maghéj jelölése: nℓ j
description
Transcript of maghéj jelölése: nℓ j
![Page 1: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/1.jpg)
1
maghéj jelölése:
nℓj
A j kvantumszámú héjon 2j+1 nukleon fér el. (Az egy héjon lévő nukleonok mj kvatumszámukban különböznek, mj –j-től + j-ig 2j+1 értéket vehet fel).A protonoknak és a neutronoknak külön maghéj-rendszerük van, az azonos jelölésű energiaszintjeik nem esnek egybe.
A maghéjmodell összefoglalása
![Page 2: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Alapállapotú magok magspinkvantumszámai a maghéjmodel alapján
Z N részben betöltöttmaghéj
I
1H 1 0 1s1/21/2
11B 5 6 1p3/23/2
13C 6 7 1p1/21/2
15N 7 8 1p1/21/2
17O 8 9 1d5/25/2
19F 9 10 1d5/25/2 helyett 1/2
23Na 11 12 1d5/25/2 helyett 3/2
29Si 14 15 2s1/21/2
31P 15 16 2s1/21/2
![Page 3: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/3.jpg)
I jelentősége az NMR spektroszkópiában:
A kvadrupólussal rendelkező magok NMR-jele szélesebb.
Az I = ½ magoknak nincs kvadrupólusa, az I = 1,2.. és az I = 3/2, 5/2… magoknak van.
Maghéjmodel az interneten: http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/quantum/style_a/ntsm.html#SECTION086126000000000000000
3
![Page 4: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/4.jpg)
13C-1H spin-spin csatolás13C NMR spektrumban
glükóz C1 szénatomjának jele
2J(CH): 160 Hz
3J(CH) 5,7 Hz
J. Cyr, Can. J. Chem. 56, 297 (1978)
4
![Page 5: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/5.jpg)
14.1. A tömegspektrometria alapjai
14.2. A tömegspektrometria műszerei
14.3. A tömegspektrometria alkalmazása
14. TÖMEGSPEKTROMETRIA
5
![Page 6: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/6.jpg)
14.1. A tömegspektrometria alapjai
• Izolált, ionizált részecskék tömeg-töltés arányuk szerinti elválasztása
• Angolul: Mass Spectrometry (MS)
6
![Page 7: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/7.jpg)
A tömegspektrométer fő részei
7
ionizátoriongyorsító
tömeg-analizátor
detektor
mintabevitel
jelfeldolgozás
vákuum
![Page 8: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/8.jpg)
Egyszeres fókuszálású tömegspektrométer
8
![Page 9: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/9.jpg)
Egyszeres fókuszálású készülék:
Az anyagot ionizálják,
az ionokat először elektromos térben gyorsítják,
majd mágneses térben elválasztják.
A részecske tömege m,
elektromos töltése e.
U feszültséggel gyorsítjuk.
9
![Page 10: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/10.jpg)
eUmv2
1 2
m
2eUv2
A kinetikus energia:
10
![Page 11: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/11.jpg)
Homogén mágneses térbe kerül.
(A mágneses indukció iránya merőleges a belépő töltés mozgásának irányára)
Lorentz erő:
BveF
e: az ion töltése (az elemi töltés egyszerese, kétszerese, stb.)v: az ion sebességeB: a mágneses indukció
11
![Page 12: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/12.jpg)
B: merőleges a papír síkjára
A mozgás irányára merőleges erő körmozgásra készteti az ionokat (centripetális erő).
Jobb-kéz szabály: hüvelykujj az áram irányába a többi kinyújtott ujj a mágneses tér irányába.Tenyerünk így az erő irányába mutat.
12
![Page 13: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/13.jpg)
mv
rB e v
2
m
Berv
m
2eUv2 v
B e r
m
22 2 2
2
m
e
B r
U
2 2
213
![Page 14: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/14.jpg)
Töltött részecskék szétválása mágneses térben
14
![Page 15: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/15.jpg)
Az ionizáció módszerei
15
Gőzfázisú módszerekelektron ütközéses ionozációkémiai ionizáció
Deszorpciós módszerekszekunder ion tömegspektrometriabombázás gyors atomokkal MALDI
Elektroporlasztásos ionizáció
![Page 16: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/16.jpg)
Az ionizáció módszerei
a) Elektronütközéses ionizáció
2eMeM (pozitív gyökion)
MeM (negatív gyökion)
A pozitív gyökionok stabilabbak.
A tömegspektrometria csaknem kizárólag pozitív ionok szétválasztásával foglalkozik.
16
![Page 17: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/17.jpg)
e-
M+
anód
Izzószál (termikus elektronemisszió)
minta (gőz)
ion gyorsító rések
1.rés: taszító (+)
2. rés: vonzó (-)
3. rés vonzó (-----)
Elektronütközéses ionizáció (electron impact, EI)
ütköző e- en. 70keV
17
![Page 18: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/18.jpg)
Fragmentáció
Az ionok tovább bomlanak párhuzamos és konszekutív reakciókban
...BAM
18
![Page 19: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/19.jpg)
b) Kémiai ionizáció (CI): ez is EI, de a mintához nagy feleslegben (~ 0,5 Torr) reagens gázt (CH4, NH3, izobután) adnak
Elsősorban a reagens gázok ionizálódnak,ezek ütköznek a vizsgálandó molekulákkal.
Főleg MH+ ionok (molekulacsúcs) keletkeznek: a molekulacsúcs azonosítására szolgál.
19
![Page 20: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Citronellol kémiai ionizációs tömegspektruma
Reagensgáz: i-C4H10
EI, fragmentáció: i-C4H10 → i-C4H9+
CI: M + i-C4H9+ → MH+ + i-C4H8 (proton átadás)
http://www.chem.unl.edu/dsmith/Chemical Ionization.pdf
![Page 21: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Citronellol EI-vel és CI-vel kapott tömegspektruma
![Page 22: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/22.jpg)
c) Szekunder ion tömegspektrometria (SIMS, Secondary Ion Mass Spectrometry)
Szilárd mintát Ar+ ionokkal vagy O2+ ionokkal
bombáznak.
A felületről atomok és ionok lépnek ki.
A felület vizsgálatára szolgáló módszer.
22
![Page 23: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/23.jpg)
d) Bombázás gyors atomokkal (FAB, Fast Atomic Bombardment)
Nem illékony mintákra alkalmas.
A mintát feloldják (pl. glicerinben).
Semleges atomokkal (Ar, Xe) bombázzák
Biológiai, gyógyszeripari minták vizsgálata
23
![Page 24: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/24.jpg)
John B. Fenn
1917- 2010
Koichi Tanaka
1959-
The Nobel Prize in Chemistry 2002
"for their development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules"
24
![Page 25: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/25.jpg)
A repülő elefánt
(biológiai makromolekulák ionjai gőzfázisban)
25
![Page 26: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/26.jpg)
e) MALDI = matrix-assisted laser desorption-ionisation
(Tanaka)
mátrix: aromás sav
26
![Page 27: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/27.jpg)
f) Elektroporlasztásos ionizáció
ESI = Electrospray Ionisation
(Fenn)
3000 V
27
![Page 28: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/28.jpg)
Detektor: elektronsokszorozó
Katód az ionok detektálására érzékeny
Nincs ablaka (nagy vákuumban van)
28http://huygensgcms.gsfc.nasa.gov
![Page 29: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/29.jpg)
Felbontás:
M a vizsgálat ion móltömege, M az éppen még felbontott két csúcs közötti tömegszámkülönbség
Pl. 500-as felbontás esetén az 1000-es és az 1002-es tömegszámú csúcsot külön jelzi, az 1000-es és az 1001-es tömegszámú csúcs egybeolvad.
ΔM
M
29
![Page 30: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/30.jpg)
14.2. A tömegspektrometria műszerei
Csoportosítás a tömeganalizátor szerint:
a) Egyszeres fókuszálású tömegspektrométerb) Kettős fókuszálású tömegspektrométerc) Kvadrupol tömegspektrométerd) Repülési idő tömegspektrométer
30
![Page 31: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/31.jpg)
a) Egyszeres fókuszálású tömegspektrométer
31
![Page 32: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/32.jpg)
Spektrum: mágneses tér változtatásával vagy gyorsító feszültség változtatásával
Felbontás: 100-tól néhány 1000-ig
32
![Page 33: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/33.jpg)
b) Kettős fókuszálású tömegspektrométer
Az ionok elválasztása két lépésben, elektromos térrel és mágneses térrel
Felbontás: néhány tíz ezertől 100 ezerig
33
![Page 34: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/34.jpg)
Kettős fókuszálású tömegspektrométer
34
![Page 35: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/35.jpg)
c) Kvadrupol tömegspektrométer
Négy elektród (párhuzamos fémrudak)Közöttük halad az ionsugár.
Két-két szemben lévő elektród mindig azonos potenciálon van.
A potenciálnak váltóáramú és egyenáramú komponense is van.
35
![Page 36: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/36.jpg)
Kvadrupol tömegspektrométer
36
![Page 37: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/37.jpg)
Az elektródok feszültsége az idő függvényében
37
![Page 38: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/38.jpg)
Adott feszültség-amplitúdók esetén egy bizonyos tömegtartományba eső ionok oszcillálnak.
Még mielőtt belezuhannának az egyik elektródba, megfordul a polaritás. Így az ionok végigjutnak a rudak közötti üregen és elérik a kilépő rést.
Az eltérő m/e-vel rendelkező ionok egyre nagyobb amplitúdóval oszcillálnak, és belezuhannak valamelyik elektródba.
38
![Page 39: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/39.jpg)
Előnyök: gyors (nem a mágneses teret változtatjuk) m/e lineárisan változik a térerősséggel
Felbontás: max 3000
39
![Page 40: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/40.jpg)
d) Repülési idő tömegspektrométer (TOF: Time Of Flight)
Az iongyorsítóban a különböző tömegű (de azonos töltésű) ionok azonos energiára tesznek szert:
eUmv2
1 2
A nagyobb tömegűek kisebb sebességűek,a kisebb tömegűek nagyobb sebességűek lesznek.
40
![Page 41: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/41.jpg)
Repülési idő tömegspektrométer
Felbontás: néhány száztól néhány százezerig
41
![Page 42: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/42.jpg)
14.3. A tömegspektrometria alkalmazásai
a) Analitikai alkalmazásokb) Szerves molekulák szerkezetvizsgálatac) Polimerek vizsgálatad) Proteomika: fehérjék vizsgálata
42
![Page 43: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/43.jpg)
a) Analitikai alkalmazás
Móltömegek meghatározása
Gázkeverékek kvantitatív analízise
Nyomelemzés
Elemanalízis
Kromatográfiával kombinált tömegspektrometria (GC-MS, LC-MS)
Izotóp-arány mérés
43
![Page 44: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/44.jpg)
44
Elemanalízis nagypontosságú tömegspektrometriával (HRMS)
http://www.chem.agilent.com/Library/posters/Public/ASMS_2011_TP_242.pdf
Példa: klozapin elemanalízise
Módszer: (ESI)MS-TOF
![Page 45: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/45.jpg)
1H 1,00782H 2,014112C 12,000013C 13,003414N 14,003116O 15,994935Cl 34,968937Cl 36,9659
12C181H19
35Cl14N4 326,1295
(kém. Ionizáció miatt)
12C181H20
35Cl14N4
327,1373
12C1713C1H20
35Cl14N4 328,1407
12C181H20
37Cl14N4 329,1343
Elemanalízis nagypontosságú tömegspektrometriával (HRMS)
Pontos izotóptömegek Számított pontos
molekulatömegek
45
![Page 46: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/46.jpg)
b) Szerves molekulák szerkezetvizsgálata
A csúcsok típusai:
Molekulacsúcs
Fragmens csúcsok M+A++B
Többszörös töltésű csúcsok2e
M
3e
M
Metastabil csúcsok (rövid élettartamú ionok)
46
![Page 47: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/47.jpg)
Tiofén
47
![Page 48: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/48.jpg)
n-bután
48
![Page 49: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/49.jpg)
n-bután
1) molekulacsúcs m/e = 58-nál viszonylag kis intenzitású
2) m/e = 43-nál van a legvalószínűbb csúcs 58-43 = 15, tehát egy metil-csoport hasadt le, C3H7
+
ionból származik
3) m/e = 59-nél kis csúcs, 13C illetve 2H természetes jelenléte miatt (szatelit csúcs)
4) m/e = 29 C2H5+ de C4H10
2+ is.
5) m/e = 25,5 51-es, 2-szeres töltésű ion.49
![Page 50: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/50.jpg)
Polisztirol analízise MALDI-TOF tömegspektrométerrel
20000-es molekulatömegű polisztirol
Mátrix: 2-nitrofenil-oktiléterU. Bahr, Anal. Chem. 64, 2466 (1992)
c) polimerek vizsgálata
50
![Page 51: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/51.jpg)
d) fehérjék szerkezetvizsgálata
1. lépés: Fehérje bontása enzimmel peptidekre
http://www.moffitt.org/ 51
![Page 52: maghéj jelölése: nℓ j](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051621/568148ba550346895db5d567/html5/thumbnails/52.jpg)
d) fehérjék szerkezetvizsgálata
Fehérje bontásából előállított peptid spektruma (MS/MS)
2. lépés
52