SPEKTOMETRIA MAS W POŁĄCZENIU Z CHROMATOGRAFIĄ GAZOWĄ

1. Spektrometry mas

Za ojca spektrometrii masowej uważa się J.J. Thomsona, który w 1913 r. rozdzielił izotopy neonu przy pomocy spektrometru, który skonstruował dwa lata wcześniej. Od tej pory spektrometry masowe ulegały ciągłym udoskonaleniom lecz główna zasada pozostała ta sama: pomiar stosunku masy do ładunku jonów w fazie gazowej poprzez rozdział za pomocą pola magnetycznego i/lub elektrycznego w warunkach niskiego ciśnienia.

W latach 70 metoda GC/MS zrewolucjonizowała analizę substancji lotnych a także nielotnych przekształconych w lotne pochodne poprzez proces derywatyzacji. W połowie lat 80, kolejna rewolucja umożliwiła zastosowanie technik MS do analizy związków takich jak białka, oligosacharydy fosfolipidy, glukuroniany czy syntetyczne polimery o masie przekraczającej 100 00 daltonów. Dzięki rozwojowi tandemowej spektrometrii mas, można było uzyskać informacje o mieszaninach związków naturalnych.

1.1 Analizatory

Podstawowym elementem spektrometru jest analizator, czyli ta część spektrometru gdzie następuje rozdział jonów, powstałych we wcześniejszym elemencie spektrometru, nazwanym źródłem jonów. W spektrometrach mas sprzęgniętych z chromatografem gazowym najczęściej występują trzy rodzaje analizatorów oraz ich liczne modyfikacje:

• Analizator magnetyczny

• Analizator magneto-elektrostatyczny

• Analizator kwadrupolowy

Szczególnie popularny jest ten ostatni, który swą nazwę wziął od czterech prętów o przekroju hiperbolicznym ułożonych precyzyjnie względem siebie Ryc.1

Ryc.1 Spektrometr kwadrupolowy składający się ze źródła jonów płytek ogniskujących, prętów kwadrupola oraz detektora. U-Napięcie stałe, V-amplituda napięcia o częstotliwości falowej

Jon „wypychany” ze źródła do analizatora kwadrupolowego poddawany jest działaniu pola elektrycznego składającego się z kwadrupolowego pola zmiennego nałożonego na pole stałe, co wynika z potencjałów przyłożonych do odpowiednich prętów. Jony o poszczególnych wartościach masy do ładunku (m/z) są sortowane w zależności od napięcia. W zależności od wartości zmiennych U oraz V jony o określonych wartościach m/z posiadają stabilną trajektorię przelotu wzdłuż osi kwadrupola i trafiają do detektora pozostałe jony zastają rozładowane na prętach kwadrupola.

W analizatorach magnetycznych jony w fazie gazowej, przyspieszane są poprzez napięcie rzędu kV i wpadają do analizatora magnetycznego. Odbywa to się w warunkach wysokie próżni, więc zderzenia z gazem obojętnym są mało prawdopodobne. Pole magnetyczne działające prostopadle do osi po której podążają jony wytwarzane jest przez analizator o krzywiźnie r. Ponieważ wszystkie jony maja taką samą energię kinetyczną zmieniając natężenie pola magnetycznego B prostopadłego do wektora prędkości, można zaobserwować kolejno jony o różnych wartościach m/q. Jeżeli wartość z=1, wówczas q=e i analizator magnetyczny dzieli jony o tej samej energii kinetyczne mv² względem ich mas. Odmianą analizatora magnetycznego jest analizator dyspersyjny, gdzie zamiast zakrzywionej rury jest prosty element a jony nie rozładowują się na zakrzywionym analizatorze tylko „wylatują” z pola magnetycznego w różnych miejscach.

$$mv^{\begin{matrix} 2 \\ \\ \end{matrix}} = 2qV_{\text{s\ \ }}skad\ \frac{m}{v} = \frac{r^{2}B^{2}}{2V_{s}}$$

gdzie: B-natężenie pola magnetycznego; m-masa jonu; v-prędkość jonu; r-krzywizna rury analizatora; q-ładunek jonu; V_s-napięcie przyspieszające w źródle jonów

Analizator magneto-elektrostatyczny zbudowany jest podobnie jak magnetyczny, z tym, że za sektorem magnetycznym (czasami przed nim) znajdują się dwie wygięte płyty metalowe do których przyłożone jest przeciwne napięcie elektryczne. Dzięki zastosowaniu tego elementu kompensowane są różnice w energii kinetycznej jonów opuszczających źródło, wynikające z niejednorodności pola w źródle oraz z zjawiska rozkładu Boltzmana. Dzięki użyciu pola magnetycznego oraz elektrycznego, można odróżnić jony o tej samej masie nominalnej np. 28 Da – N₂ i CO. Rozdzielczość tego typu analizatorów, które sprzęgnięte są z chromatografem gazowym, wynosi od 2000 do 10 000 i jest znacznie większa niż rozdzielczość analizatorów kwadrupolowych, gdzie rozdzielczość jest ustawiona na najmniejszą możliwą wartość i umożliwia rozróżnienie mas różniących się o 1 Da.

Pozycja piku określana jest wartością napięcia, która musi być przetworzona na wartości mas a precyzyjniej wartości m/z. Wymaga to wstępnej kalibracji za pomocą odnośników znanych związków chemicznych jak PFK (perfluorokerosen-mieszanina perfluorowanych węglowodorów nasyconych) lub PFTBA (heptakozafluorotributyloamina). Wartości mas dostarczane przez związek kalibrujący są zapamiętywane przez komputer. Następnie, biorąc piki w widmie o znanych masach za wzorcowe, ustalana jest zależność typu m=ax+b lub krzywoliniowa, która w razie potrzeby jest poprawiana za pomocą innych pików o znanych masach, położonych w innej części widma.

1.2 Źródła jonów

Istnieje wiele technik jonizacji dostępnych w różnorakich typach spektrometrów masowych. Typy te dzielą się jeszcze na podtypy w zależności od rozwiązań technicznych zastosowanych przez poszczególnych producentów. Jednakże dla aparatów typu GC/MS wyróżniamy dwa rodzaje jonizacji:

• Jonizacja elektronami (elektron impact, EI)

• Jonizacja chemiczne (chemical ionization CI)

Ponieważ do jonizacji chemicznej potrzebna jest najpierw jonizacja elektronami, przeważnie źródła EI mają jako opcje jonizację chemiczną.

Jonizacja elektronami (EI) polega na bombardowaniu cząsteczek wydostających się z chromatografu gazowego elektronami, wytwarzanymi poprzez przyłożenie napięcia 70 V (czyli o energii 70 eV) do żarnika wykonanego najczęściej z renu. Całość jonizacji odbywa się w warunkach wysokiej próżni i wysokiej temperaturze (150-400 ^oC). Dzięki zastosowaniu próżni nie dochodzi do zderzeń pomiędzy cząsteczkami oraz spalenia żarnika. Reakcje obserwowane w klasycznej spektrometrii mas są fragmentacjami jednocząsteczkowymi. Rekombinacje fragmentów są niemożliwe dzięki utrzymaniu wysokiej próżni. Reakcje zależą więc wyłącznie od budowy i energii wewnętrznej cząsteczki.

W wyniku jonizacji cząsteczki powstaje kationorodnik (jon o nieparzystej liczbie elektronów) zwany jonem molekularnym oznaczany M^•+. Jon molekularny ulega następnie fragmentacji na inny kationorodnik i cząsteczkę obojętną lub kation i rodnik. Kationorodniki oraz kationy (jony) są analizowane w analizatorze i mogą być wykryte przez detektor(fotopowielacz). Cząsteczki obojętne są „niewidzialne” dla spektrometru MS. Jony dostarczają informacji o naturze i strukturze cząsteczki, z której powstały w wyniku rozpadu. W widmie czystej substancji jon molekularny, o ile jest obecny, będzie ostatni. Zakładając powstanie kationu jednododatniego, odpowiada on masie cząsteczkowej substancji. Należy jednak pamiętać że zazwyczaj znajdują się wokół niego piki jonów izotopowych, wynikające z obecności izotopów atomów wchodzących w skład cząsteczki. Tak więc, w widmie metanolu można odnaleźć jon molekularny o masie 32 a za nim 33, wynikający z obecności węgla ¹³C i intensywności 1,1% intensywnności piku o masie 32. Na widmie masowym masa jonu oraz otaczające je masy wynikające z obecności izotopów stanowią tak zwany profil izotopowy jonu.

Jonizacja chemiczna (CI) różni się tym od EI, że źródło jonów pracuje w nieco wyższym ciśnieniu (0,5 Torr’a). Ciśnienie to wytwarzane jest przez gaz jonizujący: metan, amoniak, izobutan i inne. Ze względu na przewagę liczebną żarnik strumieniem elektronów jonizuje najpierw wprowadzony gaz. Zjonizowany gaz ulega następnie fragmentacji ale też ze względu na wyższe ciśnienie niż w przypadku EI powstałe jony mogą ze sobą reagować jak pokazano to na ryc.2 na przykładzie metanu.

Ryc.2 Reakcje jonizacji, fragmentacji i wzajemnych reakcji metanu zjonizowanego elektronami.

W rezultacie otrzymujemy dwie stabilne w plazmie metanolowej (nie reagujące z metanem) cząsteczki CH₅⁺ oraz C₂H₅⁺ zwane jonami reagującymi. Są to silne kwasy wg teorii Bronsteda i są zdolne do jonizowania większości związków poprzez przeniesienie protonu. Ten typ jonizacji zwany jest miękką jonizacją, gdyż za jej pomocą można uzyskać jony molekularne [M-H]⁺ w przypadku związków gdzie twarda jonizacja typu IE prowadziła do ich całkowitego rozpadu. Zamieniając gaz na izobutan lub dodając amoniak do metanu możemy wytworzyć słabe kwasy typu t-C₄H₉⁺ który dostarcza mniej energii do cząsteczki którą jonizuje (jonizacja „bardziej miękka”) lub NH₄⁺, który przenosi proton tylko na cząsteczki, które są bardziej zasadowe (mają większe powinowactwo do protonu).

Jonizacja chemiczna jonów ujemnych zachodzi również podczas jonizacji chemicznej. We wszystkich gazach reagujących obecne są niskoenergetyczne elektrony, pochodzące częściowo z katody o energii obniżonej wskutek licznych zderzeń oraz elektrony wtórne wytworzone w pierwotnych reakcjach jonizacji. Elektrony te mogą być wychwytywane przez cząsteczkę co prowadzi do powstania jonu molekularnego M^-•. Wyjątkiem są cząsteczki zawierające wiele atomów elektroujemnych lub takich, których struktura umożliwia stabilizację anionorodnika przez rezonans. W niektórych przypadkach czułość detekcji jest wyższa niż dla jonów dodatnich. Elektrony termiczne tj o energii niższej niż 1 eV mogą powodować powstanie anionorodników. Elektrony o energii od 1-kilkuset eV zachowują się jak fala i przekazują energię bez kolizji. Elektrony o jeszcze wyższych energiach powodują, że cząsteczki staja się „przezroczyste”; wchodzimy tu w dziedzinę mikroskopii elektronowej.

Jony ujemne mogą powstawać również w reakcjach typu kwas-zasada z jonami plazmy gazu reagującego lub przez tworzenie adduktów. W mieszaninie metanu i tlenku azotu (I) następuje jonizacja prowadząca zarówno jonów ujemnych jak i dodatnich. Dzięki temu można tylko poprzez zmianę trybu rejestracji aparatu obserwować jony ujemne jak i dodatnie bez konieczności zmiany gazu.

Podczas jonizacji chemicznej wszystkie jony obecne w gazie reagującym są zdolne do tworzenia połączeń z cząsteczkami polarnymi. Proces ten jest faworyzowany poprzez tworzenie wiązań wodorowych. Aby addukt był trwały cząsteczka musi oddać nadmiar energii poprzez kolizję z trzecim partnerem. Dlatego w widmach, zaobserwować możemy jony powstałe z asocjacji cząsteczki gazu, fragmentacyjnego jonu potomnego, pozornego jonu molekularnego etc. Tak więc każdy jon obecny w plazmie jest w stanie przyłączyć się do cząsteczki analizowanej substancji lub gazu jonizacyjnego. Addukty mogą być przydatne przy potwierdzeniu masy cząsteczkowej lub być dowodem, że badana próbka jest nierozdzieloną mieszaniną różnych substancji.

3. Detektory

Detekcja jonów które docierają z analizatora najczęściej dokonywana jest poprzez użycie fotopowielacza. Rozróżniamy fotopowielacze z dynodą dyskretną oraz częściej z dynodą ciągłą. Typ dyskretny fotopowielacza posiada szereg dynod połączonych łańcuchem oporników w ten sposób, że pierwsza dynoda posiada wyższy ujemny potencjał niż następna. Elektrony emitowane przez pierwsza dynodę są przyspieszane przez odpowiednio wysokie napięcie i powodują wielokrotną emisję elektronów z drugiej dynody itd. Prowadzi to do efektu kaskadowego w wyniku którego na końcu powstaje odpowiednio mocny sygnał rejestrowany przez komputer. Fotopowielacze typu ciągłego różnią się tym, że posiadają ciągłą powyginaną powierzchnię wzdłuż której przeskakuje napięcie. Gdy wykrywamy jony dodatnie na pierwszej dynodzie, w którą uderza jon ustawiamy potencjał ujemny. W przypadku jonów ujemnych może to spowodować spowolnienie jonów przed dotarciem do dynody. Problem ten rozwiązano umieszczając dynodę konwersyjną przed fotopowielaczem. Jon ujemny uderza najpierw w dynodę konwersyjną z jej powierzchni emitowane są jony dodatnie i elektrony które przyciągane są przez pierwszą ujemną dynodę.

3. Widma masowe

Widma masowe przedstawiane są najczęściej w układzie współrzędnych gdzie na osi rzędnej umieszcza się intensywność (najczęściej względną) a na osi odciętych wartość m/z. W większości instrumentów widma masowe uzyskane w wyniku jonizacji elektronami są na tyle podobne, że możliwe jest użycie przy identyfikacji biblioteki widm - zdygitalizowanych widm masowych związków, które porównywane są z otrzymanym widmem. Dzięki temu program komputerowy wyrzuca propozycje związków, ułatwiając tym samym identyfikacje nieznanej substancji. Interpretując widma masowe należy pamiętać, że mogą się na nim znaleźć nie tylko masy analizowanego związku ale także masy związków pochodzące z fazy ciekłej kolumny, składniki powietrza i inne związki stanowiące tzw. tło widma. W analizie jakościowej ważne jest, zarówno umiejscowienie mas jak i ich intensywność. Suma wszystkich sygnałów stanowi tak zwany Całkowity Prąd Jonowy (TIC-Total Ion Current), który tworzy chromatogram. Zbadanie widma w różnych rejonach jednego piku chromatograficznego daje nam możliwość wykrycia nierozdzielonej mieszaniny nawet w pozornie „dobrze wykształconym” piku chromatograficznym.

SIM oraz Full Scan –to dwa podstawowe typy skanowania mas w technikach GC/MS. SIM (Selected Ion Monitoring) jest to tryb rejestrowania mas charakterystycznych dla danego związku. Analizator poprzez zmianę napięć i częstotliwości przeskakuje w danym oknie czasowym tylko w obrębie zadanych mas. Dzięki temu bez przerwy w obrębie określonego okna retencyjnego do fotopowielacza dociera sygnał. Dzięki temu w przeciwieństwie do trybu Full Scan gdzie zadaje się zakres m/z i przez większość czasu do fotopowielacza nie dociera żaden sygnał, w trybie SIM wielkość sygnału TIC jest wielokrotnie większa. Dlatego też tryb Full Scan używamy w analizie jakościowej nieznanych substancji, natomiast SIR w analizie ilościowej a szczególnie analizie śladowej. Dzięki zmniejszeniu szumu tła oraz zwiększeniu sygnału właściwego piku zwiększamy znacznie czułość aparatu. Teoretycznie w trybie SIM możemy analizować pikogramy substancji lecz w rzeczywistości efekt matrycy znacznie zwiększa limit oznaczalności oraz wykrywalności.

3. Połączenie chromatografu gazowego ze spektrometrem masowym

W przeciwieństwie do chromatografów cieczowych, nie jest potrzebne użycie żadnych przejściowych urządzeń zmniejszających objętość próbki. Obecnie spektrometry masowe sprzęgane są wyłączne z wysokorozdzielczymi chromatografami gazowymi, zaopatrzonymi w kolumny kapilarne, gdzie przepływ wynosi od 0,5 do kilku mililitrów gazu na minutę. Dlatego połączenie tych dwóch urządzeń polega na umieszczeniu końca kolumny chromatograficznej bezpośrednio w źródle. Elementem łączącym oba instrumenty jest ogrzewana metalowa rurka zwana „inlet line”. Cechą charakterystyczną dla spektrometru masowego jako detektora chromatografu gazowego jest użycie helu jako gazu nośnego i elementów uszczelniających kolumnę tzw. ferruli wykonanych z grafitu.

2 Analiza jakościowa

2.1 Reakcje fragmentacji

W rutynowej spektrometrii mas , przy jonizacji elektronami wszystkie procesy przebiegają w na tyle wysokiej próżni, że zderzenia i wzajemne reakcje są mało prawdopodobne. Jon przebywa w źródle 10^-6 -10^-7 sekundy i około dwa rzędy dłużej w analizatorze. Wzbudzenie elektronowe powoduje oddanie energii w postaci promieniowania widzialnego lub UV w czasie około 10^-8 sekundy. Wzbudzenie poziomów rotacyjnych oraz oscylacyjnym wymaga czasu od milisekund do kilku sekund. Problem polega więc na tym, że do izolowanych cząsteczek zostaje przekazany duży nadmiar energii. W tej sytuacji traci sens pojecie temperatury jako statycznego rozdziału energii. Po kilku mikrosekundach wszystko jest zakończone: reakcja zaszła lub nie i wykrywa się ewentualne produkty. Reakcje w spektrometrii mas zależą tylko od budowy i energii wewnętrznej cząsteczki. Jonizacja obojętnej cząsteczki wymaga minimalnego potencjału możliwego do zmierzenia nawet prostym spektrometrem masowym. Należy zwiększać napięcie na żarniku stopniowo, tak długo aż pojawi się jon macierzysty. Napięcie przy którym to nastąpi wyrażone w eV jest to minimalny potencjał jonizacyjny cząsteczki. Jon fragmentacyjny pojawi się w widmie przy wartości potencjału, na którą składa się energia jonizacji obojętnej cząsteczki, energia aktywacji i przesunięcie kinetyczne. Jon molekularny ulegnie fragmentacji dopiero wtedy, gdy mu się dostarczy wystarczający do rozpadu nadmiar energii, zwany progiem aktywacji.

2.2 Fragmentacje kationów nieparzystoelektronowych

Fragmentacja bez przegrupowania, czyli bez zachodzącego w strukturach cyklicznych rozerwania parzystej liczby wiązań, prowadzi w tych jonach zawsze do powstania jonu parzysto elektronowego i obojętnego rodnika .Wynika to z reguły parzystości:

Przy nieobecności azotu każdy jon o masie parzystej będzie miał nieparzystą liczbę elektronówi będzie kationorodnikiem. Przeciwnie, każdy jon o masie nieparzystej będzie miał parzystą liczbę elektronów i będzie kationem.

2.2.1 Dysocjacja bezpośrednia (σ) i rozerwanie wiązania przy heteroatomie (i)

Wybicie elektronu z wiązania σ może powodować jego bezpośrednie rozerwanie . Mówi się wtedy o fragmentacji σ. Jeden z fragmentów zachowa ładunek, drugi zaś pozostanie rodnikiem ryc.3.

Ryc.3 Fragmentacja typu σ

Jest rzeczą oczywistą, że w przewadze będzie występował kation odpowiadający rodnikowi o niższym potencjale jonizacji. W kationorodnikach ładunek rozproszony jest w obrębie całej cząsteczki, lecz trzeba pamiętać, że w większym stopniu zlokalizowany jest na heteroatomach o niskim potencjale jonizacji. Podczas opisywania reakcji fragmentacji ładunek umieszcza się w miejscu o najniższym potencjale. Rozerwanie wiązania z dwoma heteroatomami zachodzi podobnie do bezpośredniej dysocjacji, lecz następuje dopiero po jonizacji. Tutaj także ma zastosowanie reguła preferująca kation o niższym potencjale jonizacji, jednak często obserwuje się, że nawet heteroatom o niskim potencjale ma skłonność do przyłączania elektronu i tworzenia rodnika. Spowodowane to jest efektem indukcyjnym. Taki rodzaj fragmentacji nazywamy rozerwaniem indukowanym i oznaczamy literą i.

2.2.2 Rozerwanie wiązania α

Fragmentacją α inicjowaną przez rodnik nazywamy rozerwanie kationorodnika w pozycji α przez przeniesienie elektronu z tego wiązania ryc.4

Ryc.4 Fragmentacja α inicjowana przez rodnik. Strzałka w kształcie haczyka oznacza przeniesienie pojedynczego elektronu

Jeżeli rodnik może powstać przez oderwanie różnych łańcuchów alkilowych, uprzywilejowana jest utrata dłuższego łańcucha.

Ryc. 5 przedstawia podobną fragmentację lecz tym razem inicjowana przez ładunek.

Ryc.5 Rozerwanie wiązania α inicjowane przez ładunek

2.2.3 Konkurencja między rozrywaniem wiązania przy heteroatomie i wiązania α

Rozerwanie wiązania przy heteroatomie zachodzi łatwiej im większy jest heteroatom. Dla atomów o zbliżonej wielkości, rozerwaniu ulegnie atom bardziej elektroujemny. Rozpad wiązania α pozostaje w przewadze dla donorów elektronów: Br,Cl<wiązanie π,S,O<N. Dlatego oderwanie rodnika X^• przez rozerwanie wiązania przy heteroatomie w chlorowcopochodnych zachodzi łatwo podczas gdy aminy tracą rodnik poprzez rozerwanie wiązania α

2.2.4 Fragmentacja kationorodników z przegrupowaniem

Przegrupowania w spektrometrii mas są zmorą interpretacji widm. Niektóre z nich są powszechne i dobrze opisane inne bardzo specyficzne. Najbardziej znane przegrupowanie McLafferty’go polega na przeniesieniu atomu wodoru do miejsca lokalizacji kationorodnika przebiegając przez sześcioczłonowy stan przejściowy ryc.6. Po przegrupowaniu następuje fragmentacja indukowana bądź przez rodnik bądź przez kation, w wyniku której w obu przypadkach powstają: kationorodnik i cząsteczka obojętna. Jeżeli związek nie zawiera azotu produkty te są łatwe do odnalezienia w widmie masowym - jony o masie parzystej.

Ryc.6 Przegrupowanie z fragmentacją i widmo masowe heksan-2-onu.

2.3 Interpretacja widm

Pierwszą czynnością która powinno się wykonać podczas interpretacji widm masowych jest odnalezienie jonu molekularnego. Jeżeli jon molekularny nie występuje w widmie należy go określic metodą dedukcji poprzez poszukanie mas: M+1, M-1, M-15, M-18, M-19, M-20, M-26, M-27, M-28, M-29, M-30, M-31, M-32, M-34, M-35, M-40, M-41, M-42, M-43, M-44, M-45, M-46 itd. Przy interpretacji widm pomocna jest także reguła azotu która mówi, że masa cząsteczkowa jest zawsze parzysta, jeżeli liczba atomów azotu w cząsteczce jest parzysta lub równa zero. Wynika to z faktu, że azot jako jedyny z pospolicie występujących pierwiastków ma różną parzystość masy i liczby elektronów walencyjnych. Należy pamiętać, że twierdzenie to jest prawdziwe, gdy rozważamy główny izotop. W przypadku nieobecności w widmie jonu molekularnego należy pamiętać, że jon molekularny musi posiadać największą ilość atomów każdego obecnego pierwiastka. Na przykład gdy jon o najwyższej masie posiada trzy atomy chloru a jon o niższej masie aż cztery do jonu o najwyższej masie trzeba co najmniej dodać masę 35 Da. Jeżeli występuje intensywny pik molekularny, może to świadczyć o obecności związku aromatycznego lub nienasyconym pierścieniu. Jeżeli nie jesteśmy w żaden sposób w stanie określić jonu molekularnego pozostaje zastosowanie bardziej miękkiej jonizacji jak np. jonizacja chemiczna.

Dużym ułatwieniem w interpretacji widm są dostępne w literaturze tabele z masami sugerującymi fragmenty charakterystycznych związków. Dwa lub więcej jonów o charakterystycznych m/z na jednym widmie masowym sugeruje rodzaj analizowanego związku. Na przykład obecność takich jonów sugeruje występowanie następujących związków:

m/z 15, 29, 43, 57, 71,85,99: alifatyczne węglowodory

m/z 19, 31, 50, 69: perfluorowane związki organiczne

m/z 30, 44, 58: aminy

m/z 31, 45, 59: alkohole lub etery

m/z 39, 50, 51, 52, 63, 65, 76, 77, 91: aromatyczne węglowodory

m/z 41, 55, 69: nitryle alifatyczne

m/z 41, 55, 69: nienasycone węglowodory

m/z 41, 69: met akrylany

m/z 43, 58: ketony z grupą metylową

m/z 43, 87: dioctan glikolu

m/z 44, 42: (CH₃)₂N-

m/z 53, 80: pochodne pirolu

m/z 55, 99: diakrylan glikolu

m/z 59, 72: amidy

m/z 60, 73: kwasy organiczne

m/z 61, 89: związki siarkowe

m/z 74, 87: estry metylowe

m/z 76, 42, 61: (CH₃)₂NS-

m/z 89, 61: związki zwierające siarkę

m/z 86, 100, 114: diaminy

m/z 104, 91: alkilobenzen

m/z 104, 117: alkilobenzen

Przydatny może okazać się również rozkład izotopów najczęściej znajdujących się w związkach organicznych. Rozkład taki przedstawiono w tabeli poniżej.

Najczęściej występujący izotop (%)	Izotop	M+1 (%)	M+2 (%)
^12C=100	^13C	1,1
^32S=100	^34S	0,8 (^33S)	4,4
^35Cl=100	^37Cl		32
^79Br=100	^81Br		98

Tabela ta pokazuje że na każde 100 atomów ¹²C przypada 1,1% ¹³C. Analogicznie przedstawia to dla siarki, chloru i bromu.

Załóżmy że zaobserwowaliśmy dwa piki w profilu izotopowym jonu molekularnego:

m/z: 78 = 100% [M]

79 = 6,6% [M +1]

6,6/1,1=6 atomów węgla (podzielono zaobserwowaną intensywność [M+1] przez intensywność z tabeli ¹³C )

6x12 = 72 (pomnożono 6 atomów węgla przez masę monoizotopowego węgla)

78-72 = 6 atomów wodoru (odjęto od masy M otrzymana wartość 72)

Maksymalna ilość atomów węgla i wodoru wynosi 6, więc prawdopodobny wzór sumaryczny związku to C₆H₆.

3 Analiza ilościowa

3.1 Metoda Powierzchni Piku

Metoda ta służy do wstępnego oszacowania stężenia składników mieszaniny. Metoda ta zakłada, że procent powierzchni jest mniej więcej równy procentowi zawartości. Powierzchnia każdego piku dzielona jst przez sumę powierzchni wszystkich pików.

Składnik $X\% = \frac{A_{x}(100)}{\sum_{n = 1}^{ni = n}A_{\text{ni}}}$

3.2 Metoda Względnego Czynnika Odpowiedzi

Metoda Powierzchni Piku opisana wyżej może być użyta do oszacowania ilości składników w mieszaninie wzorców wykorzystywanej w metodzie Względnego Czynnika Odpowiedzi. Istotne jest aby stężenia wzorców były mniej więcej takie same jak w badanej próbce. Po wykonaniu chromatografu. Następnie należy przydzielić do jednego ze składników czynnik (RF) o wartości 1,0. Ten składniki staje się odnośnikiem. Czynnik odpowiedzi dla innych składników oblicza się ze wzoru

Gdzie: SA_R jest powierzchnią piku referencyjnego, SA_x jest powierzchnią składnika x, A_R jest powierzchnią A_X to powierzchnia substancji badanej, W_X ilość substancji badanej , W_R to ilość substancji referencyjnej.

Procentową zawartość badanej substancji obliczany ze wzoru:

3.3 Metoda wzorca wewnętrznego

Metoda powszechnie stosowana w metodach chromatograficznych. Spektrometria mas daje jednak możliwość użycia jako wzorca wewnętrznego tej samej substancji co w oznaczanej mieszaninie tylko znaczonej deuterem. Dobierając deuterowany wzorzec należy pamiętać aby atomy deuteru znajdowały się w pozycjach, które umożliwią później zidentyfikowanie ich w powstających fragmentach. Metoda ta polega na dodaniu określonej ilości deuterowanego wzorca do próbki przed czynnościami przygotowującymi ja do analizy (ekstrakcją, odparowywaniem, czy derywatyzacją). Identyczne ilości wzorca dodawane są do roztworów wzorcowych służących do sporządzenia krzywej wzorcowej. Po sporządzeniu krzywej wzorcowej gdzie na osi rzędnej znajduje się powierzchnia substancji wzorcowej podzielona przez powierzchnię wzorca wewnętrznego A_n/A_is a na osi odciętej ilość substancji wzorcowej do ilości wzorca wewnętrznego W_n/W_is odczytaną powierzchnię badanej substancji również dzielimy przez powierzchnię wzorca wewnętrznego. Odczytujemy z krzywej regresji a dokładniej z równania regresji wartość W_x/W_is. Konwersję zmierzonego stosunku ilości badanej substancji do wzorca wewnętrznego przeprowadzamy poprzez pomnożenie tej wartości przez ilość wzorca wewnętrznego. Dzięki zastosowaniu tej metody jesteśmy w stanie okręcić rzeczywistą ilość badanej substancji bez względu na straty jakie mogą nastąpić podczas przygotowania próbki do analizy. Odmianą metody wzorca wewnętrznego z użyciem deuterowanych wzorców substancji badanych jest metoda rozcieńczeń izotopowych. Deuterowany odpowiednik substancji nazywany jest czasem w literaturze izotopomerem.