Детектори в масите на спектрометрията. Хроматографски методи и тяхното използване при идентифициране на замърсители на естествена среда

Масспектрометрията е метод за изучаване на вещества, масово изчисление и броя на йони, когато веществото йонизацията.

Навигация:

Оборудване, към което се произвежда мас спектрометрия, е масспектрометър. Той анализира пробата и предоставя данни под формата на графики (масспектри).

По този начин може да се проучи всеки материал, който е податлив на йонизация.

Широка употреба на масова спектрометрия, придобита в такива области като:

лекарства и фармацевтични продукти;
генно инженерство и биохимия;
химическа индустрия;
хРАНИТЕЛНО-ВКУСОВАТА ПРОМИШЛЕНОСТ;
козметика и парфюмерия;
лабораторна диагностика за определяне на вещества в криминалистика, допинг контрол, екология;
производство на полимерни и пластмасови материали;
полупроводникова индустрия;
ядрена енергия;
металургично производство;
рафинерии и нефтохимическа промишленост;
биология, геология, хидрология, минералогия и други индустрии.

Проучните пътища на масспектрометрията в различни области варират в зависимост от това кои данни трябва да бъдат получени в крайна сметка.

Масспектрометрията може да бъде получена чрез следните данни:

създаване на структурата на съединението;
изследователско вещество върху компонентите;
установяване на възрастта на геоложката скала, за да се изследва съставът на изотопите;
масспект на мастър Хромато за екологичната сфера;
разгледайте процесите на йонизация, йонни реакции;
измерване на потенциала и енергията на молекулите.

Предимството на метода на масспектрометрия е, че много малко количество вещество е достатъчно за изследване.

Недостатъкът се състои от унищожаване на материала, който се изучава, т.е. Продуктите за преобразуване се анализират.

Забележка. Масспектрометричният метод по същество не се отнася до спектрометричния метод, тъй като няма взаимодействие на пробата с електромагнитно излъчване. Но поради графичния тип зависимост на силата на йонния поток от масовото съотношение към заряда, което е подобно на спектъра, този метод и получи името си.

Много на разположение и в детайли мас спектрометрията е осветена уроци, като Лебедев А.Т. "Масспектрометрия в органичната химия."

Метод на масспектрометрия

Методът на масовия спектрометрия е последователно изпълнение на следните операции:

Йонизация на веществото, а именно лишаване от молекули най-малко един йон. Масата на нея под масата на молекулата е многократно, така че няма да повлияе на резултата от изследването.
Ускоряването на заредените частици във вакуумната среда в електрическото поле, последвано от придвижването им в магнитно поле.
Анализ на движението на частици в магнитно поле, а именно тяхната скорост, кривина на траекторията на движението. По-заредените частици бързо се ускоряват и реагират по-добре на магнит. Частиците с голяма маса не са такива контролирани поради инерция на движение.

Забележка. Вакуумът е необходим за свободното движение на заредени частици и да ги предотврати в превръщането им в незаредени.

Примерната йонизация може да се извърши по няколко начина и зависи от необходимата цел.

Има такива йонизационни методи в масспектрометрия:

Електронен удар - адаптиран за изотопния и молекулен анализ на неорганични материали.
Химична йонизация - за изследване на органични материали.
Електроспрен.
Лазерно излъчване.
Бомбардиране от куп йони.

Последните три метода се използват за изследване на вещества с големи молекули.

В допълнение, методът на йонизация е разделен на няколко вида вещества преди проучването, а именно газ, течност или твърдо вещество.

Държавата (фаза) на извадката се извършва чрез такива йонизационни методи:

електронен (изотопен мас спектрометрия);
химически;
електронно захващане;
йонизация в електрическото поле.

Течното състояние (фаза) на пробата се извършва чрез такива йонизационни методи в масспектрометрия:

thermoSmair;
на открит въздух;
електроспрей;
химически открито;
фотофиниране.

Твърдата държава (фаза) на пробата се извършва по такива начини за йонизация:

директна лазерна десорбция;
матрично активирана лазерна десорбция / йонизация (Moldi Mass Spectrometry);
масспектрометрия на вторични йони (йонна масспектрометрия);
бомбардиране чрез бързи атоми;
десорбция в електрическото поле;
плазмена десорбция;
йонизация в индуктивна обвързана плазма (масспектрометрия с индуктивна обвързана плазма);
термоионизация (повърхностна йонизация);
йонизация в светещ разтоварването (искровата йонизация);
йонизация в процеса на лазерна аблация.

Последните четири варианта са достатъчно твърди, но без тях е невъзможно да се получат йони в проби с много трайни връзки.

Мас-спектрометричен детектор за изтичане на хелий

Методът на масспектрометрия в детекторите за изтичане на хелий, например, PH-10, T1-50 и други практикуват много широко.

Изследваните системи или резервоари са пълни с хелий и след това с помощта на мас-спектрометричния метод, се искат места, където хелий се просмуква през пукнатините.

Чувствителността на мас-спектрометричния метод позволява да се намерят дори много малки течове на инертен газ в много малки количества, затова детекторът за изтичане на хелий мас спектрометрично е един от най-точните и използвани устройства в индустрията.

Метод на масспектрометрия на хромато

Методът на хромато-масспектрометрия е тандемна мас спектрометрия на хроматография и мас спектрометрия, т.е. Комбинацията от тези два метода.

Хроматографията е включена в разделянето на молекули върху заредени частици, а масспектрометрията ги анализира.

Има два вида хроматословна спектрометрия:

газ;
течност.

Определянето чрез метода на хромато масспектрометрия на състава на органични вещества, които най-често са многокомпонентни, е може би единственият наличен метод. Най-доброто е комбинацията от газова хроматография и йонен детектор на масспектрометър.

Ето защо мас-спектрометрията на хромато е получила голяма консумация в медицинската практика за диагностициране и анализиране на болестите и техните патогени, включително определянето на микробиоценоза на различни органи на всяка концентрация по метода на мас-мас-спектрометрия на хромато или масспектрометрия на микробни маркери на биологични материали (кръв, урина и други). Микробиоценоза по метода на хромато масспектрометрия осигурява възможност за идентифициране на много микроби, които не могат да бъдат идентифицирани чрез други методи, дори и тези, които са в състояние на спане в защитни капсули. И следователно хората получават възможност да се възползват от правото и своевременно лечение, което е невъзможно да се надценят.

В допълнение, мас-спектрометрията на хромато се използва широко във фармацевтичните продукти за създаване на нови лекарства, химическа промишленост, екологична сфера за оценка на извадката атмосфер, генетично инженерство, технически контрол различни региони Промишленост, лабораторни изследвания за присъствието в кръвта на забранени лекарства и т.н.

Газова хроматография

Газова хроматография Масспектрометрия осигурява добавянето на инертен газов носител (често този хелий), който е движещ се елемент. Изследваното вещество е фиксиран елемент.

Газовата масова спектрометрия ви позволява да анализирате газове, течности и твърди вещества, които имат молекулно тегло под 400. Изследваните вещества трябва да имат необходимите нестабилни, инертни и термични стабилни свойства.

Схемата за газова хроматография се предлага в диаграмата по-долу.

Спектрометричен анализ

Спектрометричният анализ продължава в масовите анализатори и детектори за масспектрометър.

Масовите анализатори са непрекъснати и импулсни. Те се различават по факта, че получаването на йони в тях постоянно (непрекъснато) или части, съответно.

Непрекъснатите анализатори принадлежат към магнитната и квадрупола, до импулсно-йонна капан, масов анализатор на времето на полет и анализатор на йон-циклотрон резонанс с преобразуване на Фурие.

Основната задача на анализатора е преразпределението на йони с различни параметри на движението.

След това йоните попадат в детектора, който регистрира различни спектри на йони.

Най-често като детектори се използва диод вторичният електронен мултипликатор или фотоумноик. Първият регистрира количествените показатели за различни йони с електронни греди, вторият регистри трептенето от бомбардирането от йони на фосфора.

Има и други видове детектори, това са микрочански мултипликатори, системи като диодни матрици и колектори.

Какво е масспектрометър

Масспектрометър се нарича вакуумно оборудване, което може да анализира веществото съгласно законите за изместване на заредени частици в магнитно и електрическо поле.

В опростена форма, описанието на масспектрометъра може да бъде представено като: основните компоненти на устройството са йонният източник, масов анализатор и детектор.

Йонният източник превръща конвенционалните молекули при проба към заредени частици и ги поставя в електрическо и магнитно поле, за да се ускори.

Масовият анализатор разделя йоните на скоростта на скоростта на движение, а именно времето на преместване на известно разстояние.

Детекторът регистрира данните за относителния размер на всяка група.

В допълнение към основните компоненти, масспектрометър е снабден с дори вакуумни инсталации с помпа и вентилатор за получаване на вакуум, манометър, система за настройка на пробна проба, електронна схема, индикатори, стабилизатор и други.

В зависимост от йонизацията на веществото, масспектрометрите са статични и динамични.

Има и масспектрометри с два масови анализатори, т.е. Тандем спектрометри. Те се използват главно по меките начини на йонизация.

Как да се разграничат молекулите на различни връзки? Оказва се най-лесният начин - претеглянето им на специални скали, които се наричат \u200b\u200bмасспектрометър

Марина Чадеев

Спортният свят чака друг шок: в дълбока тайна е разработена нова стероид, която прави спортиста на свръхчоведа

Принципът на експлоатация на масспектрометри електростатичен и магнитния сектор в двойно фокусирано устройство. Йоните, излизащи от източника, са фокусирани в прорезите не само в различни посоки, но и с различни енергии

Quadrourole Analyzer. Йони с избрани масово съотношение (m) за зареждане (z) преминават по оста на анализатора и попадат в детектора, и йони с други m / z връзки с лице или летят извън работното пространство

Може би скоро познатите потребители на трафик за пътническа проверка ще бъдат много по-умни. Представете си, че човек близо до детектора минава, белодробният бриз докосва дрехите си - и скоро сигурната служба вече има информация за това дали този пътник има нещо с опасни вещества. Пробите от тези детектори са толкова чувствителни, че са в състояние да откриват следи от химическо съединение, дори ако останат само няколко молекули. И те са направени на базата на масспектрометър - устройство, което може да прави разлика между молекулите чрез маса и да определи процента на всеки различни молекули в пробата на веществото.

По същество масспектрометърът е прецизен електромагнитни скали, които могат да бъдат "претегляне" атоми с точност от 10-31 грама. Това се дължи на това изобретение през двадесетте години на миналия век, изотопи от всички известни химически елементиИ когато любопитството на учените беше достатъчно доволно, дойде редът приложни задачи. В четиридесетте, в лабораториите на оккроя, масспектрометърът се използва при отделянето на изотопите на уран за първата атомни бомбиИ в същото време се появиха първите граждански потребители на тези устройства - опасения за петрол. Използват те масови спектрометри за количествен анализ на сместа от органични газове.

Принцип на работа

Съвременните масови спектрометри са несъмнено по-точни и по-напреднали от своите предшественици на стогодишнини, но основният принцип на тяхната работа остава непроменен, а дизайнът, като сто години, включва три основни елемента: йонизатор, анализатор и детектор.

Първоначално молекулите трябва да бъдат йонизирани, т.е. да ги лишат поне един електрон. Тъй като електронът в хиляди (а понякога и десетки хиляди) пъти по-лек от молекулата, йонизацията на практика не засяга масата му. След йонизатора частиците попадат в анализатора, който е вакуумна камера с електрически и магнитни полета. Йоните се ускоряват от електрическо поле и след това се изпращат до магнитно поле, където траекторията на заредената частица е усукана. Всички частици се движат в едно и също поле и помежду си те се различават по електрически заряд и маса. Колкото повече такса, толкова по-силна можете да разпръснете йона и колкото по-лесно е да го обърнете с магнит, но колкото повече масата му, толкова по-трудно е заради инерцията. Каква енергия ще придобие частица, каква ще бъде нейната скорост и степента на кривината на траекторията, зависи от размера на полето и съотношението на масата на частицата до нейното зареждане.

Ако приемем, че когато йонизацията от всяка молекула е успяла да наруши само един електрон (както най-често и се случва), всички йони ще бъдат освободени и естеството на тяхното движение ще зависи само от масата. По-тежък йон, толкова по-трудно е "обръщане" и колкото по-малко кривината на неговата траектория. Оказва се, че частиците с различни маси буквално ще излязат в различни посоки.

На последния етап Трябва да регистрирате тези йони от някой детектор на заредени частици, като фотофластичен или вторичен електронен мултиметър. Поставяне на Б. подходящо място Редица детектори, ще видим, че частиците с различна маса (но със същото зареждане) ще попаднат в различни детектори. Сега ще изградим график: хоризонталата ще отложи координата на детектора, който регистрира йон и вертикално - броя на тези йони. Ще получим масспектър - картината, подобна на радиационния спектър: колкото по-голяма е разликата в масите, допълнителните точки на удара един от друг и колкото повече частици пристигат на това място, толкова по-голям е сигналът и горното съответно връх.

Всъщност в съвременни системи Използва се само един детектор. С специфична стойност на полето, йони на определена маса са фокусирани. Постепенно промяна на размера на полето, можете да насочите детектора на завой на различни йони и да ги регистрирате. Компютърът изчислява съответните маси от полевите стойности, сравнени с базата данни и изгражда масния спектър.

Първите експерименти

В поредица от основатели масспектрометрията е първото име на електронния открит сър Джозеф Джон Томсън. По това време, в края на началото на века, много физици активно изучават електрически зауствания в газове. На първо място, те се интересуваха от заредените частици. След като постави редица остроумен експерименти, Thomson успя да определи параметрите на отрицателно заредени частици (които сега знаем като електрони) и след това ангажирани положително заредени - йони. За да изследваме йоните, той трябваше да събере отделна инсталация. Thomson публикува катод с дупки в средата на стъклена тръба, магнит зад него и още повече зад тръбата - фотопластична. Положително заредени йони от различни химични съединенияКоито бяха в тръбата, летяха в катода, удариха магнитното поле през дупките и в крайна сметка остави следите на различни места на фотофластиката. Според координатите на частиците върху фотофластичните и известните стойности на Thomson полетата, съотношението на масовите йони към техните заряди и отбелязани при снимки на траекторията на водородните йони, атомния и молекулен кислород, въглероден диоксид и въглероден оксид, въглероден диоксид и въглероден оксид , живак и неонов. Така започна ерата на масспектрометрията.

Наднормено тегло

След Втората световна война изследването на Томсън продължи асистент Франсис Уилям Астън. Подобрено устройство, което Aston нарече масовата спектрография, разрешено не само да вижда линиите, съответстващи на частици с различни маси, но също така имаше достатъчна точност за определяне на количествените отношения между тях. Повечето Астън и неговият персонал постигнаха факта, че атомните тегла на всички леки елементи, изразени в относителни единици, с невероятна точност съответстват на цели числа. Вземането на маса от кислороден атом за 16 единици, се получава стойност 12 за въглерод, за азот - 14 и т.н. за тежки елементи, с атомно тегло повече от 30, това "правилото на цяло число" започва да бъде леко счупена, но най-странната беше стойността атомна маса водород - не 1 и 1,008. Освен това точността на масовата спектрограф беше такава, че на пръв поглед, незначителна, разликата не може да бъде записана на грешката на измерванията. Първият, който разбираше значението и най-важното, значението на тази аномалия беше самият Астън. Според него този експериментален факт потвърждава нищо повече от взаимен преход на маса и енергия, предсказани от теорията на относителността: когато са свързани няколко протони (водородни ядра), образувайки друг елемент, част от тяхната маса влиза в енергия и като Резултат, например, хелий е малко по-малък от сумата на масите на частиците.

"Резултатите, получени с помощта на масспектрограф, елиминираха всякакви съмнения относно този въпрос ..." каза Астън в нобеловата си лекция през 1922 година. - Можем да бъдем съвсем сигурни, че когато водородът се превръща в хелий, определена част от масата трябва да изчезне ... може би бъдещите изследователи ще отворят някакъв начин да примерват тази енергия, която ще му позволи да бъде използвана. Тогава човечеството ще получи на разположение такива възможности, които са по-добри от всяка фантазия. " Астън подкрепи думите му с числа. Според изчисленията си, направени въз основа на масови спектрометрични измервания и теория на относителността, ако целият водород, съдържащ се само в 9 грама вода, се превръщат в хелий, ще се разграничи енергията от 200 000 kW / час, която е достатъчна за модерна Стандарти за осветяване на обичайния градски апартамент в продължение на няколко години. Сега знаем точно какво точно ядрени реакции - Източник на слънчева енергия, но хората могат да го управляват само в режим на термоядрена бомба, с други думи, те все още не знаят как изобщо.

Така че експериментите с газоразрядните лампи позволяват на физиците да правят широкообхватни заключения за основните свойства на материята и в същото време създават прекрасно устройство - масспектрометър.

Морсуоле-масспектрометри

С появата на нови методи за откриване, заедно с фотофеласти, той постепенно влезе в миналото и изобретил астън - масспектрограф. Модерните масови спектрометри, които най-често запазват магнитното поле като основния елемент, се замени. Масспектрометрите с магнит остават ненадминати от чувствителност и, въпреки огромните размери и високото потребление на енергия, те нямат алтернатива, където е необходима висока точност. Търсенето на по-компактно и икономично решение доведе в средата на 50-те професор Волфганг Павел и неговия персонал от Университета в Бон до създаването на масспектрометър без магнитно поле - Quadroule Analyzer с редуващо електрическо поле. Този анализатор се състои от четири пръчки, за двойки противоположни пръчки се нанася радиочестотно напрежение и допълнително - постоянно напрежение между двойки. В зависимост от стойностите на напрежението и честотата, само йони с определено съотношение на масата се движат между пръчките между пръчките, а останалите лети. Дизайнът беше наистина компактен и много практичен.

Масспектрометърът на миниатюрата четириатуровка е направен специално за осигуряване на безопасността на астронавтите на международните космическа станция, Включително при работа в открито пространство. Това устройство с размер на кутия за обувки и с тегло 2,3 кг може непрекъснато да контролира течове на амоняк, азот, ракетно гориво, кислород, вода и различни вещества.

Който бързо

Дори преди квадруполе, през 1946 г. служител на Пенсилвания университет Уилям Стивънс излезе с друг начин за сортиране на молекули по тегло без магнит - масспектрометър за време на полет. Тя остава само малка част от електрическото поле, за да овърклокват йони,

и основната част е участвала в безполечното пространство. Принципът на експлоатация на това устройство е забележително прост: тежките йони са по-трудни за разпръскване поради тяхната инерция, и следователно те, които имат по-малка скорост след овърклок и се движат по-бавно в пространството на отклонение без поле, пристигат до детектора по-късно на белите дробове . Ако приемем, че всички йони се таксуват същото, времето по пътя ще бъде пряко пропорционално на корен квадратен От масата. Първо, светлите йони ще пристигнат в детектора, тогава тези, които са по-тежки, и последното нещо е най-трудно. Такова устройство е по-лесно (въпреки че има по-малка точност от магнитното) и по-евтина, и също така притежава огромна скорост, тъй като целият спектър на йони в широк спектър от маси е записан в един проход и не е необходимо да се прекарват времето си постепенна промяна в полето.

С помощта на пистолета масспектрометър през 1985 г. беше отворен целият клас Новите вещества са пълнолетно. По това време вече е известно, че клъстерите, състоящи се от молекули, състоящи се от въглерод от различни номера Въглеродни атоми (до 24). Благодарение на масовите спектрометри, тези клъстери успяха да разграничат тези клъстери и да определят техните маси. Когато парите се премести в проучването на въглеродна плазма, насочена към потока хелий, молекулите от по-голям брой атоми се виждат на масспектрите, включително С60 и С70. И с определени режими на създаване на плазма, пикът, съответстващ на C60, стана няколко пъти по-висок от всички останали, което показва стабилността на това съединение. По този начин са открити необичайни молекули под формата на футболна топка, състояща се от 60 въглеродни атома, за които са присъдени плочи на Fullerene през 1996 година Нобелова награда в химията.

Деликатен подход

Наистина неограниченият обхват на използването на масспектрометрия е анализ на сложни органични вещества, без които съвременната медицина и биология е немислима. Това обаче е възможно само след появата на нови методи за йонизация. В края на краищата, за маслен спектрометричен анализ, трябва да получите свободни йони и следователно изпарите веществото. Повечето биологични молекули не правят такова насилие над себе си и се разпадат под действието на високи температури, придружаващи процеса на изпаряване. Следователно за тях бяха измислени повече деликатни методи за трансформация в свободни йони. Един от тях е йонизация на електрическата експлоатация. Разтворът на веществото под налягане влиза в металния капиляр, към който е подаден високоволтовото (3-4 kV). От тесната дюза на капиляра, капки се притискат, които, които са силно заредени, дезинтегрират, губят молекулата на разтворителя и напрежението е избрано по такъв начин, че масспектрометърът включва биомолекули. Вторият метод, наречен "Matrix-активирана лазерна десорбция / йонизация" е още по-хитрост. Изследваната проба се прилага към матрицата от специално подбрано вещество, което може да абсорбира ефективно лазерно лъчение. С бързото нагряване на този сандвич, лазерният импулс на молекулата на пробата е йонизиран, не е добре да се получи достатъчно от страна.

Благодарение на новите методи на йонизация, масовата спектрометрия на биомолекулите, използваща сравнително проста и евтина квадроустолка и часови спектрометри, започнаха да се използват широко на практика - при разработването на нови лекарства, определяне на следи от психотропни и наркотични вещества, проучвания на ДНК, протеини и други вещества. Има цели банки от данни, с които е възможно да се идентифицира органичната материя съгласно нейните компоненти, открити в масспектрометъра.

Комбинация от масспектрометрия и друг физикохимичен метод, предназначен за разделяне и анализ на смеси - хроматография е много плодотворно. Първо, използвайки хроматограф, компонентите на сместа се изолират и след това отделно те са насочени към входа на масспектрометър. Такива устройства са оборудвани с лаборатории за контрол на допинг. С помощта на мас-спектрометри на хромато се определя съдържанието на анаболни стероиди, аналгетици, диуретици, стимуланти и кортикостероиди. Колкото и трудно да се опита спортището, за който медалът е по-скъп от собственото си здраве, за да скрие използването на анаболис, няма да може да го направи - модерен масспектрометър е в състояние да намери в кръвта или урината дори Един милиард дял от тези забранени лекарства. Вярно е, че има някаква борба: някой синтезира нови допински фондове, а някой се опитва да ги открие и без такъв инструмент, като масспектрометър, последният, най-вероятно, това състезание ще бъде загубено.

За всички поводи

Днес различното използване на масспектрометрия е далеч отвъд рамката на уникални проекти и да се опише многобройните проекти за масови анализатори и методи за йонизация, няма да има целия брой на списанието. Преносимите масспектрометри на хромато са в експлоатация американска армия В Ирак. Те ви позволяват да откривате малки следи от реактиви за химическо оръжие и се използват за предварителен анализ на околната среда. Устройства за високо прецизно спектрални спектрални анализ купуват митнически услуги - това е начин да се следи внимателно състава на петролните продукти и да се определи произхода на петрола буквално до кладенеца, тъй като съставът на изотоп е уникален за всяко поле.

Модерният масспектрометър може да заема експериментална зала или да постави в малка кутия на масата, да съдържа суперпроводящ магнит или да се прави без магнитно поле. Чувствителността на тези устройства невероятно въображение. Има достатъчно милиграм от органичен замърсител върху тон вода, така че масспектрометър да може да се съмнява в неговото качество и неорганични примеси - и по-малко. Парадоксално, високата чувствителност може да се превърне в източник на проблеми: например, когато проверяват пътниците, незначителни следи от наркотици, случайно падане на парични сметки, могат да бъдат намерени на ръцете на напълно уважаван гражданин! Това обаче е задача на друг сорт и, който има такъв чудесен инструмент, като масспектрометър, човек със сигурност ще може да го реши.

Масспектрометрията на хромато е аналитичен метод, базиран на комбинация от хроматограф и масспектрометър, използван за количествена и качествена дефиниция на отделните компоненти в сложни смеси. Тази статия ще разгледа основните въпроси, свързани с същността на мас-спектрометрията на хромато и неговите характеристики:

Устройството, чрез което се извършва изследването, се нарича името на масния спектрометър на хромато или HCMS. Преминаването през хроматограф, пробата е разделена на компоненти, а масспектрометър е отговорен за тяхното идентифициране и анализ. В зависимост от характеристиките на изследвания състав и изисквания за точността на резултата се използват една от двете техники: или високоточна течна хроматография или газова хроматография с масспектрометрично откриване на GC-MS.

Изследваният състав се въвежда в изпарителя на хроматографа и се превежда в газообразна форма, смесена с инертен носител и под налягане се подава към колоната. Преминаване през хроматографска колона, пробата се разделя на компоненти, които се доставят на MS и се прекарват през спектрометричния компонент на устройството.

За да се получи спектъра, молекулите на компонента на пробата са йонизирани, специалният сензор чете промяната в тока на йонната ток, въз основа на която е написана хроматограмата. Софтуерът за обработка на хроматограма ви позволява да проверявате получените върхове с регистриран по-рано и по този начин, като изпълните точната им качествена и количествена дефиниция. В същото време, множество от масния спектър, който дава представа за структурата на компонентите, включително тези, които не са идентифицирани по-рано.

Масспектрометрията на хромато е разработена през 50-те години на миналия век, а първото устройство е сглобено и тествано в 60-те години.

Ефективността и ефективността на маслена спектрометрия на хромато се определя от чувствителността на СНС, която непрекъснато се подобрява, което позволява да се разшири използването на GC-MS системата.

Високата точност показва селективно откриване. Неговата същност се свежда до записи на свидетелските показания не по целия обем на входящия йонния ток, но при максимален за предполагаемите молекули на йони. Това намалява метода на сместа и ви позволява да откриете минималното съдържание на дадено вещество във всички състави. Следователно, мас-спектрометрията на хромато се използва активно в медицината и фармакологията за търсене на специфични маркери: например хормони или лекарства в биологични течности.

Високата чувствителност има мас-спектрометър на хромато с МСР. Характеристиките на използвания в него детектор са:

използване на специални материали, осигуряващи висока йонна продукция във всички режими на работа;
автоматична система за обработка на сигнала чрез софтуерни възможности;
автоматична система за настройка на държавите-членки;
автоматична диагностична система MS;
комбиниране на висококачествени електроди с цифрова система за откриване, която ви позволява да увеличите скоростта на сканиране;
специална система за намаляване на шума от остатъчния хелий.

Висока чувствителност и широка сфера за прилагане на спектрометър хроматомас, съвсем оправдава цената си.

Качеството на резултата също засяга скоростта на масния спектър, който трябва да бъде значително по-висок от конструкцията на хроматографски пик. Ако скоростта намалее, се появяват пикови вложки и изкривяване на резултата от анализа.

Този параметър зависи от инсталирания масов анализатор. OPTIMAL понастоящем е квадруполна система, работеща от следващия принцип. Потокът преминава през четири магнита, създавайки високочестотно поле. Намирането му в нея, частиците с определено съотношение на маса и заряда попадат в капана, всички останали са "пресяват".

MS в равен период от време сканира спектрите на анализираните вещества. След това всяка статистическа снимка се обработва и общата стойност дава представа за набора от спектри всеки път. По-голямата част от съвременните държави-членки (например на единици с МСП, което е описано по-горе), са монтирани този вид анализатори.

Оборудването за масово хроматография се характеризира със своите параметри и възможности. За да намерите техника, която отговаря на нуждите на модерен потребител, трябва да разгледате следните параметри:

използван източник на йонизация (електронен удар, химична йонизация);
чувствителността на най-често срещаната MS ви позволява да достигнете 10-9 ... 10-12 g при различни режими на сканиране;
възможност за сканиране: Желателно е масният спектрометър на хромато да поддържа селективно търсене чрез определени групи частици (режим на SIM), и също така извърши пълното сканиране в определения диапазон (пълен режим на сканиране).

Голямо значение за хромато-мас-спектрометрията придобива софтуер, който се доставя в комплекта. Той определя възможността за изграждане на хроматограма в реално време, да контролира стабилността на посочените параметри, автоматично получаване на доклади в удобна форма. Това зависи от това доколко масният спектрометър на хромато е удобен. Освен това, разработчиците предлагат набор от библиотеки, които съдържат спектри за различни индустриални и научни сфери: Медицина и фармакология (хормони, лекарства, лекарства), промишленост за производство на масло (въглеводороди), екология (пестициди и други органични замърсители) и др.

Избор на масспектрометър Chromato, е необходимо да се вземат предвид всички спецификации. След това придобитото устройство ще отговори напълно на нуждите на потребителя.

Министерство на здравеопазването на Руската федерация

Обща фармакопея

Мас спектрометрияOFS.1.2.1.1.0008.15.

За първи път

Метод на масовия спектрометрия - метод за висококачествен и количествен анализ на лекарства въз основа на директно измерване на масовите съотношения към броя на елементарните положителни или отрицателни заряди на йони ( м./ z.) В газовата фаза, получена от изпитваното вещество. Таксата може да се дължи на добавянето или загубата на електрон, протон, катион или анион в зависимост от условията на йонизация и състав на пробата. Това съотношение се изразява в атомни единици на маса (A.M.) или в Dalton (да). Йони, образувани в йонния източник на устройството, се ускоряват и преди влизане детектор разделени с помощта на масовия анализатор. Тези процеси се срещат в камерата, в която помпената система поддържа вакуум от 10-3 до 10 -6 Pa. Сигналът, съответстващ на йона, е представен от няколко пика, съответстващи на статистическото разпределение на различни изотопи на този йон. Този сигнал се нарича изотопен профил (за малки молекули) и отделен пик, който представлява най-често срещания изотоп за атом, - връх моноизоп. Полученият мас спектър е графика на зависимостта на броя на различните йони от връзката m / z.. При анализиране на сложни молекули има нужда от два и повече последователни масови анализатори, за да дешифрират молекулярната структура. В устройството MS / MS (MS N) ( масспектрометър тандем) Масовите анализатори са изградени последователно след един друг. От йони, разделени на първия масов анализатор, частиците са неидентифицирани от тяхната структура ( родителски йони) и ги разделя на по-малки фрагменти чрез сблъсък с инертни газови атоми ( дисоциация, активирана чрез сблъсък - CID) или лазерно излъчване. Този процес се осъществява преди втория масов анализатор, с който продуктите за разпадане се анализират ( дъщерни йони).

Масспектрометричният анализ дава важен качествен и количествен (използвайки външни или вътрешни стандарти) информация (определяне на молекулни маси, фрагменти структура на дефинирани молекули) с граница на откриване от PEKOMOLE [PMOL (10 -12)] към Fempomol [Fmol (10 - 15)].

Методите на метода се характеризират с метода за въвеждане на пробата в устройството, механизма на образуването на йони (тип йон Източник) и метода за разделяне на йони по отношение на масата за зареждане (тип масов анализатор).

Технически характеристики на масспектрометрите

Най-важните технически характеристики на масспектрометрите са скоростта на сканиране, чувствителност, динамичен обхват, резолюция.

Скорост на сканиране

Масовият анализатор прескача йони с определена масова и такса м./ z.) В определено време (с изключение на многоцветнически устройства, йон-циклотрон резонанс, орбитални йонни капани). За да се анализират всички йони във връзка м./ z.Масовият анализатор трябва да сканира всички ценности, необходими за предаване на детектора на всички йони, които представляват интерес. Скоростта на разгръщане на полето се нарича скорост на сканиране, която трябва да бъде максимална (съответно, времето за сканиране трябва да бъде възможно най-малко), тъй като масспектрометър трябва да регистрира сигнал по време на добива на хроматографски пик, който може да бъде няколко секунди. В същото време, по-големите масови спектри ще бъдат измерени по време на добива на хроматографския пик, толкова по-точно ще бъде описан хроматографският пик и колкото по-малко вероятността ще пропусне максималната му стойност.

Най-бавният масов анализатор е магнит, минималното време за сканиране, което, без специална загуба на чувствителност, е част от секундата. Кукупулът Mass Analyzer може да превърне спектъра върху десетте от втория, йонният капан и линейният йон капан - по-бърз и масспектрометър на йон-циклотрон резонанс е по-бавен.

Всяко сканиране във всички изброени типове анализи на масови анализатори е компрометиране - с увеличаване на скоростта на сканиране, чувствителността намалява, защото По-малко време се изразходва за записване на сигнал за всеки номер на масата. За типични методи за анализ на скоростта на сканиране на квадруполен анализатор или йонна капан, достатъчно е да се получат задоволителни резултати. В същото време, за високопроизводителен анализ на сложни молекулярни системи, е препоръчително да се използва масспектрометър за период от време, който може да записва масспектри със скорост от 40 000 спектри за секунда.

Резолюция

Резолюцията или разрешаването на масспектрометъра се определя като възможност за масов анализатор за разделяне на йони с близки маси. Много е важно да се определят възможно най-точно масите на йони, това ви позволява да изчислите атомния състав на йона или да идентифицирате молекулата чрез сравняване на базата данни, намалявайки броя на възможните кандидати от хиляди и стотици към единици или един . За магнитни масови анализатори, в които разстоянието между пиковете на масовия спектър не зависи от масовите йони, разделителната способност е сума, равна на m / δm. Тази стойност обикновено се определя с височина 10%. По този начин резолюцията 1000 означава, че пиковете с маси от 100.0 AE.M. и 100.1 а.М. Те са отделени един от друг, т.е. те не са насложени до 10% от височината.

За анализатори, в които разстоянието между върховете се променя в работния обхват на масите (от още масаКолкото по-малък е разстоянието), като например четиристранни анализатори, йонни капани, анализатори на времето на полет, разделителна способност (m / Δm) има различно значение: тя характеризира определена маса. Следователно, тези масови анализатори се характеризират с ширината на пиковете - стойността остава постоянна в целия масов диапазон. Ширината на върховете се измерва при 50% от тяхната височина. За такива устройства, пиковата ширина на полуживот, равна на 1 е добър индикатор и означава, че такъв масов анализатор е в състояние да различи между номиналните маси, да се различава в атомната единица на масата в почти целия си работен обхват.

Номиналната маса или масата се нарича цяло число в мащаба на атомните версии на масата. Например, масата на водородния йон Н + е равна на 1.00787 AE.M., а нейният масов номер е 1. Масови анализатори, които измерват номиналните маси, се наричат \u200b\u200bанализатори с ниска резолюция. Масспектрометри с двойно фокусиране (магнитна и електростатичен), йон-циклотрон резонанс се отнася до инструментите на средното или. \\ T с висока резолюция. Типичното разрешение за магнитен спектрометър е стойност над 60000, а операцията на ниво резолюция е 10 000 - 20000 е рутина. На масовия спектрометър на йонно-циклотрон резонанс при анализиране на проба с маса от около 500 ч. Може лесно да се постигне разрешение от 500 000, което позволява измервания на масови йони с точност на четвъртия - петият знак след запетая. Резолюциите от няколко хиляди могат да бъдат постигнати при използване на масови анализатори на време; Въпреки това, проучване на проби с голямо молекулно тегло, за което този вид инструмент има предимство пред други анализатори, това разрешение е достатъчно само за измерване на масата на йона с точност на ± tens a.m.m.

Разделителната способност на масовия анализатор е тясно свързана с друга важна характеристика - точността на измерването на йонната маса. Например, масите на молекулни азотни йони (N2 +) и въглероден оксид (СО +) са 28,00615 и 27,99491 ч. Съответно, и двете йони се характеризират с масов номер 28. Тези йони ще бъдат записани от масспектрометър на разглеждане в резолюция от 2500 и измерената точна стойност на теглото ще покаже коя от тези газове се записва. Измерването на точната маса е налична при двойни фокусиращи устройства, в момент на времетрални спектрометри (в диапазона с ниско молекулно тегло) и на масспектрометрите на йон-циклотрон резонанс.

Динамичен обхват

Динамичен обхват - съотношението на максимални и минимални откриваеми сигнали. При анализиране на смес, съдържаща 99.99% от едно съединение или всеки елемент и 0,01% от всякакъв нечист, диапазонът на линейността трябва да бъде четвърти ред. Масспектрометрите за анализиране на органични съединения се характеризират с динамичен обхват от 5-6 поръчки и масспектрометрите за елементарен анализ - 9 - 12 поръчки.

Чувствителност

Чувствителността е една от най-важните характеристики на аналитичните инструменти. Обикновено параметърът, свързан с чувствителността, е минималното определено количество от веществото или прага за откриване. Типичната величина на прага за откриване на добър спектрометър за хроматомас, използван за анализ на органични съединения, е 1 ∙ 10 -12 g с форма на 1 микролометър.

Граници на откриване неорганични вещества Методът ICP / MS (AC / MS - масспектрометрия с индуктивна плазма) е 1 ∙ 10 -15 (един дял на квадрилион).

Обхват на метода

Удостоверяване на съдбата

Фрагментираният мас спектър е "пръстов отпечатък" химическа структура. Следователно идентичността на масспектрите недвусмислено показва идентичността на молекулите, особено в комбинация с използването на библиотеки на масспектри и хроматографски данни. Мас-спектърът с висока резолюция ви позволява да определите атомния състав на молекулата (брутна формула) чрез точна маса.

Количествено определяне на фармацевтични вещества и примеси в лекарствени форми

Количественият анализ се извършва с помощта на стандартни проби в комбинация с традиционни хроматографски техники и точното възпроизвеждане на хроматографските условия не се нуждае, тъй като пикът върху хроматограмата се идентифицира чрез масния спектър и интегрирането на избрани йони или пикове на избрани реакции От образуването на определен йон обикновено ви позволява да определите количествено компонента в случай на непълно отделяне на пиковете върху хроматограмата.

Идентифициране на примеси и установяване на неизвестна структура

Масспектърът ви позволява да определите молекулното тегло на съединението върху молекулярния йон и в много случаи е възможно да се установи от кои фрагменти молекулата е, че в комбинация с използването на спектри библиотеки и NMR спектроскопия данните го правят възможно е недвусмислено да се създаде химическа структура.

Количествено определяне на следи от вещества във фармакокинетиката и метаболизма

Селективността в режимите на SIM (мониторинг на избрани йони) и SRM (мониторинг на избрани реакции) заедно с много висока чувствителност позволява използването на комбинация от HPLC и мас спектрометрия за определяне на анализираните вещества на фона на такива сложни многокомпонентни смеси, като биологични \\ t флуиди или растителни екстракти.

Количествено определяне на повече от 70 елемента с измервателни граници от 10 до 0.1 prt ( части. на. трилион. ) Масова спектрометрия с индуктивно свързана плазма.

Оборудване

Масспектрометър се състои от следните блокове, които имат няколко разновидности: пробни системи за вход, йон, масов анализатор, детектор и системи за обработка на данни.

Примерна система за въвеждане

Първият етап на анализа е да се въведе проба от изпитваното вещество в устройството без значително нарушение на вакуума.

Входната система е най-приложима за анализ на компонентите на сместа, разделена чрез съответния инструмент, свързан към масспектрометър.

Газова хроматография / масспектрометрия (GC / MS) ( GC. / ГОСПОЖИЦА. ).

Когато използвате подходящи капилярни колони, е възможно директно да се прилага края на колоната към йонния източник на устройството без използването на сепаратора.

Използва се за анализ на химични съединения с точка на кипене от около 400 ºС.

Течна хроматография / масспектрометрия (LC / MS).

Такава комбинация от устройства е особено ефективна при анализиране на нелетливи полярни съединения или термолабилни вещества. Благодарение на трудността на получаването на йони в газовата фаза, с този метод изисква използването на специални интерфейси: електроспрей (ESI), термоспринт (ТСОС), химична йонизация при атмосферно налягане (APCI), фотоинизация при атмосферно налягане (APPI) и др. , които са независими методи за йонизация и ще бъдат обсъдени по-долу.

Свръхкритична флуидна хроматография / масспектрометрия

Този метод на входната проба се крие във факта, че подвижната фаза, която обикновено се състои от диоксид в суперкритичното състояние, преминава в газообразно състояние след преминаване през нагрятия клапан между колоната и йонния източник.

Капилярна електрофореза / масспектрометрия ( CE. / ГОСПОЖИЦА. )

Елуентът се въвежда в йонния източник, в някои случаи, след добавяне на допълнителен разтворител, докато дебитът може да достигне няколко милилитра в минута. Ограниченията на този метод са малки количества от входната проба и необходимостта от използване на летливи буферни разтвори.

Примерни устройства за директно въвеждане

Пробата се въвежда в устройството през вакуумния шлюз с помощта на клапан, пръти, конвейер или автосамплер, изпарява се термично или по време на десорбция от повърхността директно в йонния източник. С този метод на входа е необходимо да се използват чисти проби или означават, че полученият мас спектър може да бъде спектър от смес от няколко връзки.

Йон Източник

Електронна йонизация ( Ей. )

Проба от изпитваното вещество в газообразно състояние е йонизирана от електронния поток, като енергията на която (обикновено 70 eV) е по-голяма от енергийната енергия на пробата. В допълнение, освен молекулярния йон на М +, се образуват фрагментационни йони с по-малка маса, характеристика на тази молекулна структура. Основното ограничение на този метод е необходимостта от изпаряване на пробата, което прави невъзможно да се изучава полярен, термолабил или връзки с високо молекулно тегло. Електронната йонизация може да се използва в газова хроматография в комбинация с масова спектрометрия и само в някои случаи - в течна хроматография.

Химична йонизация ( Ci. )

В този случай методът на йонизация използва газов реагент (метан, изобутан, амоняк, азотен монооксид, азотен диоксид или кислород). Спектърът съдържа тип йони (М + Н) +, (mn) -, както и йонични комплекси, образувани от аналит с газов реагент. Фрагментацията в химическата йонизация се проявява в по-малка степен, отколкото когато йонизацията е ефект на електронно.

За термолабилни вещества се използва вид на този метод на йонизация, при който пробата, приложена към проводника, се изпарява много бързо поради ефекта на джаула - Thomson (химична йонизация на десорбция).

Бомбардиране чрез бързи атоми ( Fab. ) или йонизация чрез бомбардиране чрез бързи йони (средно-йонна спектрометрия - Sims).

Проба, разтворена във вискозна матрица (глицерин или м.-Nitrobenzyl алкохол) се нанасят върху металната повърхност, йонизирана от потока от неутрални атоми (аргон или ксенон) или цезиевите йони с голяма кинетична енергия. Наблюдават се йони (М + Н) + и (mn) - типове или йонни комплекси, образувани от средата (матрица) и проба. Този тип йонизация е подходящ за полярни, термолабилни съединения, което ви позволява да получавате спектрите на молекули с маса до 10,000. Важно е пробата да е равномерно разпределена в матрицата, в противен случай качеството на спектъра се влошава значително и се опитва да определи количествени смеси води до непредсказуеми резултати. Известна Fab Fub, която може да се използва за течна хроматография, но скоростта на потока на подвижната фаза трябва да бъде много ниска (по-малка от 10 μl / min).

Десорбция и йонизация на полето

Проба се изпарява в близост до волфрамов тел емитер, покрит с мини (област йонизация) или поставени на този проводник (Десорбция на полето).

Електрическото поле (напрежение от около 10 kV), образувано от излъчвателя, йонизира пробата. Енергията, която се прехвърля при данните за методите на йонизация, е само част от EV, т.е. Излишната енергия на молекулярния йон е значително по-ниска, отколкото при други йонизационни методи. В допълнение, други електрони на йонизиращата молекула не са развълнувани, а М + се оказва главно (неизправда) електронно състояниеИ спектърът често е единственият връх, принадлежащ на молекулярния йон.

Матрична лазерна десорбционна йонизация (Малди)

Проба, смесена със съответната среда (матрица) и се поставя върху метален субстрат, е йонизирана чрез къси лазерни импулси с дължина на вълната от UV към IR гама (продължителността на импулсите може да бъде от пикосекунда до няколко наносекунди). UV абсорбиращите органични съединения обикновено се използват като матрица (2,5-дихидроксибензоана, синапична киселина, 2,6-дихидроксиацетофенон и др.). Този метод на йонизация се използва главно при анализиране на съединения с много голямо молекулно тегло (повече от 100,000 да).

Индуктивно свързана плазма ( ICP. )

Проба, разтворена в силна минерална киселина (азотна киселина, хлоридна солна киселина, пластмасова киселина, царица водка и др.), Се доставя в зоната на изгаряне на плазмата на аргон, където при температура от няколко хиляди градуса има разпадане на. \\ T проба към атоми с йонизация. Методът се използва за определяне на повече от 70 елемента. Поради наличието на молекулярни смущения, оптимално използване на устройства с висока резолюция или комбинирани масови анализатори с камера на сблъсъци. Изотопните смущения, като правило, могат да бъдат разрешени по математически методи.

Електропроница (електроспрей) ( ESI. )

Пробата в разтвора се въвежда в източника през капиляра, в края на който има потенциал от около 5 квадратни метра. На изхода на капиляра се образува аерозол от заредени капчици с висока повърхностна такса. Изпаряването на молекулите на разтворителя от генерирания микросапел води до образуването в газовата фаза на едно заредено (М + Н) +, (mn) - или многократно заредени йони (М + NN) + N, (m-NN) - н. Скоростта на потока на подвижната фаза при тази форма на йонизация може да варира от няколко NL / min до 1 - 2 ml / min. Този метод на йонизация се използва за полярни съединения. Използването на електроспретели е особено ефективно за установяване на структурата на полипептидите, протеините и нуклеиновите киселини с молекулярни маси до 10,000,000 и по-висока. Много добър електроспрей се комбинира с течна хроматография и капилярна електрофореза.

Химинална йонизация при атмосферно налягане ( APCI. )

Ионизацията на пробата се извършва при атмосферно налягане в зоната на изхвърлянето на корона, поставена върху пътя на движещата се фаза, която се разпръсква както поради термични ефекти и чрез използване на азотен поток. Формират се разреждани йони (М + Н) + или (mn) -. Методът се доказва, за да анализира относително малки полярни и неполярни молекули с тегло по-малко от 1200. Възможността за използване на високи скорост на потока на подвижната фаза (до 2 ml / min) прави този метод на йонизация идеален за комбинация с течна хроматография.

Фотофилизация при атмосферно налягане ( Appi. )

В източника на йон АПП използва криптонова лампа, която излъчва фотони с енергия от 10.0 и 10.6 eV. Тези фотонови енергии са достатъчни за йонизират повечето от анализираните съединения, докато за йонизиране на типични разтворители (вода, метанол, ацетонитрил и др.) За течна хроматография с лице с мас-спектрометрично откриване, радиация е необходима с по-голяма енергия. Използването на нискоенергийни фотони като източник на йонизация води до масови спектри, свободни от "химически шум", а също така гарантира минимална фрагментация на йони, което ви позволява да идентифицирате протонирани йони или радикални катиони.

В допълнение към горните сортове йонни източници, съществуват редица по-малко общи методи за йонизация, като термоспекват, плазмено десорбция, лазерна аблация и др.

Мас спектрометрия стрела

Dart Mass Spectroometry (директен анализ в реално време) - бърз метод Получаване на спектрите на връзките с ниско молекулно тегло в режим на линия директно по време на анализа, практически не изискват подготовка на пробата. Методът позволява ултра-нарязаната идентификация на компонентите на всички твърди или течни обекти. Процедурата за анализ се свежда до факта, че обектът се въвежда от пинсети (в случай на твърди проби) или пръчка (в случай на течни обекти) към йонния източник на стрела, където има изпаряване на веществото и неговата йонизация с последващата регистрация на йони от масспектрометър. В същото време се образуват много прости спектри, обикновено съдържащи протонирани молекулни йони на нискомолекулни компоненти на пробата. Методът за мас спектрометрия на стрела е приложим за проследяване на пълнотата на потока на органичния синтез на нови лекарствени вещества, директен анализ на компонентите на смесите, разделени на TLC плаката, от повърхността му, откриване на фалшификации при анализиране на фармацевтични вещества и лекарства.

Масов анализатор

Двоен фокус

Принципът на действие на всички масови анализатори се основава на физическо право Движенията на заредените частици, според които траекторията на заредените частици в магнитното поле се усуква и радиусът на кривината зависи от масата на частиците. Той е в регистрите на устройството, които се разпределят през масите. Допълнителен електростатичен анализатор е настроен да увеличава разрешенията на йоните пътища. Магнитните спектрометри имат висока резолюция, което позволява използването им в изследването на органични съединения с висока резолюция, при анализиране на изотопични съотношения, елементарен анализ на маргиналната чувствителност.

QuadroUpole Analyzer.

Инструментът на анализатора на посочения тип се основава на принципа на квадрупол, който е 4 пръчки, за които определена комбинация от постоянна и радиочестотна променлива електрическа напрежение се доставя в противоположна полярност. Изовете, които се движат успоредно на осите на тези пръти, попадат в хиперболичното поле. Възможността за предаване на йони зависи от връзката m / z. и напрежение на радиочестотното поле. Смяна на напрежението на полето Всички стойности m / z. В работния обхват на устройството (обикновено от 1 до 2000 г.). Някои устройства сканират до 4000 AE.M.

Чекупуловите масови спектрометри не изискват използването на високи напрежения около хиляди волтове, за разлика от магнитните спектрометри. Това ви позволява да опростите дизайна, защото създаването на вакуум в устройството изисква по-малки размери на вакуумната камера.

Time Analyzer (време о. f Полет, TOF)

При такива анализатори йоните се разпределят по маса в безполечното пространство, а не за сметка на моделите на движение на заредени частици в полето (магнитно или електростатично). Йоните от източника ускоряват електрическото поле, закупуват доста голяма кинетична енергия и попадат в безполечното пространство. На входа на това пространство всички йони имат една и съща кинетична енергия и, в съответствие с формулата Д. = mV. 2/2, ще се движат с различни скорости. В зависимост от масата на йоните, детекторът е достигнат по различно време. Регистрация на йони и измерване на времето, когато влезете в детектора, ви позволява да изчислите тяхната маса.

Въз основа на времето на масовия анализатор са проектирани много бързи (и чувствителни) масови спектрометри.

Анализаторът на масовия анализ на времето, за разлика от анализатора на квадруполе, ви позволява да регистрирате широк спектър от маси и да измервате масите на много големи молекули, а най-подходящият метод йонизация е описан над метода на Малди (йонизация на лазера десорбция с помощта на матрицата).

Анализаторите на дърво маса се използват главно поради тяхната простота, скорост и относително ниска цена.

QUORUUPOOLE ION TRAP.

Развитието на четиристранните анализатори доведе до създаването на "йонна капан".

В квадруполен йон капан, йони са фиксирани вътре в квадруполе поради заключващ потенциал на входа и изходните краища на капана. След това, при прилагане на променлива резонансна радиочестота, йони се извеждат от капана според величината m / z. и регистрирани от електронния мултипликатор. Такъв механизъм може значително да увеличи популацията от капана на йонната капан, която води до разширяване на динамичния обхват и за подобряване на чувствителността.

Ионният капан ви позволява да държите йоните, които са необходими за установяване на структурата, без да се фокусира върху останалите фрагменти на молекулата, докато процесът на фрагментация може да се повтаря многократно, до 10 до 10 пъти (общоприетото наименование MS N) .

Йон-циклотрон резонанс

Йони, изложени на силно магнитно поле, се движат по кръгови траектории с честоти, които могат да бъдат пряко свързани със стойностите m / z. За тези йони чрез преобразуване на Фурие. Анализаторите от този тип имат много висока резолюция (до 1,000,000 и по-висока), и също така позволяват да се получат г-жа N спектри.

Недостатъкът на масовите анализатори въз основа на йон-циклотрон резонанс е необходимостта да се използва много ниско налягане (около 10-7 pa) и използването на свръхпроводящи магнити, работещи при температура на течен хелий 4.2 K.

Орбитални йони

В орбиталните капан йони не използват магнитни полета (Масспектрометър с двойно фокусиране или йоно-циклотрон резонанс) или радиочестота (квадруолови йонни капани). Принципът на експлоатация на масови анализатори от този тип се основава на електростатичен аксиално-хармоничен орбитален йонна капан, който използва симетрично статично електрическо поле между външните и вътрешните електроди със специална форма.

По аналогия с масови анализатори въз основа на йон-циклотрон резонанс в спектрометъра с орбитален йон капан, йонът се открива чрез индуцираната стойност на тока на външните електроди; Честоти, съответстващи на различни m / z.Смесен с помощта на алгоритъма за трансформация на Фурие и след това се превръща в масспектър.

Орбиталната капан се характеризира и с по-голям резервоар от йони. Големият капацитет на пространственото таксуване в сравнение с йон-циклотрон и квадруполе капани позволява да се постигне по-голяма точност на измерването на масовото измерване (резолюция от около 100 000 на полуживота на върха), по-широк динамичен обхват и обхват на съотношенията на количествата m / z..

Разпознаване на сигнала и обработка на данни

Изобите, разделени от анализатора, се превръщат в електрически сигнали чрез откриване на системи, по-специално електронния мултипликатор, фотоумнорит или фараден цилиндър. Контрол на различни физически параметри, необходими за координирана работа на всички инструменти за инструменти, обработка на данни, включително калибриране, визуализация на спектрата, автоматични количествени изчисления, архивиране на данни, създаване и използване на масови спектри библиотеки се извършват от компютър със съответния софтуер.

Регистрация на спектри

Има три основни начина за регистрация на спектри: при пълен йоннов ток (TIC); Мониторинг на избрания йон (SIM) или множество йони (МИМ); Селективна регистрация на избрани реакции на гниене ION (SRM) или множество йони (МРМ).

Регистрацията по целия йон и дисоциация, иницииран чрез сблъсък, дава възможност за получаване на масови спектри, уникално свързани със структурата на определена молекула.

Въз основа на така получените спектри библиотеки (бази данни) бяха създадени за определяне на структурата на молекулата на референтните спектри.

Селективната регистрация на йони ви позволява да определите малките концентрации на аналита на фона на сложна матрица и също води до огромна победа в чувствителността: времето, което се изразходва за записване на пълния мас-спектър, когато селективната регистрация е използвани за записване само на една или повече йони.

Регистрацията на избрани реакции е още по-селективен метод за определяне на желаното съединение в сложна смес.

Този метод е коренно различен от горните спектроскопски методи. Структурната масспектрометрия се основава на унищожаването на органичната молекула в резултат на йонизация по един или друг начин.

Получените йони са сортирани чрез тяхното съотношение на маса / заряд (m / z), след това броят на йоните се записва за всяка стойност на това съотношение под формата на спектъра. На фиг. 5.1. Представена е обща схема на типичен масспектрометър.

Фиг. 5.1. Блокова диаграма на типичен масспектрометър

За да се поддържа проба към масспектрометър, обикновено се използва вид хроматография, въпреки че в много устройства има възможност директно да влезе в пробата в йонизационната камера. Всички масспектрометри имат устройства за йонизация на пробата и отделянето на йони в величината на m / z. След разделяне трябва да откриете йони и да измервате техния брой. Типичният заглавие на йони се състои от колимизиране на пропуски, които се изпращат на колектора в момента само йони на един вид, където са открити, и сигналът за откриване се засилва от електронния мултипликатор. Модерните масови спектрометри са оборудвани със специализиран софтуер: Натрупване на компютри, съхранение и визуализация на данни.

Понастоящем обичайната практика за комбиниране на масспектрометър с газ (GC-MS) или течност (LC-MS) хроматография.

Всички масспектрометри са разделени на два класа: ниски (единични) и устройства с висока резолюция (R). Спектрометри с ниска разделителна способност са устройства, на които цели маси могат да бъдат разделени на m / z 3000 (R \u003d 3000 / (3000-2990) \u003d 3000). На това устройство на съединения С16 ° С2 и С15 h 24 не е неразличимо, тъй като устройството ще бъде фиксирано в първия и във втория случай маса 250.

Устройствата с висока резолюция (R \u003d 20000) ще могат да разграничат между С16 Н202 (250.1933) и С15 Н202 (250.1807), в този случай R \u003d 250.1933 / (250.1933 - 250.1807) \u003d 19857.

По този начин, при устройства с ниска резолюция, е възможно да се създаде структурна формула на веществото, но често е необходимо за тази цел. Освен това е необходимо да се привличат данни от други методи за анализ (IR-, NMR спектроскопия).

Устройствата с висока резолюция могат да измерват масата на йона с точност, достатъчна за определяне на атомния състав, т.е. Определя молекулната формула на изследваното вещество.

През последното десетилетие се състоя бързото развитие и подобряване на масспектрометрите. Без да обсъждаме устройството си, отбелязваме, че те са разделени на типове в зависимост от 1) на метода на йонизация, 2) на метода на йонното разделяне. Като цяло, методът на йонизация не зависи от метода на разделяне на йони и обратно, въпреки че има изключения. Допълнителна информация по тези въпроси е посочена в литературата [SINSB. Лебедел].

В това ръководство ще бъде разгледан масовите спектри, получени чрез йонизация по електронно въздействие.

5.2. Масспектри с йонизация чрез електронен удар

Електронната стачка (ЕС, Electron Impact, EI) е най-често срещаният метод за йонизация в масспектрометрията. Предимството на този метод е възможността за използване на търсачките и базите данни (методът на ЕС е исторически първият метод на йонизация, основните основи на експериментални данни са получени на устройства с ЕС).

Молекулата на субстанционната субстанция в газовата фаза се подлага на бомбардиране на високоенергийни електрони (обикновено 70 eV) и изважда електрон, образувайки радикална катион - наречена молекулярна йон:

M + e → m + (молекулярна йон) + 2е

Най-малката енергия на бомбардиращите (йонизирани) електрона, в която образуването на дадена йонна молекула се нарича енергия (или по-малко добре "потенциал") на йонизацията на веществото (u).

Енергийната енергия е мярка за сила, с която молекулата запазва най-силно свързан електрон.

По правило, за органични молекули, енергията на йонизацията е 9-12 EV, следователно, бомбардирането от електрони с енергия от 50 eV и по-горе съобщава излишната вътрешна енергия на нововъзникващия молекулярен йон. Тази енергия се разсейва частично поради счупване на ковалентни връзки.

В резултат на такова пролука се появява молекулярно гниене върху частиците на по-малка маса (фрагменти). Такъв процес се нарича фрагментация.

Фрагментацията се появява селективно, е високопроизводителна и се включва за тази връзка.. Освен това, процесите на фрагментация са предсказуеми и те определят широките възможности за масспектрометрия за структурен анализ. По същество, структурен анализ чрез масова спектрометрия е да се идентифицират фрагментационни йони и ретроспективно възстановяване на структурата на оригиналната молекула, основана на указанията на фрагментация на молекулярния йон. Например, метанолът образува молекулен йон съгласно схемата:

ОТНОСНО
долната точка е оставащият странен електрон; Когато зареждането е локализирано на отделен атом, знакът за зареждане е посочен на този атом.

Много от тези молекулярни йони се дезинтегрират по време на 10 -10 - 10-3 ° С и дават редица фрагментационни йони (първична фрагментация):

Ако някои от молекулярните йони имат достатъчно дълъг живот, те достигат до детектора и се записват под формата на пик на молекулен йон. Тъй като обвинението на първоначалния йон е равно на едно, отношением./ z. За този пик дава молекулно тегло на изучаването на веществото.

По този начин, масспектър е представяне на относителните концентрации на положително заредени фрагменти (включително молекулен йон), в зависимост от техните маси.

Специалната литература представя таблиците на най-често срещаните фрагментирани йони, където са показани структурната формула на йона и нейната стойност m / z [просват, Гордън, Силвица].

Височината на най-интензивната в пиковия спектър се приема за 100%, а интензитетите на други пикове, включително пика на молекулярния йон, се изразяват като процент от максималния пик.

В определени случаи интензивният молекулен връх може да бъде. Общо взето: интензивността на пика зависи от стабилността на формирания йон.

В масовите спектри често има серия от пикове на фрагментни йони, различаващи се в хомоложна разлика (CH2), т.е. 14 A.М. Хомологичната серия от йони са характерни за всеки клас органични вещества и следователно те носят важна информация за структурата на изследваното вещество.