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Instrumentelle Ausrüstung der MS-Abteilung
Die folgenden Ausführungen beschreiben Ihnen kurz die instrumentellen Möglichkeiten der Abteilung für Massenspektrometrie. Diese Informationen werden Ihnen helfen, Ihren Auftragswunsch hinsichtlich der in unserem Hause zur Verfügung stehenden Analyseverfahren und Ionisationsmethoden zu präzisieren.
Mass Spectrometry Instruments and Methods offered in the MS-Plattform of the Department of Chemistry: download "MS instruments and methods" [PDF Info]

THERMO Scientific LTQ Orbitrap XL
Abb.1 LTQ Orbitrap XL Abb.2 ESI Ionenquelle
Das THERMO LTQ Orbitrap XL ist ein Massenspektrometer der neuesten Generation und kombiniert zwei sehr flexibel einsetzbare und hochauflösende Analysatorsysteme: eine Linear-Iontrap und einen Orbitrap Massenanalysator. Die im Gerät eingebaute HCD-Kollisionszelle erweitert die Verfahren zur Durchführung vielfältiger MSMS Stoßexperimente und eröffnet damit ein breites Spektrum an Applikationen zur Strukturaufklärung und Identifikation organischer Verbindungen, wie beispielsweise die (Sequenz-) Analyse von Peptiden und/oder Proteinen. Das Thermo LTQ Orbitrap XL Massenspektrometer erfüllt die hierfür zwingend erforderlichen technischen Voraussetzungen zur Generierung aussagekräftiger Massenspektren, die sich vorrangig in einer exakten Ermittlung nomineller Massen (m/z 4000 max.) wiederspiegeln. Darüberhinaus unterstützt das Gerät schnelle Cycle-Times bei MSMS-Messungen, eine hochauflösende m/z Detektion sowie eine allgemein hohe Nachweis-Empfindlichkeit, womit das Gerät auch gerne im weiten Anwendungsbereich der Spurenanalytik eingesetzt wird.

Verfahren und Prinzip

  1. Erzeugung freier Ionen in der Gasphase durch Electrospray-Ionisation (ESI)
  2. Sammeln der entstandenen Ionen in der Linear-Iontrap mit sofortiger Möglichkeit der Detektion im LTQ Analysator
  3. Sukzessiver axialer Transfer gesammelter Ionen zur Storage-Trap (C-shape Iontrap)
  4. Stabilisierung (cool down) gesammelter Ionen in der Storage-Trap mit Helium Edelgas
  5. Sukzessiver vertikaler Ionen-Transfer zum Orbitrap-Analysator
  6. Positionierung der Ionenpakete im Analysatorzentrum durch Hochspannung
  7. Verstärkung der Orbitrap-Elektrodensignale und Fast-Fourier-Transformation (FFT)
  8. Generierung eines FFT-Frequenz-Spektrums (Detektion)
  9. Konvertierung des Frequenz-Spektrums in ein Massenspektrum
Allgemeine Spezifikationen & technische Möglichkeiten
  • Einlaßsystem via ESI-Source
    - Empfohlene Analytkonzentration [mol/l]: 10-5 bis 10-7 (in Abhängigkeit der Polarität des Analyten)
    - Continuous Flow Analytic via Proben-Spritze, Fließgeschwindigkeit: 0,05 bis 100,0 µL/min
    - Continuous Flow Analytic via HPLC bzw. UPLC, Fließgeschwindigkeit: 0,001 bis 10,0 µL/min
    - Spray-Hilfsgas (Stickstoff): Sheath, Aux & Sweep Gas Flow
    - Spray Voltage 0,0 bis 8000,0 Volt
    - Capillary Temperature 0,0 bis 450,0°C
    - Capillary Voltage -140,0 bis +140,0 Volt
    - Tube Lens -250,0 bis +250,0 Volt
  • Einlaßsystem via nano-Source
    - Empfohlene Analytkonzentration [mol/l]: 10-6 bis 10-8 (in Abhängigkeit der Polarität des Analyten)
    - Continuous Flow Analytic via Proben-Spritze, Fließgeschwindigkeit: 0,05 bis 10,0 µL/min
    - Continuous Flow Analytic via HPLC bzw. UPLC, Fließgeschwindigkeit: 0,001 bis 5,0 µL/min
    - Kein Spray-Hilfsgas (Stickstoff)
    - Spray Voltage 0,0 bis 4000,0 Volt
    - Capillary Temperature 0,0 bis 450,0°C
    - Capillary Voltage -140,0 bis +140,0 Volt
    - Tube Lens -250,0 bis +250,0 Volt
  • Vakuumsystem
    - kaskadierendes Vakuumsystem über 4 Turbopumpen
    - Vakuum Iontrap: ca. 1,8 x 10-5 Torr
    - Vakuum Orbitrap: ca. 0,8 x 10-10 Torr
  • Performance
    - hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der ermittelten Massen
    - Hochauflösende Massenpeaks, hohe m/z Selektivität
    - Hohes Detektionsvermögen und Nachweis-Empfindlichkeit, Spurenanalytik
    - Kopplung mit HPLC und UPLC Geräten möglich
 LTQ linear Iontrap Scan-Descriptor Eigenschaften & deren Anwendung
  • Eigenschaften & Anwendungen Scan-Descriptor "Turbo Scan"
    - Scan Rate = 128000 Da/s, Integration Time = ca. 0,01 ms/Da
    - Resolution: A[mass] = bad, R[TIC] = maximum, mass-accuracy = bad
    - chromatographische Peak-Quantifizierung am TIC-Signal bzw. einzelner Ionenspur
    - MS/MS bzw. MSn Stoß-Experimente
  • Eigenschaften & Anwendungen Scan-Descriptor "Normal Scan"
    - Scan Rate = 16700 Da/s, Integration Time = ca. 0,06 ms/Da
    - Resolution: A[mass] = low, R[TIC] = high, mass-accuracy = low
    - Standard Full-Scan sowie SIM-Untersuchungen
  • Eigenschaften & Anwendungen Scan-Descriptor "Enhanced Scan"
    - Scan Rate = 5000 Da/s, Integration Time = ca. 0,2 ms/Da
    - Resolution: A[mass] = medium, R[TIC] = medium, mass-accuracy = medium
    - charge-state (positiv): Ermittlung Ladungszustand (max. 3-fach/Kation)
    - charge-state (negativ): Ermittlung Ladungszustand (max. 3-fach/Anion)
  • Eigenschaften & Anwendungen Scan-Descriptor "Zoom Scan"
    - Scan Rate = 1100 Da/s, Integration Time = ca. 1,0 ms/Da
    - Resolution: A[mass] = high, R[TIC] = low, mass-accuracy = high
    - charge-state (positiv): Ermittlung Ladungszustand (max. 6-fach/Kation)
    - charge-state (negativ): Ermittlung Ladungszustand (max. 6-fach/Anion)
  • Eigenschaften & Anwendungen Scan-Descriptor "Ultra Zoom Scan"
    - Scan Rate = 27 Da/s, Integration Time = ca. 37,0 ms/Da
    - Resolution: A[mass] = maximum, R[TIC] = bad, mass-accuracy = maximum
    - charge-state (positiv): Ermittlung Ladungszustand (max. 10-fach/Kation)
    - charge-state (negativ): Ermittlung Ladungszustand (max. 10-fach/Anion)
Technische Spezifikationen THERMO LTQ Orbitrap XL
Scan Descriptor Elemente Linear Iontrap Analysator Orbitrap Analysator
Mass Range Normal (50 - 2000 amu)
High (100 - 4000 amu)
Low (15 - 200 amu)		 Normal (50 - 2000 amu)
High (200 - 4000 amu)
Scan Type Full Scan, SIM (Single Ion Monitoring) Full Scan, SIM (Single Ion Monitoring)
Scan Rate Turbo, Normal, Enhanced, Zoom, Ultra-Zoom ./.
Resolution A[mass] bis zu 30.000 @ m/z1500 7.500, 15.000, 30.000, 60.000, 100.000
Detektions-Modus positive Ion-Mode (Kationen Detektion)
negative Ion-Mode (Anionen Detektion)
Source Fragmentation
(Collision-Induced-Dissociation)		 CID-Energy [eV]: 0,0 - 100,0
MSMS Stoßexperimente MSn n=10 (10 parent-masses)
MSMS Activation Type CID
(Collision-Induced-Dissociation)		 Isolation width [amu]: 0,1 - 100,0
Normalized Collision Energy: 0,0 - 400,0
Activation Q: 0,01 - 0,9
Activation Time [ms]: 0,03 - 10000,0
MSMS Activation Type PQD
(Pulsed-Q-Dissociation)		 Isolation width [amu]: 0,1 - 100,0
Normalized Collision Energy: 0,0 - 400,0
Activation Q: 0,01 - 0,9
Activation Time [ms]: 0,03 - 10000,0
MSMS Activation Type HCD
(Higher-Energy-Collision-Dissociation)		 ./. Isolation width [amu]: 0,1 - 100,0
Norm. Coll. Energy: 0,0 - 400,0
Activation Q: 0,01 - 0,9
Act. Time [ms]: 0,03 - 10000,0
Locking Mass
(interne Calibration)		 ./. Acht Referenzmassen
(8-fache m/z Referenztabelle)

THERMO Exactive GCMS Orbitrap (HR EI/CI) System
THERMO Exactive GCMS Orbitrap (HR EI/CI) System
Das THERMO Exactive GCMS Orbitrap Instrument wird - komplementär zum THERMO LTQ Orbitrap XL Massenspektrometer (ESI-HR-MS und ESI-MSn) - im Servicebetrieb der MS-Plattform, vornehmlich für die GC-MS Analyse der vielen synthetischen, unpolaren, niedermolekularen Verbindungen aus den Arbeitsgruppen der Institute für anorganische bzw. organische Chemie eingesetzt.
Der maximale Auflösungswert des Exactive GC-HR-MS Instruments beträgt bei der Ionenmasse m/z200 max. ResFWHM = 120000. Neben dieser höchst möglichen Auflösung wird auch eine ausreichende Genauigkeit (exp. Fehler < 1ppm) und Präzision und ein großer dynamischer Bereich (über einen Konzentrationsbereich von bis zu 6 Größenordnungen) bei der Bestimmung akkurater Ionenmassen gewährleistet.
Das GCMS Orbitrap Instrument verfügt über eine Direct Inlet Probe DIP-Schubstange für die direkte Probenzufuhr fester Verbindungen in der Einzel- bzw. Reinstoffanalyse mit EI- oder CI-MS. Die DIP-Schubstange ist Temperatur-programmierbar bis zu T = 350°C und erlaubt schnelle Heizraten von bis zu 4°/s.
Zur automatisierten Probenzufuhr ist das GCMS Orbitrap Instrument mit einem automatischen Probengeber ausgestattet, sodass unkompliziert Reihenuntersuchungen durchgeführt werden können. Das GCMS Orbitrap Instrument erlaubt die effektive Gemischanalyse auch von sehr flüchtigen und niedrig siedenden organischen Verbindungen durch die Probenzufuhr nach Fraktionierung im GC. Zusammen mit dem hohen Auflösungsvermögen des Orbitrap Analysators ist die individuelle Bestimmung akkurater Ionenmassen in komplexen Analytgemischen möglich. Insofern ist das THERMO Exactive GCMS Orbitrap Instrument ideal geeignet für eine bestmögliche qualitative Analyse von sehr unterschiedlichen Proben und Verbindungen in Hochauflösung. Das Gerät bietet aber auch die Möglichkeit schon charakterisierte Analyten aus komplexen Matrices mittels GC-MS zu quantifizieren.

THERMO Exactive GCMS Orbitrap (HR EI/CI) Instrument: Überblick & Spezifikationen

  • Systemaufbau (Hard- & Software-Komponenten)
    - Massenspektrometer: THERMO Exactive GCMS Orbitrap Series (High Resolution, EI/CI)
    - Gaschromatograph: THERMO GC Trace 1310
    - Autosampler: THERMO TriPlus RSH
    - DIP Unit: THERMO Direct Inlet Controller
    - Systemsoftware: THERMO Xcalibur Version 2.2, THERMO FreeStyle Version 1.75
  • Spezifikationen zum Massenspektrometer (Daten & allg. Infos)
    - Aufgabengebiet: Bestimmung akkurater Ionenmassen organischer, unpolarer Verbindungen mit Molarer Masse bis 1000 g/mol
    - Ionisationsverfahren: EI (Elektronenstoß Ionisation) oder CI (Chemische Ionisation)
    - Ionisierungsenergie EI: 70eV (standard), 20eV (low electron energy)
    - Reaktandgase CI: Methan (sensitive Ionisation des Analyten über Reaktandgasplasma)
    - Mass-Range: Full Scan m/z 30 bis 3000
    - Mass-Tolerance: Genauigkeit bei der Bestimmung akkurater Massen < 1 ppm
    - Auflösungsvermögen Res(FWHM): Res[max.] = 120.000 (3Hz); Res = 60.000 (8Hz); Res = 12.500 (18Hz); @ m/z200
  • Spezifikationen zum Gaschromatographen (Daten & allg. Infos)
    - Aufgabengebiet: Trennung von Substanzgemischen zur qualitativen und quantitativen Analyse
    - Steuerung: Split/Splitless Injektion (S/SL), regelbare Ofen-Temperatur, regelbarer Säulenfluss und Säulendruck
    - Injektionstechnik: indirect sampling, cold/hot needle injection mit regelbarer Verweilzeit
    - GC-Säule (stationäre Phase): Thermo TG-5SILMS WCOT-Kapillarsäule (L 30,0m - ID 0,25mm - FD 0,25µm - max.Temp. 320/350°C)
    - GC-Trägergas (mobile Phase): Helium (inertes Edelgas, nicht retardierende Substanz)
  • Probenverarbeitung und MS-Einlaßsystem (Daten & allg. Infos)
    - Probeneinlaß: via GC Kapillarsäule (Substanzgemische, fraktionierter Transfer) oder Direct-Inlet (Reinsubstanzen, direkte Verdampfung)
    - Probenverarbeitung: GC-Autosampler (automatisiert) oder DIP-Schubstange (manuell)
    - DIP-Methode: regelbarer Temperatur-Gradient zur thermischen Überführung der Probensubstanz in die Gasphase innerhalb der Ionenquelle
THERMO Exactive GCMS Orbitrap (HR EI/CI) Instrument: Schematischer Aufbau 1
Aufbau Schema 1

THERMO Exactive GCMS Orbitrap (HR EI/CI) Instrument: Schematischer Aufbau 2
Aufbau Schema 2

Verantwortlicher Supervisor: Gamze Gömec, Telefon: (0221) 470-3067, OC Büro 317, OC Labor 318

Technische Spezifikationen THERMO Exactive GCMS Orbitrap HR EI/CI
Ionisations-
methoden		 Polarität der
Analyten		 Ion-Mode GC-MS DIP-MS Vakuum
[mbar]		 m/z Range
maximal		 Scan Time
EI
min. 10eV
max. 150eV		 niedrig positive (+)
und
negative (-)		 ja ja 1,07 x 10-10 low: m/z 30-500
high: m/z 200-3000		 abhängig von:
- Mass-Range
- Microscans
- Det.velocity

THERMO Scientific ISQ Trace 1310 GC-MS System
THERMO ISQ TRACE 1310 GCMS THERMO Direct Probe DIP-MS
Das THERMO ISQ ist ein modernes Low-Resolution Single Quadrupol Massenspektrometer, das je nach Applikation alleine (DIP-MS "Direct Inlet" zur Analyse thermisch stabiler Reinstoffe) oder im Verbund mit einem THERMO Trace 1310 Gaschromatographen (GC-MS Kopplung zur Analyse unpolarer Substanzgemische) betrieben werden kann. Die GC-MS Verbindung erfolgt über eine integrierte Transferline. Als Ionisationsmethode steht ausschließlich EI (Electron Impact) bei einem Ionisierungspotential von 70 eV (positive Ion-Mode = Kationennachweis) zur Verfügung.
Zu den besonderen Features des THERMO ISQ zählt das neuartige Design der Ion-Optik mittels implementierter S-Curve, bei der Ion-Source-Ausgang und Quadrupol-Eingang nicht auf einer Ebene liegen. Dadurch werden Neutralteilchen aus dem Analysatorraum entfernt, was zu einer allgemein höheren Empfindlichkeit des Systems und besserer Masseauflösung führt.
Der Gaschromatograph ist mit einem S/SL Injektor (Split/Splitless Betrieb, indirekte Injektion) ausgestattet. Der Gasstrom an mobiler Phase (Säulenfluß Trägergas He) lässt sich in vier Betriebsmodi kontrollieren: constant flow, constant pressure, programmed flow sowie programmed pressure (Routine Bedingungen: constant flow 1,20 ml/min He, Split-Ratio 1:10). CI Anwendungen (Chemische Ionisation, Reaktandgas Methan) stehen z.Zt. nicht zur Verfügung, können jedoch optional nachgerüstet werden.
Das GC-MS System ist mit einem THERMO AI 1310 Autosampler (Probenwechsler) ausgestattet. Dadurch können im automatisierten Betrieb bis zu acht Proben über eine Sequenz nacheinander injeziert bzw. analysiert werden.
Derzeit kommen vier unterschiedliche GC-Kapillarsäulen zum Einsatz:
  1. THERMO TG 5 Sil-MS: 5% Phenylpolysiloxan / 95% Methylpolysiloxan
    stationäre Phase unpolar, immobilisiert, geringes Säulenbluten, max. 320/350°C
    WCOT Fused Silica Kapillarsäule, Länge 30m / ID 0,25mm / Filmdicke 0,25µm
    Standard-T-Gradient: 70(5)-10-270(5) [30 min.]
  2. MACHEREY NAGEL Optima 5 Accent: 5% Diphenylpolysiloxan / 95% Dimethylpolysiloxan
    stationäre Phase unpolar, immobilisiert, MS optimiert, max. 340/360°C
    WCOT Fused Silica Kapillarsäule, Länge 30m / ID 0,25mm / Filmdicke 0,25µm
    Standard-T-Gradient: 70(5)-10-270(5) [30 min.]
  3. MACHEREY NAGEL Optima Delta 3: unpolares Filmkissen, polare Rezeptoren
    stationäre Phase autoselektiv, immobilisiert, geringes Säulenbluten, max. 340/360°C
    WCOT Fused Silica Kapillarsäule, Länge 30m / ID 0,25mm / Filmdicke 0,25µm
    Standard-T-Gradient: 70(5)-10-270(5) [30 min.]
  4. VARIAN CP-Sil 8 MS: 5% Diphenylpolysiloxan / 95% Dimethylpolysiloxan
    stationäre Phase unpolar, immobilisiert, geringes Säulenbluten, max. 325/350°C
    WCOT Fused Silica Kapillarsäule, Länge 30m / ID 0,25mm / Filmdicke 0,25µm
    Standard-T-Gradient: 70(5)-10-270(5) [30 min.]
Technische Spezifikationen THERMO Scientific ISQ Massenspektrometer
Ionisations-
methoden		 Polarität der
Analyten		 Ion-Mode GC-MS DIP-MS Vakuum
[Torr]		 m/z Range
maximal		 Scan Time
minimal
EI (70 eV) niedrig positive ja ja 0,045 1-1100 amu [¹] 0,027 sec.
[²] 0,045 sec.
[³] 0,063 sec.

[¹] @ mass range m/z 50-350 amu (mass width = 300 amu) & max. Scan Rate = 11111,11 amu/sec.
[²] @ mass range m/z 50-550 amu (mass width = 500 amu) & max. Scan Rate = 11111,11 amu/sec.
[³] @ mass range m/z 50-750 amu (mass width = 700 amu) & max. Scan Rate = 11111,11 amu/sec.