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Spettrometria di Massa

E' la tecnica analitica che si basa sulla produzione di ioni da atomi o molecole (sorgente) che sono poi separati in accordo con il loro rapporto massa/carica (m/z) (analizzatore) e infine misurati (rilevatore).

1) Sorgenti di ioni
2) Analizzatori lineari
3) Analizzatori a trappola
4) Configurazioni con più analizzatori
5) Rilevatori
6) Lo spettro
7) Introduzione del campione
Sorgenti di ioni
CI (Chemical Ionisation) ionizzazione chimica.
Ionizzazione dovuta alla reazione del campione con gas ionizzati a pressioni elevate.
DI (Desorption Ionisation) Ionizzazione per desorbimento
E' un termine generico che comprende tutte le forme di ionizzazione diretta da un campione solido o liquido (FAB, FI, Californium Fission Ionisation).
ESI (Electrospray Ionisation) Ionizzazione elettrospray
E' la ionizzazione ottenuta facendo passare la soluzione con il campione, in pressione, attraverso un capillare tenuto ad alto potenziale.
EI (Ionizzazione elettronica)
Ionizzazione prodotta in fase gassosa per interazione con un fascio di elettroni. E' un sistema di ionizzazione forte, ossia causa frammentazione delle molecole analizzate. Spesso non è più visibile lo ione molecolare (parentale).
FAB (Fast Atom Bombardment) or LSIMS (Liquid Surface Ionisation MS)
Ionizzazione dovuta all'impatto con un fascio di atomi e/o ioni prodotti da un cannone ionico in una matrice liquida con trasferimento di energia dalla matrice all'analita.
FD/FI (Field Desorption/Field Ionisation)
La formazione di ioni per rimozione di elettroni in un potente campo elettrico.
Spettrometria per mobilità ionica.
Ioni a pressione atmosferica sono fatti derivare in un tubo sotto l'influenza di un potenziale elettrico. Si separano in base alla loro carica, massa e soprattutto dimensione e forma. Questo dispositivo è spesso accoppiato con un analizzatore di massa per il rilevamento degli ioni e per la misurazione del loro rapporto massa su carica.
MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation)
Ionizzazione ottenuta per azione di un raggio laser (di solito a vapori d'azoto) che eccita una matrice (acido organico) miscelato con piccole quantità di analita.
NICI (Negative Ion Chemical Ionisation) Ionizzazione chimica a ioni negativi
Ionizzazione dovuta alla sottrazione di un elettrone nella fase gassosa da parte di composti con gruppi fortemente elettrofili (alogeni, gruppi azotati).
Soft ionization o Ionizzazione smorzata
Insieme di metodi che portano alla formazione di ioni con bassa energia interna. (CI, FAB, MALDI, ESI, ApCI)
TI (Thermal Ionisation) o Ionizzazione termica
Ionizzazione provocata da alte temperature in un campione gassoso per mezzo di microonde o indotto da plasma.
TSP (Thermospray Ionisation) Ionizzazione per vaporizzazione ad alte temperature
Ionizzazione prodotta per nebulizzazione di una soluzione del campione attraverso un capillare conduttivo ad alta temperatura.
Alto
Analizzatori Lineari
Singola focalizzazione (Single focusing)
Viene utilizzato un campo magnetico per separare gli ioni in accordo con la loro massa/carica.
Doppia focalizzazione (Double Focussing)
Una combinazione di campi elettostatico (E) e magnetico (B) vengono usati per compensare le variazioni di energia degli ioni formati nella sorgente e quindi migliorare la risoluzione (qv) dell'analizzatore.
E
La lettera usata per indicare il voltaggio in un analizzatore elettrostatico.
Q
L'abbreviazione per un analizzatore a quadrupolo.
q
La sigla usata per una camera di collisione a quadrupolo solo Rf.
V Voltaggio di accelerazione (Accelerating Voltage)
Il voltaggio applicato alla sorgente per accelerare nell'analizzatore gli ioni.
Scansione (Scanning)
Variazione del campo magnetico o del voltaggio di accelerazione, per selezionare gli ioni a determinate m/z.
Scansioni collegate (Linked Scans)
Particolari scansioni dove le funzioni di B e E sono variate (vedi sotto).
Quadrupolo(Q)
L'applicazione di una combinazione di un voltaggio in corrente continua e radiofrequenza a 4 barre parallele che creano un filtro attraverso il quale, con applicazione di un appropriato voltaggio, solo gli ioni di un definito valore di massa/carica possono essere trasmessi. Se si applica la sola radiofrequenza (Rf) tutti gli ioni sono trasmessi (q).
Tempo di volo TOF (Time-of-Flight)
Gli ioni formati sono tutti accelerati da un potenziale pulsato in un tubo tenuto in alto vuoto (regione di deriva) ed è misurato il loro tempo di arrivo ad un rilevatore. Il tempo impiegato è funzione dalla loro massa/carica.
Tempo di volo riflesso (Reflectron TOF)
Gli ioni che passano nel tubo di volo sono riflessi da uno 'specchio' elettrostatico focalizzando gli ioni con differente energia cinetica ma con identica m/z, portando ad una maggiore risoluzione.
TOF ad estrazione ritardata DE TOF (Delayed Extraction Time-of-Flight)
Una tecnica usata in spettrometria di massa nella quale una migliore risoluzione si ottiene applicando un ritardo controllato fra la formazione degli ioni e la loro accelerazione nel tubo di volo.
TLF-TOF (Time Lag Focussing-Time-of-Flight)
Sinonimo di TOF ad estrazione ritardata.
Decomposizione dopo la sorgente (PSD (Post Source Decay))
E' il processo di frammentazione degli ioni molecolari che può avvenire nel TOF.
TOF ortogonale (Orthogonal TOF)
In alcuni strumenti più recenti il fascio di ioni è analizzato in un tubo di volo in direzione ortogonale (ad angolo retto) rispetto alla loro traiettoria originale di ionizzazione.
Esapolo (Hexapole)
Un dispositivo a sei barre metalliche, usato per focalizzare un fascio di ioni divergente.
Alto
Analizzatori a Trappola
FWHM (Full Width at Half Height)
E' la risoluzione misurata come rapporto tra l'altezza del picco m/z e la sua larghezza a metà dell'altezza.
Trappola ionica (Ion-Trap)
Gli ioni sono spinti in un dispositivo tridimensionale dove sono accumulati da un campo generato da un quadrupolo. Vengono poi espulsi, in modo controllato, in base alla m/z per applicazione di un determinato campo elettrico secondario.
ICR (Ion Cyclotron Resonance)(FTICR)
Gli ioni sono tenuti in 'trappola' da una combinazione di campi elettrici e magnetici. Gli ioni sono analizzati in situ grazie agli impulsi elettrici creati dagli ioni circolanti e rilevati da rilevatori a piastre posti esternamente alla trappola. La m/z viene determinata grazie ad una operazione matematica ( FT, Fourier Transform) che converte le frequenze misurate in m/z.
Diagramma di stabilità di Mathieu (Mathieu Stability Diagram)
Una rappresentazione grafica dei valori dei voltaggi DC e AC i quali, quando applicati a una trappola ionica, mantengono uno ione di un dato intervallo di valori m/z in una traiettoria stabile nella trappola.
Risoluzione (Resolution)
E' il ternine che definisce la prestazione di un analizzatore. Questo parametro quantifica come i picchi di due ioni di m/z adiacente possono essere distinti fra loro con definito valore di sovrapposizione. Di solito si ha 10%; per uno strumento ibrido e 50% per i quadrupoli. Per i picchi isolati lo stesso termine può essere calcolato dall'ampiezza del picco ad una definita altezza (FWHM)
Alto
Configurazioni con più di un analizzatore
MS/MS
L'uso di due analizzatori per rilevare gli ioni precursori e i loro prodotti ionici ottenuti dopo frammentazione (Tandem Mass Spectrometry).
Decomposizione indotta da una superficie SID (Surface Induced Decomposition)
Frammentazione di uno ione per collisione con una superficie solida posta tra due analizzatori.
Tandem Mass Spectrometry
Uso di due analizzatori separati da una regione in cui gli ioni sono indotti a frammentare per trasferimento di energia (spesso per collisione con altre molecole). I frammenti vengono poi analizzati per ottenere maggiori informazioni sulla composizione della molecola. Sinonimo di massa/massa (MS/MS) e MS2
Triplo quadrupolo (QqQ, 'Triple quad')
Due analizzatori di massa a quadrupolo separati da una camera di collisione con quadrupolo a solo Rf.
Qq-TOF
Analizzatore a quadrupolo e TOF separati da una camera di collisione con quadrupolo a sola Rf.
Alto
Rilevatori
Coppa di Faraday
Rileva gli ioni per impatto diretto su una coppa metallica.
Elettromoltiplicatore o fotomoltiplicatore (Electron Multipliers or Photomultipliers)
Rilevamento degli ioni per produzione di una corrente elettrica amplificata conseguenza del diretto impatto dello ione sulla superficie o per la produzione di fotoni da un fosforo seguito da un tubo fotomoltiplicativo.
Microchannel Plate
Rilevatore moltiplicatore di elettroni con risposta veloce e area relativamente vasta su cui gli ioni sono rilevati, di uso comune negli analizzatori TOF.
Data System
Strumento informatico che processa e registra i segnali provenienti dal rilevatore e gestisce tutti i processi coinvolti nelle operazioni dello strumento.
Centroide (Centroid)
Il segnale analogico dal rilevatore è trasformato in digitale. Il centroide è il centro del segnale digitalizzato per uno ione, da questo è calcolata la m/z per lo spettro.
MCA (Multi Channel Analysis)
Una media generata dal computer di un certo numero di scansioni dello spettro che si genera da dati continui.
Alto
Lo spettro
Unità di massa atomica u (Unified Atomic Mass Unit)
Il simbolo per la massa di una particella basata sul 12C = 12u.
Massa su carica (m/z)
Il rapporto della massa su carica di uno ione rilevato. La carica (z) è spesso pari a uno ma può essere multipla specialmente in ESI-MS.
Spettro di massa (Mass Spectrum)
Un diagramma della m/z o massa (ascissa) contro l'intensità spesso normalizzata al 100% in base allo ione più intenso rilevato (ordinata). Si produce per selezione della trasmissione degli ioni nell'analizzatore (o rilascio da una trappola) per definiti intervalli di valori m/z in un dato periodo di tempo.
Picco base (Base Peak)
Lo ione più intenso rilevato nello spettro.
Spettro continuo (Continuum Spectrum)
Visione grafica del profilo del segnale rilevato per uno ione.
Corrente totale degli ioni, Total Ion Current (TIC)
La misura della intensità di tutti gli ioni rilevati a prescindere dalla loro massa/carica.
Ioni isobarici (Isobaric Ions)
Ioni con identica massa ma con differente composizione atomica.
Ione molecolare (Molecular Ion)
Lo ione formato a partire dalla molecola originaria nella sorgente.
Ione radicale (Radical Ion)
Ione contenente un elettrone spaiato.
Ioni prodotto, ioni figli o ioni frammento (Product Ions, Daughter Ions or Fragment Ions)
Tutti termini usati per indicare gli ioni formati per frammentazione di uno ione precursore.
Ioni pseudomolecolari (Pseudo-Molecular Ions)
Sono ioni formati per ionizzazione delicata, per cui gli ioni molecolari hanno un protone o altri cationi adesi o, nel caso di ioni negativi, hanno perso un protone.
Isotopi (Isotopes)
Molti elementi, in natura, si presentano con isotopi diversi (atomi con lo stesso numero di protoni ed elettroni ma differente numero di neutroni), che possono essere separati in uno spettrometro di massa, in quanto i neutroni non variano le cariche ma apportano una unità di massa. Le molecole contenenti tali elementi mostreranno più picchi che riflettono la composizione isotopica.
Ioni monoisotopici (Monoisotopic Ion)
Sono ioni che contengono solo l'isotopo più abondante di un elemento (chiamato anche ione principale).
Massa ionica nominale (Nominal Ion Mass)
La massa di uno ione, calcolata con il peso atomico nominale di ogni elemento.
Massa ionica monoisotopica (Monoisotopic Ion Mass)
La massa di uno ione contenente gli isotopi più abbondanti, calcolata con la massa atomica esatta.
Massa media Average Mass (Mr)
La massa di una particella o molecola di una data formula empirica calcolata usando il peso atomico per ogni elemento.
Massa Accurata
Gli isotopi hanno una massa precisa e nota, una conseguenza di ciò è che la composizione in elementi di ogni molecola, o di suoi frammenti, può essere calcolata dalla massa della molecola, se è determinata con sufficiente accuratezza.
SIR (Selected Ion Recording)
Analisi per definiti analiti, l'analizzatore è impostato per trasmettere solo determinate m/z.
SIM (Selected Ion Monitoring)
Sinonimo di SIR
MS/MS (Mass Spectrometry/Mass Spectrometry)
Analisi della relazione fra gli ioni e i loro frammenti usando due o più analizzatori o una trappola ionica e usando CAD o CID.
Frammentazione (Fragmentation)
Un termine alternativo per decomposizione ionica.
Decomposizione unimolecolare (Unimolecular Decomposition)
Descrive la frammentazione spontanea di uno ione, avviene nella sorgente.
Ione Metastabile (Metastable Ion)
Ione che si decompone in un prodotto carico e in una specie neutra durante la trasmissione attraverso lo spettrometro.
Decomposizione attivata da colisione CAD (Collisionally Activated Decomposition) sinonimo CID (Collisionally Induced Decomposition)
La frammentazione di uno ione indotta dalla collisione con un atomo o una molecola neutra.
Camera di collisione (Collision Chamber)
Una regione a pressione relativamente elevata (per immissione di un gas) contenente un dispositivo di focalizzazione dove avviene la CAD.
Scansione degli ioni prodotto Daughter (or Product) Ion Scans
Scansioni in cui sono rilevati gli ioni prodotto, formati per decomposizione di ioni precursori. CAD, CID o decomposizione unimolecolare sono coinvolti in questo processo.
Scansione degli ioni precursori Parent (or Precursor) Ion Scans
Analisi per tutti gli ioni precursori che generano un definito prodotto ionico.
Scansione di una perdita neutra costante (Constant Neutral Loss Scans)
Analisi di ogni ione che perde una certa massa non carica (es. 18 per perdita di H2O).
Trasformata di Fourier FT (Fourier Transform)
L'operazione matematica usata per convertire il segnale rilevato in uno spettrometro di massa IRC in valori di m/z.
Alto
Introduzione del campione
GC/MS
L'unione di un gas cromatografo con uno spettrometro. L'effluente gassosa da una colonna di gas cromatografia viene introdotto direttamente nella sorgente di uno spettrometro di massa dove viene ionizzato.
LC/MS
L'eluato di una cromatografia liquida viene introdotto direttamente nella sorgente di uno spettrometro di massa, dove viene ionizzato.
Nano elettro-spray (Nanoflow Electrospray)
L'introduzione di un campione in una sorgente ESI per mezzo di un ago capillare, conduttore elettrico, con un piccolissimo orifizio (sotto i 20µm). Il flusso è di pochi nl/min.