebsbedingungen identifiziert werden. Wenn die Reaktion des Detektors linear ist, repräsentiert die Fläche unter einem Peak genau die Menge der vorhandenen Komponente.

Ist dies nicht der Fall, ergibt die Kalibrierung der Detektorantwort auf die Arten von Komponenten, von denen erwartet wird, dass sie sich im Analyten befinden, eine Reihe von Antwortfaktoren, die die angegebenen Flächenprozentsätze in quantitative Gewichtsprozente umwandeln. Für eine gegebene Gaschromatographiesäule ist die Van-Deemter-Theorie nützlich, um die Fließgeschwindigkeit zu bestimmen, die bei einer gegebenen Säulentemperatur für eine bestimmte Verbindung einen optimalen Wirkungsgrad ergibt.

Die van Deemter-Gleichung lautet. HETP ist die "Höhe, die einer theoretischen Platte entspricht" und ergibt sich aus der Behandlung gaschromatographischer Trennungen im Hinblick auf wiederholte Gleichgewichte zwischen einer sich bewegenden und einer stationären Phase. Der HETP für eine bestimmte Gasströmungsrate wird aus der Gesamtzahl der theoretischen Platten N und der Säulenlänge L berechnet, d.h. Der erste Term in der van Deemter-Gleichung erklärt die Wirbeldiffusion, der zweite Term erklärt die molekulare Diffusion und der dritte Term erklärt Nichtgleichgewichtseffekte aufgrund des Flusses der mobilen Phase.

Für eine bestimmte Säule bei konstanter Temperatur ist die optimale Trägergasströmungsrate diejenige, für die der HETP ein Minimum ist. Wenn die Probe Materialien mit einem weiten Siedepunktbereich enthält, ist eine isotherme Trennung aller Komponenten nicht praktikabel.

Wenn die Säule bei niedrigen Temperaturen betrieben wird, werden die flüchtigeren Komponenten zwischen der Gas- und der Flüssigphase verteilt und passieren schnell die Säule, was scharfe, gut aufgelöste Peaks ergibt. Die hochsiedenden Komponenten bleiben jedoch in der stationären Phase gelöst und werden, wenn überhaupt, sehr langsam eluiert.

Da der Dampfdruck der letzteren gelösten Stoffe niedrig ist, erfolgt eine Verteilung über breite Bänder der stationären Phase, was zu breiten, schlecht aufgelösten Peaks führt. Wenn die Säule bei einer Temperatur betrieben wird, die genau definierte Peaks für die weniger flüchtigen Komponenten ergibt, passiert die niedrig siedende Fraktion die Säule mit sehr geringer Verteilung in die flüssige Phase. Infolgedessen erscheint es als ein oder zwei scharfe, schlecht aufgelöste Peaks, häufig mit Retentionsvolumina, die sich dem Totraum der Säule nähern.

Durch Verwendung der Temperaturprogrammierung können alle Verbindungen bei Temperaturen eluiert werden, die sich der idealen Temperatur zur Trennung von benachbarten gelösten Stoffen annähern. Bei Verwendung einer niedrigen Anfangstemperatur werden die niedrig siedenden Komponenten auf beide Phasen in der Säule verteilt und erscheinen am Detektor als scharfe, gut aufgelöste Banden.

Die höher siedenden Fraktionen bleiben am Injektionspunkt "gefroren". Wenn die Säulentemperatur erhöht wird, steigt der Dampfdruck der weniger flüchtigen Komponenten an und sie verteilen sich zwischen den beiden Phasen. Infolgedessen bewegen sie sich als gut definierte Bänder nach unten und eluieren bei charakteristischen Temperaturen.

Durch sorgfältige Auswahl der Temperaturanstiegsrate und der Trägergasströmungsrate kann jede Komponente bei einer Temperatur eluiert werden, die ungefähr dem Optimum für die Trennung von benachbarten gelösten Stoffen entspricht. Obwohl die Auflösung von eng beabstandeten Peaks nicht gegenüber der bei einer einzigen optimalen Temperatur verbessert werden kann, kann die Auflösung von weit auseinander liegenden Peaks erheblich verbessert werden. Das Massenspektrometer und der GC werden von der Chemstation-Software auf dem Computer gesteuert.

Das System, das Sie verwenden, ist menügesteuert. Ihr TA zeigt Ihnen, wie Sie eine Datei einrichten und Daten erfassen. Daher können Verbindungen nicht nur durch Vergleichen der Retentionszeit mit einem Standard wie bei der herkömmlichen GC identifiziert werden, sondern auch anhand ihres Massenspektrums.

Ein Unbekannter kann in den meisten Fällen auch nur anhand seines Massenspektrums identifiziert werden, sodass keine Standards für Daten zur Aufbewahrungszeit ausgeführt werden müssen. Daher ist es nicht erforderlich zu wissen, wonach Sie suchen, wie im Fall von GC. Eine Kapillarsäule ist einfach ein langes Rohr aus Glas mit einem kleinen Innendurchmesser. Für dieses Experiment wird eine 30-cm-Säule mit einem Innendurchmesser von 0 verwendet. Die stationäre Phase ist tatsächlich mit dem Inneren der Glaskapillare verbunden, so dass kein fester Träger in die Säule gepackt werden muss.

Unterschiedliche Säulen können abhängig von der Art der durchzuführenden Trennung gebundene Phasen mit unterschiedlichen Eigenschaften aufweisen. Nachdem die Komponenten eines Gemisches in der Säule getrennt wurden, erreichen sie den Ionenfallen-Detektor als reine Verbindungen, wenn die Trennung erfolgreich war.

Die Verbindungen werden durch Elektronenstoß EI ionisiert, indem der Gasstrom über einen Elektronenstrahl geleitet wird, der auf eine Energie von 70 eV beschleunigt wird. Diese Energie wird verwendet, um Ionen durch Abstreifen eines Elektrons zu bilden, und kann einige der Bindungen der Verbindung aufbrechen. Unterschiedliche Populationen der Ionen haben unterschiedliche Mengen an innerer Energie. Einige der Moleküle werden ionisiert, fragmentieren jedoch nicht und bilden ein "Elternion".

Ein Elternion oder Molekülion hat die gleiche Masse in Atommasseneinheiten wie das neutrale Molekül, das es nur durch die Masse eines Elektrons unterscheidet.

Es ist der höchste Massenpeak im Spektrum. Viele der gebildeten Ionen können eine ausreichende innere Energie haben, um zu fragmentieren, wodurch ein Ion mit kleinerer Masse und ein Neutral gebildet werden.

Die gebildeten Neutralen werden nicht nachgewiesen. Es werden nur Ionen nachgewiesen. Durch die Verwendung der gleichen Energieelektronen zur Ionisierung der Verbindungen sind die resultierenden Massenspektren nicht nur auf einem bestimmten Instrument, sondern auch auf anderen Instrumenten, die eine Elektronenstoßionisation mit 70 eV verwenden, hoch reproduzierbar. Auf diese Weise wurden Bibliotheken von Massenspektraldaten erzeugt, so dass ein Unbekannter durch Durchsuchen und Abgleichen der Massenspektren identifiziert werden kann.

Verschiedene Verbindungsklassen weisen einige Fragmentierungseigenschaften auf, die zur Identifizierung unbekannter Verbindungen verwendet werden können. Beispielsweise ist es weniger wahrscheinlich, dass Verbindungen mit vielen starken Bindungen, wie z. B. aromatische Verbindungen, fragmentieren. Diese Verbindungen sind durch Massenspektren gekennzeichnet, die von einem einzelnen Peak, dem Molekülion, dominiert werden. Geradkettige Kohlenwasserstoffe fragmentieren jedoch viel leichter und zeigen in ihren Massenspektren möglicherweise nur eine geringe oder keine Häufigkeit des Molekülions.

Diesem Handbuch ist eine Referenz beigefügt, die charakteristische Fragmentierungen verschiedener Verbindungsklassen beschreibt. Eine ausgezeichnete Referenz, die die Fragmentierung von Verbindungsklassen beschreibt, ist "Interpretation of Mass Spectra" von Fred McLafferty. Sie sollten diese Referenzen zusammen mit Ihrem Text verwenden, um die Massenspektren Ihrer unbekannten Verbindungen zu erklären.

Für dieses Experiment ist keine Probenvorbereitung erforderlich. Sie erhalten 6 Standards. Sie erhalten außerdem drei Unbekannte, bei denen es sich um Gemische aus zwei oder mehr der oben genannten Verbindungen handelt. Sie müssen die bereitgestellten Unbekannten anhand der Massenspektren und der Retentionszeiten der Peaks identifizieren.

Drücken Sie I für Instr Control. Bearbeiten Sie diese Parameter: Der Kommentar sollte den Namen der Probe und wichtige Bedingungen enthalten. Es gibt drei Arten von Anpassungen, die bei der Bibliothekssuche verwendet werden: Reinheit, Anpassung und umgekehrte Anpassung. Lesen Sie das Handout in der Massenspezifikation, um sich mit den verschiedenen Arten der Passform und deren Verwendung vertraut zu machen. Einleitung Die Gaschromatographie ist eine physikalische Trennmethode, bei der die zu trennenden Komponenten auf zwei Phasen verteilt werden, wobei eine ein stationäres Bett mit großer Oberfläche und die andere ein Gas ist, das durch das stationäre Bett sickert.

Ein grundlegendes Chromatographieinstrument besteht aus Folgendem: Standard 1: Warten Sie einige Minuten, bis die Software initialisiert ist. Der grüne Balken am unteren Rand des ChemStation-Fensters zeigt den Abschluss der Aktion an. Wenn Sie dazu aufgefordert werden, klicken Sie auf OK, um die Firmware-Konfiguration zu bestätigen. Der nächste Schritt besteht darin, die gewünschte Methode zu laden, falls sie nicht bereits geladen wurde, indem Sie auf die Registerkarte Methode zugreifen. Die Methoden finden Sie in der folgenden Struktur von D: Die aktuell geladene Methode wird in der blauen Leiste oben im ChemStation-Fenster angezeigt.

Wählen Sie Ihre Methode und laden Sie, das Laden dauert einige Minuten.

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