Detektori u masama spektrometrije. Kromatografske metode i njihova upotreba u prepoznavanju onečišćujućih tvari prirodnih okruženja

Masena spektrometrija je metoda proučavanja tvari, masenog izračuna i broja iona kada je tvar ionizacija.

Navigacija:

Oprema na koju se proizvodi masena spektrometrija je maseni spektrometar. On analizira uzorak i daje podatke u obliku grafikona (maseni spektri).

Na taj se način može istražiti bilo koji materijal koji se podložan ionizaciji.

Široka uporaba masene spektrometrije dobivene u takvim područjima kao:

• lijek i lijekovi;
• genetski inženjering i biokemija;
• kemijska industrija;
• iNDUSTRIJA HRANE;
• kozmetički i parfimery;
• laboratorijska dijagnostika za određivanje tvari u kriminalistici, doping kontrola, ekologija;
• proizvodnja polimernih i plastičnih materijala;
• industriji poluvodiča;
• nuklearna energija;
• metalurška proizvodnja;
• rafinerije i petrokemijske industrije;
• biologija, geologija, hidrologija, mineralogije i druge industrije.

Studijske staze masene spektrometrije u različitim područjima razlikuju se ovisno o tome koji se podaci moraju dobiti na kraju.

Masena spektrometrija može se dobiti sljedećim podacima:

• utvrditi strukturu spoja;
• istraživačka tvar na komponentama;
• uspostaviti dob geološke stijene ispitati sastav izotopa;
• chromato masena spektralna analiza za ekološku sferu;
• istražite ionizacijske procese, ionske reakcije;
• izmjeriti potencijal i energiju molekula.

Prednost metode masene spektrometrije je da je vrlo mala količina tvari dovoljna za istraživanje.

Nedostatak se sastoji od uništenja materijala, koji se proučava, tj. Analizirani su konverzijski proizvodi.

Bilješka. Masena spektrometrijska metoda u suštini ne odnosi se na spektrometrijsku metodu, jer ne postoji interakcija uzorka s elektromagnetskim zračenjem. No, zbog grafičke vrste ovisnosti o snazi \u200b\u200bionskog toka iz masenog omjera na naboj, koji je sličan spektru, ova metoda i dobila ime.

Vrlo dostupno i detaljno je osvijetljena masena spektrometrija tutoriali, kao Lebedev a.t. "Masena spektrometrija u organskoj kemiji."

Metoda masene spektrometrije

Metoda masene spektrometrije je sekvencijalno izvršavanje sljedećih operacija:

1. Ionizacija tvari, odnosno lišavanje molekula barem jedan ion. Masa ispod mase molekule je mnogo puta, tako da neće utjecati na rezultat studije.
2. Ubrzanje naplaćenih čestica u vakuumskom mediju u električnom polju nakon čega slijedi ih u magnetsko polje.
3. Analiza kretanja čestica u magnetskom polju, naime njihovoj brzini, zakrivljenosti putanja kretanja. Više nabijenih čestica brzo se ubrzava i reagira bolje magnet. Čestice s velikom masom nisu tako kontrolirane zbog inercije kretanja.

Bilješka. Vakuum je neophodan za slobodno kretanje nabijenih čestica i sprječavanje njihovog pretvaranja u nevolje.

Uzorak ionizacija može se izvesti na nekoliko načina i ovisi o traženom cilju.

Postoje takve metode ionizacije u masovnoj spektrometriji:

1. Elektronički udarac - prilagođen za izotopnu i molekularnu analizu anorganskih materijala.
2. Kemijska ionizacija - studirati organske materijale.
3. Elektrosprost.
4. Lasersko zračenje.
5. Bombardiranje od strane hrpe iona.

Posljednje tri metode koriste se za proučavanje tvari s velikim molekulama.

Dodatno, metoda ionizacije je podijeljena u nekoliko vrsta tvari prije studije, naime plina, tekućine ili krutine.

Stanja plina (faza) uzorka provodi se takvim ionizacijskim metodama:

• elektronička (izotopska masena spektrometrija);
• kemikalija;
• elektronički zahvat;
• ionizacija u električnom polju.

Tekuće stanje (faza) uzorka provodi takve ionizacijske metode u masenoj spektrometriji:

• termospair;
• na otvorenom;
• elektrosprej;
• kemijska na otvorenom;
• fotoinizacija.

Čvrsta stanja (faza) uzorka se provodi na takve načine ionizacije:

• izravna laserska desorpcija;
• matrična aktivirana laserska desorpcija / ionizacija (masena spektrometrija Moldi);
• masena spektrometrija sekundarnih iona (ionska masena spektrometrija);
• bombardiranje brzim atomima;
• desorpcija u električnom području;
• desorpcija plazme;
• ionizacija u induktivnoj plazmi (masena spektrometrija s induktivnom plazmom);
• termoionizacija (površna ionizacija);
• ionizacija u sjajnom pražnjenju (ionizacija iskre);
• ionizacija u procesu laserskih ablacija.

Posljednje četiri opcije su dovoljno krute, ali bez njih nemoguće je dobiti ione u uzorcima s vrlo izdržljivim vezama.

Detektor propuštanja masenog spektrometrijskog helij

Metoda masene spektrometrije u detektorima curenja helija, na primjer, pH-10, T1-50 i drugi prakticira vrlo široko.

Studirani sustavi ili spremnici ispunjeni su helijem, a zatim uz pomoć masene spektrometrijske metode, mjesta su tražena, gdje helium prodire kroz pukotine.

Osjetljivost masene spektrometrijske metode omogućuje pronalaženje čak i vrlo malih propuštanja inertnog plina u vrlo malim količinama, stoga je detektor propuštanja masenog istjecanja helija jedan od najtočnijih i korištenih uređaja u industriji.

Metoda masene spektrometrije kromato

Metoda kromato-masene spektrometrije je tandemska masena spektrometrija kromatografije i masene spektrometrije, tj. Kombinacija ove dvije metode.

Kromatografija je uključena u razdvajanje molekula na nabijenim česticama, a masena spektrometrija ih analizira.

Postoje dvije vrste masene spektrometrije kromato:

• plin;
• tekućina.

Određivanje metodom kromato masene spektrometrije pripravka organskih tvari, koje su najčešće višekomponentne, možda je jedina dostupna metoda. Najbolje je kombinacija plinske kromatografije i iona detektora masenog spektrometra.

Zato je masena spektrometrija kromato dobila veliku potrošnju u medicinskoj praksi za dijagnosticiranje i analizu bolesti i njihovih patogena, uključujući definiciju mikrobiozenoze različitih organa bilo koje koncentracije metodom kromato masene spektrometrije ili masene spektrometrije mikrobnih oznaka bioloških materijala (krv, urin i drugo). Mikrobiocenoza metodom kromato masene spektrometrije osigurava sposobnost identificiranja mnogih mikroba koji se ne mogu identificirati drugim metodama, čak i onima koji su u stanju spavanja u zaštitnim kapsulama. I stoga ljudi dobivaju priliku iskoristiti pravo i pravodobno liječenje, što je nemoguće precijeniti.

Osim toga, kromato masena spektrometrija se ekstenzivno koristi u lijekovima za stvaranje novih lijekova, kemijske industrije, ekološke sfere za procjenu uzorka ambijentalni, genetski inženjering, tehnička kontrola različite regije Industrija, laboratorijska istraživanja za prisutnost u krvi zabranjenih droga i tako dalje.

Plinska kromatografija

Plinska kromatografija masena spektrometrija osigurava dodavanje nosača inertnog plina (često ovaj helij), koji je pokretni element. Studirana tvar je fiksni element.

Plinska masena spektrometrija omogućuje analizu plinova, tekućina i krutina koje imaju molekulsku masu ispod 400. Studirane tvari moraju imati potrebne hlapljive, inertne i toplinske stabilne svojstva.

Shema plinske kromatografije predlaže se u dijagramu ispod.

Spektrometrijska analiza

Spektrometrijska analiza se odvija u masovnim analizatorima i detektorima masenog spektrometra.

Maseni analizatori su kontinuirani i impulsni. Oni se razlikuju u činjenici da je primitak iona u njima stalno (kontinuirano) ili porcija, respektivno.

Kontinuirani analizatori pripadaju magnetskom i četverokutu, na impulsne ionske zamke, analizator vremena za vrijeme leta i analizator ionsko-ciklotronske rezonancije s Fourierovom transformacijom.

Glavni zadatak analizatora je preraspodjela iona s različitim parametrima pokreta.

Nakon toga, ioni spadaju u detektor, koji registrira različite spektre iona.

Najčešće se kao detektori koristi sekundarno-elektronski višestruki ili fotomultiplier. Prvi registrira kvantitativne pokazatelje različitih iona s elektronskim gredama, drugi registri treperi od bombardiranja od strane iona fosfora.

Tu su i druge vrste detektora, to su mikrokonalni multiplikatori, sustavi kao što su diodne matrice i kolektori.

Što je maseni spektrometar

Maseni spektrometar se zove vakuumska oprema, koja je sposobna analizirati tvar prema zakonima premještanja nabijenih čestica u magnetskom i električnom polju.

U pojednostavljenom obliku, opis masenog spektrometra može biti predstavljen kao: Glavne komponente uređaja su ionski izvor, analizator mase i detektor.

Izvor iona pretvara konvencionalne molekule uzorka na napunjene čestice i stavlja ih u električno i magnetsko polje kako bi se ubrzao.

Maseni analizator dijeli ione na brzini brzine kretanja, naime vrijeme preseljenja na određenu udaljenost.

Detektor registrira podatke o relativnom iznosu svake skupine.

Uz glavne komponente, maseni spektrometar je opremljen čak i vakuumskim instalacijama s pumpom i ventilatora za proizvodnju vakuuma, mjerač tlaka, sustav za postavljanje probni uzorak, elektronički krug, indikatori, stabilizator i drugo.

Ovisno o ionizaciji tvari, maseni spektrometri su statični i dinamični.

Tu su i maseni spektrometri s dva masovna analizatora, tj. Tandem spektrometri. Koriste se uglavnom na meke načine ionizacije.

Kako razlikovati molekule različitih veza? Ispada najlakši način - vaganje na posebne skale, koje se nazivaju maseni spektrometar

Marina chadeev

Sportski svijet čeka još jedan šok: novi steroid razvijen je u dubokoj tajnosti, što čini iz sportaša od superhumana

Načelo rada masenih spektrometara elektrostatičkog i magnetskog sektora u dvostrukom uređaju za fokusiranje. Ioni koji lete iz izvora usredotočeni su u prorezima ne samo u različitim smjerovima, već i sa različite energije

Kvadrupole analizator. Ioni s odabranim omjerom mase (m) za punjenje (z) prolaze duž osi analizatora i spadaju u detektor, a ioni s drugim m / z odnosima okrenuli su šipke ili lete izvan radnog prostora

Možda, uskoro poznati korisnici propusnosti za provjeru putnika bit će mnogo pametniji. Zamislite čovjeka u blizini detektora prolazi, plućni povjetarac dodiruje svoju odjeću - i uskoro sigurnosna služba već ima informacije o tome da li ovaj putnik ima nešto s bilo kakvim opasnim tvarima. Probni uzorci takvih detektora toliko su osjetljivi da su u stanju otkriti tragove kemijskog spoja, čak i ako su ostale samo nekoliko molekula. I oni su napravljeni na temelju masenog spektrometra - uređaja koji može razlikovati molekule masom i odrediti postotak svake vrste molekula u uzorku tvari.

U biti, maseni spektrometar je precizan elektromagnetske skale, koje mogu biti "vaganje" atomi s točnošću od 10-31 grama. To je zbog ovog izuma u dvadesetim godinama prošlog stoljeća, izotopi od svih poznatih kemijski elementii kada je znatiželja znanstvenika bila dovoljno zadovoljna, došao je red primijenjene zadatke, U četrdesetim godinama, u laboratorijima occroje, maseni spektrometar je korišten u odvajanju izotopa urana za prvi atomske bombeI u isto vrijeme, pojavili su se prvi civilni potrošači ovih uređaja - zabrinutost ulja. Koristili su masene spektrometre za kvantitativnu analizu smjese organskih plinova.

Princip rada

Moderni maseni spektrometri su nesumnjivo točniji i napredniji od svojih prethodnika stogodišnjih ograničenja, ali osnovni princip njihovog rada ostaje nepromijenjen, a dizajn, kao stotinu godina, uključuje tri glavna elementa: ionizator, analizator i detektor.

Isprva, molekule bi trebale biti ionizirane, to jest, da ih je lišiti najmanje jedan elektron. Budući da elektron u tisućama (a ponekad i na desecima tisuća) puta lakši od molekule, ionizacija praktički ne utječe na njegovu masu. Nakon ionizatora, čestice padaju u analizator, koji je vakuumska komora s električnim i magnetskim poljima. Ioni se ubrzavaju s električnim poljem, a zatim šalju na magnetsko polje, gdje je uvrnut putanja napunjene čestice. Sve čestice se kreću u istom polju, i među sobom se razlikuju u električnom naboju i masi. Što je više naboja, jači možete raspršiti ion i lakše je pretvoriti ga magnetom, ali više njegova masa, to je teže zbog inercije. Kakvu će energiju steći česticu, što će njezina brzina i stupanj zakrivljenosti putanja, ovisi o veličini polja i omjeru mase čestice na njegov punjenje.

Ako pretpostavimo da je, kada je ionizacija iz svake molekule uspjela ometati samo jedan elektron (najčešće i javlja), svi ioni će se ispuštati i priroda njihovog kretanja ovisit će samo na masi. Teži ion, teže se "okreće" i manje zakrivljenosti njegove putanja. Ispada da će čestice s različitim masama doslovno letjeti u različitim smjerovima.

Na posljednji stupanj Morate registrirati te ione nekim detektorom nabijenih čestica, kao što je fotoflastični ili sekundarno-elektronski multimetar. Stavljanje B. prikladno mjesto Broj detektora, vidjet ćemo da će čestice s drugom masom (ali s istom nabojem) pasti u različite detektore. Sada ćemo izgraditi raspored: horizontalna će odgoditi koordinatu detektora, koji je registrirao ion, i okomito - broj tih iona. Mi ćemo dobiti maseni spektar - slika slična zračenjem spektra: što je veća razlika u masama, daljnje točke udaranja jedni od drugih, a više čestica stižu na ovo mjesto, to je veći signal i gore navedeni vrh.

Zapravo u moderni sustavi Koristi se samo jedan detektor. Uz određenu vrijednost polja, ioni određene mase su usmjerene. Postupno mijenja veličinu polja, možete usmjeriti detektor na preokretima različitih iona i registrirati ih. Računalo izračunava odgovarajuće mase pomoću vrijednosti polja, uspoređuje se s bazom podataka i gradi maseni spektar.

Prvi eksperimenti

U nizu osnivača, masovna spektrometrija je prvo ime elektronskog otvaranja Sir Joseph John Thomson. U to vrijeme, na kraju početka stoljeća, mnogi su fizičari aktivno proučavali električne ispuštanja u plinovima. Prije svega, oni su bili zainteresirani za naplaćene čestice koje su se dogodile. Nakon što je stavio niz duhovitih eksperimenata, Thomson je mogao odrediti parametre negativno nabijenih čestica (koje sada znamo kao elektroni), a zatim angažirani pozitivno nabijeni - ioni. Istražiti ione, morao je sastaviti zasebnu instalaciju. Thomson je postavio katodu s rupama usred staklene cijevi, magnet iza njega, pa čak i dalje iza cijevi - fotoplastične. Pozitivno nabijeni ioni različitih kemijski spojeviTko je bio u cijevi, odletio je u katodu, udario magnetsko polje kroz rupe i na kraju je napustio tragove na različitim mjestima fotoflastične. Prema koordinatama čestica na fotoflastičnim i poznatim vrijednostima Thomson Fielda, omjer masenih iona do njihovih optužbi i zabilježeno je na fotografijama putanja vodikovih iona, atomskog i molekularnog kisika, ugljičnog dioksida i ugljičnog monoksida , Merkur i Neon. Tako je počela era masene spektrometrije.

Višak težine

Nakon Drugog svjetskog rata, Thomson je istraživanja nastavila svoj pomoćnik Francisa Williama Astona. Poboljšani uređaj koji je Aston nazvao maseni spektrograf dopustio ne samo da vide linije koje odgovaraju česticama s različitim masama, već su također imali dovoljno točnosti za određivanje kvantitativnih odnosa između njih. Većina Astona i njegovo osoblje pogodio je činjenicu da su atomske težine svih svjetlosnih elemenata izraženi u relativnim jedinicama, s nevjerojatnom točnosti odgovaralo cijelom broju. Uzimajući masu atoma kisika za 16 jedinica, dobivena je vrijednost 12 za ugljik, za dušik - 14, itd. Za teške elemente, s atomskom težinom više od 30, to je "pravilo cijeli broj" počeo neznatno slomljena, ali najčudnija je vrijednost atomska masa vodik - ne 1 i 1,008. Štoviše, točnost masenog spektrografa bila je takva da se to, na prvi pogled, maloljetnik, razlika ne može biti napisana na pogrešku mjerenja. Prvi koji je shvatio važnost, i što je najvažnije, značenje ove anomalije bio je sam aston. Prema njegovom mišljenju, ova eksperimentalna činjenica nije potvrdila ništa više od međusobnog prijelaza mase i energije predviđene teorije relativnosti: kada su povezane nekoliko protona (vodikovih jezgra), formirajući još jedan element, dio njihove mase ulazi u energiju i kao Rezultat, misa, na primjer, helij je nešto manje od zbroja mase njezinih čestica.

"Rezultati dobiveni korištenjem masenog spektrografa eliminirali su sve sumnje u to pitanje ..." rekao je Aston u svom Nobelovom predavanju 1922. godine. - Možemo biti sasvim sigurni da kada se vodik okreće u helij, određeni dio mase treba nestati ... Možda će se budući istraživači otvoriti na neki način da prizoruju ovu energiju koja će omogućiti da se koristi. Tada će čovječanstvo primiti na raspolaganju takve mogućnosti koje su superiornije od bilo kakve fantazije. " Aston je podržao svoje riječi s brojevima. Prema njezinim proračunima, napravljen na temelju masenih spektrometrijskih mjerenja i teorije relativnosti, ako se svi vodik sadržan u samo 9 grama vode, okrenuti u helij, energija od 200.000 kW / sat će se razlikovati, što je dovoljno za moderno Standardi za osvjetljavanje uobičajenog urbanog stana za nekoliko godina. Sada točno znamo što točno nuklearne reakcije - izvor solarne energije, ali ljudi mogu upravljati samo u načinu termonuklearne bombe, drugim riječima, još uvijek ne znaju kako uopće.

Tako eksperimenti s rasvjetnim svjetiljkama omogućuju fizičare da donose dalekosežne zaključke o temeljnim svojstvima materije, a istovremeno stvaraju prekrasan uređaj za maseni spektrometar.

Kvadrupole masene spektrometre

S pojavom novih metoda detekcije, zajedno s fotoflasti, postupno je otišao u prošlost i izmislio aston ime - maseni spektrograf. Moderni maseni spektrometri, koji su uglavnom zadržali magnetsko polje kao glavni element, došao je zamijeniti. Maseni spektrometri s magnetom ostaju nenadmašni osjetljivošću i, unatoč velikim veličinama i visokom potrošnjom energije, oni nemaju alternativu gdje je potrebna visoka točnost. Potraga za kompaktnijim i ekonomičnijim rješenjem vodio je sredinom 50-ih godina profesora Wolfgang Paula i njegovog osoblja sa Sveučilišta u Bonnu do stvaranja masenog spektrometra bez magnetskog polja - kvadrupole analizator s naizmjeničnim električnim poljem. Ovaj analizator se sastoji od četiri šipke, naizmjenični napon radiofrekvencije nanosi se na parove suprotnih štapova i dodatno - konstantni napon između parova. Ovisno o vrijednostima napona i učestalosti, kreću se samo ioni s određenim omjerom mase između šipki između šipki, a ostatak leti. Dizajn je bio stvarno kompaktan i vrlo praktičan.

Minijaturni maseni spektrometar je napravljen specifično kako bi se osigurala sigurnost astronauta međunarodne svemirska postaja, Uključujući i pri radu u otvorenom prostoru. Ovaj uređaj s veličinom kutije za cipele i vaganje 2,3 kg može kontinuirano kontrolirati propuštanje amonijaka, dušik, raketno gorivo, kisik, vodu i različite tvari.

Tko brzo

Čak i prije četverovotnika, 1946. godine, zaposlenik Pennsylvania Sveučilišta William Stephens došao je do drugog načina razvrstavanja molekula po težini bez magneta - vremenski let masenog spektrometra. Ostaje samo mali dio električnog polja za overclock ione,

i glavni dio bio je uključen u beskorisni prostor. Načelo rada ovog uređaja bio je iznimno jednostavan: teški ioni su teže raspršiti zbog svoje inercije, a time i oni, imaju manju brzinu nakon overclockinga i kretati se sporije u neplodnom prostoru bez polja, stižete u detektor kasnije pluća , Ako pretpostavimo da su svi ioni optuženi isti, vrijeme na putu bit će izravno proporcionalan korijen Od mase. Prvo, svjetlo ioni stići će u detektor, a zatim oni koji su teži, a posljednje je najteže. Takav je uređaj lakši (iako je postojala manja točnost od magnetskog) i jeftinije, a također je posjedovao ogromnu brzinu, budući da je cijeli spektar iona u širokom rasponu masa zabilježen u jednom prolazu i nije bilo potrebno provesti vrijeme postupna promjena u polju.

Uz pomoć masenog spektrometra u pištolju 1985. godine otvoren je cijeli razred Nove tvari su punerence. Do tog vremena već je bilo poznato da se klasteri sastoje od molekula koje se sastoje od ugljika različitih brojeva Atomi ugljika (do 24). Zahvaljujući masovnim spektrometrima, ovi grozdovi su uspjeli razlikovati te klastere i odrediti njihove mase. Kada se para preselila na studiju ugljične plazme usmjerene u struju helija, molekule iz većeg broja atoma bile su vidljive na masenim spektrima, uključujući C60 i C70. A s određenim načinima stvaranja plazme, vrhunac koji odgovara C60 postao je nekoliko puta veći od svih ostalih, što ukazuje na stabilnost ovog spoja. Tako su pronađene neobične molekule u obliku nogometne kuglice, koji se sastoje od 60 atoma ugljika, za koje su dodijeljene punejene 1996. godine Nobelova nagrada u kemiji.

Delikatan pristup

Uistinu, neograničen opseg uporabe masene spektrometrije je analiza složenih organskih tvari, bez kojih je moderna medicina i biologija nezamisliva. Međutim, to je bilo moguće samo nakon pojave novih ionizacijskih metoda. Uostalom, za masovnu spektrometrijsku analizu morate dobiti besplatne ione i stoga isparite tvar. Većina bioloških molekula ne čini takvo nasilje nad sebe i raspao se pod djelovanjem visokih temperatura koje prate proces isparavanja. Stoga su za njih izmišljene više delikatnih metoda transformacije u slobodne ione. Jedan od njih je ionizacija električnog eksploatacije. Otopina tvari pod tlakom ulazi u metalnu kapilaru, na koju se podnosi visoki napon (3-4 kv). Iz uske mlaznice kapilara, kapljice se istisnu, koji se, visoko napunjeni, raspada, gubi molekulu otapala, a napon se odabire na takav način da maseni spektrometar uključuje biomolekule. Druga metoda nazvana "matrična laserska desorpcija / ionizacija" matrice "još je lukaviji. Uzorak proučava se primjenjuje na matricu iz posebno odabrane tvari koja može učinkovito apsorbirati lasersko zračenje. Uz brzo grijanje ovog sendviča, laserski impuls molekule uzorka je ioniziran, ne dobro je dobiti dovoljno od strane dijela.

Zahvaljujući novim metodama ionizacije, masena spektrometrija biomolekula koji koriste relativno jednostavne i jeftine četverokrevetne i vremenske masene spektrometre počele su se naširoko koristiti u praksi - u razvoju novih lijekova, određivanje tragova psihotropnih i narkotičnih tvari, studija DNA, proteini i druge tvari. Postoje sve banke podataka, s kojima je moguće identificirati organsku tvar u skladu s njegovim komponentama otkrivenim u masenom spektrometru.

Kombinacija masene spektrometrije i druge fizikalno-kemijske metode namijenjene odvajanju i analizi smjesa - kromatografije bila je vrlo plodna. Prvo, upotrebom kromatografa, komponente smjese se izoliraju i zatim odvojeno su usmjerene na unos masenog spektrometra. Takvi uređaji su opremljeni doping kontrolnim laboratorijima. Uz pomoć kromato masenih spektrometara, sadržaj anaboličkih steroida, analgetike, diuretike, stimulansa i kortikosteroida. Bez obzira na to koliko je sportaš pokušao, za koga je medalja skuplja od vlastitog zdravlja, da bi se sakrila upotreba anabolika, to neće moći to učiniti - moderan maseni spektrometar može pronaći u krvi ili urinu milijardu udjela tih zabranjenih lijekova. Istina, postoji vrsta borbe: netko sintetizira nove doping fondove, a netko ih pokuša otkriti, a bez takvog alata, kao maseni spektrometar, potonji, najvjerojatnije, ova utrka bi se izgubila.

Za sve prigode

Danas, razna upotreba masene spektrometrije došla je daleko izvan okvira jedinstvenih projekata i opisati brojne dizajne masovnih analizatora i metoda ionizacije, ne bi imala cijeli broj časopisa. Prijenosni kromato maseni spektrometri su u službi američka vojska U Iraku. Oni vam omogućuju otkrivanje manjih tragova reagensa za kemijsko oružje i koriste se za preliminarnu analizu okolnog okruženja. Visoke precizne masene spektralne analize kupuju carinske usluge - to je način da pažljivo prati sastav naftnih derivata i određuje podrijetlo ulja doslovno do bunara, budući da je sastav izotopa jedinstven za svako polje.

Moderni maseni spektrometar može zauzeti eksperimentalnu dvoranu ili staviti u malu kutiju na stolu, sadržavati supravodljivu magnet ili bez magnetskog polja. Osjetljivost ovih uređaja nevjerojatna mašta. Dovoljno je miligrama organskog onečišćujućih tvari na tonu vode tako da se maseni spektrometar može sumnjati u njegovu kvalitetu i anorganske nečistoće - i manje. Paradoksalno, visoka osjetljivost mogu sama postati izvor problema: na primjer, prilikom provjere putnika, beznačajnih tragova lijekova, slučajno pada na novčane račune, mogu se naći na rukama savršeno uglednog građanina! Međutim, to je zadatak druge sorte i, imajući tako divan alat na raspolaganju, kao maseni spektrometar, osoba će ga sigurno moći riješiti.

Kromatska masena spektrometrija je analitička metoda koja se temelji na kombinaciji kromatografskog i masenog spektrometra, koristi se za kvantitativnu i kvalitativnu definiciju pojedinih komponenti u složenim smjesama. Ovaj članak će razmotriti glavna pitanja koja se odnose na suštinu masene spektrometrije kromato i njegovih značajki:

Uređaj kojim se provodi studija, naziva se naziv masenog spektrometra kromato ili HCMS. Prolazi kroz kromatograf, uzorak je podijeljen na komponente, a maseni spektrometar je odgovoran za njihovu identifikaciju i analizu. Ovisno o karakteristikama ispitivanog sastava i zahtjeva za točnost rezultata, koristi se jedna od dvije tehnike: ili visokoprecizna tekućinska kromatografija ili plinska kromatografija s masenom spektrometrijskom detekcijom GC-MS-a.

Proučavan sastav se uvodi u isparivač kromatograf i odmah se prevodi u plinovitoj formi, pomiješan s inertnim nosačem plina i pod tlakom se isporučuje u kolonu. Prolazeći kroz kromatografsku kolonu, uzorak je podijeljen na komponente koje se dovode do MS i prelaze se kroz spektrometrijsku komponentu uređaja.

Da bi se dobio spektar, molekule komponente uzorka su ionizirane, poseban senzor čita promjenu struje iona, na temelju kojih je kromatogram napisan. Softver za obradu kromatograma omogućuje vam da potvrdite dobivene vrhove s registriranim ranije, a time i provođenjem njihove točne kvalitativne i kvantitativne definicije. U isto vrijeme, višestruki maseni spektar, koji daje ideju o strukturi komponenti, uključujući i one koji nisu identificirani ranije.

Masena spektrometrija kromato razvijena je u 50-ima prošlog stoljeća, a prvi uređaj je sastavljen i testiran u 60-ima.

Učinkovitost i učinkovitost kromato masene spektrometrije definirana je osjetljivošću CHS-a, koja se stalno poboljšava, što omogućuje proširenje uporabe GC-MS sustava.

Visoka točnost pokazuje selektivnu detekciju. Njegova suština svodi se na evidenciju o svjedočenju ne u cijeloj količini dolazne ionske struje, ali na maksimumu za navodne molekule iona. Time se smanjuje metoda smjese i omogućuje vam da otkrijemo minimalni sadržaj dane tvari u bilo kojem pripravku. Stoga se masena spektrometrija kromato aktivno koristi u medicini i farmakologiji za traženje specifičnih oznaka: na primjer, hormona ili lijekova u biološkim fluidima.

Visoka osjetljivost ima maseni spektrometar kromato s ISS MSD-om. Značajke detektora koji se koriste u njemu su:

• korištenje posebnih materijala koji pružaju visoku ionsku izlaz u svim načinima rada;
• automatsko sustav obrade signala putem softverskih mogućnosti;
• sustav za automatsko postavljanje MS;
• automatsko dijagnostički sustav MS;
• kombiniranje visokokvalitetnih elektroda s digitalnim sustavom detekcije koji vam omogućuje da povećate brzinu skeniranja;
• posebni sustav smanjenja buke od ostatka helij.

Visoka osjetljivost i široka sfera primjene kromatomasa spektrometra, sasvim opravdava svoju cijenu.

Kvaliteta rezultata također utječe na brzinu masenog spektra, koji bi trebao biti znatno veći od konstrukcije kromatografskog vrha. Ako se brzina smanjuje, pojavljuju se vršne nametanje i izobličenje rezultata analize.

Ovaj parametar ovisi o instaliranom analizatoru mase. Optimalan je trenutno četverovolni sustav koji posluje sljedeći princip, Stok prolazi kroz četiri magneta koji stvaraju visokofrekventno polje. Pronalaženje u nju, čestice s određenim omjerom mase i punjenja padaju u zamku, sve ostale su "prosijane".

MS u jednakog vremenskom razdoblju skenira spektra analiziranih tvari. Zatim se obrađuje svaka statistička snimka, a ukupna vrijednost daje ideju okup spektra u svakom trenutku. Većina modernih MS (na primjer, na jedinicama s ISS MSA, koja je opisana gore), instalirana je ova vrsta analizatora.

Oprema za masovnu kromatografiju karakteriziraju njegovi parametri i sposobnosti. Da biste pronašli tehniku \u200b\u200bkoja zadovoljava potrebe modernog korisnika, morate uzeti u obzir sljedeće parametre:

• korišteni izvor ionizacije (elektronički udarac, kemijska ionizacija);
• osjetljivost najčešćih MS omogućuje vam da dosegnete 10-9 ... 10-12 g na različitim načinima skeniranja;
• sposobnost skeniranja: Poželjno je da maseni spektrometar kromato podržava selektivno pretraživanje određenim skupinama čestica (SIM način rada), a također je izvršio potpuno skeniranje u navedenom rasponu (način rada u potpunosti skeniranja).

Velika važnost za kromato-masenu spektrometriju dobiva softver koji se isporučuje u kompletu. Određuje mogućnost konstrukcije kromatograma u stvarnom vremenu, kontroliranjem stabilnosti navedenih parametara, automatsko primanje izvješćivanja u prikladnom obliku. To ovisi o tome koliko je maseni spektrometar kromato prikladan. Osim toga, programeri nude skup knjižnica koje sadrže spektre za razne industrijske i znanstveni sferi: Medicina i farmakologija (hormoni, lijekovi, lijekovi), industriji za proizvodnju nafte (ugljikovodici), ekologija (pesticidi i drugi organski onečišćujućilja), itd.

Odabir masenog spektrometra kromato, potrebno je uzeti u obzir sve specifikacije. Tada će stečeni uređaj u potpunosti odgovoriti na potrebe korisnika.

Ministarstvo zdravstva Ruske Federacije

Opće članak Farmacopoeia

Masovna spektrometrijaOd.1.2.1.1..0008.15

Prvi put

Metoda masenog spektrometrija - metoda visokokvalitetne i kvantitativne analize lijekova na temelju izravnog mjerenja masenih omjera na broj elementarnih pozitivnih ili negativnih optužbi iona ( m./ z) U plinskoj fazi izvedenoj iz ispitivane tvari. Naknada može biti posljedica dodavanja ili gubitka elektrona, protona, kationa ili aniona ovisno o uvjetima ionizacije i pripravka uzorka. Ovaj omjer je izražen u atomskim jedinicama mase (A.E.M.) ili u Daltonu (da). Ioni formirani u izvoru iona uređaja ubrzavaju se i prije ulaska detektor razdvojeni pomoću masovnog analizatora. Ti se procesi pojavljuju u komori u kojoj je sustav crpke podržava vakuum od 10-3 do 10-6 pa. Signal koji odgovara ionu predstavljen je nekoliko vrhova koji odgovaraju statističkoj raspodjeli različitih izotopa ovog iona. Ovaj se signal naziva izotopni profil (za male molekule) i poseban vrh predstavlja najčešći izotop za atom, - vršak monoizotopa, Dobiveni maseni spektar je graf ovisnosti o broju različitih iona iz odnosa m / z., Kada analizirate složene molekule, postoji potreba za dvije i više uzastopnih masovnih analizatora za dešifriranje molekularne strukture. U MS / MS uređaju (MS N) ( maseni spektrometar tandem) Maseni analizatori su izgrađeni dosljedno jedni drugima. Iz iona podijeljenih u prvom masovnom analizatoru, čestice su neidentificirane njihovom strukturom ( roditeljski ioni) i razdvojiti ih u manje fragmente kolizijom s atomima inertnih plina ( disocijacija aktivirana sudom - CID) ili lasersko zračenje, Ovaj se postupak provodi prije drugog analizatora mase, s kojom se proizvodi propadanja analiziraju ( kćeri ioni).

Masena spektrometrijska analiza daje važnu kvalitativnu i kvantitativnu (korištenje vanjskih ili unutarnjih standarda) informacija (određivanje molekularnih masa, struktura fragmenata definiranih molekula) s ograničenjem detekcije iz pekomola [pmol (10 -12)] do fempomola [Fmol (10 - 15).

Metode postupka karakterizirani su metodom unosa uzorka u uređaj, mehanizam formiranja iona (vrsta ionski izvor) i način odvajanja iona u smislu mase za punjenje (vrsta masovni analizator).

Tehničke značajke masenih spektrometara

Najvažnije tehničke karakteristike masenih spektrometara su brzina skeniranja, osjetljivosti, dinamičkog raspona, razlučivosti.

Brzina skeniranja

Masovni analizator preskače ione s određenim omjerom mase i punjenja ( m./ z) U određeno vrijeme (osim za višekrollektorske uređaje, ionsko-ciklotronska rezonancija, orbitalne ionske zamke). Kako bi se analizirali sve ione u odnosu m./ zMasa analizator mora skenirati sve vrijednosti potrebne za prolazak detektora svih iona interesa. Stopa implementacije na terenu naziva se brzina skeniranja, koja mora biti maksimalna (respektivno, vrijeme skeniranja mora biti što je moguće manje), budući da maseni spektrometar mora registrirati signal tijekom prinosa kromatografskog vrha, koji može biti nekoliko sekundi. U isto vrijeme, veći maseni spektri bit će mjeren tijekom prinosa kromatografskog vrha, upravo će se opisati kromatografski vrh, a manje vjerojatnost preskoči svoju maksimalnu vrijednost.

Najsporije masovni analizator je magnet, što je minimalno vrijeme skeniranja, bez posebnog gubitka osjetljivosti, djelić sekunde. Kvadrupolni analizator mase može pretvoriti spektar tijekom desetine druge, ionske zamke i linearne ionske zamke - brže, a maseni spektrometar ionskotrotronske rezonancije je sporiji.

Bilo koji skeniranje u svim navedenim vrstama masovnih analizatora je kompromis - s povećanjem brzine skeniranja, osjetljivost se smanjuje, jer Manje vremena se troši na snimanje signala za svaki broj mase. Za tipične metode za analizu brzine skeniranja kvadrupole analizatora ili ionske zamke, dovoljno je dobiti zadovoljavajuće rezultate. U isto vrijeme, za analizu visokih performansi složenih molekularnih sustava, preporučljivo je koristiti maseni spektrometar s vremenom, koji je sposoban za snimanje masenih spektara brzinom od 40.000 spektra u sekundi.

Rezolucija

Rezolucija ili rješavanje masenog spektrometra definira se kao mogućnost masovnog analizatora da podijeli ione s bliskim masama. Vrlo je važno odrediti mase iona što je točnije moguće, to vam omogućuje da izračunate atomski sastav iona ili identificiramo molekulu usporedbom s bazom podataka, smanjujući broj mogućih kandidata iz tisuća i stotina na jedinice ili jedan , Za analizatore magnetskih masa, u kojima udaljenost između vrhova masenih spektra ne ovisi o masovnim ionima, razlučivost je količina jednaka m / δm. Ova vrijednost se obično određuje s visinom od 10%. Dakle, rezolucija 1000 znači da vrhovi s masama od 100,0 AE.M. i 100.1 a.y.M. Oni su odvojeni jedan od drugoga, to jest, oni nisu postavljeni do 10% visine.

Za analizatore u kojima se udaljenost između vrhova mijenja u radnom području mase (nego više MassaManja udaljenost), kao što su kvadrupole analizatori, ionske zamke, analizatori vremenskog leta, razlučivost (m / Δm) ima različito značenje: karakterizira određenu masu. Stoga se ove masovne analizatore karakterizira širina vrhova - vrijednost preostala konstantna u cijelom rasponu mase. Širina vrhova mjeri se na 50% njihove visine. Za takve uređaje, širina vrhunca na poluživotu jednaka 1 je dobar pokazatelj i znači da je takav masovni analizator u stanju razlikovati nomenske mase, različito u atomskoj jedinici mase u gotovo svom radnom području.

Nominalna masa ili masovni broj naziva se cijeli broj u mjerilu atomskih verzija mase. Na primjer, masa vodikovog iona H + je jednaka 1.00787 ae.m., a njegov masovni broj je 1. masovni analizatori koji mjere nominalne mase nazivaju se analizatori niskih razlučivosti. Maseni spektrometri s dvostrukim fokusiranjem (magnetskim i elektrostatičkim), ion-ciklotronskom rezonanjom odnosi se na instrumente prosjeka ili visoka rezolucija, Tipična dozvola za magnetsko spektrometar je vrijednost veća od 60000, a rad na razini razlučivosti je 10.000 - 20000 je rutina. Na masenom spektrometru ion-ciklotronske rezonancije pri analizi uzorka s masom od oko 500 sati. Može se lako postići dopuštenje od 500.000, što omogućuje mjerenje masovnih iona s točnošću od četvrtog - petog znaka nakon zareza. Rezolucije od nekoliko tisuća mogu se postići pri korištenju masovnih analizatora vremena; Međutim, istraživanje uzoraka s velikom molekularnom težinom za koju ova vrsta instrumenta ima prednost u odnosu na druge analizatore, to dopuštenje je dovoljno samo za mjerenje mase iona s točnošću od ± tens a.e.m.

Razlučivost masenog analizatora usko je povezana s drugom važnom karakteristikom - točnost mjerenja ionske mase. Na primjer, mase molekularnih iona dušikovih (N2 +) i ugljikov monoksid (CO +) su 28,00615 i 27,99491. Prema tome, oba ione karakteriziraju masovni broj 28. Ove ione će se zabilježiti masenim spektrometrom pregledavanja na rezoluciji od 2500, a izmjerenu točnu vrijednost težine će se pokazati koji se od tih plinova bilježi. Mjerenje točne mase dostupno je na dvostrukim uređajima za izoštravanje, u vrijeme vremenskih masenih spektrometara (u rasponu niske molekularne težine) i na masenim spektrometrima ion-ciklotronske rezonancije.

Dinamički raspon

Dinamički raspon - omjer maksimalnih i minimalnih signala koji se mogu detektirati. Pri analizi smjese koja sadrži 99,99% jednog spoja ili bilo kojeg elementa i 0,01% bilo kakve nečistoće, raspon linearnost mora biti četvrti redoslijed. Maseni spektrometri za analizu organskih spojeva karakterizirani su dinamičnim rasponom od 5-6 naloga, a maseni spektrometri za elementarnu analizu - 9 - 12 narudžbi.

Osjetljivost

Osjetljivost je jedna od najvažnijih značajki analitičkih instrumenata. Tipično, parametar povezan s osjetljivošću je minimalna određena količina tvari ili praga za otkrivanje. Tipična veličina praga za otkrivanje dobrog spektrometra kromatomasa koji se koristi za analizu organskih spojeva je 1 ≈ 10-12 g s oblikom 1 mikrolometarske otopine.

Ograničenja otkrivanja anorganske tvari Metoda ICP / MS (AC / MS - masena spektrometrija s induktivnom plazmom) je 1 ≈ 10 -15 (jedan dio na kvadrilijun).

Opseg metode

Provjera autentičnosti sudbine

Fragmentirani maseni spektar je "otisak prsta" kemijska struktura, Stoga, identitet masovnog spektra nedvosmisleno ukazuje na identitet molekula, posebno u kombinaciji s korištenjem knjižnica masenih spektra i kromatografskih podataka. Maseni spektar visoke rezolucije omogućuje vam da odredite atomski sastav molekule (bruto formula) točno masom.

Kvantitativno određivanje farmaceutskih tvari i nečistoća u oblicima doziranja

Kvantitativna analiza se provodi korištenjem standardnih uzoraka u kombinaciji s tradicionalnim kromatografskim tehnikama, a točna reprodukcija kromatografskih uvjeta ne treba, budući da je vrhunac na kromatogramu identificiran pomoću masenog spektra i integraciju odabranih iona ili pikova izabranih reakcija formiranja određenog iona obično omogućuje kvantificiranje komponente u slučaju nepotpune odvajanja vrhova na kromatogramu.

Identifikacija nečistoća i uspostavljanje nepoznate strukture

Maseni spektar omogućuje vam da odredite molekularnu težinu spoja na molekularnom ionu, au mnogim slučajevima moguće je saznati iz kojih fragments molekula je da je u kombinaciji s korištenjem spektra knjižnica i podataka NMR spektroskopije čini ga moguće nedvosmisleno uspostaviti kemijsku strukturu.

Kvantifikacija u tragovima tvari u farmakokinetici i metabolički

Selektivnost u SIM načini (praćenje izabranih iona) i SRM (praćenje odabranih reakcija) zajedno s vrlo visokom osjetljivošću omogućuje upotrebu kombinacije HPLC i masene spektrometrije da se odredi analizirane tvari u pozadini takvih složenih višekomponentnih smjesa kao što je biološka tekućine ili biljni ekstrakti.

Kvantitativno određivanje više od 70 elemenata s ograničenjima mjerenja od 10 do 0,1 PRT ( dijelovi. po. trilijun. ) Masena spektrometrija s induktivno vezom plazme.

Oprema

Maseni spektrometar se sastoji od sljedećih blokova koji imaju nekoliko sorti: uzorak ulaznih sustava, ionski izvor, masovni analizator, detektor i sustavi za obradu podataka.

Ulazni sustav uzorka

Prva faza analize je unijeti uzorak ispitivane tvari u uređaj bez značajnog kršenja vakuuma.

Ulazni sustav je najistaknutiji za analizu komponenti smjese odvojene odgovarajućim instrumentom spojenim na maseni spektrometar.

Plinska kromatografija / masena spektrometrija (GC / MS) ( GC. / MS. ).

Kada koristite prikladne kapilarne stupce, moguće je izravno upravljati kraj stupca na izvor uređaja bez upotrebe separatora.

Koristi se za analizu kemijskih spojeva koji imaju točku vrenja od oko 400 ° C.

Tekuća kromatografija / masena spektrometrija (LC / MS).

Takva kombinacija uređaja je posebno učinkovita pri analizi nehlapljivih polarnih spojeva ili termolabilnih tvari. Zbog poteškoća u dobivanju iona u plinskoj fazi, s ovom metodom zahtijeva korištenje posebnih sučelja: elektrosprej (ESI), termosprint (TSI), kemijska ionizacija pri atmosferskom tlaku (APCI), fotofinizacija na atmosferskom tlaku (APPI), itd , koje su neovisne metode ionizacije i raspravljat će se u nastavku.

Superkritična fluidna kromatografija / masena spektrometrija

Ova metoda ulaznog uzorka leži u činjenici da mobilna faza, obično se sastoji od ugljika dioksida u superkritičnom stanju, prolazi u plinovito stanje nakon prolaska kroz zagrijani ventil između kolone i izvora iona.

Kapilarna elektroforeza / masena spektrometrija ( Ce / MS. )

Eluens se uvodi u izvor iona, u nekim slučajevima, nakon dodavanja dodatnog otapala, dok brzina protoka može doseći nekoliko mililitara u minuti. Ograničenja ove metode su male količine ulaznog uzorka i potrebu za korištenjem hlapljivih puferskih otopina.

Uzorak izravnih ulaznih uređaja

Uzorak se unosi u uređaj kroz vakuumski pristupnik pomoću ventila, šipke, transportera ili autozama, isparava toplinski ili tijekom desorpcije s površine izravno u izvoru iona. S ovom metodom unosa potrebno je koristiti čiste uzorke ili je značilo da je dobiveni maseni spektar može biti spektar mješavine nekoliko spojeva.

Ionski izvor

Elektronska ionizacija ( Ei )

Uzorak ispitivane tvari u plinovitom stanju je ioniziran elektronom, čiji je energija (obično 70 EV) veća od uzorka ionizacijske energije. Osim toga, pored molekularnog iona M + formiraju se fragmentacijska iona manje mase, karakteristične za ovu molekularnu strukturu. Glavno ograničenje ove metode je potreba za isparavanjem uzorka, zbog čega nemoguće proučiti polar, termolabil ili veze visoke molekularne težine, Elektronska ionizacija se može koristiti u plinskoj kromatografiji u kombinaciji s masenom spektrometrijom i samo u nekim slučajevima - u tekućoj kromatografiji.

Kemijska ionizacija ( CI )

U ovom slučaju, metoda ionizacije koristi reagens za plin (metanski, izobutan, amonijak, dušikov monooksid, dušikov dioksid ili kisik). Spektar sadrži ione tipa (M + H) +, (MN) -, kao i ionski kompleksi formirani analitom s punim reagensom koji se koristi za plin. Fragmentacija u kemijskoj ionizaciji manifestira se u manjoj mjeri nego kada je ionizacija elektronski učinak.

Za termolabilne tvari se koristi tip ove metode ionizacije, u kojoj se uzorak primjenjuje na žicu vrlo brzo ispari zbog učinka joule - thomson (desorpcijska kemijska ionizacija).

Bombardiranje brzim atomima ( Fab. ) ili ionizacija bombardiranjem brzim ionima (sekundarno-ionska masena spektrometrija - sims).

Uzorak otopljen u viskoznoj matrici (glicerin ili m.-Nitrobenzil alkohol) se nanosi na metalnu površinu, ionizirane strujom neutralnih atoma (argona ili ksenona) ili cezij iona s velikom kinetičkom energijom. Ioni se promatraju (M + H) + i (MN) - vrste ili ionski kompleksi formiraju medij (matrica) i uzorak. Ova vrsta ionizacije je dobro pogodna za polarne, termolabilne spojeve, omogućujući vam da se dobije spektar molekula s masom do 10.000. Važno je da je uzorak ravnomjerno raspoređen u matrici, inače se kvaliteta spektra uvelike pogoršava, a pokušaji kvantificiranja mješavina dovode do nepredvidivih rezultata. Poznati Fab Fub, koji se može koristiti za tekućinsku kromatografiju, ali brzina protoka mobilne faze treba biti vrlo niska (manje od 10 ul / min).

Desorpcija polja i ionizacija polja

Uzorak ispari u blizini volframskog žičanog emitera prekrivenog mini (polja ionizacija) ili stavljen na ovu žicu (Desorpcija polja).

Električno polje (napon od oko 10 kV), formira emitera, ionizira uzorak. Energija koja se prenosi pod podacima o metodama ionizacije samo je frakcija EV, tj. Višak energije molekularnog iona znatno je niža nego kod drugih ionizacijskih metoda. Osim toga, drugi elektroni ionizirajuće molekule nisu uzbuđeni, a M + se ispostavlja uglavnom (neopravdano) elektronički uvjetA spektar je često jedini vrhunac molekularnog iona.

Matrična laserska desorpska ionizacija (Maldi)

Uzorak pomiješan s odgovarajućim medij (matrik) i stavljen na metalni supstrat je ioniziran kratko laserskim impulsima s valnom duljinom od UV do IR raspona (trajanje impulsa može biti iz PicoseCond u nekoliko nanosekundi). UV apsorbiranje organskih spojeva uobičajeno se koriste kao matrica (2,5-dihidroksibenzojeva, sinapinska kiselina, 2,6-dihidroksiacetofenon, itd.). Ova metoda ionizacije se koristi uglavnom pri analizu spojeva s vrlo velikom molekularnom težinom (više od 100.000 da).

Induktivno povezana plazma ( ICP. )

Uzorak je otopljen u jakoj mineralnoj kiselini (dušična kiselina, kloridna klorovodična kiselina, plastična kiselina, Tsaristička votka, itd.), Isporučuje se u zoni izgaranja argonske plazme, gdje na temperaturi od nekoliko tisuća stupnjeva postoji propadanje uzorak na atome s ionizacijom. Metoda se koristi za određivanje više od 70 stavki. Zbog prisutnosti molekularnih smetnji, optimalno korištenje uređaja visoke razlučivosti ili kombiniranih masenih analizatora s komorom sudara. Izotopske interferencije, u pravilu, mogu se riješiti matematičkim metodama.

Elektrosprony (elektrosprej) ( Esi )

Uzorak u otopini se uvodi u izvor kroz kapilaru, na kraju koji postoji potencijal od oko 5 četvornih metara. Na izlazu kapilara nastaje aerosol napunjenih kapljica s visokom površinom. Uparavanje molekula otapala iz generirane mikrokapel dovodi do formiranja u plinskoj fazi jedno-napunjenih (M + H) +, (MN) - ili višestruko nabijenih iona (M + NN) + N, (M-NN) - n. Brzina protoka mobilne faze u ovom obliku ionizacije može varirati od nekoliko Nl / min do 1 - 2 ml / min. Ova metoda ionizacije se koristi za polarne spojeve. Upotreba elektrosprey je posebno učinkovita za utvrđivanje strukture polipeptida, proteina i nukleinskih kiselina s molekularne mase do 10.000.000 i više. Vrlo dobar elektrosprej se kombinira s tekućom kromatografijom i kapilarnoj elektroforezi.

Kemijska ionizacija na atmosferskom tlaku ( Apci )

Uzorak ionizacija se provodi pri atmosferskom tlaku u zoni korona pražnjenja, stavljen na put pokretne faze, koji se raspršuje i zbog toplinskih učinaka i korištenjem protoka dušika. Formiraju se ispražnjeni ioni (M + H) + ili (MN). Metoda se pokazala analizirati relativno male polarne i ne-polarne molekule s vaganjem manjim od 1200. Mogućnost korištenja visokih protoka mobilne faze (do 2 ml / min) čini ovu metodu ionizacije idealna za kombinaciju s tekućinskom kromatografijom.

Fotoinizacija na atmosferskom tlaku ( Appi. )

U izvoru iona, APPI koristi KryptoN lampu, koja emitira fotonima s energijom od 10,0 i 10,6 ev. Ove fotonske energije su dovoljne da se ioniziraju većinu analiziranih spojeva, dok je za ionizaciju tipičnih otapala (voda, metanol, acetonitril, itd.) Za likvidnu kromatografiju s fazom s masenom spektrometrijom, radijacija je potrebna s većom energijom. Korištenje niskoenergetskih fotona kao izvor ionizacije dovodi do masovne spektre bez "kemijske buke", a također jamči minimalnu fragmentaciju iona, omogućujući vam da identificirate protonirane ione ili radikalne katicije.

Osim gore navedenih sorti ionskih izvora, postoje brojne manje uobičajene metode ionizacije, kao što su termospair, tuša plazma, laserska ablacija itd.

Masovna spektrometrija Strijelica

Masena spektrometrija strelice (izravna analiza u stvarnom vremenu) - brza metoda Dobivanje spektara niske molekulske veze u on-line načinu izravno tijekom analize, praktički ne zahtijeva pripravak uzorka. Metoda omogućuje ultra-rezanu identifikaciju komponenti bilo kojeg krutog ili tekućeg objekata. Postupak analize sve je sveden na činjenicu da je objekt uveden pomoću pinceta (u slučaju krutih uzoraka) ili štapića (u slučaju tekućih objekata) na ionski izvor DART-a, gdje je isparavanje tvari i njezino ionizacija s naknadnom registracijom iona masenog spektrometra. Istodobno se formiraju vrlo jednostavni spektri, obično sadrže protonirane molekularne ione komponenti niske molekularne težine uzorka. Metoda masene spektrometrije DART primjenjuje se na praćenje cjelovitosti protoka organske sinteze novih lijekova, izravnu analizu komponenti mješavina odvojenih na TLC ploči, s njegove površine, otkrivanje falsifikacija pri analizi farmaceutskih tvari i lijekova.

Masovni analizator

Dvostruki fokus

Načelo rada svih masovnih analizatora temelji se na fizički zakon Pokreti nabijenih čestica, prema kojima je putanje nabijenih čestica u magnetskom polju iskrivljena, a radijus zakrivljenosti ovisi o masi čestica. Upravo u registraciji iona uređaja raspoređuje se kroz mase. Dodatni elektrostatički analizator je postavljen za povećanje dozvola na ionskim stazama. Magnetski maseni spektrometri imaju visoku rezoluciju, što omogućuje korištenje u proučavanju organskih spojeva s visokom razlučivošću, kada se analiziraju izotopni omjeri, elementarna analiza na marginalnoj osjetljivosti.

Kvadrupole analizator

Instrument analizatora određenog tipa temelji se na načelu kvadrupola, koji je 4 šipke za koje se isporučuje određena kombinacija konstantnog i radiofrekvencijskog električnog napona na suprotnom polaritetu. Ioni se kreću paralelno s osi ovih šipki padaju u hiperboličko polje. Mogućnost prijenosa ione ovisi o odnosu m / z. i napon radiofrekvencijskog polja. Promjena napona polja Skeniranje svih vrijednosti m / z. U radnom rasponu uređaja (obično od 1 do 2000). Neki uređaji skeniraju do 4000 AE.m.

Quadrupole maseni spektrometri ne zahtijevaju uporabu visokih napona oko tisuća volta, za razliku od magnetskih masenih spektrometara. To vam omogućuje pojednostavljenje dizajna, jer za stvaranje vakuum u uređaju zahtijeva manje dimenzije vakuumske komore.

Vremenski analizator (vrijeme o. f let, tof)

U takvim analizatorima, ioni se distribuiraju masom u beskorisnom prostoru, a ne na štetu uzoraka kretanja nabijenih čestica u polju (magnetski ili elektrostatički). Ione iz izvora ubrzavaju električno polje, kupujući prilično veliku kinetičku energiju i spadaju u beskorisni prostor. Na ulazu u ovaj prostor svi ioni imaju istu kinetičku energiju i, u skladu s formulom E. = mv 2/2, kreće se s različitim brzinama. Ovisno o masi iona, detektor je postignut u različito vrijeme. Registracija iona i mjerenje vremena kada uđete u detektor omogućuje vam da izračunate njihovu masu.

Na temelju vremena masovnog analizatora dizajnirani su vrlo brzi (i osjetljivi) maseni spektrometri.

Maseni analizator vremena leta, za razliku od kvadrupola analizatora, omogućuje vam da registrirate širok raspon masa i izmjerite mase vrlo velikih molekula, a najprikladniji ionizacijski postupak opisan je iznad MALDI metode (ionizacija lasera Desorpcija uz pomoć matrice).

Analizatori mase stabala koriste se uglavnom zbog njihove jednostavnosti, brzine i relativno niske cijene.

Kvadrupole ionska zamka

Razvoj kvadrupola analizatora doveo je do stvaranja "ionske zamke".

U četverokutnoj ionskoj zamci, ioni su fiksirani unutar četverokuta zbog potencijala zaključavanja na ulaznim i izlaznim krajevima zamke. Zatim, prilikom primjene varijable rezonantne radio frekvencije, ioni se izlaze iz zamke prema veličini m / z. i registriran od strane elektroničkog multiplikatora. Takav mehanizam može značajno povećati populaciju zarobljene ionske zamke, što dovodi do ekspanzije dinamičkog raspona i poboljšanje osjetljivosti.

Ionska zamka omogućuje vam da držite ione koji su potrebni za uspostavljanje strukture, bez fokusiranja na preostale fragmente molekule, dok se postupak fragmentacije može ponoviti, do 10 do 10 puta (općenito prihvaćena oznaka MS N) ,

Ion-ciklotronska rezonancija

Ioni izloženi snažnom magnetskom polju Pomaknite se uz kružne trajektorije s frekvencijama koje se mogu izravno povezati s vrijednostima m / z. Za te ione pomoću Fourier transformacije. Analizatori ovog tipa imaju vrlo visoku rezoluciju (do 1.000.000 i više), a također omogućuju dobivanje MS N spektra.

Nedostatak masovnih analizatora na temelju ion-ciklotronske rezonancije je potreba za korištenjem vrlo niskog tlaka (oko 10 -7 PA) i korištenje supravodljivih magneta koji rade na temperaturi tekućeg helij 4.2 K.

Orbitalne ionske zamke

U orbitalnim zamkama iona ne koristite magnetska polja (Maseni spektrometar s dvostrukim fokusiranjem ili ionsko-ciklotronskom rezonancijom) ili radio frekvencijom (kvadrupole ionske zamke). Načelo rada masovnih analizatora ovog tipa temelji se na elektrostatičkoj aksijalnoj hartilnoj orbilnoj ionskoj zamci, koja koristi simetrični statički električno električno polje između vanjskih i unutarnjih elektroda posebnog oblika.

Po analogiji s masovnim analizatorima na temelju ion-ciklotronske rezonancije u spektrometru s orbitalnim ionskim zamkama, ion se detektira induciranom vrijednošću struje na vanjskim elektrodama; Frekvencije koje odgovaraju različitim m / z.Mješoviti algoritmom fourier transformacije, a zatim se pretvoriti u maseni spektar.

Orbitalna zamka također karakterizira veći spremnik iona. Veliki kapacitet prostornog naboja u usporedbi s ion-ciklotronom i četverovolnim zamkama omogućuje postizanje veće točnosti mjerenja mase (razlučivost od oko 100.000 na poluživotu vrha), šire dinamičke raspone i raspon omjera količina m / z..

Otkrivanje signala i obrada podataka

Ioni odvojeni analizatorom pretvaraju se u električne signale detektiranjem sustava, posebno, elektronički multiplikator, fotomultiplier ili faradski cilindar. Kontrola različitih fizikalnih parametara potrebnih za koordinirani rad svih sustava instrumenata, obrada podataka, uključujući kalibraciju, vizualizaciju spektra, automatske kvantitativne izračune, arhiviranje podataka, stvaranje i korištenje masenih spektra knjižnica provode se s odgovarajućim softverom.

Registracija spektara

Postoje tri osnovna načina za registriranje spektra: na potpunu ionsku struju (TIC); praćenje izabranog iona (SIM) ili više iona (MIM); Selektivna registracija izabranih reakcija propadanja ion (SRM) ili više iona (MRM).

Registracija na cijelu ionsku struju i disocijaciju, koji je iniciran po sudaru, omogućuje dobivanje masenih spektara, jedinstveno povezanih s strukturom određene molekule.

Na temelju tako dobivenih spektra, stvorene su knjižnice (baze podataka) kako bi se odredila struktura molekule na referentnim spektrima.

Selektivna registracija iona omogućuje vam da odredite male koncentracije analita na pozadini složene matrice, a također dovodi do ogromne pobjede u osjetljivosti: vrijeme koje se troši na snimanje punog masenog spektra, kada je selektivna registracija koristi se za snimanje samo jednog ili više iona.

Registracija odabranih reakcija je još selektivnija metoda za određivanje željenog spoja u složenoj smjesi.

Ova se metoda temeljito razlikuje od gore navedenih spektroskopskih metoda. Strukturna masena spektrometrija temelji se na uništavanju organske molekule kao rezultat ionizacije na ovaj ili onaj način.

Dobiveni ioni su sortirani njihovim omjerom mase / punjenja (m / z), zatim se broj iona bilježi za svaku vrijednost ovog omjera u obliku spektra. Na sl. 5.1. Prikazana je opća shema tipičnog masenog spektrometra.

Sl. 5.1. Blok dijagram tipičnog masenog spektrometra

Da bi se održao uzorak masenom spektrometru, obično se koristi neka vrsta kromatografije, iako u mnogim uređajima postoji mogućnost da izravno unese uzorak u ionizacijskoj komori. Svi maseni spektrometri imaju uređaje za ionizaciju uzorka i odvajanje iona u veličini m / z. Nakon razdvajanja trebate otkriti ione i izmjeriti njihov broj. Tipični zaglavlje iona sastoji se od kolima koji se šalju kolektoru u ovom trenutku samo su ioni jedne vrste, gdje se otkriju, a signal detekcije je poboljšan elektroničkim multiplikacijom. Moderni maseni spektrometri opremljeni su specijaliziranim softverom: akumulacija, skladištenje podataka i vizualizacije podataka.

Trenutno je to bila uobičajena praksa kombiniranja masenog spektrometra s plinom (GC-MS) ili tekući (LC-MS) kromatograf.

Svi maseni spektrometri su podijeljeni u dvije klase: niske (pojedinačne) i uređaje visoke razlučivosti (R). Spektrometri niskih razlučivosti su uređaji na kojima se cijele mase mogu podijeliti na m / z 3000 (r \u003d 3000 / (3000-2990) \u003d 3000). Na ovom uređaju spojeva C16H602 i C15H 24 NO 2 se ne razlikuje, budući da će uređaj biti fiksiran u prvom iu drugom slučaju masa 250.

Uređaji visoke razlučivosti (R \u003d 20000) moći će razlikovati između C16H602 (250.1933) i C15H240 N02 (250.1807), u ovom slučaju R \u003d 250.1933 / (250.1933 - 250.1807) \u003d 19857.

Prema tome, o uređajima s niskim razlučivosti moguće je uspostaviti strukturnu formulu tvari, međutim, to je često potrebno u tu svrhu. Osim toga, potrebno je privući podatke iz drugih metoda analize (IR-, NMR spektroskopija).

Uređaji visoke razlučivosti mogu mjeriti masu iona s točnošću koja je dovoljna za određivanje atomskog pripravka, tj. Odrediti molekulsku formulu ispitivane tvari.

U posljednjem desetljeću dogodili su se brzi razvoj i poboljšanje masenih spektrometara. Bez rasprave o njihovom uređaju, napominjemo da su podijeljene na vrste, ovisno o 1) metode ionizacije, 2) metode odvajanja iona. Općenito, metoda ionizacije ne ovisi o metodi odvajanja iona i obrnuto, iako postoje iznimke. Daljnje informacije o tim pitanjima postavljene su u literaturi [SINSB. Lededev].

U ovom priručniku razmatrat će se maseni spektri dobiveni ionizacijom putem utjecaja elektrona.

5.2. Maseni spektri s ionizacijom elektroničkim udarcem

Elektronički štrajk (EU, Electron Extron, EI) je najčešća metoda ionizacije u masenoj spektrometriji. Prednost ove metode je mogućnost korištenja tražilica i baza podataka (metoda EU-a bila je povijesno prva metoda ionizacije, glavne osnove eksperimentalnih podataka dobiveni su na uređajima s EU).

Molekula uzorka tvari u plinskoj fazi podvrgava bombardiranju energetskih elektrona (obično 70 eV) i izbacuje elektron, formirajući radikalni naziv kation molekularni ion:

M + e → m + (molekularni ion) + 2E

Najmanja energija bombardiranja (ioniziranih) elektrona, u kojima se formiranje određene molekule ionske molekule naziva energija (ili, manje dobro, "potencijal") ionizacije tvari (u e).

Energija ionizacije je mjera snage, s kojom molekulom zadržava najmanje snažno povezani elektron.

U pravilu, za organske molekule, energija ionizacije je 9-12 eV, dakle, bombardiranje elektrona s energijom od 50 EV i iznad izvješćuje višak unutarnje energije molekularnog iona u nastajanju. Ova energija je djelomično raspršila zbog lomljenih kovalentnih veza.

Kao rezultat takvog praznine, dolazi do molekularnog ionskog raspadajućih čestica manje mase (fragmenti). Takav se proces naziva fragmentacija.

Fragmentacija se pojavljuje selektivno, je visoka performansa i istaknuta za ovu vezu., Štoviše, procesi fragmentacije su predvidljivi i oni određuju široke mogućnosti masene spektrometrije za strukturnu analizu. U biti, strukturna analiza masenom spektrometrijom je identificirati fragmentacijske ione i retrospektivnu obnovu strukture izvorne molekule, na temelju smjerova fragmentacije molekularnog iona. Na primjer, metanol oblikuje molekularni ion prema shemi:

OKO
donja točka je preostali neparni elektron; Kada se naknada lokalizira na zasebnom atomu, znak naboja je označen na ovom atomu.

Mnogi od tih molekularnih iona se raspadaju tijekom 10-10 - 10-3 ° C i daju brojne fragmentacijske ione (primarna fragmentacija):

Ako neki od molekularnih iona imaju dovoljno dugog života, dosežu detektor i zabilježeni su u obliku vrha molekularnog iona. Budući da je optužba izvornog iona jednaka jednom, stavm./ z Za ovaj vrh daje molekularnu težinu tvari u studiju.

Na ovaj način, maseni spektar je prikaz relativnih koncentracija pozitivno nabijenih fragmenata (uključujući molekularne ion), ovisno o njihovim masama.

Posebna literatura predstavlja tablice najčešćih iona fragmenta, gdje su naznačene strukturne formule iona i njegove vrijednosti m / z [PROSCH, Gordon, Silverstain].

Visina najugroženijih u vrhuncu spektra uzima se 100%, a intenziteti drugih vrhova, uključujući vrh molekularnog iona, izraženi su kao postotak maksimalnog maksimuma.

U određenim slučajevima, intenzivan molekularni ionski vrh može biti. Općenito: intenzitet vrha ovisi o stabilnosti formiranog iona.

U masovnim spektrima često se nalazi niz vrhova fragmentnih iona, različit u homolognoj razlici (CH2), tj. 14. Homološka niza iona karakteristična su za svaku klasu organskih tvari, te stoga nose važne informacije o strukturi ispitivane tvari.