Detectores en las masas de espectrometría. Métodos cromatográficos y su uso en la identificación de contaminantes de ambientes naturales.

La espectrometría de masas es un método para estudiar sustancias, cálculo de masas y el número de iones cuando la sustancia.

Navegación:

El equipo al que se produce espectrometría de masas es un espectrómetro de masas. Analiza la muestra y proporciona datos en forma de gráficos (espectros de masas).

De esta manera, se puede explorar cualquier material que sea susceptible de la ionización.

Amplio uso de espectrometría de masas adquirida en áreas tales como:

• medicina y farmacéuticos;
• ingeniería genética y bioquímica;
• industria química;
• iNDUSTRIA DE ALIMENTOS;
• cosmética y perfumería;
• diagnóstico de laboratorio para determinar sustancias en criminalidades, control de dopaje, ecología;
• fabricación de materiales poliméricos y plásticos;
• la industria de semiconductores;
• energía nuclear;
• producción metalúrgica;
• refinerías y industrias petroquímicas;
• biología, geología, hidrología, mineralogía y otras industrias.

Las rutas de estudio de la espectrometría de masas en diferentes áreas varían dependiendo de qué datos deben obtenerse al final.

La espectrometría de masas se puede obtener mediante los siguientes datos:

• establecer la estructura del compuesto;
• investigación de sustancia en los componentes;
• establecer la edad de la roca geológica para examinar la composición de los isótopos;
• análisis espectral de masas de cromato para la esfera ecológica;
• explorar procesos de ionización, reacciones iónicas;
• medir el potencial y la energía de las moléculas.

La ventaja del método de espectrometría de masas es que una cantidad muy pequeña de sustancia es suficiente para la investigación.

La desventaja consiste en la destrucción del material, que se estudia, es decir, Se analizan los productos de conversión.

Nota. El método espectrométrico en masa en esencia no se relaciona con el método espectrométrico, ya que no hay interacción de la muestra con radiación electromagnética. Pero debido al tipo gráfico de dependencia de la potencia del flujo de iones de la relación de masa a la carga, que es similar al espectro, este método y obtuvo su nombre.

Muy disponible y en detalle la espectrometría de masas está iluminada en tutoriales, como Lebedev a.t. "Espectrometría de masas en química orgánica".

Método de espectrometría de masas

El método de espectrometría de masas es la ejecución secuencial de las siguientes operaciones:

1. Ionización de la sustancia, a saber, la privación de las moléculas al menos un ion. La masa de la misma debajo de la masa de la molécula es muchas veces, por lo que no afectará el resultado del estudio.
2. La aceleración de las partículas cargadas en el medio de vacío en el campo eléctrico, seguido de moverlos a un campo magnético.
3. Análisis del movimiento de partículas en un campo magnético, a saber, su velocidad, curvatura de la trayectoria del movimiento. Las partículas más cargadas se aceleran rápidamente y reaccionan mejor a un imán. Las partículas con una gran masa no son tales controlados debido a la inercia del movimiento.

Nota. El vacío es necesario para la libre circulación de partículas cargadas y prevenirlas de convirtiéndolas en encontadas.

La ionización de la muestra se puede realizar de varias maneras y depende del objetivo requerido.

Hay tales métodos de ionización en espectrometría de masas:

1. Bolso electrónico: adaptado para el análisis isotópico y molecular de materiales inorgánicos.
2. Ionización química - para estudiar materiales orgánicos.
3. Electrocronismo.
4. Radiación láser.
5. Bombardeo por el montón de iones.

Los últimos tres métodos se utilizan para estudiar sustancias con moléculas grandes.

Además, el método de ionización se divide en varios tipos de sustancias antes del estudio, es decir, gas, líquido o sólido.

El estado de gas (fase) de la muestra se realiza mediante tales métodos de ionización:

• electrónica (espectrometría de masas isótales);
• químico;
• agarre electrónico;
• ionización en el campo eléctrico.

El estado líquido (fase) de la muestra se lleva a cabo por dichos métodos de ionización en espectrometría de masas:

• termospair;
• al aire libre;
• electrostepray;
• química al aire libre;
• fotoinización.

El estado sólido (fase) de la muestra se realiza de tales formas de ionización:

• desorción láser directa;
• desorción / ionización láser activada por matric (espectrometría de masas moldi);
• espectrometría de masas de iones secundarios (espectrometría de masas iónicas);
• bombardeo por átomos rápidos;
• desorción en el campo eléctrico;
• desorción de plasma;
• ionización en plasma enlazado inductivo (espectrometría de masas con plasma con unión inductivo);
• termoionización (ionización superficial);
• ionización en la descarga brillante (Ionización de la chispa);
• ionización en el proceso de ablación del láser.

Las últimas cuatro opciones son lo suficientemente rígidas, pero sin ellos, es imposible obtener iones en muestras con conexiones muy duraderas.

Detector de fugas de helio espectrométrico en masa

El método de espectrometría de masas en detectores de fugas de helio, por ejemplo, PH-10, T1-50 y otros practicados muy ampliamente.

Los sistemas o tanques estudiados están llenos de helio y luego con la ayuda del método espectrométrico de masas, se buscan lugares, donde el helio se filtra a través de las grietas.

La sensibilidad del método espectrométrico de masas permite encontrar incluso fugas muy pequeñas de gas inerte en cantidades muy pequeñas, por lo tanto, el detector de fugas espectrométricas de masa de helio es uno de los dispositivos más precisos y usados \u200b\u200bde la industria.

Método de espectrometría de masas de cromato.

El método de espectrometría de masas cromato es una espectrometría de masa en tándem de cromatografía y espectrometría de masas, es decir, La combinación de estos dos métodos.

La cromatografía se dedica a la división de moléculas en partículas cargadas, y la espectrometría de masas los analiza.

Hay dos tipos de espectrometría de masas de cromato:

• gas;
• líquido.

La determinación mediante el método de espectrometría de masa de cromato de la composición de sustancias orgánicas, que es mayor a menudo multicomponente, es quizás el único método disponible. Lo mejor es la combinación de cromatografía de gases y un detector de iones del espectrómetro de masas.

Es por eso que la espectrometría de masas de cromato recibió un gran consumo en la práctica médica para diagnosticar y analizar las enfermedades y sus patógenos, incluida la definición de microbiocenosis de diferentes órganos de cualquier concentración por el método de espectrometría de masas de cromato o espectrometría de masas de marcadores microbianos de materiales biológicos. (sangre, orina y otros). La microbiocenosis por el método de espectrometría de masas de cromato proporciona la capacidad de identificar muchos microbios que no pueden ser identificados por otros métodos, incluso aquellos que están en estado de sueño en cápsulas protectoras. Y, por lo tanto, las personas tienen la oportunidad de aprovechar el tratamiento correcto y oportuno, lo que es imposible de sobreestimar.

Además, la espectrometría de masas de cromato se usa ampliamente en productos farmacéuticos para crear nuevos medicamentos, industrias químicas, la esfera ecológica para la evaluación de la muestra ambiente, Ingeniería Genética, Control Técnico. diferentes regiones Industria, encuestas de laboratorio para la presencia en la sangre de las drogas prohibidas, etc.

Cromatografía de gases

La espectrometría de masas de cromatografía de gas proporciona la adición de un portador de gas inerte (a menudo este helio), que es un elemento en movimiento. La sustancia estudiada es un elemento fijo.

La espectrometría de masas de gas le permite analizar gases, líquidos y sólidos que tienen un peso molecular por debajo de 400. Las sustancias estudiadas deben tener las propiedades estables volátiles, inertes y térmicas requeridas.

El esquema de cromatógrafos de gas se propone en el diagrama a continuación.

Análisis espectrométrico

El análisis espectrométrico procede en analizadores de masas y detectores de espectrómetro de masas.

Los analizadores de masas son continuos y impulso. Difieren en el hecho de que la recepción de iones en ellos es constantemente (continuamente) o porciones, respectivamente.

Los analizadores continuos pertenecen al magnético y cuádrupolo, a la trampa de iones de pulso, analizador de masas de tiempo de vuelo y un analizador de resonancia de iones-ciclotrón con transformación de Fourier.

La tarea principal del analizador es la redistribución de iones con diferentes parámetros del movimiento.

Después de eso, los iones caen en el detector, que registra diferentes espectros de iones.

La mayoría de las veces, un multiplicador electrónico de diodo secundario o fotomultiplier se utiliza como detectores. Los primeros registran los indicadores cuantitativos de diversos iones con haces de electrones, los segundos registros parpadean del bombardeo por los iones del fósforo.

También hay otros tipos de detectores, estos son multiplicadores de microcanales, sistemas tales como matrices de diodo y coleccionistas.

¿Qué es un espectrómetro de masas?

El espectrómetro de masas se llama equipo de vacío, que es capaz de analizar la sustancia de acuerdo con las leyes del desplazamiento de las partículas cargadas en un campo magnético y eléctrico.

En una forma simplificada, la descripción del espectrómetro de masas se puede representar como: los componentes principales del dispositivo son una fuente de iones, analizador de masas y detector.

La fuente de iones convierte las moléculas de muestra convencionales a las partículas cargadas y las coloca en un campo eléctrico y magnético para acelerar.

El analizador de masas divide los iones en la velocidad de la velocidad de movimiento, a saber, el momento de moverse a cierta distancia.

El detector registra datos sobre la cantidad relativa de cada grupo.

Además de los componentes principales, el espectrómetro de masas está equipado con instalaciones incluso al vacío con una bomba y un ventilador para producir un vacío, un manómetro, un sistema para configurar una muestra de prueba, un circuito electrónico, indicadores, estabilizador y otros.

Dependiendo de la ionización de la sustancia, los espectrómetros de masas son estáticos y dinámicos.

También hay espectrómetros de masas con dos analizadores de masas, es decir, Espectrómetros en tándem. Se utilizan principalmente a la forma suave de la ionización.

¿Cómo distinguir las moléculas de diferentes conexiones? Resulta la forma más fácil, que los pesa en escalas especiales, que se llaman espectrómetro de masas

Marina Chadeev

El mundo deportivo está esperando otro shock: se desarrolló un nuevo esteroide en un secreto profundo, lo que hace de la atleta del sobrehumano.

El principio de operación de espectrómetros de masas sector electrostático y magnético en un dispositivo de doble enfoque. Los iones que vuelan de la fuente están enfocados en las ranuras no solo en diferentes direcciones, sino también con diferentes energías

Analizador cuadrupolo. Iones con una relación de masa seleccionada (M) para cargar (z) pasar a lo largo del eje del analizador y caer en el detector, y los iones con otras relaciones de relaciones de M / Z se enfrentan o vuelan más allá del espacio de trabajo

Tal vez, los usuarios de ancho de banda familiar pronto para el control del pasajero serán mucho más inteligentes. Imagina que un hombre cerca del detector pasa, una brisa pulmonar toca su ropa, y pronto el servicio de seguridad ya tiene información sobre si este pasajero tiene algo con cualquier sustancia peligrosa. Las muestras de prueba de tales detectores son tan sensibles que pueden detectar trazas de un compuesto químico, incluso si solo quedaban unas pocas moléculas. Y se hacen sobre la base de un espectrómetro de masas, un dispositivo que puede distinguir entre moléculas en masa y determinar el porcentaje de cada variedad de moléculas en la muestra de la sustancia.

En esencia, el espectrómetro de masas es escalas electromagnéticas de precisión, que pueden ser átomos de "pesar" con una precisión de 10-31 gramos. Se debe a esta invención en los veinte del siglo pasado, los isótopos de todos conocidos. elementos químicosy cuando la curiosidad de los científicos estaba suficientemente satisfecha, llegó el turno tareas aplicadas. En los años cuarenta, en los laboratorios de la Occroja, el espectrómetro de masas se utilizó en la separación de los isótopos de uranio para la primera bombas atómicasY al mismo tiempo, aparecieron los primeros consumidores civiles de estos dispositivos: preocupaciones del petróleo. Usaron espectrómetros de masas para el análisis cuantitativo de la mezcla de gases orgánicos.

Principio de operación

Los espectrómetros de masas modernos son, sin duda, más precisos y más avanzados de sus predecesores de limitaciones centenarias, pero el principio básico de su trabajo permanece sin cambios, y el diseño, como cien años, incluye tres elementos principales: ionizador, analizador y detector.

Al principio, las moléculas deben ionizarse, es decir, privarlas al menos un electrón. Dado que el electrón en miles (y, a veces, en decenas de miles), más ligero que la molécula, la ionización prácticamente no afecta su masa. Después del ionizador, las partículas caen en el analizador, que es una cámara de vacío con campos eléctricos y magnéticos. Los iones se aceleran por un campo eléctrico, y luego se envían a un campo magnético, donde la trayectoria de la partícula cargada se torce. Todas las partículas se mueven en el mismo campo, y entre sí, difieren en carga eléctrica y en masa. Cuanto más cargos, más fuerte puede dispersar el ion y más fácil es convertirlo con un imán, pero cuanto más es su misa, más difícil se debe a la inercia. Qué tipo de energía adquirirá una partícula, cuál será su velocidad y el grado de curvatura de la trayectoria, dependerá del tamaño del campo y la proporción de la masa de la partícula a su carga.

Si asumimos que cuando se gestionó la ionización de cada molécula para interrumpir solo un electrón (como más a menudo y ocurre), todos los iones serán descargados y la naturaleza de su movimiento dependerá solo de la masa. El ion más pesado, cuanto más duro es "girar" y menos la curvatura de su trayectoria. Resulta que las partículas con diferentes masas saldrán literalmente en diferentes direcciones.

Sobre el última etapa Debe registrar estos iones por algún detector de partículas cargadas, como un multímetro fotoflástico o secundario. Poner B. lugar adecuado Una serie de detectores, veremos que las partículas con una masa diferente (pero con la misma carga) caerán en diferentes detectores. Ahora construiremos un horario: la horizontal pospondrá la coordenada del detector, que registró el ión y verticalmente, el número de estos iones. Obtendremos un espectro de masas: la imagen similar al espectro de radiación: mayor será la diferencia en las masas, los puntos adicionales de los golpes entre sí, y las más partículas llegan a este lugar, mayor será la señal y lo anterior correspondiente. cima.

En realidad en sistemas modernos Solo se utiliza un detector. Con un valor de campo específico, los iones de una cierta masa están enfocados. Cambio gradualmente del tamaño del campo, puede dirigir el detector a sus vueltas de diferentes iones y registrarlos. La computadora calcula las masas correspondientes por los valores de campo, se compara con la base de datos y se construye el espectro de masas.

Primeros experimentos

En una serie de fundadores, la espectrometría de masas es el primer nombre del abridor de electrones, Sir Joseph John Thomson. En ese momento, a fines de principios de siglo, muchos físicos estudiaron activamente las descargas eléctricas en gases. En primer lugar, estaban interesados \u200b\u200ben las partículas cargadas que ocurrieron. Después de poner una serie de experimentos ingeniosos, Thomson pudo determinar los parámetros de partículas cargadas negativamente (que ahora conocemos como electrones), y luego se involucran cargados positivamente. Para explorar los iones, tuvo que ensamblar una instalación separada. Thomson publicó un cátodo con agujeros en medio de un tubo de vidrio, un imán detrás de él, y aún más detrás del tubo, un fotoplástico. Iones cargados positivamente de diferentes compuestos químicosLos que estaban en el tubo, volaron al cátodo, golpearon el campo magnético a través de los orificios y, finalmente, dejaron las huellas en diferentes lugares del fotoflástica. De acuerdo con las coordenadas de partículas en el fotoflástica y los valores conocidos de los campos Thomson, la relación de los iones masivos a sus cargos y se indica en fotografías de la trayectoria de iones de hidrógeno, oxígeno atómico y molecular, dióxido de carbono y monóxido de carbono. , Mercurio y neón. Así comenzó la era de la espectrometría de masas.

Sobrepeso

Después de la Segunda Guerra Mundial, la investigación de Thomson continuó su asistente Francis William Aston. Un dispositivo mejorado que Aston llamado el espectrógrafo de masas permitió no solo ver las líneas correspondientes a las partículas con diferentes masas, sino que también tuvieron una precisión suficiente para determinar las relaciones cuantitativas entre ellos. La mayoría de Aston y su personal afectaron el hecho de que los pesos atómicos de todos los elementos de luz expresados \u200b\u200ben unidades relativas, con una precisión asombrosa correspondientes a los números enteros. Tomando una masa de un átomo de oxígeno para 16 unidades, se obtuvieron un valor de 12 para carbono, para nitrógeno, 14, etc. para elementos pesados, con peso atómico más de 30, "la regla de un entero" comenzó a ser ligeramente Roto, pero el más extraño fue el valor. masa atomica Hidrógeno - no 1, y 1,008. Además, la precisión del espectrógrafo de masas fue tal que esto, a primera vista, un menor, la diferencia no se podía escribir en el error de las mediciones. El primero que entendió la importancia, y lo más importante, el significado de esta anomalía fue el mismo Aston. En su opinión, este hecho experimental confirmó nada más que una transición mutua de masa y energía predicha por la teoría de la relatividad: cuando se conectan varios protones (núcleos de hidrógeno), formando otro elemento, parte de su masa se convierte en energía y como un El resultado, la masa, por ejemplo, el helio es algo menor que la suma de las masas de sus partículas.

"Los resultados obtenidos con un espectrógrafo de masas eliminaron cualquier duda sobre este tema ..." dijo Aston en su conferencia Nobel en 1922. - Podemos estar bastante seguros de que cuando el hidrógeno se convierta en helio, una cierta parte de la masa debe desaparecer ... Tal vez los futuros investigadores abran alguna manera de exemplace esta energía que le permitirá ser utilizada. Entonces la humanidad recibirá a su disposición tales oportunidades que son superiores a cualquier fantasía ". Aston apoyó sus palabras con números. Según sus cálculos, hechos sobre la base de mediciones espectrométricas de masas y teoría de la relatividad, si todo el hidrógeno contenido en solo 9 gramos de agua, se convierte en helio, la energía de 200,000 kW / hora se distinguirá, lo que es suficiente para moderno. Normas para iluminar el apartamento urbano habitual durante varios años. Ahora sabemos exactamente qué exactamente reacciones nucleares - Fuente de energía solar, pero las personas pueden manejarlo solo en el modo de bomba termonuclear, en otras palabras, todavía no saben cómo en absoluto.

Por lo tanto, los experimentos con lámparas de descarga de gas permitieron a los físicos hacer conclusiones de gran alcance sobre las propiedades fundamentales de la materia, y al mismo tiempo crean un dispositivo maravilloso: espectrómetro de masas.

Espectrómetros de masas de cuadrupolo

Con la llegada de nuevos métodos de detección, junto con PhotoFlasts, entró gradualmente en el pasado e inventó el nombre de Aston - Spectrografía de masas. Los espectrómetros de masas modernos, que en su mayoría retuvieron el campo magnético como el elemento principal, llegaron a reemplazar. Los espectrómetros de masas con un imán permanecen insuperables por la sensibilidad, y, a pesar de los enormes tamaños y el alto consumo de energía, no tienen una alternativa donde se necesita una alta precisión. La búsqueda de una solución más compacta y económica llevó a mediados de los años 50 del profesor Wolfgang Paul y su personal de la Universidad de Bonn a la creación de un espectrómetro de masas sin un campo magnético, un analizador cuadrupolo con un campo eléctrico alterno. Este analizador consta de cuatro varillas, se aplica un voltaje alterno de radiofrecuencia a pares de varillas opuestas y, además, una tensión constante entre pares. Dependiendo de los valores de la tensión y la frecuencia, solo los iones con una cierta relación de la masa se están moviendo entre las barras entre las barras, y el resto vuela hacia afuera. El diseño era realmente compacto y muy práctico.

El espectrómetro de masas de cuadrupolo en miniatura se hizo específicamente para garantizar la seguridad de los astronautas de internacional. estación Espacial, Incluso cuando se trabaja en el espacio abierto. Este dispositivo con un tamaño de caja para zapatos y pesaje de 2.3 kg puede controlar continuamente fugas de amoníaco, nitrógeno, combustible de cohete, oxígeno, agua y sustancias diferentes.

Quien rápidamente

Incluso antes del cuadrupolo, en 1946, un empleado de la Universidad de Pennsylvania, William Stephens, se acercó a otra forma de clasificar moléculas en peso sin un imán, un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo. Sólo sigue siendo una pequeña sección del campo eléctrico para overclock los iones,

y la parte principal estaba involucrada en el espacio inútil. El principio de operación de este dispositivo fue notablemente simple: los iones pesados \u200b\u200bson más difíciles de dispersarse debido a su inercia, y por lo tanto, tienen una velocidad más pequeña después de overclockear y moverse más lentamente en el espacio de deriva sin un campo, llegue al detector después de los pulmones. . Si asumimos que todos los iones se cobran igual, el tiempo en el camino será directamente proporcional a raíz cuadrada De la masa. Primero, los iones ligeros llegarán al detector, luego aquellos que son más pesados, y lo último es lo más difícil. Tal dispositivo era más fácil (aunque hubo una precisión menor que magnética) y más barata, y también poseía una gran velocidad, ya que todo el espectro de iones en una amplia gama de masas se registró en un solo paso y no fue necesario pasar tiempo en Un cambio gradual en el campo.

Con la ayuda del espectrómetro de masas de armas en 1985 se abrió. toda la clase Las nuevas sustancias son fullerenes. En ese momento ya se sabía que los grupos que consisten en moléculas que consisten en carbono. de diferentes números Átomos de carbono (hasta 24). Gracias a los espectrómetros de masas, estos grupos lograron distinguir entre estos grupos y determinar sus masas. Cuando el vapor se mudó al estudio de plasma de carbono dirigido a la corriente de helio, las moléculas de un número mayor de átomos fueron visibles en los espectros de masas, incluidos C60 y C70. Y con ciertos modos de creación de un plasma, el pico correspondiente a C60 se convirtió en varias veces más alto que todos los demás, lo que indicó la estabilidad de este compuesto. Por lo tanto, se encontraron moléculas inusuales en forma de balón de fútbol, \u200b\u200bque consistían en 60 átomos de carbono, para los cuales se otorgaron placas de fullerene en 1996. premio Nobel en Quimica.

Enfoque delicado

Verdaderamente el alcance ilimitado del uso de espectrometría de masas es un análisis de sustancias orgánicas complejas, sin las cuales la medicina y la biología modernas son impensables. Sin embargo, esto solo fue posible después de la aparición de nuevos métodos de ionización. Después de todo, para el análisis espectrométrico en masa, debe obtener iones gratis y, por lo tanto, evapore la sustancia. La mayoría de las moléculas biológicas no hacen tal violencia sobre sí mismos y se desintegran bajo la acción de altas temperaturas que acompañan al proceso de evaporación. Por lo tanto, se inventaron métodos más delicados de transformación en iones libres para ellos. Uno de ellos es una ionización de la explotación eléctrica. La solución de la sustancia bajo presión ingresa al capilar metálico, al que se envía el alto voltaje (3-4 kV). Desde la boquilla estrecha de los capilares, las gotas se expulsan, lo que, al estar altamente cargado, se desintegra, perdiendo la molécula de disolvente, y el voltaje se selecciona de tal manera que el espectrómetro de masas incluye biomoléculas. El segundo método llamado "desorción / ionización láser activada por matriz" es aún más astuto. La muestra estudiada se aplica a la matriz de una sustancia especialmente seleccionada capaz de absorber eficazmente la radiación láser. Con el rápido calentamiento de este sándwich, se ioniza el pulso láser de la molécula de muestra, no es bueno para obtener suficiente en la parte.

Gracias a los nuevos métodos de ionización, la espectrometría de masas de las biomoléculas que usan espectrómetros de masa de cuadrupol y tiempo relativamente simples y baratos comenzaron a ser ampliamente utilizados en la práctica, en el desarrollo de nuevos medicamentos, la determinación de las huellas de sustancias psicotrópicas y narcóticas, estudios de ADN, Proteínas y otras sustancias. Hay bancos completos de datos, con los cuales es posible identificar la materia orgánica de acuerdo con sus componentes detectados en el espectrómetro de masas.

Una combinación de espectrometría de masas y otro método fisicoquímico destinado a la separación y análisis de mezclas: la cromatografía fue muy fructífera. Primero, utilizando un cromatógrafo, los componentes de la mezcla se aíslan y luego se dirigen por separado a la entrada del espectrómetro de masas. Dichos dispositivos están equipados con laboratorios de control de dopaje. Con la ayuda de espectrómetros de masas de cromato, se determina el contenido de esteroides anabólicos, analgésicos, diuréticos, estimulantes y corticosteroides. No importa lo difícil que haya intentado el atleta, para quien una medalla es más cara que su propia salud, para ocultar el uso de anabólicos, no podrá hacerlo, un moderno espectrómetro de masas puede encontrar en la sangre o orina. A mil millones de acciones de estas drogas prohibidas. Es cierto, hay un tipo de lucha: alguien sintetiza nuevos fondos de dopaje, y alguien intenta descubrirlos, y sin tal herramienta, como un espectrómetro de masas, este último, lo más probable, esta carrera se perdería.

Para todas las ocasiones

Hoy en día, vario uso de la espectrometría de masas llegó mucho más allá del marco de proyectos únicos, además de conocer los numerosos diseños de analizadores de masas y métodos de ionización, no tendría el número completo de la revista. Los espectrómetros de masas de cromato portátil están en servicio ejército americano En Iraq. Le permiten detectar trazas menores de reactivos de armas químicas y se utilizan para el análisis preliminar del entorno circundante. espectrales dispositivos de análisis de compra los servicios de aduanas de masas de alta precisión - esto es una manera de controlar cuidadosamente la composición de los productos derivados del petróleo y determinar el origen del petróleo, literalmente, hasta el pozo, ya que la composición isotópica es único para cada campo.

Un moderno espectrómetro de masas puede ocupar una sala experimental o colocarse en una pequeña caja sobre la mesa, contener un imán superconductor o para hacer sin un campo magnético. La sensibilidad de estos dispositivos increíble imaginación. Hay suficiente miligrama de un contaminante orgánico en un montón de agua para que el espectrómetro de masas pueda dudarse en su calidad y las impurezas inorgánicas, y menos. Paradójicamente, la alta sensibilidad puede convertirse en una fuente de problemas: por ejemplo, al verificar los pasajeros, los rastros insignificantes de los medicamentos, cayendo accidentalmente en las facturas en efectivo, ¡se pueden encontrar en manos de un ciudadano perfectamente respetable! Sin embargo, esta es la tarea de otra variedad, y, no teniendo tal una maravillosa herramienta a su disposición, como un espectrómetro de masas, una persona sin duda será capaz de resolverlo.

La espectrometría de masas de cromato es un método analítico basado en la combinación de cromatógrafos y espectrómetro de masas, utilizado para la definición cuantitativa y cualitativa de componentes individuales en mezclas complejas. Este artículo considerará las principales cuestiones relacionadas con la esencia de la espectrometría de masas de cromato y sus características:

El dispositivo mediante el cual se realiza el estudio, se llama el nombre del espectrómetro de masas de cromato o HCMS. Pasando a través de un cromatógrafo, la muestra se divide en componentes, y el espectrómetro de masas es responsable de su identificación y análisis. Dependiendo de las características de la composición y requisitos estudiados para la precisión del resultado, se utilizan una de las dos técnicas: o cromatografía líquida de alta precisión, o cromatografía de gases con detección espectrométrica de masas de GC-MS.

La composición estudiada se introduce en el evaporador del cromatógrafo y se traduce instantáneamente a una forma gaseosa, se mezcla con un gas portador inerte y se suministra a presión a la columna. Pasando por una columna cromatográfica, la muestra se divide en componentes que se suministran a MS y se pasan a través del componente espectrométrico del dispositivo.

Para obtener el espectro, las moléculas de componentes de la muestra se ionizan, el sensor especial lee el cambio en la corriente de iones, sobre la base de la cual se escribe el cromatograma. El software de procesamiento de cromatogramas le permite verificar los picos obtenidos con los registrados anteriormente, y, por lo tanto, llevando a cabo su definición exacta cualitativa y cuantitativa. Al mismo tiempo, un múltiplo del espectro de masas, que da una idea de la estructura de los componentes, incluidos los que no se identifican anteriormente.

La espectrometría de masas chromato fue desarrollado en los años 50 del siglo pasado, y el primer dispositivo fue ensamblado y probado en los años 60.

La eficacia y efectividad de la espectrometría de masas chromato se define por la sensibilidad de los CHS, que constantemente se están mejorando, lo que permite ampliar el uso del sistema de GC-MS.

La alta precisión muestra la detección selectiva. Su esencia se reduce a los registros del testimonio no a lo largo del volumen de la corriente de iones entrantes, sino al máximo para las supuestas moléculas de iones. Esto reduce el método de la mezcla y le permite detectar el contenido mínimo de una sustancia dada en cualquier composición. Por lo tanto, la espectrometría de masas de cromato se usa activamente en medicina y farmacología para buscar marcadores específicos: por ejemplo, hormonas o medicamentos en fluidos biológicos.

La alta sensibilidad tiene un espectrómetro de masas de cromato con MSD de ISS. Las características del detector utilizado en él son para:

• uso de materiales especiales que proporcionan una salida de ión alta en cualquier módulo de operación;
• sistema automático de procesamiento de señales mediante capacidades de software;
• sistema de configuración automática MS;
• sistema de diagnóstico automático MS;
• combinando electrodos de alta calidad con un sistema de detección digital que le permite aumentar la velocidad de escaneo;
• sistema de reducción de ruido especial del helio residual.

La alta sensibilidad y la amplia esfera de aplicar un espectrómetro de cromatomasa, justifica bastante su precio.

La calidad del resultado también afecta la velocidad del espectro de masas, que debe ser significativamente más alto que la construcción de un pico cromatográfico. Si la velocidad disminuye, aparecen las imposiciones máximas y la distorsión del resultado del resultado.

Este parámetro depende del analizador de masas instalado. Optimamente actualmente es un sistema cuadrupolo que funciona por principio siguiente. El arroyo pasa a través de cuatro imanes que crean un campo de alta frecuencia. Encontrar en él, las partículas con cierta relación de masa y carga caen en la trampa, todos los demás están "tamizados".

MS en un período igual de tiempo escanean los espectros de sustancias analizadas. Luego se procesa cada instantánea estadística, y el valor total da una idea del conjunto de espectros en cada momento. La mayoría de las MS modernas (por ejemplo, en unidades con ISS MSA, que se describió anteriormente), este tipo de analizadores se instalaron.

El equipo para cromatografía en masa se caracteriza por sus parámetros y capacidades. Para encontrar una técnica que satisfaga las necesidades de un usuario moderno, debe considerar los siguientes parámetros:

• fuente de ionización utilizada (golpe electrónico, ionización química);
• la sensibilidad de la MS más común le permite alcanzar 10-9 ... 10-12 g en diferentes modos de escaneo;
• la capacidad de escanear: es deseable que el espectrómetro de masas de cromato sea compatible con la búsqueda selectiva mediante grupos de partículas específicas (modo SIM), y también realice la exploración completa en el rango especificado (modo de escaneo completo).

Gran importancia para la espectrometría de masas cromato adquiere software que se suministra en el kit. Determina la posibilidad de construir un cromatograma en tiempo real, controlar sobre la estabilidad de los parámetros especificados, recepción automática de informes en una forma conveniente. Depende de hasta qué punto el espectrómetro de masas de cromato sea conveniente. Además, los desarrolladores ofrecen un conjunto de bibliotecas que contienen espectros para diversos industriales y esferas científicas: Medicina y farmacología (hormonas, drogas, drogas), industria productora de petróleo (hidrocarburos), ecología (pesticidas y otros contaminantes orgánicos), etc.

Selección del espectrómetro de masas de cromato, es necesario tener en cuenta todas las especificaciones. Luego, el dispositivo adquirido responderá completamente a las necesidades del usuario.

Ministerio de Salud de la Federación Rusa.

Artículo general de la farmacopea

Espectrometría de masasOFS.1.2.1.1.0008.15

Ingresado por primera vez

Método de espectrometría de masas: un método de análisis de alta calidad y cuantitativo de los medicamentos basados \u200b\u200ben la medición directa de los índices de masa al número de cargas positivas o negativas elementales de iones ( mETRO./ z.) En la fase de gas derivada de la sustancia de prueba. El cargo puede deberse a la adición o pérdida de un electrón, protón, catión o anión dependiendo de las condiciones de ionización y composición de la muestra. Esta relación se expresa en unidades atómicas de masa (a.e.m.) o en Dalton (SI). Los iones formados en la fuente de iones del dispositivo se aceleran y antes de ingresar detector Separado utilizando el analizador de masas. Estos procesos se producen en la cámara en la que el sistema de la bomba admite el vacío de 10 -3 a 10 -6 PA. La señal correspondiente al ion está representada por varios picos correspondientes a la distribución estadística de varios isótopos de este ion. Esta señal se llama perfil isotópico (para moléculas pequeñas), y un pico separado que representa el isótopo más común para un átomo, - pico monoisotopo. El espectro de masas resultante es un gráfico de la dependencia del número de iones diferentes de la relación. m / Z.. Al analizar moléculas complejas, existe la necesidad de que dos y más analizadores de masas consecutivos descifren la estructura molecular. En el dispositivo MS / MS (MS N) ( espectrómetro de masas en tándem) Los analizadores de masas se construyen constantemente después del otro. De los iones divididos en el primer analizador de masas, las partículas no están identificadas por su estructura ( iones parentales) y divídalos en fragmentos más pequeños por una colisión con átomos de gas inerte ( disociación activada por colisión - CID) o radiación láser. Este proceso se implementa antes del segundo analizador de masas, con el que analizan los productos de decaimiento ( iones hija).

El análisis espectrométrico en masa proporciona una información importante cualitativa y cuantitativa (utilizando estándares externos o internos) (determinación de masas moleculares, estructura de fragmentos de moléculas definidas) con un límite de detección de Pekomole [PMOL (10 -12)] a fempomol [FMOL (10 - 15)].

Los métodos del método se caracterizan por el método para ingresar la muestra en el dispositivo, el mecanismo de la formación de iones (tipo fuente de iones) y el método de separación de iones en términos de masa a cargo (tipo analizador masivo).

Características técnicas de los espectrómetros de masas.

Las características técnicas más importantes de los espectrómetros de masas son la velocidad de escaneo, sensibilidad, rango dinámico, resolución.

Velocidad de escaneo

El analizador de masas salta a iones con una cierta relación masa y carga ( mETRO./ z.) En un cierto momento (excepto para dispositivos multicolector, resonancia ión ciclotrón, trampas de iones orbitales). Para analizar todos los iones en relación. mETRO./ z.El analizador de masas debe escanear todos los valores necesarios para pasar al detector de todos los iones de interés. La velocidad de despliegue de campo se denomina velocidad de escaneo, que debe ser máxima (respectivamente, el tiempo de exploración debe ser lo más pequeño posible), ya que el espectrómetro de masas debe registrar una señal durante el rendimiento del pico cromatográfico, que puede ser de varios segundos. Al mismo tiempo, los espectros de masas más grandes se medirán durante el rendimiento del pico cromatográfico, más precisamente se describirá el pico cromatográfico, y menor será la probabilidad de omitir su valor máximo.

El analizador de masas más lento es un imán, el tiempo de exploración mínimo de que, sin una pérdida especial de sensibilidad, es una fracción de un segundo. El analizador de masa cuádrupolo puede girar el espectro durante las décimas de la segunda, la trampa de iones y la trampa de iones lineales, más rápidas, y el espectrómetro de masas de la resonancia de iones-ciclotrón es más lenta.

Cualquier digitalización en todos los tipos listados de analizadores de masas es el compromiso - con un aumento en la velocidad de exploración, la sensibilidad disminuye, porque Se gasta menos tiempo en la grabación de una señal para cada número de masa. Para los métodos típicos para analizar la velocidad de escanear un analizador de cuadrupolo o una trampa de iones, es suficiente obtener resultados satisfactorios. Al mismo tiempo, para el análisis de alto rendimiento de los sistemas moleculares complejos, es recomendable utilizar un espectrómetro de masas de tiempo, que es capaz de grabar espectros de masas a una velocidad de 40,000 espectros por segundo.

Resolución

La resolución o resolución del espectrómetro de masas se define como la posibilidad de analizador de masas para dividir iones con masas cercanas. Es muy importante determinar las masas de iones con la mayor precisión posible, esto le permite calcular la composición atómica del ion o identificar la molécula mediante la comparación con la base de datos, lo que reduce el número de posibles candidatos de miles y cientos de unidades o uno . Para los analizadores de masa magnética, en los que la distancia entre los picos de espectro de masas no depende de los iones masivos, la resolución es una cantidad igual a M / Δm. Este valor generalmente se determina por un 10% de altura máxima. Por lo tanto, la resolución 1000 significa que alcanza los picos con las masas de 100.0 AE.M. y 100.1 a.y.m. Se separan unos de otros, es decir, no se superponen hasta el 10% de la altura.

Para analizadores en los que la distancia entre los picos cambia en el rango operativo de las masas (que mas massaCuanto más pequeño la distancia), como los analizadores de cuadrupolo, las trampas de iones, los analizadores de tiempo de vuelo, la resolución (M / ΔM) tiene un significado diferente: caracteriza una masa particular. Por lo tanto, estos analizadores de masas se caracterizan por el ancho de los picos: el valor restante constante en todo el rango de masas. El ancho de los picos se mide al 50% de su altura. Para tales dispositivos, el ancho máximo en una vida media igual a 1 es un buen indicador y significa que dicho analizador de masas puede distinguir entre las masas nominales, difiriendo en la unidad atómica de masa en casi todo su rango operativo.

Una masa nominal o un número de masa se llama un entero en la escala de versiones atómicas de la masa. Por ejemplo, la masa de iones de hidrógeno H + es igual a 1.00787 AE.M., y su número de masa es 1. Los analizadores de masa que miden las masas nominales se llaman analizadores de baja resolución. Los espectrómetros de masas de doble enfoque (magnético y electrostático), resonancia de ion-ciclotrón se refieren a los instrumentos de la media o alta resolución. Un permiso típico para un espectrómetro magnético es un valor superior a 60.000, y la operación en el nivel de resolución es de 10000 - 20000 es una rutina. En el espectrómetro de masas de la resonancia de iones-ciclotrón al analizar una muestra con una masa de aproximadamente 500 a.m. Se puede lograr fácilmente el permiso de 500,000, lo que permite mediciones de iones masivos con una precisión del cuarto - el quinto signo después de la coma. Las resoluciones de varios miles pueden lograrse cuando se usan analizadores de masas que toman el tiempo; Sin embargo, explorando las muestras con un peso molecular grande para el que este tipo de instrumento tiene una ventaja sobre otros analizadores, este permiso es suficiente para medir la masa de ion con una precisión de ± decenas a.e.m.

La resolución del analizador de masas está estrechamente relacionada con otra característica importante: la precisión de la medición de la masa de iones. Por ejemplo, las masas de iones de nitrógeno molecular (N 2 +) y monóxido de carbono (CO +) son 28,00615 y 27,99491 a.m. En consecuencia, ambos iones se caracterizan por un número de masa 28. Estos iones serán registrados por el espectrómetro de masas de la búsqueda a una resolución de 2500, y el valor de peso preciso medido demostrará cuál de estos gases se registra. La medición de la masa exacta está disponible en dispositivos de doble enfoque, en un momento de espectrómetros de masas de tiempo (en el rango de peso bajo de bajo peso) y en espectrómetros de masas de resonancia de iones-ciclotrón.

Gama dinámica

Rango dinámico: la proporción de señales detectables máximas y mínimas. Al analizar una mezcla que contenga el 99.99% de un compuesto o cualquier elemento y el 0.01% de cualquier impureza, el rango de linealidad debe ser el cuarto orden. Los espectrómetros de masas para analizar los compuestos orgánicos se caracterizan por un rango dinámico de 5 a 6 pedidos, y espectrómetros de masas para el análisis elemental: 9 - 12 pedidos.

Sensibilidad

La sensibilidad es una de las características más importantes de los instrumentos analíticos. Normalmente, el parámetro asociado con la sensibilidad es la cantidad mínima determinada de la sustancia o el umbral de detección. La magnitud típica del umbral de detección de un buen espectrómetro de cromatomasa utilizado para analizar compuestos orgánicos es 1 ∙ 10 -12 g con una forma de 1 solución de microcrolómetro.

Límites de detección sustancias inorgánicas El método ICP / MS (AC / MS - espectrometría de masas con plasma inductivo-unido) es 1 ∙ 10 -15 (una acción en mil billones).

Alcance del método

Autenticación del destino

El espectro de masas fragmentado es una "huella digital" estructura química. Por lo tanto, la identidad de los espectros de masas indica de forma inequívoca la identidad de las moléculas, especialmente en combinación con el uso de bibliotecas de espectros de masas y los datos cromatográficos. El espectro de masas de alta resolución le permite determinar la composición atómica de la molécula (fórmula bruta) por la masa exacta.

Determinación cuantitativa de sustancias farmacéuticas e impurezas en formas de dosificación.

El análisis cuantitativo se lleva a cabo utilizando muestras estándar en combinación con las técnicas tradicionales cromatográficas, y la reproducción exacta de las condiciones de cromatografía no necesita, ya que el pico en el cromatograma se identifica por el espectro de masas y la integración de iones seleccionados o picos de reacciones elegidas. de la formación de un ion particular es por lo general le permite cuantificar el componente en caso de una separación incompleta de los picos en el cromatograma.

Identificación de impurezas y establecer una estructura desconocida.

El espectro de masas le permite determinar el peso molecular del compuesto en el ion molecular, y en muchos casos es posible descubrir de qué fragmentos la molécula es que, en combinación con el uso de bibliotecas espectreras y los datos de espectroscopia de RMN lo hacen. Posible establecer inequívocamente establecer una estructura química.

Cuantificación de trazas de sustancias en farmacocinética y metabólico.

Selectividad en los modos SIM (monitoreo de iones elegidos) y SRM (monitoreo de reacciones seleccionadas) junto con una sensibilidad muy alta, permite el uso de una combinación de HPLC y espectrometría de masas para determinar las sustancias analizadas con respecto a los antecedentes de tales mezclas multicomponentes complejas como biológicas. Fluidos o extractos de verduras.

Determinación cuantitativa de más de 70 elementos con un límite de medición de 10 a 0.1 PRT ( partes. por. trillón. ) Espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente.

Equipo

El espectrómetro de masas consta de los siguientes bloques que tienen variedades: sistemas de entrada de muestra, fuente de iones, analizador de masas, detector y sistemas de procesamiento de datos.

Sistema de entrada de muestra

La primera etapa de análisis es ingresar una muestra de la sustancia de prueba en el dispositivo sin una violación significativa del vacío.

El sistema de entrada es más aplicable para analizar los componentes de la mezcla separados por el instrumento apropiado conectado al espectrómetro de masas.

Cromatografía de gases / espectrometría de masas (GC / MS) ( GC. / SRA. ).

Cuando se utiliza columnas capilares adecuadas, es posible administrar directamente el extremo de la columna a la fuente de iones del dispositivo sin el uso del separador.

Se utiliza para analizar compuestos químicos que tienen un punto de ebullición de aproximadamente 400 ºС.

Cromatografía líquida / espectrometría de masas (LC / MS).

Dicha combinación de dispositivos es particularmente efectiva al analizar compuestos polares no volátiles o sustancias termolábiles. Debido a la dificultad de obtener iones en la fase gaseosa, con este método requiere el uso de interfaces especiales: electrosepray (ESI), termospresión (TSI), ionización química a presión atmosférica (APCI), fotoinización a presión atmosférica (APPI), etc. ., que son métodos independientes de ionización y se discutirán a continuación.

Cromatografía de fluidos supercríticos / espectrometría de masas

Este método de muestra de entrada radica en el hecho de que la fase móvil, que generalmente consiste en un carbono de dióxido en el estado supercrítico, pasa a un estado gaseoso después de pasar a través de la válvula calentada entre la columna y la fuente de iones.

Electroforesis capilar / espectrometría de masas ( Ce / SRA. )

El eluyente se introduce en la fuente de iones, en algunos casos, después de agregar un disolvente adicional, mientras que el caudal puede alcanzar varios mililitros por minuto. Las limitaciones de este método son pequeñas cantidades de la muestra de entrada y la necesidad de usar soluciones de búfer volátiles.

Muestra dispositivos de entrada directa

La muestra se ingresa en el dispositivo a través de una puerta de enlace de vacío con una válvula, varillas, transportadores o autosampler, se evapora térmicamente o durante la desorción de la superficie directamente en la fuente de iones. Con este método de entrada, es necesario usar muestras puras o significó que el espectro de masas obtenido puede ser un espectro de una mezcla de varias conexiones.

Fuente de iones

Ionización electrónica ( Ei )

El flujo de electrones se ioniza una muestra de la sustancia de prueba en un estado gaseoso, la energía cuya energía (generalmente 70 EV) es mayor que la energía de la ionización de la muestra. Además, además del ión molecular de M +, se forman iones de fragmentación de masas más pequeñas, características de esta estructura molecular. La principal limitación de este método es la necesidad de evaporar la muestra, lo que hace que sea imposible estudiar polar, termolábiles o conexiones de alto peso molecular. La ionización electrónica se puede usar en cromatografía de gases en combinación con espectrometría de masas y solo en algunos casos, en cromatografía líquida.

Ionización química ( Ci )

En este caso, el método de ionización utiliza reactivo de gas (metano, isobutano, amoníaco, monoóxido de nitrógeno, dióxido de nitrógeno o oxígeno). El espectro contiene iones de tipo (M + H) +, (MN), así como complejos iónicos formados por un analito con un reactivo usado a gas. La fragmentación en la ionización química se manifiesta en menor medida que cuando la ionización es un impacto en electrones.

Para sustancias termolábiles, se usa un tipo de este método de ionización, en el que la muestra aplicada al cable se evapora muy rápidamente debido al efecto Jule - Thomson (ionización química de la desorción).

Bombardeo por átomos rápidos ( FAB. ) o ionización por bombardeo por iones rápidos (espectrometría de masas de ion secundario - Sims).

Muestra disuelta en una matriz viscosa (glicerina o mETRO.-Nitrobencyl alcohol) se aplican a la superficie metálica, ionizada por la corriente de átomos neutros (argón o xenón) o los iones de cesio con una gran energía cinética. Se observan iones (M + H) + y (MN), tipos o complejos iónicos formados por el medio (matriz) y la muestra. Este tipo de ionización es adecuado para los compuestos polares, termolábiles, lo que le permite obtener los espectros de moléculas con una masa de hasta 10.000. Es importante que la muestra se distribuya uniformemente en la matriz, de lo contrario, la calidad del espectro se deteriora enormemente, y los intentos de cuantificar las mezclas conducen a resultados impredecibles. FAB FUB conocido, que se puede usar para cromatografía líquida, pero el caudal de la fase móvil debe ser muy baja (menos de 10 μl / min).

Desorción de campo y ionización de campo.

Muestra se evapora cerca del emisor de alambre de tungsteno cubierto con mini (ionización de campo) o colocado en este cable (Desorción de campo).

El campo eléctrico (voltaje de aproximadamente 10 kV), formado por el emisor, ioniza la muestra. La energía que se transfiere en virtud de los datos de los métodos de ionización es solo una fracción de EV, es decir. El exceso de energía del ion molecular es significativamente más bajo que con otros métodos de ionización. Además, otros electrones de la molécula ionizante no están emocionados, y M + resulta ser principalmente (no excitado) condición electrónicaY el espectro es a menudo el único pico que pertenece al ion molecular.

Ionización de desorción láser de matriz (MALDI)

Una muestra mezclada con el medio correspondiente (matriz) y se coloca en un sustrato de metal se ioniza mediante pulsos láser cortos con una longitud de onda de UV a un rango IR (la duración de los pulsos puede ser de picosegundo a varios nanosegundos). Los compuestos orgánicos absorbentes UV se usan comúnmente como una matriz (2,5-dihidroxibenzoico, ácido sindicato, 2,6-dihidroxiacetofenona, etc.). Este método de ionización se usa principalmente al analizar compuestos con un peso molecular muy grande (más de 100,000 sí).

Plasma inductivamente conectado ( ICP. )

Una muestra disuelta en ácido mineral fuerte (ácido nítrico, ácido clorhídrico cloruro, ácido de plástico, vodka zarista, etc.), se suministra a la zona de combustión del plasma argón, donde a una temperatura de varios miles de grados hay una decadencia de la Muestra a átomos con ionización. El método se utiliza para determinar más de 70 elementos. Debido a la presencia de interferencias moleculares, el uso óptimo de dispositivos de alta resolución o analizadores de masas combinados con la cámara de colisiones. Las interferencias isotópicas, por regla general, pueden resolverse por métodos matemáticos.

ElectrosPRONY (ELECTROPRAJE) ( ESI )

La muestra en la solución se introduce en la fuente a través del capilar, al final del cual hay un potencial de aproximadamente 5 metros cuadrados. A la salida del capilar, se forma un aerosol de gotitas cargadas con una alta carga superficial. La evaporación de las moléculas de disolventes del microcapel generado conduce a la formación en la fase gaseosa de una carga (M + H) +, (MN), o iones cargados multiplicados (M + NN) + N (M-NN) - n. El caudal de la fase móvil en esta forma de ionización puede variar desde varios NL / MIN a 1 - 2 ml / min. Este método de ionización se utiliza para compuestos polares. El uso del electrooprey es particularmente eficaz para establecer la estructura de polipéptidos, proteínas y ácidos nucleicos con masas moleculares Hasta 10.000.000 y más. Muy buena electroprama se combina con cromatografía líquida y electroforesis capilar.

Ionización química a presión atmosférica ( Apci )

La ionización de la muestra se realiza a presión atmosférica en la zona de la descarga de corona, colocada en la trayectoria de la fase móvil, que se pulveriza tanto debido a efectos térmicos como a través del uso del flujo de nitrógeno. Se forman iones descargados (M + H) + o (MN). El método se ha comprobado para analizar moléculas polares y no polares relativamente pequeñas con un peso inferior a 1200. La posibilidad de usar altos caudales de la fase móvil (hasta 2 ml / min) hace que este método de ionización sea ideal para una combinación con cromatografía líquida.

Fotoinización a presión atmosférica ( APPI. )

En la fuente de iones, APPI utiliza una lámpara Krypton, que emite fotones con una energía de 10.0 y 10.6 EV. Estas energías de fotones son suficientes para ionizar la mayoría de los compuestos analizados, mientras que para la ionización de disolventes típicos (agua, metanol, acetonitrilo, etc.) para la cromatografía de líquidos de fase facial con detección espectrométrica de masas, se necesita radiación con mayor energía. El uso de fotones de baja energía como fuente de ionización conduce a un espectro de masas libre de "ruido químico", y también garantiza una fragmentación mínima de iones, lo que le permite identificar iones protoneses o cationes radicales.

Además de las variedades anteriores de fuentes de iones, hay una serie de métodos de ionización menos comunes, como la termoesprair, la desorción en plasma, la ablación láser, etc.

Espectrometría de masas Dardo

Espectrometría de masas DART (análisis directo en tiempo real) - método rápido Obtención de los espectros de conexiones de bajo peso molecular en modo en línea directamente durante el análisis, prácticamente no requiriendo la preparación de la muestra. El método permite la identificación ultrarradura de los componentes de cualquier objeto sólido o líquido. El procedimiento de análisis se reduce al hecho de que el objeto se introduce por pinzas (en el caso de muestras sólidas) o un palo (en el caso de los objetos líquidos) a la fuente de ion de dardo, donde hay evaporación de la sustancia y su Ionización con el registro posterior de iones por el espectrómetro de masas. Al mismo tiempo, se forman espectros muy simples, generalmente que contienen iones moleculares protonados de los componentes de bajo peso molecular de la muestra. El método de espectrometría de masas DART es aplicable para realizar un seguimiento de la integridad del flujo de la síntesis orgánica de las nuevas sustancias farmacológicas, el análisis directo de los componentes de mezclas separados en la placa TLC, desde su superficie, detectando falsificaciones al analizar sustancias y medicamentos farmacéuticos.

Analizador masivo

Foco doble

El principio de operación de todos los analizadores de masas se basa en ley física Los movimientos de las partículas cargadas, según las cuales la trayectoria de las partículas cargadas en el campo magnético se torce, y el radio de curvatura depende de la masa de las partículas. Está en el registro de iones de dispositivo se distribuyen a través de las masas. Se establece un analizador electrostático adicional para aumentar los permisos en las rutas de iones. Los espectrómetros de masa magnética tienen una alta resolución, lo que hace posible usarlos en el estudio de compuestos orgánicos con alta resolución, al analizar los índices isotópicos, el análisis elemental sobre la sensibilidad marginal.

Analizador cuadrupolo

El instrumento del analizador del tipo especificado se basa en el principio de un cuadrupolo, que es 4 varillas para las cuales se suministra una cierta combinación de una voltaje eléctrico variable de frecuencia constante y de radiofrecuencia en polaridad opuesta. Los iones que se mueven paralelos a los ejes de estas barras caen en el campo hiperbólico. La posibilidad de transmitir iones depende de la relación. m / Z. y voltaje del campo de radiofrecuencia. Cambio de selección de voltaje de campo Todos los valores m / Z. En el rango de operación del dispositivo (generalmente de 1 a 2000). Algunos dispositivos escanean hasta 4000 AE.M.

Los espectrómetros de masas de cuadrupolo no requieren el uso de altos voltajes sobre miles de voltios, en contraste con los espectrómetros de masas magnéticos. Esto le permite simplificar el diseño, ya que para crear un vacío en el dispositivo requiere dimensiones más pequeñas de la cámara de vacío.

Analizador de tiempo (tiempo o. f Vuelo, TOF)

En tales analizadores, los iones se distribuyen por masa en el espacio inútil, y no a expensas de los patrones de movimiento de partículas cargadas en el campo (magnético o electrostático). Los iones de la fuente aceleran el campo eléctrico, comprando energía cinética bastante grande, y caen en el espacio inútil. En la entrada de este espacio, todos los iones tienen la misma energía cinética y, de acuerdo con la fórmula. MI. = mechón 2/2, se moverá con diferentes velocidades. Dependiendo de la masa de los iones, el detector se ha alcanzado en diferentes momentos. El registro de iones y medición del tiempo cuando entra en el detector le permite calcular su masa.

Basado en el tiempo del analizador de masas, se diseñan espectrómetros de masas muy rápidos (y sensibles).

El analizador de masas de tiempo de vuelo, en contraste con el analizador de cuadrupolo, le permite registrar una amplia gama de masas y medir las masas de moléculas muy grandes, y el método de ionización más adecuado se describió sobre el método MALDI (ionización del láser Desorción con la asistencia de la matriz).

Los analizadores de masa de árbol se utilizan principalmente debido a su simplicidad, velocidad y costo relativamente bajo.

Trampa de ion cuadrupolo

El desarrollo de analizadores de cuadrupolo llevó a la creación de una "trampa de iones".

En una trampa de ión cuadrupolo, los iones se fijan dentro del cuadrupolo debido a los potenciales de bloqueo en los extremos de entrada y salida de la trampa. Luego, al aplicar una frecuencia de radio resonante variable, los iones se emiten de la trampa de acuerdo con la magnitud m / Z. y registrado por un multiplicador electrónico. Dicho mecanismo puede aumentar significativamente la población de la trampa de iones atrapados, lo que conduce a la expansión del rango dinámico y para mejorar la sensibilidad.

La trampa de iones le permite mantener los iones necesarios para establecer la estructura, sin centrarse en los fragmentos restantes de la molécula, mientras que el proceso de fragmentación se puede repetir repetido, de hasta 10 a 10 veces (la designación generalmente aceptada MS N) .

Resonancia de iones-ciclotrón

Iones expuestos a un campo magnético fuerte Mover a lo largo de las trayectorias circulares con frecuencias que pueden estar directamente relacionadas con los valores m / Z. Para estos iones por medio de una transformada de Fourier. Los analizadores de este tipo tienen una resolución muy alta (hasta 1,000,000 y más), y también permiten obtener los espectros de MS N.

La desventaja de los analizadores de masas basados \u200b\u200ben la resonancia de iones-ciclotrón es la necesidad de usar una presión muy baja (aproximadamente 10 -7 PA) y el uso de imanes superconductores que operan a una temperatura del helio líquido 4.2 K.

Iones de trampa orbital

En los iones de trampa orbital no usan. campos magnéticos (Espectrómetro de masas con doble enfoque o resonancia de iones-ciclotrón) o radiofrecuencia (trampas de ión cuadrupolo). El principio de funcionamiento de los analizadores de masas de este tipo se basa en una trampa de iones orbital de armónica axial electrostática, que utiliza un campo eléctrico estático simétrico entre los electrodos externos e internos de una forma especial.

Por analogía con analizadores de masas basados \u200b\u200ben la resonancia de iones-ciclotrón en el espectrómetro con una trampa de iones orbitales, el ion se detecta mediante el valor inducido de la corriente en los electrodos externos; Frecuencias correspondientes a diferentes m / Z.Mezclado utilizando el algoritmo de transformación de Fourier, y luego convertir al espectro de masas.

La trampa orbital también se caracteriza por un mayor tanque de iones. La gran capacidad de la carga espacial en comparación con las trampas de iones-ciclotrón y cuadrupolo permite lograr una mayor precisión de la medición de masa (resolución de aproximadamente 100,000 en la vida media del pico), un rango dinámico más amplio y rango de proporciones de cantidades m / Z..

Detección de señal y procesamiento de datos.

Los iones separados por el analizador se convierten en señales eléctricas al detectar sistemas, en particular, un multiplicador electrónico, fotomultiplier o un cilindro de farade. El control de diversos parámetros físicos requeridos para la operación coordinada de todos los sistemas de instrumentos, el procesamiento de datos, incluida la calibración, la visualización de espectros, los cálculos cuantitativos automáticos, el archivo de datos, la creación y el uso de bibliotecas de espectros de masas se realizan mediante una computadora con el software correspondiente.

Registro de espectros

Hay tres formas básicas de registrar espectros: en la corriente de iones completa (TIC); monitoreo de los iones elegidos (SIM) o iones múltiples (MIM); Registro selectivo de reacciones de decaimiento elegidas Ion (SRM) o iones múltiples (MRM).

La inscripción en la corriente de iones completa y la disociación, iniciada por colisión, hace posible obtener espectros de masas, asociada únicamente con la estructura de una molécula particular.

Sobre la base de los espectros obtenidos, las bibliotecas (bases de datos) se crearon para determinar la estructura de la molécula en los espectros de referencia.

El registro selectivo de iones le permite determinar las pequeñas concentraciones del analito contra el fondo de una matriz compleja, y también conduce a una gran victoria en la sensibilidad: el tiempo que se gasta en la grabación del espectro de masas completo, cuando el registro selectivo es Se utiliza para grabar solo uno o más iones.

El registro de reacciones seleccionadas es un método aún más selectivo para determinar el compuesto deseado en una mezcla compleja.

Este método es fundamentalmente diferente de los métodos espectroscópicos anteriores. La espectrometría de masas estructurales se basa en la destrucción de la molécula orgánica como resultado de la ionización de una forma u otra.

Los iones resultantes están ordenados por su relación de masa / carga (M / Z), luego se registra el número de iones para cada valor de esta relación en la forma del espectro. En la Fig. 5.1. Se presenta un esquema general de un espectrómetro de masas típico.

Higo. 5.1. Diagrama de bloques de un espectrómetro de masas típico

Para mantener una muestra en el espectrómetro de masas, generalmente se usa un tipo de cromatografía, aunque en muchos dispositivos hay una oportunidad para ingresar directamente la muestra en la cámara de ionización. Todos los espectrómetros de masas tienen dispositivos para la ionización de la muestra y la separación de iones en la magnitud de M / Z. Después de la separación, debe detectar iones y medir su número. El encabezado típico de iones consiste en colimar brechas que se envían al colector en este momento solo los iones de una especie, donde se detectan, y la señal de detección se mejora con un multiplicador electrónico. Los modernos espectrómetros de masas están equipados con software especializado: las computadoras controlan la acumulación, el almacenamiento y la visualización de los datos.

Actualmente, fue la práctica habitual de combinar el espectrómetro de masas con el cromatógrafo de gas (GC-MS) o líquido (LC-MS).

Todos los espectrómetros de masas se dividen en dos clases: dispositivos bajos (únicos) y de alta resolución (R). Los espectrómetros de baja resolución son dispositivos en los que se pueden dividir las masas completas a M / Z 3000 (R \u003d 3000 / (3000-2990) \u003d 3000). En este dispositivo de los compuestos C 16 H 26 O 2 y C 15 H 24 NO 2 es indistinguible, ya que el dispositivo se fijará en el primero y en el segundo caso una masa 250.

Los dispositivos de alta resolución (R \u003d 20000) podrán distinguir entre C 16 H 26 O 2 (250.1933) y C 15 H 24 NO 2 (250.1807), en este caso R \u003d 250.1933 / (250.1933 - 250.1807) \u003d 19857.

Por lo tanto, en dispositivos de baja resolución, es posible establecer una fórmula estructural de sustancia, sin embargo, a menudo es necesario para este propósito. Además, es necesario atraer datos de otros métodos de análisis (IR-, espectroscopia de RMN).

Los dispositivos de alta resolución pueden medir la masa de iones con una precisión suficiente para determinar la composición atómica, es decir, Determinar la fórmula molecular de la sustancia estudiada.

En la última década, tuvo lugar el rápido desarrollo y la mejora de los espectrómetros de masas. Sin discutir su dispositivo, observamos que se dividen en tipos según 1) del método de ionización, 2) del método de separación de iones. En general, el método de ionización no depende del método de separación de iones y viceversa, aunque hay excepciones. Más información sobre estos problemas se establece en la literatura [Sinsb. Lebedev].

En este manual, se considerarán los espectros de masas obtenidos por la ionización por impacto de electrones.

5.2. Espectros de masas con ionización por golpe electrónico.

La huelga electrónica (UE, el impacto en electrones, la IE) es el método más común de ionización en espectrometría de masas. La ventaja de este método es la capacidad de usar los motores de búsqueda y las bases de datos (el método de la UE fue históricamente el primer método de ionización, las principales bases de los datos experimentales se obtuvieron en dispositivos con la UE).

La molécula de sustancias de muestra en la fase gaseosa se somete a un bombardeo de electrones de alta energía (generalmente 70 EV) y expulsa un electrón, formando un catión radical, llamado ion molecular:

M + e → m + (ion molecular) + 2e

La energía más pequeña de los electrones bombardeos (ionizados), en los que la formación de una molécula de iones dada se llama energía (o menos bien, el "potencial") de la ionización de la sustancia (U E).

La energía de la ionización es una medida de fuerza, con la que la molécula mantiene al electrón menos asociado.

Como regla general, para las moléculas orgánicas, la energía de la ionización es de 9 a 12 años, por lo tanto, el bombardeo por electrones con una energía de 50 EV y por encima, informa el exceso de energía interna del ión molecular emergente. Esta energía se disipa parcialmente debido a la ruptura de los enlaces covalentes.

Como resultado de tal brecha, se produce la decadencia de iones molecular sobre partículas de una masa menor (fragmentos). Tal proceso se llama fragmentación.

La fragmentación ocurre selectivamente, es de alto rendimiento y se presentan para esta conexión.. Además, los procesos de fragmentación son predecibles, y está determinando las posibilidades amplias de la espectrometría de masas para el análisis estructural. En esencia, un análisis estructural por espectrometría de masas es identificar iones de fragmentación y restauración retrospectiva de la estructura de la molécula original, basada en las direcciones de fragmentación del ion molecular. Por ejemplo, el metanol forma un ion molecular según el esquema:

ACERCA DE
el punto inferior es el electrón restante impar; Cuando la carga se localiza en un átomo separado, el signo de carga se indica en este átomo.

Muchos de estos iones moleculares se desintegran durante 10 -10 - 10 -3 C y dan una serie de iones de fragmentación (fragmentación primaria):

Si algunos de los iones moleculares tienen una vida útil suficientemente larga, alcanzan el detector y se registran en forma de pico de un ion molecular. Dado que el cargo del ión original es igual a una, actitudmETRO./ z. Para este pico le da un peso molecular de la sustancia en estudio.

De este modo, el espectro de masas es la representación de las concentraciones relativas de fragmentos cargados positivamente (incluido el iones molecular), dependiendo de sus masas.

La literatura especial presenta las tablas de los iones de fragmentos más comunes, donde se indican la fórmula estructural del iones y su valor M / Z [Prosch, Gordon, SilverStain].

La altura de los más intensos en el espectro pico se toma por 100%, y las intensidades de otros picos, incluido el pico del ion molecular, se expresan como un porcentaje del pico máximo.

En ciertos casos, el pico de iones molecular intenso puede ser. En general: la intensidad del pico depende de la estabilidad del ion formado..

En los espectros de masas, a menudo hay una serie de picos de iones fragmentos, que difieren en la diferencia homóloga (CH 2), es decir, 14 a.e.m. Las series homológicas de iones son características de cada clase de sustancias orgánicas, y por lo tanto tienen información importante sobre la estructura de la sustancia estudiada.