67
Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

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Bio-MS lezione 1 1

Atomi: massa atomica e isotopi

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Bio-MS lezione 1 2

Isotopi

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Bio-MS lezione 1 3

Massa: definizioniMassa media

Massa della molecola basata sulla somma delle masse atomiche medie degli atomi costituenti la molecola stessa.

Massa esatta

Viene calcolata prendendo in considerazione non le masse medie degli atomi, ma le masse del loro isotopo principale.

Page 4: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 4

Spettrometria di massa

La spettrometria di massa e’ una tecnica che consente di misurare il peso di atomi o molecole. La determinazione della massa, o del peso molecolare e’ sempre utile per individuare l’identita’ di una sostanza.

Per effettuare questa analisi bisogna impartire una carica elettrica alla molecola di interesse, cioe’ l’analita, e successivamente misurare come le traiettorie degli ioni risultanti rispondano nel vuoto a varie combinazioni di campi elettrici e magnetici.

Per piccole specie molecolari, la ionizzazione e’ facilmente ottenibile bombardando l’analita con un fascio di elettroni.

Negli ultimi anni, gli sforzi di molti ricercatori hanno portato alla scoperta di nuove tecniche di ionizzazione in grado di caricare elettricamente molecole estremamente grandi, altrimenti impossibili da ionizzare con metodi tradizionali senza ottenere una totale distruzione del campione

John Fenn, Premio Nobel per la chimica 2002

Page 5: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 5

Spettrometria di massa

Per effettuare un’analisi mediante spettrometria di massa bisogna

impartire una carica elettrica alla molecola di interesse, cioe’ l’analita,

e successivamente misurare come le traiettorie dello ione risultante

rispondono nel vuoto a varie combinazioni di campi elettrici e

magnetici.

Le traiettorie degli ioni dipendono dal loro

rapporto massa/caricam/z

Page 6: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 6

• Generazione di ioni

• Separazione delle componenti

• Rilevamento delle componenti

separate

Lo spettrometro di massa: un prisma molecolare

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Bio-MS lezione 1 7

?

Spettro di massa

77

51

156158

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Bio-MS lezione 1 8

Bromobenzene

Spettri EI: esempi

77

51

156158

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Bio-MS lezione 1 9

Componenti di uno spettrometro di massa

Camera di ionizzazione

Analizzatore

Rivelatore

Analizzatore a tempo di volo(TOF), quadrupolo (Q)

Fotomoltiplicatore, elettromoltiplicatore

EI, MALDI, ESI

Page 10: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 10

Ionizzazione

Condizione necessaria all’analisi spettrometrica e’ la generazione di

specie cariche in fase gassosa. Tale processo e’ detto ionizzazione.

Il processo richiede energia

1900 1925 1950 1975 2000

19841966 19851907

Costruito il primo spettrometro di massa

EI

ESI MALDI

CI

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Bio-MS lezione 1 11

Metodi di ionizzazione (1)

Protonazione

Deprotonazione

M + H+ [M+H]+

M - H+ [M-H]-

-

O

O

+NH3

Proteine, peptidi, ammine

Oligonucleotidi, acidi carbossilici

Page 12: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 12

Espulsione di elettroni

Addizione cationica

M M+.

M + Na+ [M+Na]+

- e-

Metodi di ionizzazione (2)

CH3

+.

OH

OHNa+

Piccole molecole organiche

Carboidrati

Page 13: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 13

Metodi di ionizzazione a confronto

[M+H]+

[M-H]-

[M+Na]+

[M-e-]+

• Applicabile a molti composti

• Ottenibile attraverso diversi metodi di ionizzazione (ESI, MALDI, FAB, APCI)

• Non applicabile nell’ analisi di carboidrati

• Non applicabile nell’analisi di idrocarburi

• Non universale quanto la protonazione

• Maggiore specificita’ e sensibilita’ rispetto alla protonazione

•Utile nell’analisi di molecole acide tramite FAB, ESI, MALDI, APCI

• Applicabile all’analisi di carboidrati e molti tipi di polimeri sintetici

• Ottenibile attraverso diversi metodi di ionizzazione (ESI, MALDI, FAB, APCI)

• Difficile ottenere informazioni strutturali da molecole ionizzate mediante addizione cationica

• Spesso genera frammentazione troppo estesa

• Non applicabile a biomolecole

• Puo’ contemporaneamente fornire ionizzazione della molecola di interesse + frammentazione della stessa

• Vasta applicabilita’ nel caso di molecole volatili. Ottenibile mediante EI

Pro Contro

Page 14: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 14

Come scegliere la modalità di ionizzazione?

Individuare la modalità di ionizzazione più appropriata per l’analisi di un determinato composto è una procedura che si basa essenzialmente su tre fattori

• Osservazione delle proprietà chimiche della molecola (e.g. proprietà acido-base, presenza di gruppi funzionali, volatilità, etc.)

• Esperienza (confronto con molecole analizzate con successo nel passato o con dati di letteratura).

• Verifica pratica (confronto sperimentale tra due o più tecniche di ionizzazione ritenute potenzialmente le più efficaci nella ionizzazione dell’analita in questione).

Page 15: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 15

Principali tecniche di ionizzazione

Ionizzazione “hard”

• EI (electron impact)

Ionizzazioni “soft”

• MALDI (matrix-assisted laser desorption ionisation)

• ESI (electrospray ionization)

• APCI (atmospheric pressure chemical ionization)

Page 16: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 16

EI: Ionizzazione per impatto elettronico

Filamento di tungsteno

Fascio di elettroni ad alta energia

Repulsore

All’analizzatore

M+. M+. M+.

M

MM

M

M+.

•Funziona su specie volatili, gia’ presenti allo stato gassoso all’atto della ionizzazione

• Genera ioni ad alta energia, i quali spesso frammentano molto velocemente in seguito alla ionizzazione

• Adatta alla ionizzazione di piccole molecole ( < 400 Da)

Page 17: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 17

EI: Ionizzazione per impatto elettronico

m/z

Inte

nsita

’• EI produce ioni ad alta energia.

• L’elevata energia interna causa una facile frammentazione dello ione molecolare.

• I frammenti sono rivelati dallo spettrometro di massa. Essi sono comunque utili per caratterizzazione strutturale (identificazione).

Page 18: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 18

EI: Ionizzazione per impatto elettronico

Gli ioni molecolari generati da EI possiedono un’elevata energia (in genere, vengono utilizzati 70 eV).

M M+- e-

Ione molecolare

M+ A+ + R

M+. A+ + N

.

.

.

. La frammentazione dello ione molecolare è un processo spontaneo che avviene per l’eccesso di

energia interna dello ione stesso. La frammentazione è determinata dalla struttura

molecolare.

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Bio-MS lezione 1 19

Frammentazione EI: rottura omolitica

.. .. ....

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Bio-MS lezione 1 20

Frammentazione EI: rottura eterolitica

R-X+ R+

-X.

.

+.

Page 21: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 21

Frammentazione EI: guide generali

La frammentazione dello ione molecolare è determinata dalla struttura dello ione stesso (e, di conseguenza, della molecola originaria).

In particolare, gli ioni molecolari tendono a:

• Frammentare in modo da produrre frammenti a bassa energia, quindi relativamente stabili (ad esempio, stabilizzati per risonanza).

• Liberare piccole molecole neutre (neutral loss) ad elevata stabilità (acqua, idrogeno, acetilene, monossido di carbonio, etc.)

Page 22: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 22

Benzoato di metile

Spettri EI: esempi

136

105

77

51

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Bio-MS lezione 1 23

Spettri EI: esempi

87

43

4127

74

71

59

15

8859

57

29

Page 24: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 24

87

43

4127

74

71

59

15

Riarrangiamento di Mc Lafferty

Frammentazione EI: riarrangiamento di McLafferty

Page 25: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 25

Spettri EI

Gli spettri di massa generati da ionizzazione EI sono altamente riproducibili. E’ stato quindi possibile generare banche dati di spettri EI ottenuti sperimentalmente da decine di migliaia di composti organici.

L’identificazione di un composto incognito in un campione, quindi, molto spesso si riduce ad una semplice ricerca in banca dati dello spettro EI ottenuto sperimentalmente.

Page 26: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 26

MALDI: Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization

• La tecnica e’ basata su un’analisi in fase solida, anche se il

campione di partenza e’ in genere in soluzione.

• L’energia necessaria alla ionizzazione del campione e’ fornita

sotto forma di radiazione elettromagnetica.

• La radiazione e’ inviata in pacchetti ad alta intensita’ tramite un

impulso laser

Page 27: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 27

MALDI: Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization

Matrice

Campione (proteina,peptide, acido nucleico, zucchero)

Laser ad azoto, emissione a 337 nm (UV)

OH

HO

COOH

HO

H CN

COOH

DHB CHCA

Acido 2,5-diidrossi benzoico Acido α-cian-4- idrossicinnamico

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Bio-MS lezione 1 28

MALDI- preparazione del campione

Piastra metallica per la deposizione del campione e l’analisi

Soluzione di matrice Soluzione campione

Miscelare (la matrice e’ in forte eccesso)

Depositare sulla piastra metallica (1 μL)

Lasciare cristallizzare

Piastra metallica

Piastra metallica

Page 29: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 29

+

+

+

MALDI: Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Proteina

Matrice

Impulso laser+ 20 kV

All’analizzatore

Piastra m

etallica

Page 30: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 30

MALDI: Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization

-

-

-

-

-

-

-

-

-

DNA/RNA

Matrice

Impulso laser- 20 kV

All’analizzatore

Piastra m

etallica

-

-

-

Page 31: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 31

MALDI: meccanismo di ionizzazione

Il processo di ionizzazione MALDI sembra non essere basato su un singolo meccanismo. A seconda delle condizioni sperimentali,

possono avvenire differenti processi di ionizzazione.

• La esistenza di ioni pre-esistenti nei cristalli di matrice è stata dimostrata sperimentalmente. La sublimazione della matrice con conseguente liberazione in fase gassosa degli ioni pre-formati è una delle vie di ionizzazione del MALDI.

• Il trasferimento di protoni dalla matrice all’analita negli istanti immediatamente successivi al desorbimento è ritenuto un altro meccanismo responsabile della ionizzazione di analiti basici.

• Nel caso di sostanze capaci di assorbire la luce UV, è anche possibile la fotoionizzazione diretta del campione, con la formazione di ioni radicalici (generalmente non di interesse nel caso delle biomolecole).

Page 32: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 32

MALDI: Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization

10700 20000 24000m/z

0

100

% In

tens

ity

20900

10451

• Genera per lo piu’ specie monocarica

• Buona tolleranza a contaminanti e sali

• Capace di ionizzare proteine (> 300 kDa)

6966

Page 33: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 33

MALDI: Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization

10700 20000 24000m/z

0

100

% In

tens

ity

20900

10451

• Genera per lo piu’ specie monocarica

• Buona tolleranza a contaminanti e Sali

• Capace di ionizzare proteine (> 300 kDa)

6966

[M+H]+

[M+2H]2+

[M+3H]3+

Page 34: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 34

Elettrospray - ESI

• La tecnica e’ basata sulla nebulizzazione di una soluzione contenente il campione da analizzare.

• L’energia di ionizzazione e’ fornita da un campo elettrico generato tra l’ago di introduzione del campione e lo spettrometro di massa.

www.newobjective.com

Page 35: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 35

- +

+

+

+

+

+

+

+ +

+

+

- -

-

-

-

- -

+

+

+ +

-

- -

MS inlet

Alimentatore

Menisco

Elettrospray - ESI

Nessun campo elettrico tra l’ago e lo spettrometro

Ionizzazione assente

Page 36: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 36

-

Polo positivo

- +

+

+

+

+

+

+

+ +

+

+

- - -

-

-

- -

+ +

+ +

-

- -

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+ -

+

+

- -

+

Polo negativo

MS inlet

Alimentatore

Campo elettrico insufficiente Ionizzazione assente

+ - Modalita’ ionizzazione positiva

+ -+ 500 V + 50 V

Elettrospray - ESI

Page 37: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 37

-

+

+

+

+

+ +

+

+ + +

MS inlet +

+ +

+

+

+

+

+

+ + +

+

+

+

+

+

+++ +

+++ +

+++ + -

+

+

+

+

+

+

+ +

+ -

- - -

- + +

-

+

+

+

+

+ + -

- +

- + +

+ +

+ + -

- +

- - +

Alimentatore

Polo positivo Polo negativo

Campo elettrico sufficiente Ionizzazione

+ -+ 1000-5000 V + 50 V

+ -

Elettrospray - ESI

Si chiude un vero e proprio circuito elettrico

Page 38: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 38

Elettrospray - ESI

+

+

+

+

++

+

+

+

+

Goccia generata da elettrospray

Ion evaporation model (IEM)

Charge residue model (CRM)

++

+

+

+++

++

+

++

++

+

+

+++

++

++

+++

+++

++

++

+

+

+++

+

Progressive droplet shrinkage and droplet fissions

Page 39: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 39

Elettrospray - ESI

Ion evaporation model (IEM)

Charge residue model (CRM)

Evidenze sperimentali hanno dimostrato che IEM è il meccanismo principale attraverso il quale piccole molecole e peptidi vengono ionizzati mediante elettrospray.

Il meccanismo CRM sembra essere quello prevalente nel consentire la ionizzazione delle macromolecole e dei complessi proteici.

Page 40: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 40

L’elettrospray genera ioni multicarica

+

+

+

+

+

+

++

+

+

+

++

+

+

+

++

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+

La ionizzazione mediante elettrospray di una soluzione contenente una singola proteina generera’ un segnale multiplo allo spettrometro di massa, dovuto al fenomeno della formazione di ioni multicarica.

Goccia generata da elettrospray

La goccia evapora lungo il tragitto che porta allo spettrometro. La proteina ionizzata entra

nello spettrometro di massa

Page 41: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 41

Ioni multicarica

++

+

++

+ +

++

m/z

Intensita’ relativa (%)

0

100

5000

Massa 8000 8002 8003 8004

Carica 0 2 3 4

m/z 4001 2667 2001

M2+

M3+

M4+

Page 42: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 42

500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

m/z

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Inte

nsity

, co

unts

996.48909.86

872.01

1046.40951.19

805.03

775.27 1101.28

1162.39

1230.61747.63

1307.49

1394.65

1494.141609.01

ESI di una proteina intatta

Page 43: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 43

500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

m/z

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Inte

nsity

, co

unts

996.48909.86

872.01

1046.40951.19

805.03

775.27 1101.28

1162.39

1230.61747.63

1307.49

1394.65

1494.141609.01

ESI : interleuchina-6

+20

+25

+15

La proteina ha un peso molecolare di

circa 21 kDa. La ionizzazione ESI

impartisce da 10 a 30 cariche alla

molecola

1230.61 =

1162.39 =

M+n

M+n+1

n+1

n

Page 44: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 44

MALDI & ESI: interleuchina 6

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

m/z

0

100

% in

tens

ity

996.48909.86872.01 1046.40951.19

805.03

775.27 1101.28

1162.39

1230.61747.63

1307.49

1394.65

10700 20000 24000m/z

0

100

% In

tens

ity

20900

10451

MALDI

ESI

Mw=20904

Mw=20899

Page 45: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 45

ESI: sommario

• Capace di generare complessi molecolari ionizzati in fase gassosa (very soft)

• Facilmente interfacciabile con LC

• Interfacciabile con analizzatori capaci di effettuare MS/MS

• Nessuna interferenza da parte di matrici

• Suscettibile alla presenza di sali

• Miscele complesse possono ridurre la sensibilita’ dell’analisi

• La presenza di ioni multicarica puo’ confondere, specialmente nel caso di miscele complesse

• Il campione da analizzare deve essere puro (ma abbiamo spesso LC come introduzione del campione)

Pro Contro

Page 46: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 46

MALDI: sommario

• Capace di ionizzare biopolimeri fino a 1 MDa (1,000,000)

• Piu’ tolleranza nei confronti di sali ed impurezze rispetto all’elettrospray

• Spettro facile da interpretare.

• Ioni background sotto i 700 m/z escludono l’applicabilita’ del MALDI a piccole molecole (ma…)

• Condizioni acide possono causare degradazione del campione (raramente osservate in analisi di peptidi).

Pro Contro

Page 47: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 47

Ionizzazione chimica

CH4 + e- -----> CH4+. + 2e-

CH4+. + CH4 -----> CH5

+ +CH3.

CH4+. + CH4 -----> C2H5

+ + H2 + H.

M + CH5+ -----> [M+H]+ + CH4

La ionizzazione chimica (CI) è un processo che può essere sia alternativo all’impatto elettronico per molecole volatili, sia alternativo all’elettrospray

come metodo di ionizzazione da fase liquida (in questo caso si parla di APCI). CI rispetto a EI è meno distruttiva, e consente di ionizzare le molecole senza

eccessiva frammentazione.

La ionizzazione chimica si ottiene mediante la generazione, all’interno

dello spazio dove è stato vaporizzato il campione, di specie cariche in grado di donare protoni all’analita. Un esempio di gas utilizzato è il metano. Per prevenire la ionizzazione diretta dell’analita M, il gas donatore di protoni è presente ad una concentrazione (pressione) molto

più elevata dell’analita stesso.

Page 48: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 1 48

APCI

La ionizzazione chimica a pressione atmosferica (APCI) prevede la termonebulizzazione di una soluzione contenente l’analita, seguita dalla ionizzazione chimica mediante il gas di nebulizzazione secondo le reazioni descritte in precedenza

(formazione di ioni dal metano o altro gas e reazioni di trasferimento protonico all’analita). Il gas di nebulizzazione è ionizzato inizialmente da una scarica elettrica generata tra il capillare di introduzione del campione e lo spettrometro di massa.

Page 49: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 2 49

Componenti di uno spettrometro di massa

Camera di ionizzazione

Analizzatore

Rivelatore

La biomolecola da analizzare viene ionizzata (i) mediante irraggiamento laser della biomolecola stessa dispersa in una matrice cristallina (MALDI); (ii) direttamente da una soluzione, nebulizzandola in presenza di un campo elettrico (ESI).

Gli ioni vengono separati in base al loro rapporto m/z. La separazione puo’ avvenire attraverso filtri di massa (quadrupoli), facendo viaggiare gli ioni in un tubo di volo (TOF), o confinandoli in trappole ioniche (IT, FTICR).

Gli ioni vengono inviati dall’analizzatore al detector, che amplifica la corrente ionica diversi ordini di grandezza, generando impulsi che compongono lo spettro di massa finale.

Page 50: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 2 50

Esempio di rivelatore: moltiplicatore di elettroni

Uno ione dall’analizzatore 106 elettroni

Serie di dinodi

L’urto di un singolo ione proveniente dall’analizzatore causa una cascata di elettroni. L’impulso elettrico viene successivamente digitalizzato

Page 51: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 2 51

Analizzatori: tipologie

• Tempo di volo (TOF)

• Quadrupolo (Q, triplo quadrupolo TQ)

• Trappola ionica (IT, trappola lineare LT)

• Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance (FTICR)

• Orpitrap

Page 52: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 2 52

Analizzatore a tempo di voloP

ushe

r, 1

0-20

kV R

ivelatore

+

+

+Ionizzazione

Campo elettrico

Campione

Assenza di campo elettrico

Ek= ½ mv2

Eel=ezU

Page 53: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 2 53

Analizzatore a tempo di volo

• In un analizzatore a tempo di volo (TOF), gli ioni vengono separati all’interno di uno spazio di 1-2 metri compreso tra la sorgente di ionizzazione ed il rivelatore, detto tubo di volo.

• Ioni aventi una massa elevata viaggiano nel tubo di volo con velocita’ ridotta, arrivando con ritardo al rivelatore rispetto a ioni piu’ piccoli.

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Bio-MS lezione 2 54

Spettrometria di massa: caratteristiche

• Accuratezza

• Risoluzione

• Mass range

• Capacita’ di effettuare MS/MS

• Velocita’ di scansione

Page 55: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 2 55

Accuratezza

m/z

Inte

nsita

’ 20 900

20 000 20 500 21 000 21 500 22 000

[M+H]+ = 20,900

Mr (exp) = 20,899

Indica quanto il valore di massa calcolato dallo spettrometro si avvicina al valore vero. L’accuratezza si esprime in % o in ppm.

Mr (teor) = 20,892

accuratezza = 0.03% (o 300 ppm)

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Bio-MS lezione 2 56

Accuratezza e precisione

......

......

. ....

..

..

.

.. ....

...

Misura precisa ma poco accurata

Misura poco precisa ma accurata

Misura poco precisa e poco

accurata.

Misura precisa ed accurata

Centro del bersaglio: valore vero

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Bio-MS lezione 2 57

Risoluzione

m/z

Inte

nsita

m/z = 50

m/z

m/z

= 418

20,900

R =

20 000 20 500 21 000 21 500 22 000

FWHM

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Bio-MS lezione 2 58

Quadrupolo

+ (U + (Vcos ωt))

- (U + (Vcos ωt))

Al rivelatore

Dalla sorgente

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Bio-MS lezione 2 59

Quadrupolo

m/z 500

m/z 1500

m/z 100

Al rivelatoreDalla sorgente

Dalla sorgente

Dalla sorgente

A dati potenziali U e V solo ioni ad un preciso m/z attraverseranno il filtro a quadrupolo

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Bio-MS lezione 2 60

Quadrupolo

Tempo di scansione = 1 sec.

m/z

Inte

nsita

Tempo

U U/V = costante

100 1000

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Bio-MS lezione 2 61

Quadrupolo

• E’ l’analizzatore di massa piu’ comune. (molto utilizzato in strumenti da banco GC-MS relativamente economici).

• Separa gli ioni nello spazio a seconda del loro rapporto m/z.

• Usando il voltaggio appropriato, e’ possibile fare si’ che solo ioni con un determinato m/z attraversino il quadrupolo e raggiungano il rivelatore.

• Il quadrupolo può essere usato come filtro ionico: possiamo settare i potenziali in modo da fare passare solo ioni aventi un determinato m/z ad un secondo analizzatore di massa o ad una camera di collisione (vedi MS/MS)

Page 62: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 2 62

Ionizzazione MALDI TOF

Piastra metallica

Laser

Tempo (m/z)

Inte

nsita

Segnale amplificato

Spettrometro MALDI-TOF

Rivelatore

Page 63: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 2 63

ESI-QqTOF analizzatore ibrido

pusher rivelatoreESI

m/z

Intensita’

0

100

1000

Quadrupolo Quadrupolo

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Bio-MS lezione 2 64

Spettrometria di massa in tandem

• La ionizzazione per EI produce frammentazione degli ioni molecolari. Tali frammenti sono essenziali per ricavare informazioni strutturali sulle molecole analizzate.

• Al contrario, le tecniche di ionizzazione soft (MALDI, ESI, APCI) non producono frammentazione molecolare.

• Per ottenere informazioni strutturali sulle biomolecole ionizzate, risulta quindi necessario effettuare MS/MS (spettrometria di massa in tandem).

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Bio-MS lezione 2 65

Spettrometria di massa in tandem (MS/MS)

La spettrometria di massa in tandem consiste nell’effettuare una doppia

analisi di massa su un determinato campione. Per fare cio’, e’ possibile

utilizzare due analizzatori in serie, o utilizzare lo stesso analizzatore a

tempi diversi.

m/z

Inte

nsita

0

100

1000 m/z0

100

1000

MS2: MS/MS su m/z 850.1

Inte

nsita

MS1: spettro MS da 0 a 1000 m/z

650.4

850.1

401.380.4

198.6678.8

466.7

850.1

Selezione del picco

Page 66: Bio-MS lezione 1 1 Atomi: massa atomica e isotopi

Bio-MS lezione 2 66

MS/MS su QqTOF

pusher RivelatoreDa ESI

m/z

Relative intensity (%)

0

100

1000

Full scan MS

m/z

Relative intensity (%)

0

100

1000

MS/MS su

Q0: selezione

Q1: Camera di collisione

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Bio-MS lezione 2 67

MS/MS su triplo quadrupolo (QQQ)

•Permette esperimenti di MS/MS.

• In modalita’ SRM (selected reaction monitoring) fornisce sensibilita’ elevatissime.

• SRM = uno ione di interesse viene selezionato in continuo in Q1 (il filtro lascia sempre passare solo quello specifico ione), frammentato in Q2, ed uno o piu’ frammenti specifici vengono filtrati da Q3 e mandati al detector.

frammentazione frammenti

Q1 Q2 Q3