تحليل المركبات المتطايرة الحساسة والأكسدة عن طريق نظام الباردة مدخل والكترون تأثير الطيف الكتلي

ويعرض هذا الفيديو على بروتوكول لتحليل spectrometrical الشامل من المركبات الحساسة متقلبة والأكسدة باستخدام تأثير الإلكترون التأين. تقنية قدمت هي خاصة التي تهم الكيميائيين غير العضوية، والعمل مع organyls المعدنية، سلن، أو phosphanes التي يجب التعامل معها باستخدام الظروف الخاملة، مثل تقنية Schlenk.

ويعرض هذا الفيديو على بروتوكول لتحليل spectrometrical الشامل من المركبات الحساسة متقلبة والأكسدة باستخدام تأثير الإلكترون التأين. لم يتحقق تحليل المركبات الحساسة متقلبة والأكسدة بواسطة مطياف الكتلة بسهولة، حيث أن كل الطرق الطيفي كتلة دولة من بين الفن وتتطلب واحد على الأقل خطوة إعداد العينات، على سبيل المثال، حل والتخفيف من الحليلة (التأين electrospray)، وشارك -crystallization الحليلة مع مركب المصفوفة (مصفوفة بمساعدة الليزر الامتزاز / التأين)، أو نقل العينات المعدة في مصدر التأين مطياف الكتلة، التي ستجرى تحت الظروف الجوية. هنا، يتم وصف استخدام نظام العينة المدخل الذي تمكن من تحليل organyls متقلبة المعدنية، سلن، وphosphanes باستخدام مطياف الكتلة الحقل القطاع مجهزة مصدر التأين تأثير الإلكترون. جميع خطوات إعداد العينات وإدخال عينة في مصدر ايون للمطياف الكتلة تتم إما تحت ظروف خالية من الهواء أو تحت فراغ، مما يتيح تحليل المركبات عرضة للأكسدة. تقنية قدمت هي خاصة التي تهم الكيميائيين غير العضوية، والعمل مع organyls المعدنية، سلن، أو phosphanes، والتي يجب التعامل معها باستخدام الظروف الخاملة، مثل تقنية Schlenk. يتم تقديم مبدأ العملية في هذا الفيديو.

تحليل المركبات، مثل organyls المعدنية، سلن، أو phosphanes بواسطة مطياف الكتلة ليس ممكنا دائما. ومن المعروف أن العديد من هذه المركبات لتتحلل بسرعة عندما تكون في اتصال مع الهواء. وبالتالي فإن الخطوات الأكثر أهمية عند قياس أطياف الشامل هي إعداد عينة، ونقل الحليلة في مطياف وأيون الجيل الشامل في غياب الهواء. في هذا البروتوكول، ونحن تصف استراتيجية لتلبية هذه الاحتياجات وتقديم نظام مدخل، الأمر الذي يجعل من الممكن الحصول على أطياف الشامل للمركبات طيارة سابقا لا يتم تحليلها بواسطة مطياف الكتلة بسبب مناولة الصعب والتحلل السريع في ظل الظروف المحيطة. وبالتالي، وتحديد واضح للرواية أو organyls المعادن متقلبة القائمة، وسلن phosphanes، عرضة للأكسدة أو التحلل، ويمكن الآن أن يقوم بمساعدة مطياف الكتلة. هناك نوعان من المتطلبات التي يجب الوفاء بها من أجل تحليل المركبات التيهي عرضة للأكسدة أو التحلل: إعداد نموذج وتوليد الأيونات في ظل ظروف الخاملة. فرضية الماضي يمكن اجتمع بسهولة باستخدام مطياف الكتلة مع مصدر أيون تعمل تحت فراغ. هذا هو الحال مع معظم بمساعدة مصفوفة الليزر الامتزاز / التأين (MALDI) الطيف الكتلة ومع كل تأثير الإلكترون التأين (EI) الطيف كتلة ^1،2. Electrospray التأين (ESI) غير متوافق بسهولة لتحليل المركبات عرضة للأكسدة أو التحلل، كما تأخذ عملية التأين في ظل الظروف المحيطة ^3. ومع ذلك، بالنسبة لبعض المركبات التي تتفاعل مع الأكسجين ليس بقوة أو المياه، والتجفيف وnebulizing الغاز التي يتم تشغيلها من معظم مصادر ESI ما يكفي لتحليل الطيف الكتلي ^4. هذا هو الحال بالنسبة لاستراتيجيات التأين مماثلة لESI، مثل درجات الحرارة المنخفضة ESI، وانخفاض درجات الحرارة في الغلاف الجوي التأين الضغط ودرجات الحرارة المنخفضة أيون الثانوي السائل SPECTR كتلة أيضاometry ^5-7. في المقابل، وإعداد العينات ونقلها في مصدر ايون ظل ظروف الخاملة هو أكثر صعوبة بكثير. وقد يقترن كل من الأدوات MALDI وESI مع صناديق القفازات وذلك لتمكين إعداد العينات من المركبات عرضة للأكسدة و / أو التحلل في جو خامل ^4،8. تم ربطه مطياف الكتلة إلى علبة القفازات إما مع شعري نقل (ESI) أو مباشرة تعلق على علبة القفازات (MALDI). ان اقتران لعلبة القفازات لمطياف الكتلة عبر شعري نقل يكون ممكنا أيضا باستخدام استراتيجية أخرى التأين - السائل الامتزاز الحقل حقن / التأين (LIFDI) - التي ورد تحليل المركبات الحساسة ^9،10.

بالإضافة إلى ذلك، MALDI وLIFDI ليست مناسبة لتحليل مركبات شديدة التقلب. يتطلب MALDI وشارك في بلورة الحليلة مع مصفوفة ويتطلب LIFDI ترسب الحليلة على لEMItter من الحل. مع كل الاستراتيجيات التأين فمن المحتمل جدا أن الحليلة سوف تتبخر مع المذيب. على النقيض من الأدوات MALDI، EI الطيف الكتلة عادة ما تقدم عدة طرق لإدخال العينة في مصدر ايون: التحقيق مدخل مباشر (كميات صغيرة من المواد الصلبة والزيوت والشموع أو تترسب إلى بوتقة الألمنيوم التي يتم تقديمها باستخدام قضيب دفع) وهو مدخل الحاجز (للسوائل)، أو اقتران مع الكروماتوجرافي الغاز. مرة أخرى، على الأقل جزءا من نقل عينة يحدث في ظل الظروف المحيطة وصعب لأداء تحت جو خامل.

في عام 1960، تم تقديم نظام مدخل العينة التي تمكن من إدخال العينات تحت فراغ في مصدر ايون صك EI - على كل من الزجاج تسخين نظام مدخل (AGHIS) ^11،12. هنا، كان يقع العينة داخل قطعة مختومة من الزجاج الشعرية، التي تم إدراجها في AGHIS. لاحقا، تم اخلاء AGHISوكان إناء زجاجي مع عينة مكسورة. ثم يسخن AGHIS لتتبخر العينة التي بلغت المصدر أيون لمطياف الكتلة EI عن طريق تسرب. عندما أعدت الزجاج الشعرية مع العينة داخل صندوق القفازات، ويمكن إدخال عينة في مطياف الكتلة دون أي اتصال للهواء. ومع ذلك، فإن AGHIS هو الجهاز الذي لا يتوفر تجاريا ويصعب تجميع حتى لورشة عمل نافخي الزجاج المهرة. يرجع ذلك إلى أبعاد كبيرة التبديل بين مدخل مباشر باستخدام قضيب الشد وAGHIS ليس على التوالي إلى الأمام.

لدينا في مختبر قياس الطيف الشامل، قمنا بتطوير نظام مدخل مماثل في أسلوب AGHIS. لكن، وكما أنه من غير الممكن لتسخين نظام مدخل، الحليلة أن تبدي تقلب معين من أجل إدخال مصدر أيون من مطياف الكتلة. تقلب الحليلة أن تكون كافية للسماح لنقل المجمع تحت فراغ في الشركة المصرية للاتصالات النيتروجين السائلmperature - إما عن طريق الغليان أو التسامي. يتكون نظام مدخل مصنوعة خصيصا من لوحة الفولاذ المقاوم للصدأ، والذي المتمركزة على مدخل النظام المباشر، أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ مع صمام الإبرة، وشفة، التي قابل للاختبار أنبوب يحتوي على عينة يمكن تركيبها. تركيب نظام مدخل البارد لا يتطلب أي تعديلات على مطياف الكتلة (Autospec X، مولدات كهربائية، والآن شركة المياه، مانشستر، المملكة المتحدة) - التبديل بين نظام مدخل بارد ومدخل مباشر باستخدام يمكن القيام بها بسهولة في غضون ثوان قضيب دفع.

النظام هو من عرض مدخل استخدام معين عندما organyls المعدنية، سلن، أو phosphanes، عرضة للأكسدة أو التحلل، لا بد من تحليلها. ويتم تحليل هذه المركبات عادة باستخدام الرنين المغناطيسي النووي (NMR) الطيفي أو الأشعة تحت الحمراء (IR) الطيفي. للأسف، هذه الأساليب لا تسمح دائما لتحديد لا لبس فيه من مركب لأنها تسفر incompletه المعلومات، على سبيل المثال، عندما العناصر مثل الكلور أو البروم هي جزء من الجزيء. حيود الإلكترون الغاز من جهة أخرى قادرة على تقديم معلومات مفصلة عن الحليلة، ومع ذلك، فإن هذه الطريقة تستغرق وقتا طويلا جدا، وإعداد العينات أمر صعب، ومجموعات قليلة فقط قادرون على إجراء هذه التحليلات ^13،14. هنا، ونظام مدخل البارد لتحليل organyls المعدنية، سلن، أو phosphanes، عرضة للأكسدة أو التحلل بواسطة EI الطيف الكتلي هو من فائدة كبيرة ل (في) الكيمياء العضوية تمكن من تحديد واضح للمركبات جديدة من خلال تزويدهم المعلومات المتعلقة كتلة جزيء والأيونات شظية مميزة. الشرط الوحيد لقياس أطياف الشامل للمادة هو تقلب معين في خفض الضغط.

إعداد 1. عينة

1. استخدام مصنوعة خصيصا أنابيب اختبار قابلة للقفل مع شفة (الشكل 1) للنقل ونقل العينات في مطياف الكتلة. قبل ملء مع نموذج اخلاء أنابيب الاختبار قابلة للقفل تعلق على خط متعددة Schlenk متعددة وإزالة المياه المتبقية عن طريق تسخين بمسدس الحرارة. تنفيس أنبوب اختبار مع الأرجون الجاف واخلاء مرة أخرى، في حين أن التدفئة.
2. تزج اختبار أنبوب قابل للفي فخ بارد مليئة النيتروجين السائل (تحذير: كن حذرا عند التعامل مع النيتروجين السائل). تتكثف العينة في أنبوب اختبار من حاوية عينة تعلق على مشعب من خط Schlenk، أغلق قفل على رأس أنبوب الاختبار وكذلك متعددة وإزالة أنبوب الاختبار مقفل من الحمام النيتروجين. كما مطياف الكتلة حساس جدا، وكمية صغيرة كافية. ومعظم الحليلة البقاء في أنبوب الاختبار خلال قابل للتحليل ويمكن الاطلاع على المزيد من التجارببعد القياس.

الرقم 1. قابل للإحكام أنبوب الاختبار المستخدمة لنقل العينات. A) شفة لمرفق لنظام مدخل البارد، (B) تفلون الاستفادة من أنبوب الاختبار لتمكين نقل مجمع تحت ظروف خالية من الهواء، (C) لتشغيل المسمار الصنبور تفلون.

2. قياس قداس الأطياف

1. قبل أخذ عينات القياس، وضبط معايرة مطياف الكتلة وفقا للتعليمات التي قدمتها الشركة المصنعة لمطياف الكتلة الخاص بك (هنا، يتم استخدام Autospec X (مولدات كهربائية، والآن شركة المياه، مانشستر، المملكة المتحدة). استخدام perflourokerosene (PFK) كمعيار وضبط مطياف الكتلة لقرار من حوالي 2،800 في م / ض 119، 10٪ تعريف الوادي). إزالة الضغطقضيب من مدخل مباشر من المصدر ايون وتثبيت واجهة الخارجية لأنبوب الاختبار (الشكل 2). لمنع التدفئة من طرف دفع قضيب، تعيين أسلوب مدخل إلى "الحاجز" في برنامج السيطرة على مطياف الكتلة.
2. ربط شفة أنبوب الاختبار قابل للمليئة العينة إلى الواجهة الخارجية. فتح صمام إبرة واجهة الخارجية وإخلاء مدخل. بعد الاخلاء، وفتح بعناية صمام الكرة إلى مصدر أيون لاستكمال خطوة الإخلاء. إغلاق صمام إبرة واجهة الخارجية. تنبيه: الحنفية تفلون أنبوب الاختبار يجب أن تكون مغلقة في هذه الخطوة.
3. بدء قياس كتلة في البرنامج من مطياف الكتلة. مع صمام إبرة مغلقة، فتح صنبور تفلون أنبوب الاختبار لفترة وجيزة جدا، مما يسمح للجزيئات الغاز من المرحلة الحليلة لدخول الجزء الخارجي من واجهة. إغلاق صنبور تفلون مرة أخرى.
   ملاحظة: الجزء الخارجي من واجهة مع الفضاء بين كلغة أجنبيةعلى الصنبور وشفة من أنبوب الاختبار قابل لل(قارن الشكلان 1 و 2B) بمثابة خزان الغاز تحليلها أثناء التحليل.
4. فتح صمام الإبرة بعناية مع مراعاة قياس الفراغ من مصدر أيون. هذه الخطوة تسمح جزيئات الحليلة لدخول مصدر أيون من مطياف الكتلة. يجب أن لا تقع في الفراغ أدناه 10 ^-5 م بار أثناء القياس.
   ملاحظة: اعتمادا على تقلب الأطياف تحليلها كتلة ذات نوعية جيدة ويتم الحصول على حوالي 10 ^-6 م بار. تسجل الآن الطيف كتلة العينة. عادة، فإن كمية عينة تتسرب إلى الأداة من خلال صمام إبرة كافية لتسجيل الأطياف الشامل لعدة دقائق. في حالة كثافة الأيونات تنخفض، وفتح صمام الإبرة أكثر قليلا يسمح لاكتساب المزيد من الوقت. إذا كانت نوعية أطياف الشامل سجلت في 70 فولت ليست مرضية، يمكن تسجيل أطياف الشامل باستخدام الطاقات الحركية السفلية للالإلكترونات، على سبيل المثال، 20 فولت.

الرقم 2. نظام مدخل البارد مع فارغ قابل للاختبار أنبوب مزودة بمصدر أيون من VG Autospec اكس A) قابل للإحكام أنبوب اختبار، (B) اتصال بين شفة أنبوب اختبار نظام مدخل البارد، (C) صمام إبرة، (D) لوحة الفولاذ المقاوم للصدأ مع ختم والاتصال بمصدر أيون، (E) واجهة لمدخل مباشر، وغيض من السيراميك قضيب دفع مرئيا.

3. بعد قياس

1. إغلاق صمام إبرة واجهة الخارجية. إغلاق صمام الكرة إلى مصدر أيون. وقف اقتناء الأطياف الشامل في البرنامج.
2. إخلاء مدخل النظام أثناء فتح صمام الإبرة تماما. تنفيس واجهة بينما الكرةيتم إغلاق صمام وصمام إبرة. إخلاء الواجهة مرة أخرى، افتح صمام الإبرة خلال هذه الخطوة من أجل إزالة بقايا عينة بخار في الواجهة. كرر هذه الخطوة على الأقل 3X.
3. إزالة أنبوب الاختبار قابل للمن واجهة. تواصل مع عينة التالية أو إزالة الواجهة الخارجية من شفة مصدر ايون واستبدالها مع قضيب دفع.

ويرد على الطيف الشامل EI من تريس (ترايفلوروميثيل) phosphane في الشكل (3)، وهو مركب، والتي تتحلل بسرعة عندما تكون في اتصال مع الهواء (الشكل 4). واجهة عرض تتيح للقياس على التوالي إلى الأمام من أطياف الشامل لهذه المركبات. تشغيل واجهة جديدة سهلة وسريعة وتقدم أي عائق عند تشغيل مطياف الكتلة مع تطبيقه بشكل روتيني مدخل مباشر باستخدام قضيب دفع.

الرقم 3. الطيف قداس تريس (ترايفلوروميثيل) phosphane. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 4. السفينة (A) تخزين مليئة تريس (ترايفلوروميثيل) phosphane. (B) حاوية مليئة كمية صغيرة من تريس (ترايفلوروميثيل) phosphane. (C) عند ملامسة الهواء، تريس (ترايفلوروميثيل) phosphane يشتعل من تلقاء أنفسهم. (مع صور من باب المجاملة الدكتور J. بدر.)

ويرد اكتساب أطياف الشامل من المركبات التي تتحلل تحت إجراءات إعداد العينات القياسية في هذا البروتوكول. تم تصميم هذه التقنية قدمت لتحليل organyls المعدنية، وسلن phosphane، والتي هي عرضة للأكسدة و / أو التحلل، مما يجعلها مثيرة للاهتمام خاصة بالنسبة الكيمياء اللاعضوية. من أجل تحقيق أفضل النتائج، فراغ خال من الهواء أو الشروط التي يجب الحفاظ عليها في جميع مراحل التحليل. لذا ينبغي اتباع البروتوكول بدقة. في حالة ويأتي الحليلة في اتصال مع الهواء بسبب تسرب أو معالجة الخطأ من نظام مدخل، عواقب وخيمة مثل انفجار حاوية عينة يمكن أن يكون الحال اعتمادا على مجمع ليتم تحليلها (الشكل 4). وينبغي أيضا إجراء إعداد عينة فقط من قبل أفراد مدربين المستخدمة للعمل مع خطوط Schlenk، لأنها يمكن أن تنهار بسبب سوء المصنعة وير الزجاج عندما تحت فراغ. انفجارات مآيت تكون ناجمة عن اتصال من المركبات المتفاعلة مع الهواء، ويدخل خط Schlenk بسبب سوء المناولة. الخطر من الأكسجين السائل ومهدرج من الشوائب غاز خامل في فخ البارد، ينبغي النظر أيضا. الاتصال من أي (في) مركب عضوي مع الأكسجين السائل قد يؤدي إلى ردود فعل قوية تسبب انفجار خط Schlenk. أثناء التحليل ينبغي مراعاة الضغط في مصدر ايون من مطياف الكتلة بعناية، كما أن ارتفاع الضغط في مصدر ايون قد يؤدي إلى تلف الصك.

كما هو الحال مع organyls المعادن متقلبة، عرضة للأكسدة و / أو التحلل، وسلن phosphane نادرا أو مستحيلا لتحليل باستخدام دولة من بين الفن الطيف الكتلة مع ESI أو MALDI مصادر أيون، حيث يتم تنفيذ إعداد العينات والتأين عادة تحت الظروف الجوية. هنا، يقدم نظام مدخل البارد تمديد قيما الطرق القائمة لتحليلها المقدمة. ومع ذلك، فإن مدخل الباردالنظام غير متوافق مع ESI وMALDI أيون المصادر، كما أنه يقدم تدفق تحليلها الغازي إلى مصدر التأين، في حين يتطلب ESI تدفق حل تحليلها وMALDI تحليلها شارك تبلورت مع مصفوفة لتوليد الأيونات. كما في كل استراتيجية التأين، لديها أيضا EI عيب - بسبب الطاقة العالية من شعاع الالكترون، تحدث الشظايا في كثير من الأحيان. اعتمادا على طبيعة الحليلة هذا يمكن أن يؤدي إلى عدم وجود أيون الجزيئي. ومع ذلك، يمكن تحديد الحليلة باستخدام أيونات جزء، وخصوصا عندما المجمع الموردة عالية النقاء. لتحديد لا لبس فيه، مسار تخليق يجب أن يكون معروفا في هذه الحالة. للمركبات حيث أيون الجزيئية موجود في الطيف الكتلي، الأيونات شظية يمكن استخدامها لتأكيد بنية الجزيء. نظرا لتصميم نظام مدخل الباردة، والاستراتيجية المقدمة يقتصر على المركبات مع تقلب معين. تقلب الحليلة أن تكون كافية، لllow لنقل المجمع تحت فراغ في درجة حرارة النيتروجين السائل - إما عن طريق الغليان أو التسامي. مركبات مع ضغط بخار منخفض جدا لن تسفر عالية الجودة أطياف الكتلة. نادرا ما لوحظ الحديث المتبادل بين قياسات كتلة واحدة ويمكن التقليل من جراء ضخ نظام مدخل بعناية.

بشكل عام، يمكن إجراء القياسات مع كل مطياف الكتلة مجهزة مصدر أيون EI ونظام مدخل مباشر. نظام مدخل البارد هو عرض التشغيلي في غضون ثوان و لا يتطلب أي تعديلات على مطياف الكتلة. ومع ذلك، فإن واجهة للنظام مدخل البارد يجب أن يكون العرف وفقا لأبعاد مداخل الحالية للEI المستخدمة مطياف الكتلة. اعتمادا على قدرات مطياف الكتلة المتاحة، تجارب إضافية يمكن القيام بها، مثل قياسات كتلة دقيقة لتحديد أو تأكيد من المؤلفات عنصري أو أيون KINE كتلة-تحليلهاالطيف التشنج الطاقة (MIKES) لتوضيح مسارات التجزئة. وبالتالي، يمثل نظام مدخل البارد استراتيجية مدخل عينة إضافية بجانب مدخل مباشر تستخدم بشكل روتيني باستخدام قضيب دفع EI في مطياف الكتلة.

The authors have nothing to disclose.

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.