Arkadiusz Szterk

Nowoczesne Metody Analizy 

Żywności

spektrometria mas

Spektrometria mas – 
”królowa metod 
analitycznych”

Cechy:



Wyjątkowa czułość



Nieporównywalnie wysoka wykrywalność



Różnorodność zastosowań 

Obszary zastosowań:



Fizyka atomowa



Kinetyka reakcji



Nauki o ziemi: geochronologia, hydrologia, 

paleoklimatologia, oceanografia, badania środowiskowe



Reakcje jon-cząsteczka



Oznaczenia wielkości termodynamicznych

Spektrometria mas A



Zasada spektrometrii mas w pierwszym etapie polega 

na wytworzeniu jonów analizowanej substancji np. 

przez bombardowanie (jonizację) elektronami:



W przypadku dużych jonów molekuł organicznych 

może on podlegać dalszej fragmentacji. Może to być 

fragmentacja jednostopniowa bądź wielostopniowa



Powstałe jony są następnie rozdzielane w zależności 

od ich masy i podlegają detekcji proporcjonalnie do 

ich liczby. Otrzymane w ten sposób widmo masowe 

analizowanej substancji może być przedstawione w 

postaci tabeli lub w formie wykresu













e

M

e

M

2

Źródła jonów – 
elektrorozpylanie (ESI)

elektrorozpylanie

ESI A



Przy miękkich jonizacjach 

zazwyczaj nie otrzymuje się 
czystego jonu molekularnego, a 
jony protonowane lub 
odprotonowane w zależności od 
techniki jonizacji (pozytywna 
lub negatywna) – dlaczego 
wytłumaczyć na tablicy

ESI B



W przypadku jonów wielokrotnie 

naładowanych widma masowe ESI 
stanowią najczęściej serię pików 
odpowiadających kolejnym, wielokrotnie 
naładowanym, protonowanym pozornym 
jonom molekularnym [M+zH]

z+

 o 

intensywnościach wynikających z rozkładu 
statystycznego. Nie zawierają one pasm 
powstałych na skutek dysocjacji i 
fragmentacji tych jonów w źródle.

ESI C

Jak policzyć masę 
cząsteczkową A



Oznaczyliśmy jon o ładunku „z1” i 

dla tego jonu zmierzone m/z 
wynosi „m1”. Wartość „m1” wynika 
z odpowiedniej masy cząsteczkowej 
M, do której uległo przyłączeniu 
„z1” protonów. Z tego wynika że:

z1m1 = M+z1mp

mp oznacza masę protonu czyli ok. 1

Jak policzyć masę 
cząsteczkową B



Jest to jedno równanie o 2 niewiadomych: 
„z1” oraz „M”. Aby uzyskać drugie równanie 
pozwalające na określenie obu 
niewiadomych rozważmy j-te kolejne pasmo 
w kierunku wzrastającego stosunku m/z. Dla 
tego pasma zmierzona wartość stosunku 
m/z = m2

 

i niesie ono ładunek z2 = z1-j: 

m2(z1-j) = M + (z1-j)mp

Z  przekształcenia:

z1 = j(m2-mp)/(m2-m1) oraz M = z1(m1-

mp) 

Kazeina

 #

7465

IT:

87.301

ST:

1.38

uS:

5

NL:

3.80E2

F:

ITMS + c ESI Full ms [600.00-2000.00]

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

m/z

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

R

el

at

iv

e 

In

te

ns

ity

1110.0

1105.0

1218.0

1155.5

1012.8

974.1 1024.2

1283.8

1296.5

934.7

1515.8

1357.4

910.1

872.6

1443.7

837.7

1442.8

1533.0

1591.9

1604.6

1840.9

1611.3

824.7

814.3

802.1

1739.8

734.9

1842.9

690.1

1886.5

Chemiczna jonizacja przy 
ciśnieniu atmosferycznym - 
APCI

APCI – w spektrometrze LCQ 
Fleet

Spektrometria mas B



Większość tworzących się jonów ma ładunek 
wynikający z utraty jednego elektronu; w 
widmie mogą jednak być obecne jony podwójnie 
naładowane, które będą wtedy rejestrowane w 
zależności od stosunku masy do ładunku 
przyjmując ładunek elektronu za jednostkowy. 
Oznaczając przez „q” całkowity ładunek jonu, 
przez „e” ładunek elektronu i „z” liczbę 
ładunków w jonie, otrzymuje się zależność:

 q = ze

W której e = 1,6 x 10E-19 C

FOTOJONIZACJA przy ciśnieniu 
atmosferycznym - APPI

Promieniowanie UV



krypton – 123,9 (dominujące) i 116,9 nm 

(energia fotonu: 10,0 i 10,6 

eV

)



ksenon

 – 147,6 nm (dominujące) i 129,1 

nm (8,4 i 9,6 eV)



argon

 – dwa nakładające się pasma z maks. 

105,9 nm (11,7 eV)

Fotojonizacja – APPI, M

+

 lub 

(M+H)

+

APPI – przykładowe energie 
jonizacji

Dopanty w APPI przykłady

Wartości energii jonizacji związków chemicznych (przykłady)

Związek 

chemiczny

Energia 

jonizacji [eV]

Związek 

chemiczny

Energia 

jonizacji [eV]

Związek 

chemiczny

Energia 

jonizacji [eV]

cyjanowodór

13,91

bromek acetylu

10,55

propylen

9,73

tlenek węgla

13,79

etylen

10,515

aceton

9,69

dwutlenek wę
gla

13,79

alkohol etylow
y

10,48

aldehyd benz
oesowy

9,53

woda

12,8

siarkowodór

10,46

keton metyloe

tylowy

9,53

acetonitryl

12,22

kwas octowy

10,37

cyklopentano
n

9,26

fosgen

11,77

acetaldehyd

10,21

1-butanotiol

9,14

nitrometan

11,08

alkohol n-pro

pylowy

10,2

cykloheksano

n

9,14

kwas mrówko
wy

11,05

amoniak

10,15

cyklopenten

9,01

chlorek acetyl

u

11,02

octan etylu

10,11

metyloamina

8,97

akrylonitryl

10,91

akroleina

10,1

etyloamina

8,86

nitroetan

10,88

n-butylowy 
alkohol

10,04

sulfid 
dietylowy

8,34

formaldehyd

10,87

eter 
dimetylowy

10

trimetyloamin
a

7,82

alkohol 

metylowy

10,85

aldehyd n-

walerianowy

9,82

trietyloamina

7,5

Zastosowanie różnych typów 
jonizacji

Spektrometria mas C



Stosunek masy wyrażonej w 

atomowych jednostkach masy (u, 
amu), do ładunku wyrażonego 
liczbą absolutnych ładunków 
elektronu określa się przez m/z. 
Niekiedy „m” oznacza masę 
względną jonu, a „z” liczbę jego 
ładunków (obie wielkości są 
wówczas bezwymiarowe)

Spektrometria mas D



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. Odpowiada on więc 
masie cząsteczkowej substancji. Należy 
jednak pamiętać, że zazwyczaj znajdują się 
za nim pasma jonów izotopowych, 
wynikające z obecności izotopów atomów 
wchodzących w skład cząsteczki.

PODAĆ PRZYKŁADY

Spektrometria mas E

N

N

N

N

CH

3

NH

3

N

N

NH

N

CH

3

N

N

NH

2

HN

N

N

NH

2

N

N

N

N

NH

2

NH

Spektrometria mas F



Spektrometr mas w ogólnym zarysie składa 
się z następujących zespołów: układu 
wprowadzania substancji do analizatora 
(może to być np. chromatograf cieczowy), 
źródła jonów (konieczne do przeprowadzenia 
substancji w jony) jednego lub kilku 
analizatorów do rozdzielania tak utworzonych 
jonów, detektora do ich „zliczania” i wreszcie 
systemu przetwarzania tak otrzymanych 
danych, dostarczającego widmo masowe w 
wybranej formie.

Analizator kwadrupolowy – 1 Q

TOF

Mass range: 60-20,000 m/z
Resolving power: ~5,000
254 psec resolution TDC
ESI or APCI source
MS recorded at ~20 kHz
Table-top MS (1.5x1x1 m)
Cost ~$200,000

Potrójny 
analizator 
kwadrupolowy – 
3Q

Q-TOF

Pułapka jonowa - IT

V

Lens 1

 

Skimmer (+8 V) 
‘Open’

Lens 1 
(+60 V)

 

Skimmer

Skimmer (-30 V) ‘Closed’

V

Lens 1

 

Skimmer

Skimmer (-30 V) ‘Closed’

Lens 1 
(-80 V)

 

- V

 0 V

0 V

Octapole

lens 1

Ion trap

0V

 0V

Octopole

Ion trap

RF

Ar

Ar

Ion trap

0V

 0V

RF

+V

  -V

 0V

detector

reflectron

TOF

+V

  -V

 0V

0V

 0V

Ar

Ar



Referaty

1.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
heterocyklicznych amin aromatycznych

2.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
heterocyklicznych węglowodorów aromatycznych

3.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
steroli roślinnych i zwierzęcych

4.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
witamin rozpuszczalnych w wodzie (A, E, D oraz 
K)

1.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
witamin rozpuszczalnych w wodzie (B1, B2, B6, kwas 
foliowy, biotyna, B12, PP)

2.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
dioksyn

3.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych

4.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
polifenoli 

5.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
aminokwasów kodowanych i nie kodowanych przez 
DNA i peptydów funkcjonalnych (anseryna, karnozyna)

1.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
amin biogennych

2.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
zasad purynowych, pirymidynowych oraz ich 
nukleozydów

3.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
glukozynolanów i produktów ich rozpadu

4.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w oznaczaniu 
związków lotnych

5.

Zastosowanie technik chromatograficznych w 
przygotowywaniu próbek żywnościowych

1.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w 
oznaczaniu migracji składników opakowań 
do żywności

2.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w 
oznaczaniu narkotyków i ich metabolitów

3.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w 
oznaczaniu karotenoidów

4.

Zastosowanie technik chromatograficznych 
sprzężonych ze spektrometrią mas w 
oznaczaniu toksyn wytwarzanych przez 
grzyby i bakterie



Elementy referatu:

1.

Wstęp

2.

Cel i zakres

3.

Opis sposobów przygotowania próbki

4.

Opis sposobów jej separacji i detekcji

5.

Wyniki

6.

Dyskusja

7.

Literatura min 20 pozycji