Massaspectrometrisch onderzoek van trifenyltin verbindingen.

Transcriptie

1 ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat riza rijksinstituut voor integraal zoetwaterbeheer en afvalwaterbehandeling tel , fax doorkiesnummer 620 Massaspectrometrisch onderzoek van trifenyltin verbindingen. Werkdocument X auteur(s) C.J.H. Miermans datum 13 September 1995

2 Analyse van trifenyltin-verbindingen in oppervlaktewater en sediment, m.b.v. massaspectrometrie Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling Documentatie Postbus AA Lelysad C. J. H. Miermans AWOS Afstudeeropdracht Universiteit van Amsterdam Instituut voor Massaspectrometrie Begeleiders: R.H. Fokkens en Prof. Dr. N.M.M.Nibbering Stageperiode : 26 September april 1995 B. De inhoud van dit werkdocument hoeft niet noodzakelijkerwijs in overeenstemming te zijn met de visie van het Ministerie van Verkeer en Waterstaat.

3 Voorwoord In samenspraak met het RIZA te Lelystad, is het onderwerp over de trifenyltin verbindingen gekozen. Dit afstudeeronderwerp is in het kader van de doctoraalstudie aan de Universiteit van Amsterdam uitgevoerd. Voor een eenduidige identificatie van de trifenyltin-verbindingen in het milieu, is massaspectrometrie onontbeerlijk. Om de derivatiseringsstap voor de tin verbindingen te vermijden, zijn ze met verschillende ionisatie technieken bestudeerd. Daarom kon het onderzoek het beste worden uitgevoerd bij het Instituut voor Massaspectrometrie. Bij het tot stand komen van dit verslag, wilde ik toch verschillende mensen bedanken voor hun hulp. In de eerste plaats Nico Nibbering en Roel Fokkens voor hun goede en enthousiaste begeleiding van mijn stage. Tijdens deze periode heb ik zeer veel fundamentele kennis opgedaan op het gebied van de massaspectrometrie, die ik goed kan toepassen in mijn werk. Han Peeters voor de hulp met de JEOL massaspectrometer en alle andere medewerkers van het IMS voor hun prettige samenwerking. Taasje Mahabiersing en Maxim Aarnts van de anorganische vakgroep, voor de hulp bij de synthese van de gedeutereerde tin verbinding en de NMR-spectra. Jaap Baarsma van het RIZA wilde ik bedanken voor al het regelwerk voor wat betreft mijn stage. Luc van der Velde voor de uitstekende opvang van mijn werkzaamheden. Walter van Charldorp voor de op werking van de sediment en water monsters. Bas van Kleef voor het opnemen van de IRspectra. Paul Kienhuis, Piet van Duyn en Hein Barreveld voor de overige hulp. Tenslotte wil ik mijn vrouw Jenny bedanken voor de zeer positieve ondersteuning van mijn studie, gedurende de afgelopen vier jaar.

4 Samenvatting Organotin-verbindingen vormen een aanzienlijke bedreiging voor ons milieu. Ze worden toegepast als schimmelwerende middelen in de landbouw en als algengroeiwerende middelen in verven voor scheepsrompen. De bedoeling is om de vier, in het milieu toegepaste, trifenyltin-verbindingen massaspectrometrisch van elkaar te onderscheiden. Daarvoor moet een geschikte ionisatie techniek gevonden worden. De tin-verbindingen zijn met de technieken EI, CI, FAB, FD, FI en MS/MS bestudeerd. Een belangrijk aspect is dat het molecuul- of quasi-molecuulion in het massaspectrum de meest intense piek moet zijn. Met FD + werd dit streven het beste behaald. Toch is met CI naar het meest optimale ionisatiegas gezocht, omdat deze techniek, naast EI en MS/MS alleen bij het RIZA mogelijk is. EI is al moeilijker, omdat deze ionisatie techniek veel fragmentatie en minder informatie over het molecuul-ion geeft. Bij het RIZA zijn monsters sediment en oppervlaktewater opgewerkt en bij de UvA gemeten. In de monsters zijn geen trifenyltin verbindingen aangetoond. Voor een eventuele bepaling van het tin gehalte en om het opwerkingsproces van de monsters te kunnen volgen, is een interne standaard gesynthetiseerd. De keuze is gevallen op gedeutereerd trifenyltinchloride. Tenslotte is een globale indicatie van de detectiegrenzen voor de trifenyltinverbindingen gegeven.

5 Inhoudsopgave bladzijde 1 Inleiding Stageopdracht Achtergrond van het onderzoek Doelstelling van het onderzoek De vier te onderzoeken trifenyltin-verbindingen. 3 2 Theoretische achtergronden Electron Impact (EI) Chemische ionisatie Fast Atom Bombardment Velddesorptie (Field Desorption) Veld ionisatie (Field Ionization) Thermospray MS Electrospray MS Massa analysatoren Sector massaspectrometer met BE-geometrie Quadrupole massaspectrometer 13 3 Gebruikte scan technieken Positieve en negatieve ionen MS/MS MS/MS m.b.v.sector massaspectrometers MS/MS m.b.v.de Triple quadrupole massaspectrometer 17 (triple-quad). 4 Gebruikte massaspectrometers Fisons ZAB-HFqQ hybride massaspectrometer JEOL JMS 102/102A 4-sector massaspectrometer Finnigan TSQ 700 Triple quadrupole massaspectrometer Fisons Platform Quadrupool massaspectrometer Resultaten EI +, FD + en FAB + spectra van de 4 modelverbindingen ev EI spectra van TPTAc en TPTOH FD + -metingen van mengsels trifenyltin verbindingen met 22 de JEOL. 5.4 CI + spectra van de 4 modelverbindigen met verschillende 23 "reactant gassen". 5.5 FIA electrospray spectra FIA thermospray spectra van TPTAc, TTPC1, TPTF 24 en TPTOH.

6 5.7 LC-MS thermospray met een mengsel van de 24 4 modelverbindingen. 5.8 Synthese gedeutereerd trifenyltinchloride MS/MS spectra van de vier model verbindingen Opwerking oppervlaktewater- en bodemslibmonsters Monster oppervlaktewater met standaard additie van de 28 4 trifenyltin verbindingen. 6 Detectiegrenzen 30 7 Conclusies en aanbevelingen 32 8 Referenties 33

7 Bijlagen Bijlage 1 Bijlage 2 Bijlage 3 Bijlage 4 Bijlage 5 Bijlage 6 Bijlage 7 Bijlage 8 Bijlage 9 Bijlage 10 Bijlage 11 Bijlage 12 Bijlage 13 Bijlage 14 Bijlage 15 Bijlage 16 Bijlage 17 Bijlage 18 Bijlage 19 Bijlage 20 Bijlage 21 Bijlage 22 Bijlage 23 Bijlage 24 Bijlage 25 Bijlage 26 Belangrijkste fragmenten van de trifenyltin-verbindingen. EI +, FD + en FAB + spectra van TPTAc. EI +, FD + en FAB + spectra van TPTC1. EI +, FD + en FAB + spectra van TPTF. EI +, FD + en FAB + spectra van TPTOH. 20 ev EI + spectra van TPTAc en TPTOH. EI + spectrum van TPTOH PEG-1500 en EI + spectrum van bis(trifenyltin)oxide. FD + -spectra van een mengsel TPTC1, TPTAc en TPTOH, opgenomen met de JEOL. CI +, spectra van TPTAc, met isobutaan, ammoniak en dimethyl ether als Cl-gas. CI +, spectra van TPTC1, met isobutaan, ammoniak en dimethyl ether als Cl-gas. CI +, spectra van TPTF, met isobutaan, ammoniak en dimethyl ether als Cl-gas. CI +, spectrum van TPTOH, met isobutaan als Cl-gas. FIA electrospray spectra van TPTAc, TPTC1 en TPTF. FIA electrospray spectra van TPTOH en bis(trifenyltin)oxide. FIA thermospray spectra van TPTAc, TTPC1, TPTF en TPTOH. LC-MS thermospray chromatogram en spectra van mengsel TPTAc, TTPC1, TPTF en TPTOH. FD en EI spectrum van gedeutereerd TPTC1. Verschillende MS/MS spectra van TPTF. B/E m/z 370 EI +, FD + en B 2 /E m/z 293. TSQ MS/MS spectra van TPTC1 (parent 387), bij een collision offset van -6, -15 en -25 volt. TSQ MS/MS spectra TPTF met de keuze van 371 en 369 als parent, bij een collision offset van -6 volt. TSQ MS/MS spectra van TPTAc (parent 411) en van gedeutereerd TPTC1 (parent 402), bij een collision offset van -6 volt. Dichloormethaan eluaat van monster sediment. Voor en na opzuivering met aluminiumoxide. FD + spectrum en MS/MS spectra voor het bewijs van afwezigheid van TPTAc in het monster. EI + spectrum en MS/MS spectra voor het bewijs van afwezigheid van TPTC1 in het monster. FD + spectrum van monster met standaard additie trifenyltin-verbindingen. MS/MS spectrum: B 2 /E m/z 351. TSQ procedure.

8 1 Inleiding 1.1 Stageopdracht In het kader van mijn afstudeerstage Massaspectrometrie aan de Universiteit van Amsterdam is vanuit het RIZA het onderwerp trifenyltin-verbindingen in oppervlaktewater en sediment (onderwaterbodem, bodemslib) voorgesteld. Het project is in eerste instantie in Amsterdam opgezet. Tegen het einde van de stage is bij het RIZA te Lelystad bekeken, in hoeverre de ontwikkelde methode te implementeren is op de aldaar beschikbare MS-apparatuur. 1.2 Achtergrond van het onderzoek Trifenyltin verbindingen vormen voor de Nederlandse binnenwateren een aanzienlijk probleem. Dit blijkt uit de grenswaarden, die in de Derde Nota Waterhuishouding van het Ministerie van Verkeer & Waterstaat 1 ' 1, zijn geformuleerd, te weten: Organotin-verbindingen water sediment trifenyltin-verbindingen 0.01 ^g/1 1.0jug/kg tributyltin-verbindingen 0.01 ^g/1 1.5^g/kg Het is echter niet duidelijk of deze grenswaarden uitgedrukt zijn als tin, het organotin cluster of de individuele organotin-verbindingen 121. In 1989 is de Derde Nota Waterhuishouding aan de tweede kamer ter beschikking gesteld. De Nota beschrijft het landelijke integrale waterbeheer voor de periode , met een doorkijk naar de verdere toekomst. De belangrijkste kenmerken hiervan zijn de ruimere aandacht voor de samenhang binnen het waterbeheer en voor de samenhang en het samenspel met andere beleidsterreinen [1]. Hiermee wordt bedoeld de relaties tussen het waterbeheer en andere beleidsterreinen, zoals milieubeheer, ruimtelijke ordening en natuurbeheer. De hoofdlijnen van het beleid voor de landelijke waterhuishouding zijn in deze nota aangegeven. De status is gelijk aan die van het Nationaal Milieubeleidsplan en het Natuurbeleidsplan. Het waterkwaliteitsbeleid wordt eveneens in deze nota weergegeven. Met betrekking tot organische microverontreinigingen (waar trifenyltin-verbindingen onder vallen) is het einddoel, de emissie naar grond- en oppervlaktewater te verminderen tot circa 90 %. Voor de meting en toetsing van wateren waterbodemkwaliteit, wordt in de Derde Nota Waterhuishouding onderscheid gemaakt tussen verbindingen vermeld in de M-lijst en verbindingen vermeld in de I-lijst. Voor verbindingen vermeld in de M-lijst is regelmatige meting noodzakelijk. Voor verbindingen vermeld in de I-lijst wordt in beginsel een incidentele inventarisatie voorgesteld. Voor een aantal van deze verbindingen wordt de ontwikkeling van analysemethoden aanbevolen. Tot de I-lijst behoren de trifenyltin-verbindingen. De trifenyltin-verbindingen zijn middelen tegen rotting door bacterien, schimmels, algen en schaaldieren. 1

9 De verbindingen blijken in het bijzonder werkzaam te zijn als schimmeldodend middel (fungiciden). Op grote schaal worden ze daarom toegepast als gewasbeschermingsmiddel. In combinatie met tributyltin-verbindingen worden ze in aangroeiwerende verven (antifouling-verven) toegepast. In het oppervlaktewater kunnen daarom hoge concentraties voorkomen. Vooral in het buitenland kwam men tot de ontdekking, dat ze toxisch zijn voor een aantal organismen 131. Op grond van deze ervaringen heeft men per 1 januari 1990 besloten, om het gebruik van organotin bevattende aangroeiwerende verven in Nederland te verbieden, voor schepen kleiner dan 25 meter. In de Derde Nota Waterhuishouding staat zelfs vermeld, dat een totaalverbod op het gebruik van organotin als antifouling in de scheepvaart moet worden gestimuleerd. 1.3 Doelstelling van het onderzoek Het doel van het onderzoek is het gedrag van de trifenyltin-verbindingen met verschillende massaspectrometrische ionisatietechnieken (EI, CI, FD, FAB en MS/MS) te bestuderen en van elkaar te onderscheiden. O.a. dient hierbij naar de matrixgevoeligheid gekeken te worden. In eerste instantie dient er een kwalitatieve bepalingsmethode opgezet te worden. Op dit moment zijn er goede bepalingsmethoden, waarbij alleen het trifenyltin cluster bepaald wordt. Volgens de europese richtlijnen moet er echter een bepalingsmethode voor elke individuele component aanwezig zijn [4]. Het blijkt dat de fenyltin verbindingen bij hoge temperaturen ontleden en kunnen alleen na derivatiseren d.m.v. gaschromatograf ie bepaald worden. Om deze reden en om de derivatiseringsstap te vermijden is het interessant om te onderzoeken of de verbindingen met verschillende massaspectrometrische ionisatietechnieken geanalyseerd kunnen worden. Het RIZA wil een beeld krijgen van welke trifenyltin-verbindingen in het oppervlaktewater en onderwaterbodem voorkomen. Enkele beweringen in de literatuur zijn: Speciatie: In verschillende literatuurverwijzingen staan vermeld, dat b.v. trifenyltinacetaat wordt omgezet in trifenyltinhydroxide (aangetoond d.m.v. 14 C-labelling) [ Trifenyltinchloride hecht zich sterk aan sediment 131. Verspreiding d.m.v. lucht- en/of watertransport [3]. De trifenyltin-verbindingen hebben een halfwaarde tijd van 200 dagen (omzetting van trifenyltin naar difenyltin). Maar vlak voor de jaarlijkse sproeitijd worden er nog steeds trifenyltin verbindingen aangetroffen in het bodemslib [3]. Kortom er wordt veel beweerd, maar een duidelijk bewijs van welke trifenyltin-verbindingen in het milieu voorkomen, is er niet. 2

10 1.4 De vier te onderzoeken trifenyltin-verbindingen. Naar aanleiding van de nota trifenyltin-verbindingen van het RIZA [7], is er een keuze gemaakt welke onderzocht dienen te worden: De 4 onderzochte trifenyltin-verbindingen Molecuulmassa afkorting CAS-nummer 410 TPTAc Afbeelding 1 trifenyltinacetaat 368 TPTOH Afbeelding 2 trifenyltinhydroxide 386 TPTC Afbeelding 3 trifenyltinchloride o 6 Afbeelding 4 trifenyltinfluoride 370 TPTF Aan de hand van de belangrijkste isotopen van het tin atoom ( 116 Sn : 118 Sn 3

11 120 Sn =2:3:4) zijn tinfragmenten eenvoudig te identificeren. In de natuur komen ook de andere isotopen, namelijk " 2 Sn t/m 124 Sn, voor. De binding tussen tin en de organische substituenten is in hoofdzaak covalent. De bindingen Sn-Cl en Sn-F hebben wel een meer polair karakter. Vooral bij Sn-F zit er een 6 + op de Sn en een 6" op de F [8]. Uit berekeningen is geconcludeerd, dat de R 3 Sn een positief inductief effect (+1) heeft. In de literatuur zijn de volgende bindingssterktes gevonden' 91 : Sn-C 6 H KJ/mol Sn KJ/mol Sn-Cl 414 KJ/mol Sn-F 467 KJ/mol De struktuur van de trifenyltin verbindingen is tetraedrisch, waarbij de hoeken niet perfect zijn. Uit de bindingssterktes kan geconcludeerd worden, dat de tin-fenyl binding de zwakste is. De stabiliteit van de drie andere tin bindingen wordt veroorzaakt door donatie van de vrije p-electronen aan de lege d- orbitals van tin. Het blijkt dat de halogeniden de vrije p-electronen aan de 5dorbitals doneren. Doordat tin een lage ionisatie energie (7.34 ev) [10] heeft, zal de lading in hoofdzaak op het fragment dat tin bevat, gaan zitten. Van de vier onderzochte trifenyltin verbindingen is in de literatuur alleen van TPTC1 de ionisatie potentiaal bekend, te weten 9.29 ev [U]. Van trifenyltinhydride (niet onderzocht) is ook een ionisatie potentiaal bekend nl ev. Uit deze twee waarden mag misschien geconcludeerd worden, dat de ionisatie potentiaal van de andere drie trifenyltin verbindingen in de buurt van 9.1 ev liggen. 4

12 2 Theoretische achtergronden Electron Impact (EI) Deze methode wordt het meest toegepast in de dampfase bij een druk van 10" 4 Pa met behulp van 70 ev electronen. Deze laatst genoemden worden verkregen door emissie uit een wolfraam of rhenium gloeidraad en versnelling met behulp van een potentiaalverschil van bijvoorbeeld 70 ev tussen de gloeidraad en de ionisatiekamer, waarin ze via een kleine opening binnentreden. De electronen worden loodrecht op de bewegingsrichting van de moleculen "beschoten", waarna ionisatie plaatsvindt in 10" 16 seconden met een rendement van ± pro mille. M + e -» M e Zodra de molecuulionen zijn gevormd, worden ze de ionisatiekamer in gedreven. De verblijftijd in de ionisatiekamer is ± 1 jusec, waarbij de ionen een gemiddelde inwendige energie van 3-5 ev [12], tijdens het ionisatieproces hebben gekregen (zie figuur 1). Deze energie is voldoende om ze via unimoleculaire ontledingen uiteen te laten vallen in ionen met een lagere massa, onder vorming van radicalen of neutrale moleculen. Met electronen-energie van boven de 50 ev zullen moleculen op een goede reproduceerbare manier ontleden Met reproduceerbaar wordt bedoeld, dat een molecuul X opgenomen met een sector massaspectrometer, vrijwel hetzelfde spectrum geeft als Figuur 1: Electron Impact ionisatie (EI) 70 ev electronen bundel A gevormde ionen van monster ionisatiekamer Wolfraam- of Rhenium gloeidraad o o o o electronen ontvanger inlaat" monster positieve spanning repeller 5

13 opgenomen met een quadrupool massaspectrometer. Vandaar dat er commercieel EI massaspectra bibliotheken te verkrijgen zijn. Echter voor een eenduidige identificatie van een onbekende verbinding in een monster moet altijd dezelfde stof in zuivere vorm, onder dezelfde omstandigheden en hetzelfde instrument en vlak achter elkaar bepaald worden In hoofdzaak wordt 70 ev als electronen energie gebruikt. Afhankelijk van het type molecuul geeft electron impact i.h.a. veel fragmentatie en in mindere mate molecuulion informatie. Poly aromatische koolwaterstoffen (naftaleen, fenantreen, etc) geven altijd het molecuulion als basis piek. Bij aromaten wordt de intensiteit van deze piek al minder, terwijl bij alkanen het molecuulion niet meer waarneembaar is" 31. In de loop van het verslag zal duidelijk worden dat de trifenyltin-verbindingen ook veel fragmentatie geven Chemische ionisatie Bij chemische ionisatie vindt vorming van ionen uit te onderzoeken verbindingen plaats door middel van ion/molecuul reacties. Er wordt dan gebruik gemaakt van een reactant gas. Dit gas wordt in de ionisatiekamer gebracht, bij een druk die kan oplopen tot ca. 8 torr (TSQ/SSQ quadrupool). Bij positieve chemische ionisatie (PCI) berust het principe voornamelijk op protonoverdracht tussen primair gevormde ionen en de substraat moleculen. De primair gevormde ionen met bijvoorbeeld methaan vinden als volgt plaats: CH CH 4 -» CH CH 3. CH CH 4 * C 2 H S + + H 2 CH CH 4 * C 2 H H 2 + H. C 2 H CH 4 * C 3 H H, De ionen, die hierbij gevormd worden, kunnen exotherme protonenoverdrachtsreacties naar neutralen uitvoeren" 51. Afhankelijk van de protonen affiniteit van substraat en de gevormde ionen, kan de volgende reactie plaatsvinden: MH + CH 5 + * MH CH Afhankelijk van de druk zal CH 5 en/of C 2 H 5 ontstaan. In positieve chemische ionisatie worden de volgende reactant gassen het meest gebruikt: 6

14 Gas ion PA (in Kcal/mol) CH 4 + CH C 2 H H 2 0 H i-c 4 H 10 + t-c 4 H CH3OCH3 H + (CH 3 OCH 3 ), o f NH 3 H + (NH 3 ) n 207 Naarmate de protonaffiniteit in de rij toeneemt, neemt de zuursterkte van het ion af. Iedere component in de rij kan door het ion van een component met lagere protonaffiniteit worden gei'oniseerd. Door de lage protonaffiniteit van + het CH 5 ion kan een molecuul met een hoge protonaffiniteit toch in vele brokstukken uiteenvallen (trifenyltin verbindingen bijvoorbeeld). Met b.v. methaan en lachgas bestaat ook de mogelijkheid om met negatieve chemische ionisatie (NCI) te analyseren. In sommige gevallen is dat selectiever dan PCI. Als reactant ion wordt daarbij het OH" ion gebruikt om protonen van de te analyseren moleculen te abstraheren: N e -+ O - + N 2 O + CH 4 * OH + CH 3 M + OH (M-H) + H 2 0 Chemische ionisatie isi.h.a.een "zachte" ionisatie methode, waarbij het quasimolecuulion (MH 2 + of (M-H)") de meest intense piek in het spectrum is Fast Atom Bombardment Het te analyseren monster wordt in een niet vluchtige matrix gebracht, b.v. glycerol, thioglycerol of nitrobenzylalcohol. Een druppeltje van deze oplossing wordt dan op een metalen oppervlak aan het uiteinde van de Direct Insertion Probe gebracht, waarna de probe in de ionenbron wordt gebracht. Deze methode van monsterintroductie wordt statische FAB genoemd. Er bestaat ook dynamisch FAB waarbij een continue toevoer van monsteroplossing in de bron wordt gerealiseerd. Met FAB wordt het monster in de matrix, beschoten met zich snel voortbewegende atomen. Deze worden verkregen door achtereenvolgens een edelgas (in mijn experimenten Xenon) te ioniseren m.b.v. electron impact, de gevormde ionen te versnellen met een elektrisch veld van enige KV en ze tenslotte te neutraliseren in een botsingsruimte. Xe + (versneld) + Xe (thermisch) -* Xe + (thermisch) + Xe (versneld) Er zal dus een ladingsoverdracht plaatsvinden om deze versnelde Xenon 7

15 atomen te verkrijgen. Onder een bepaalde hoek vindt deze beschieting op het monster plaats. Algemeen wordt in het verkregen FAB massaspectrum een vrij sterk signaal gevonden t.g.v. het (M+H) + ion in het geval van positieve en (M-H)" ion in het geval van negatieve ionen. Door beide technieken te gebruiken kan ondubbelzinnig het moleculaire gewicht bepaald worden. De methode is geschikt voor niet vluchtige, thermisch labiele verbindingen, zoals oligosaccharides, penicillines, oligonucleotiden, etc" 31. Trifenyltin-verbindingen zijn ook "niet vluchtig" en thermisch labiel I3], zodat ze ook met FAB zijn bestudeert. Fast atom bombardment (FAB) ionisatiekamer matrix oplossing ionen naar magnetischescetor tegenelectrode Ar of Xe atomen O O O O O O O O O O O Argon of Xenon gun direct insertion probe electrode 8kV.4 Velddesorptie (Field Desorption) Deze methode is eveneens geschikt voor niet vluchtige, thermisch labiele verbindingen. Het te onderzoeken monster wordt opgelost of gesuspendeerd in een oplosmiddel, waarna het op een emitter wordt aangebracht. Deze emitter is op een bepaalde manier geactiveerd (b.v. met indeen geactiveerde Wolfraam draad, waardoor koolstofnaalden ontstaan). In de ionisatiekamer wordt het oplosmiddel verdampt en afgepompt, zodat slechts gebonden door van der Waals krachten, het monster op de emitter achterblijft. Tussen de emitter en de op enkele millimeters verwijderde holle kathode, wordt een potentiaalverschil aangelegd van 8-12 KV. Door de emitter wordt een stroom van 0 tot 40 ma geleid, waardoor o.i.v. het hoge electrische veld de te bepalen moleculen ioniseren en desorberen. In de meeste gevallen M + of [M+H] + piek de hoogste in het FD spectrum. 8

16 Figuur 3: Velddesorptie/Veldionisatie FD/FI ionisatiekamer ionen naar magnetischesector tegenelectrode geactiveerde koolstof emitter electrode 8kV direct insertion probe Veld ionisatie (Field Ionization). Het principe van veld ionisatie is het zelfde als veld desorptie, met het enige verschil dat,via de gasfase, het monster tussen de emitter en de tegenelectrode wordt gebracht. In de regel wordt met deze techniek vluchtige verbindingen bepaald, die via een capillair worden geintroduceerd in de bron. Dit capillair is dan gekoppeld aan een GLC of soms een HPLC Thermospray MS. De thermospray is net zoals de electrospray bedoeld voor LC-MS. Via een verwarmd capillair (vaporizer) komt het eluens de bron binnen. Een groot gedeelte van het vluchtige eluens verdampt, terwijl de te onderzoeken verbindingen o.i.v.het hoogvacuiim verneveld in kleine druppeltjes (de spray).door de verhoogde temperatuur zal de vloeistof snel verdampen. Deze vaporizertemperatuur is belangrijk, omdat deze de verhouding bepaald tussen damp en vloeistof. Bij teveel damp is de fragmentatie te groot en andersom is de fragmentatie te weinig. In beide gevallen zijn de resultaten niet reproduceerbaar. Thermospray is een zachte ionisatie methode, waarbij veel informatie verkregen wordt over het molecuul ion. Naast de HPLC koppeling bestaat tevens de mogelijkheid om het monster opgelost in water, direct via de thermospray in de massapectrometer te introduceren. (Flow Injection Analyse). Omdat hierbij geen voorscheiding plaatsvindt is MS/MS een vereiste. 9

17 Temp Control Sensor f a. - + H - To Trap and Forepump 24 Volts Proportional 1 +ve Bias Repel!er Aerosol Temp Sensor Figuur 4: Thermospray Electrospray MS. Electrospray ionisatie berust op het principe, dat een sterk electrisch veld op het oppervlak van de monster oplossing wordt aangebracht, als deze vanuit een pneumatische verstuiver in het interface elueerd. Zie figuur 5. i.e r Nebulising Gas Removable Ion Source ^ ^ ^i%)nix. MAS Filter Adjustable Skimmer Cone Figuur 5: Electrospray interface. De oplossing wordt in een aerosol van kleine geladen druppeltjes verstoven, die in grootte worden verkleind door oplosmiddel verwijdering (geholpen door een flow warme gas, om te drogen). Net zoals thermospray is electrospray een zachte ionisatie methode. Kleine moleculen geven een (M+H) + of (M-H)" piek. Grote moleculen kunnen meervoudig geladen ionen geven, waarbij 10

18 experimenteel op grond van de gevonden ladings verdeling, een uitspraak omtrent het molecuul gewicht gedaan kan worden. 2.2 Massaspectrometers. Het onderzoek is uitgevoerd met twee verschillende typen masaspectrometers, namelijk: - Multi-sectormassaspectrometer met BE-geometrie - Quadrupoolmassaspectrometer Sector massaspectrometer met BEqQ-geometrie Magnetic Collision cells Figuur 6: BEqQ hybrid mass spectrometer. De gevormde ionen worden uit de ionisatiekamer gedreven, door een kleine positieve spanning, waarna ze versneld worden door een elektrostatisch veld V ( V) in de richting van de uittreespleet. Verschillende ionen krijgen hierbij vrijwel dezelfde kinetische energie: Vz mv 2 = ev (1) (m = de massa, v de snelheid en e de lading van het ion. Zie figuur 6. Vanuit de bron komen de ionen via de eerste veldvrije ruimte de magnetische sector binnen. Bij het instituut voor massaspectrometrie zijn sector massaspectrometers met BE-geometrie aanwezig. De magnetische krachtlijnen staan hierbij loodrecht op de bewegingsrichting van de ionen. De Lorentz kracht Bev, waarin B de magnetische induktie is, werkt op de ionen, 11

19 waardoor deze een cirkelbaan met straal r gaan beschrijven. De centrifugale kracht mv^/r is voortdurend in evenwicht met de Lorentz kracht, zodat geldt: Bev mv r Be Belangrijk is, dat deze formule laat zien, dat het magnetisch veld de ionen overeenkomstig hun impuls afbuigt. Combineert men formules (1) en (2), dan wordt voor r de volgende uitdrukking verkregen. B\ 2 m V (3) Indien met de magnetische sector gescand wordt, geldt dat ionen met dezelfde m/e-waarde (of m/z-waarde) bij een gegeven versnelspanning V en een magnetisch veld B dezelfde cirkelbaan doorlopen. Vanuit de magnetische sector treden de ionen in de radiale elektrostatische sector binnen en ondervinden een kracht ee loodrecht op hun bewegingsrichting (E is de elektrische veldsterkte). Wederom gaan de ionen een cirkelbaan beschrijven, waarbij de centrifugale kracht in evenwicht is met de centripetale kracht. j, mv 2 mv 2, ee = - r = AS (4) r ee Het belangrijkste aspect van deze formule is, dat het radiale elektrostatische veld de ionen overeenkomstig hun kinetisch energie afbuigt [13]. Om de multiplier te bereiken moeten de ionen een straal R van de radiale elektrostatische analysator doorlopen. De r in formule (4) wordt dan vervangen door R. Tussen het versnellend veld V en de elektrische veldsterkte E bestaat volgens formule (1) en (4) het volgende verband: R = 2 i ( 5 ) Bij het opnemen van een gewoon EI, CI of FAB (geen MS/MS) spectrum wordt met de magnetische sector gescand. Deze dubbelfocusserende massaspectrometer heeft in de regel een oplossend vermogen van Zoals in figuur 6 getekend is, bevinden zich na de ESA 2 quadrupolen. De eerste is een RF (radio frequentie) quadrupool (q) voor botsingsexperimenten en de tweede (Q) voor de bepaling van de m/z verhouding van de ionen. 12

20 2.2.2 Quadrupool massaspectrometer Figuur 7 : schema van quadrupool massafilter. In vergelijking met sector massaspectrometers werkt de quadrupool wezenlijk anders. Hij bestaat uit 4 staven, die precies tegenover elkaar zijn gerangschikt. De spanning die tussen de electroden wordt aangelegd is opgebouwd uit een gelijkspanning TJ (dc) en een radio-frequentie (RF) wisselspanning: Fcosof (zie figuur 7). Onder invloed van deze combinatie van elektrische velden, ondergaan de ionen complexe banen (sinus achtig) [17] in de analyser. Door het hoog frequent veld worden de trillingsamplituden van de ionen in verschillende mate versterkt. Bij bepaalde waarden van U, V, 27rf en r 0 is de versterking van de amplitude afhankelijk van de massa van het ion. De rf/dc verhouding wordt constant gehouden, terwijl de voltages gevarieerd worden om zo scheiding van m/z-waarden te bewerkstelligen. Op elk punt in de scan, kan er maar een massa het systeem passeren, terwijl de rest wordt weggefilterd door de quadrupool staven. Dit is de reden dat het systeem vaak quadrupool massafilter wordt genoemd [17,1819). T.o.v. de sector instrumenten heeft de quadrupool de volgende voor- en nadelen: -Voordelen: -Minder gevoelig voor vervuiling van de bron en storingen in het algemeen. -De aanschafprijs is lager. -Het onderhoud is eenvoudiger en goedkoper. -Het bedieningsgemak is eenvoudiger. -Nadelen: -De massaresolutie is minder t.o.v.dubbelfocusserende sector instrumenten -Er bevindt zich geen veld vrije ruimte in het systeem zodat metastabie- 13

21 len niet gemeten kunnen worden. Dit is een beperking m.b.t. de struktuuropheldering. -Geen mogelijkheden om b.v. MIKES experimenten uit te voeren. Het grote verschil van quadrupool- t.o.v. sector instrumenten is dat je te maken hebt met laag energetische ionen uit de ionenbron, doordat de versnelspanning varieert van 0 tot 150 volt. Bij sector massaspectrometers is deze spanning al gauw 8000 volt. 14

22 3 Gebruikte scan technieken. 3.1 Positieve en negatieve ionen In en staat omschreven hoe positieve ionen in de CI mode ontstaan. In is beschreven hoe met lachgas en methaan negatieve ionen kunnen worden verkregen (NCI). Algemeen: Generatie van positieve ionen AB + e AB + Bovenvermeld proces zal plaatsvinden, indien de kinetische energie van het electron groter is dan de ionisatie energie van AB. In figuur 8 a komt de pijl overeen met een overgang van het neutrale molecuul AB in zijn laagste vibratieniveau naar het molecuulion in de grondtoestand, eveneens in het laagste vibratieniveau (Franck-Condon principe). Deze energiesprong wordt de adiabatische ionisatiepotentiaal genoemd. Het moleculair ion is in dit geval stabiel, zoals b.v. bij aromaten en poly cyclische aromaten ook het geval is. In figuur 8 b spreekt men van een niet-adiabatische ionisatie overgang, waarbij AB vibrationeel aangeslagen wordt. Het molecuul dissocieert dan in A + + B\ Figuur 8 : a. Generatie van het stabiele AB +,d.m.v. adiabatisch ionisatie. b. Generatie van het vibrationeel aangeslagen AB +,d.m.v.nietadiabatisch ionisatie. Generatie van negatieve ionen. Voor de generatie van negatieve ionen zijn drie mogelijkheden. Electron binding: AB + e -» AB + Bij deze reactie speelt de electronen affiniteit een rol. De reactie is dan in tegengestelde richting. De electronen affiniteit is het verschil in energie tussen het molecuul en molecuul anion, als beide in zich hun electronische, vibrationele en rotationele grondtoestand bevinden. Tenslotte zijn er nog twee mogelijkheden voor het genereren van anionen, t.w.: Dissociatieve electron binding (figuur 9 c): 15

23 AB + e * A + B Ion-paar formatie (figuur 9 d): AB + e - AB* -* A + + B In de figuren 9 a t/m d wordt dit grafisch aangegeven. positive electron affinity negative electron affinity dissociative electron attachment ion-pair formation 3.2 MS/MS Figuur 9 a b c d MS/MS m.b.v.sector massaspectrometers. MS I moeder ion MS II dochter ionen Massa spectrum MS/MS spectrum Figuur 10 : Schematische voorstelling van MS/MS. Met sector instrumenten kan op verschillende manieren met MS/MS worden geexperimenteerd. Zoals in figuur 10 schematisch is weergegeven, wordt er een parent ion geselecteerd na de eerste massanalysator. Dit ion wordt in een reactie ruimte verder gefragmenteerd tot een dochter spectrum. Een van de voordelen van MS/MS is dat uit complexe mengsels, de te onderzoeken verbinding geanalyseerd kan worden. MIKES (mass analyzed ion kinetic energy spectra): + + [M/]* -* m 2, m 3, m 4 +, etc Met de magneet wordt een metastabiel ion m, + geselecteerd, waarbij in de 16

24 tweede veldvrije ruimte (2. FFR) alle ontledingsproducten kunnen worden gedetecteerd, m.b.v. een scan van de electrische sector. Met deze techniek kan de kinetic energy release berekend worden, waarbij een deel van de inwendige energie van het metastabiele ion wordt omgezet in kinetische energie. Deze is in de orde van grootte van ev. Met de volgende formule kan dit berekend worden. 2 T = {d 2 - (da 2 ) 16m 2 m 3 U E mi m, = m* U E = versnellings spanning m 2 = fragmentatie ion do = peak width massa m, bij 50 % m 3 = m, m 2 d = peak width massa m 2 bij 50 % Collision Induced Decomposition: + + [M/] * m 2, m 3, m 4 +, etc Bij deze methode laat men het parent ion met een collision gas reageren. Dit gas kan een edelgas (bij voorkeur argon of helium) zijn. Het ion wordt dan in de eerste of tweede ruimte geselecteerd. Dit wordt ook wel de zogenaamde B/E scan genoemd. Een andere mogelijkheid is om een dochter ion te selecteren en vervolgens de parent te detecteren. Dit wordt de B 2 /E scan genoemd MS/MS m.b.v.de Triple quadrupool massaspectrometer (triple-quad). Om MS/MS experimenten te bewerkstelligen is een triple-quad MS nodig. Zie figuur 11. De eerste en derde quadrupool fungeren dan als massa-analyser (QI & Q3), terwijl de tweede quadrupool (Q2) als collision cell (botsings kamer) optreedt. In Q2 heeft de quadrupool als functie om de parent ion beam te herfocuseren, nadat hij in kleinere dochter ionen is gefragmenteerd. De botsingen hebben een energie van ev. Ook wel low-energy collisions genoemd 121,22t23]. De mate van ion-neutralen interacties of reactie exprerimenten door ion selecties in triple-quad is afhankelijk van de kinetische energie van het primaire ion en de aard en druk van het reactie gas in de botsingsruimte. 9 ««3*4 50-M»*k Figuur 11 : schematische voorstelling triple-quad 17

25 4 Gebruikte massaspectrometers. 4.1 Fisons ZAB-HFqQ hybride massaspectrometer. Zie figuur 6, biz. 11. De ZAB is een dubbelfocusserende hybride massaspectrometer. Bij het IMS wordt de ZAB hoofdzakelijk gebruikt voor onderzoek naar unimoleculaire readies van ionen in de gasfase. In is de werking beschreven. Het monster kan via verschillende probe ingangen in de bron geintroduceerd worden. De ZAB kan tot maximaal 3400 Dalton detecteren, indien de kinetische energie van het ion 8 KeV bedraagt. Het oplossend vermogen met de magnetische- en electrische sector kan een waarde van bereiken. De ionisatie methoden zij EI, CI (positief en negatief), FD, FI, FAB en MS/MS. 4.2 JEOL JMS 102/102A 4-sector massaspectrometer. Electrische-sector 1 Magnetisclie-sector 2 2 Figuur 12 : JEOL JMS 102/102A De JEOL bestaat uit twee achter elkaar geschakelde dubbelfocusserende massaspectrometers. Met name de resolutie van dit instrument kan zeer hoog oplopen. Indien de resolutie van b.v. de electrostatic analyser te laag is kan men het beste een 4-sector massaspectrometer gebruiken. Met de eerste dubbelfocusserende massaspectrometer, kan heel nauwkeurig een ion geselecteerd worden, en vervolgens met de tweede dubbelfocusserende massaspectrometer een MS/MS spectrum opgenomen worden. De tussenliggende quadrupolen zijn bedoeld voor een optimale beam focussering. Op dezelfde manier als de ZAB kan het monster geintroduceerd worden. Daarnaast is er ook een 18

26 GC en HPLC aansluiting. De ionisatie methoden negatief), FD, FI, FAB en MS/MS. zijn EI, CI (positief en 4.3 Finnigan TSQ 700 Triple quadrupool massaspectrometer. Figuur 13 : Finnigan TSQ In is uitgelegd, hoe de triple-quad werkt. Zoals in figuur 11 is weergegeven, is Q2 gebogen. Deze gebogen vorm heeft als doel, om de neutrale brokstukken weg te vangen. De TSQ heeft ook verschillende monster introductie mogelijkheden, t.w. GLC, HPLC (via thermospray), FIA en probe. De ionisatie methoden zijn EI, CI (positief en negatief) en MS/MS. Bij dit onderzoek is ook de SSQ van Finnigan MAT betrokken. Het enige verschil t.o.v. de TSQ is, dat SSQ een quadrupool heeft, i.p.v.drie. 4.4 Fisons Platform Quadrupool massaspectrometer. Zie figuur 5 biz. 10. In is de electrospray uitgelegd. De Platform heeft HPLC (via electrospray) en FIA als monster introductie mogelijkheden. 19

27 5 Resultaten. 5.1 EI +, FD + en FAB + spectra van de 4 modelverbindingen EI, CI, FD of FAB experimenten met de 4 model verbindingen, zijn in de literatuur op twee auteurs na, niet te vinden. Sugimoto et al heeft EI + spectra opgenomen van TPTAc, TPTC1 en TPTOH. Lawson et el. pi] heeft EI en CH) spectra gepubliceerd van TPTC1. N.a.v. de massaspectra relatieve intensiteit in de bijlagen: De x-as is de m/z-as en de y-as is de In bijlage 1 staan de belangrijkste fragmenten van de trifenyltin-verbindingen. In bijlage 2 t/m 5 zijn de EI +, FD + en FAB + spectra van respectievelijk trifenyltin-acetaat, -chloride, -fluoride en -hydroxide weergegeven. Alle spectra zijn opgenomen met de JEOL, met uitzondering van de FAB spectra van het acetaat en het hydroxide. Deze zijn met de ZAB gemeten. Met behulp van de probe zijn de verbindingen in de EI en FAB bron gebracht. De emitter van de FD is in de oplossing van de model verbindingen gebracht. De scan snelheid bedroeg 10 sec, de scan range en de versnellingsspanning 10 KV (ZAB 8 KV). Bijlage 2 TPTAc: De basispiek van het 70 ev EI spectrum is m/z 333, het verlies van een fenyl groep uit het molecuulion. Massa 351 veroorzaakt door het verlies van de heterogene substituent is in het EI spectrum duidelijk minder. Omdat het molecuul drie fenyl groepen en eeri acetaat groep bevat, is de kans het grootst dat de fenyl groep afsplitst. Dit wordt echter tegengesproken in bijlage 6 van het 20 ev EI spectrum van TPTAc. De relatieve intensiteit van m/z 351 is 80 % t.o.v De overige fragmenten staan in de spectra vermeld. M/z 410 (M + ) is in het EI spectrum vrij klein. In het FD + spectrum is m/z 410 de meest intense piek (m/z 58 is van aceton). Het FAB + -spectrum van TPTAc geeft 351 als meest intense piek (trifenyltincluster). M/z 381 wordt waarschijnlijk veroorzaakt door adduct-vorming met de matrix, thioglycerol met trifenyltin. [(C 6 H 5 ) 3 Sn-CH 2 0] + Uit deze drie spectra kan geconcludeerd worden, dat FD + de meest specifieke ionisatie methode is. Bijlage 3 TPTC1: Voor deze verbinding geldt hetzelfde verhaal als van TPTAc. M/z 154 [(C 6 H 5 )-(C 6 H 5 )] + veroorzaakt door een omleggingsreactie, is de meest intense piek in dit spectrum. Het M + -ion heeft wederom een lage intensiteit in het EI + spectrum (8 %). Bij FD + is het molecuulion wederom de meest intense piek (58 komt van a- ceton). Het FAB + -spectrum van TPTC1 is hetzelfde als van TPTAc. Het is de minst specifieke methode. 20

28 Bijlage 4 TPTF: Het EI + -spectrum van TPTF is in vergelijking met de spectra van TPTAc en TPTC1 wezenlijk anders. M/z 78 (fenyl groep) is de meest intense piek in het spectrum. Het is eveneens opvallend, dat het molecuulion minus de fenylgroep maar een kleine piek is. M/z 274 dat veroorzaakt wordt door fluor verlies uit M +, is daarentegen veel intenser. M/z 351 het trifenyltin-cluster is relatief hoger dan m/z 293 [(C 6 H 5 ) 2 Sn-F] +. Het M + is ion nauwelijks waarneembaar. Het M + -ion in het FD + spectrum is wederom de meest intense piek. Voor FAB geldt hetzelfde verhaal als bij de vorige verbindingen Het vermoeden bestaat, dat deze dimerisatie ook in het milieu plaatsvindt. In het FD + -spectrum van TPTOH is het ion 718 van bis(trifenyltin)oxide de basispiek (m/z 58 is afkomstig van aceton). Het M + -ion, m/z 368, van TPTOH is nauwelijks terug te vinden in het FD spectrum. In bijlage 7 is het FD + spectrum van bis(trifenyltin)oxide vermeld. Dit komt in grote lijnen overeen met het FD spectrum van TPTOH. Door TPTOH op te lossen in PEG-1500 wordt het bovenste EI + spectrum in bijlage 7 verkregen. M/z 718 is in dat spectrum verdwenen. Het molecuulion 368 is echter in het spectrum niet terug te vinden. Het ZAB spectrum komt overeen met de ZAB-spectra van de overige trifenyltin verbindingen. M/z 350 vindt zijn oorzaak in een verkeerde massacalibratie. 20 ev EI spectra van TPTAc en TPTOH. Bijlage 5 TPTOH: M/z 351 is in dit spectrum de basispiek. Het molecuulion minus een fenylgroep heeft een relatieve intensiteit van 8 %. Opvallend is de vele fragmenten tussen 400 en 800 Dalton. Deze fragmenten worden veroorzaakt door het evenwicht tussen TPTOH en bis(trifenyltin)oxide, dat in de ionenbron plaatsvindt: In bijlage 6 staan de 20 ev EI spectra vermeld van TPTAc en TPTOH. In vergelijking met het 70 ev EI spectrum in bijlage 2 van TPTAc, zijn m/z 351 en 274 duidelijk intenser. M/z 351 wordt veroorzaakt door acetaat verlies en vervolgens door fenyl verlies ontstaat m/z 274. Het blijkt dat dit proces bij een lagere electronenenergie plaatsvindt. Eveneens is m/z 154 intenser, dat vrij logisch is omdat omleggingsreakties, bij een lagere electronenenergie plaatsvinden. Voor TPTOH geldt hetzelfde als voor TPTAc. Opvallend is de meer intense piek van m/z 639, veroorzaakt door fenyl verlies uit het bis(trifenyltin)oxide 21

29 ion. 5.3 FD + -metingen van mengsels trifenyltin verbindingen met de JEOL. Op de JEOL massaspectrometer zijn FD + -metingen van mengsels van trifenyltin verbindingen met verschillende gewichtsverhoudingen gemeten. Bekeken wordt of de onderlinge gewichtsverhoudingen massaspectrometrisch te bepalen zijn. Dit is het beste te bepalen, door van elk molecuul ion het reconstructed ion chromatogram op te nemen en deze te integreren. Helaas waren de spectra in de profile mode opgenomen, zodat deze chromatogrammen met specifieke ionen niet op te nemen waren. Daarom is er een schatting gemaakt van deze onderlinge verhoudingen, door van het totale massaspectrum van een analyse de onderlinge piekhoogten te vergelijken. Onderlinge verhouding van trifenyltinfluoride en trifenyltinacetaat Gewichtsverhoudingen massaspectrometrische verhoudingen TPTF TPTAc TPTF TPTAc Onderlinge verhouding van trifenyltinacetaat, trifenyltinchloride trifenyltinhydroxide Gewichtsverhoudingen massaspectrometrische verhoudingen TPTAc TPTC1 TPTOH TPTAc TPTC1 TPTOH Dat massaspectrometrische verhoudingen van TPTAc en TPTF afwijken is te verklaren. Trifenyltinfluoride lost slecht op in dichloormethaan, zodat bij de gewichtsverhoudingen 4:1, massaspectrometrisch een faktor 2 lager uitvalt. Van de onderlinge verhoudingsverschillen van TPTC1, TPTAc en TPTOH zijn niet te verklaren. Uit deze resultaten kan geconcludeerd worden, dat op dit moment de onderlinge gewichtsverhoudingen massaspectrometrisch niet bepaald kunnen worden. Als functie van de emitter stroom kunnen de trifenyltin verbindingen kwalitatief wel van elkaar gescheiden worden. Zoals in bijlage 8 afgebeeld staat, is het bovenste spectrum trifenyltinchloride (scan 4-6). Daaronder trifenyltinacetaat (scan 20-24) en tenslotte trifenyltinhydroxide (scan 35-36). 22

30 CI + spectra van de 4 modelverbindigen met verschillende "reactant gassen". Besloten is om deze metingen op de SSQ-710 quadrupool massaspectrometer bij het RIZA te Lelystad uit te voeren. Bij het RIZA zijn alleen EI en CI als ionisatie methoden aanwezig en geen FD of FAB. Om deze reden is het onderzoek naar een optimaal reactant gas gedaan. De trifenyltin verbindingen werden elk apart in de bron geintroduceerd via de Direct Exposure Probe. De bron temperatuur bedroeg 120 C en de druk in de bron 8 torr. In bijlage 9 staan de TPTAc spectra met respectievelijk isobutaan, ammoniak en dimethyl ether als reactant gas. M/z 411 in het bovenste spectrum is het [M+H] + -ion van TPTAc. M/z 333 is het gevolg van fenyl verlies uit het quasimolecuulion en m/z 351 door verlies van het acetaat uit het [M+H] + -ion. M/z 467 wordt veroorzaakt door het [(C 6 H 5 ) 3 Sn-i-C 4 H 9 ] + -ion. In het ammoniak spectrum ontstaat m/z 368 door verlies van de acetaat groep, gevolgt door binding van het NH 3 tot het [(C 6 H 5 ) 3 Sn-NH 3 ] + -ion. M/z 350 is het resultaat van adduct vorming van het difenyltinacetaat ion met NH 3 In het onderste spectrum met dimethyl ether als reactant gas, is m/z 397 de hoogste piek. Het trifenyltinacetaat splitst de acetaat groep af, waarna dimethyl ether een adduct vormt met het trifenyltin cluster. M/z 355 is niet te verklaren. Uit deze drie spectra kan geconcludeerd worden, dat het reactant gas isobutaan als enige een quasi-molecuulion geeft (m/z 411). Bijlage 10 : CI + spectra van TPTC1. Voor trifenyltinchloride geldt hetzelfde als trifenyltinacetaat. Alleen isobutaan geeft een quasi-molecuulion, t.w. m/z 387. De spectra met ammoniak en dimethyl ether zijn hetzelfde als die van TPTAc. De onderlinge intensiteiten verschillen alleen. Bijlage 11 : CI + spectra van TPTF. Het CI spectrum van TPTF, met isobutaan als reactant gas, heeft een sterk afwijkend quasi-molecuulion. TPTAc en TPTC1 hebben de [M+H] + als quasimolecuulion, terwijl dat bij TPTF het [M-H] + (m/z 369) ion is. Een verklaring is hiervoor niet te geven. Voor de keuze van het parent ion, zal dit een probleem opleveren (zie bijlage 20). De andere twee spectra zijn hetzelfde als van de vorige twee tin verbindingen. Bijlage 12 : CI + spectrum van TPTOH met isobutaan als CI gas. Zoals in het spectrum te zien is dimeriseert TPTOH tot het bis(trifenyltin)oxide en wordt vervolgens geprotoneerd tot m/z 719. FIA electrospray spectra Bij het RIZA zijn van elke modelverbinding, standaarden gemaakt van 5 mg/l in acetonitril/water 1 op 1, met 0.1 M ammoniumacetaat. Met FIA zijn de oplossingen separaat in de bron geintroduceerd. Bijlage 13 : FIA electrospray spectra van TPTAc, TPTC1 en TPTF. De drie spectra zijn identiek. De onderlinge relatieve intensiteiten van de 23

31 ionen verschillen iets. M/z 351 is het trifenyltin cluster (m/z 350 bij TPTAc wordt veroorzaakt door een verkeerde massacalibratie). M/z 200 en 279 zijn niet te verklaren. Bijlage 14 : FIA electrospray spectra van TPTOH en bis(trifenyltin)oxide. Zoals in de bijlagen 5 en 6 staat vermeld zijn deze verbindingen niet goed van elkaar te onderscheiden. Met IR en NMR zijn de verbindingen eveneens niet te onderscheiden. Bij de firma Aldrich zijn de analyse certificaten opgevraagd. Aldrich heeft beide verbindingen gecontroleerd op zuiverheid, d.m.v. IR, elementair analyse en dunnelaag chromatografie. Echter met electrospray is wel een onderscheid te maken tussen de 2 tin verbindingen. De hogere ditin clusters boven de 500 Da zijn in het TPTOH spectrum verdwenen. In het electrospray spectrum van bis(trifenyltin)oxide is m/z 718 duidelijk aanwezig. Wel moet rekening worden gehouden met het feit, dat in het electrospray spectrum van TPTOH m/z 368 niet aanwezig is. 5.6 FIA thermospray spectra van TPTAc, TTPC1, TPTF en TPTOH, gemeten met de TSQ. Voor dit experiment zijn dezelfde oplossingen als vermeld in 5.5 gebruikt. In bijlage 15 staan de thermospray spectra van de 4 modelverbindigen vermeld. Op de onderlinge inteniteitsverschillen na zijn de vier spectra identiek. M/z 759 bij TPTOH vormt alleen een vrij intense piek (adduct vorming van bis(trifenyltin)oxide met acetonitril). M/z 351 is het trifenyltin cluster. M/z 410 wordt gevormd door het trifenyltin cluster met de acetaat buffer. M/z 392 wordt waarschijnlijk veroorzaakt door adduct vorming met acetonitril. 5.7 LC-MS thermospray met een mengsel van de 4 modelverbindingen. In een water/methanol oplossing (1 op 1) is een mengsel van de 4 model verbindingen gemaakt met een concentratie van 5 mg/l elk. Aan deze oplossing is 0.1 M ammoniumformiaat buffer toegevoegd. De HPLC kolom bevatte C l g als kolommateriaal. In de kolom is 100 /xl gei'njecteerd. De spectra zijn opgenomen met de TSQ in de RF-only dochter scan mode. Deze methode houdt het volgende in: De eerste quadrupool (QI) fungeert als een massafilter, die ionen doorlaat vanaf een bepaalde m/z waarde (cut-off). Deze cutoff is bedoeld om ionen, veroorzaakt door het eluens en de buffers, weg te filteren. De tweede quadrupool (Q2) werkt als botsingscel met een bepaalde botsingsgas en botsingsspanning (collision offset). De collision offset is de botsingsspanning, die aan het begin van Q2 wordt aangelegd. Met de derde quadrupool (Q3) wordt gescand in de full scan mode. In dit experiment is een afwisselende collision offset spanning (COFF) gekozen van -6 en -20 V. Met de eerste quadrupool (QI) worden twee cut-off massa's geselecteerd. Deze zijn respectievelijk m/z 71 en m/z 70. De COFF wisselt dus iedere seconde van -6 V naar -20 V evenals de cutoff massa van m/z 71 naar m/z 70. Dit gebeurt allemaal in een scan. Argon werd gebruikt als 24

32 collision gas. Bij -6 Volt vindt er weinig fragmentatie plaats, terwijl bij -20 V veel fragmentatie optreedt. Zodoende wordt er informatie verkregen over karakteristieke fragmenten en het molecuulion of quasi-molecuulion. In bijlage 16 is bovenaan het chromatogram afgebeeld. Het kleine piekje bij ca. 35 minuten wordt nog eens verduidelijkt, door het specifieke ionenchromatogram van m/z 351 er bij te plotten. De trifenyltin verbindingen hebben dus een retentie op deze kolom, alhoewel ze niet van elkaar gescheiden worden. Het massaspectrum is identiek aan dat van de FIA thermospray spectra. 5.8 Synthese gedeutereerd trifenyltinchloride Voor de bepaling van het tin gehalte en om het opwerkingsproces van de monsters te kunnen volgen, is een interne standaard noodzakelijk. Omdat massaspectrometrie de detectiemethode is, is de keuze gevallen op gedeutereerd trifenyltinchloride. De verbinding gedraagt zich hetzelfde als TPTC1 en is gelijkwaardig aan de andere 3 model verbindingen in de matrix, maar door zijn isotoop verschuiving is hij eenvoudig te onderscheiden. De synthese van de interne standaard is als volgt in drie stappen uitgevoerd 1261 : (Ph-d s )Br + Mg * (Ph-rf 5 )MgBr 4(Ph-rf s )MgBr + SnCl 4 * (Ph-rf 5 ) 4 Sn + 4 MgBrCl 3 (Ph-</ 5 ) 4 Sn + SnCl (Ph-rf 5 ) 3 SnCl De bereiding van de Grignard verbinding, en de eerste reaktie verliepen met warmte ontwikkeling. Bij de tweede ontstond er echter een mengsel van gedeutereerd tetrafenyltin, trifenyltinchloride en difenyltindichloride. In bijlage 17 is een FD-spectrum toegevoegd, waarbij te zien is dat gedeutereerd tetrafenyltin nog als verontreiniging aanwezig is. De zuivere stof is nogmaals met ether opgezuiverd en op het RIZA met EI gemeten. Zie bijlage 17, tweede spectrum. Dit spectrum is vergelijkbaar met het EI spectrum van TPTC1 in bijlage 3. De opbrengst is nog maar een paar mg gedeutereerd TPTC1, zodat het niet verstandig is om verder op te zuiveren. Met deze hoeveelheid kan gewerkt worden. 5.9 MS/MS spectra van de vier model verbindingen In bijlage 18 staan drie MS/MS spectra van TPTF vermeld. De twee bovenste zijn B/E spectra met m/z 370 als parent. De EI + en FD + spectra zijn opgenomen met de JEOL met Helium als botsingsgas. De spectra zien er vrijwel iedentiek uit. M/z 351 is fluor verlies uit het molecuulion. M/z 293 komt door het fenyl verlies uit het molecuulion. De omleggingsreaktie tot het difenyl ion (m/z 154) vindt dus plaats vanuit het molecuulion. Met het laatste spectrum is m/z 293 (het difenyltinfluoride) als dochter gekozen, om te kijken wat de parent is. Dit blijkt dus het molecuulion m/z 370 te zijn. Bijlage 19 : TSQ MS/MS spectra van TPTC1 (parent 387), bij een collision 25