Detektory w masach spektrometrii. Metody chromatograficzne i ich stosowanie w identyfikacji zanieczyszczeń środowisk naturalnych

Spektrometria masowa jest metodą badania substancji, obliczeń masy i liczby jonów, gdy jonizacja substancji.

Nawigacja:

Wytwarzany jest sprzęt do którego spektrometrii mas jest spektrometrem masowym. Analizuje próbkę i zapewnia dane w postaci wykresów (widma masowe).

W ten sposób można zbadać wszelkie materiały do \u200b\u200bjonizacji.

Szerokie stosowanie spektrometrii masowej nabywanej w takich obszarach, jak:

• medycyna i farmaceutyki;
• inżynieria genetyczna i biochemia;
• przemysł chemiczny;
• pRZEMYSŁ SPOŻYWCZY;
• kosmetyk i perfumery;
• diagnostyka laboratoryjna do określania substancji w przestępcy, kontroli dopingowej, ekologii;
• produkcja materiałów polimerowych i tworzyw sztucznych;
• przemysł półprzewodnikowy;
• energia nuklearna;
• produkcja metalurgiczna;
• rafinerie i branże petrochemiczne;
• biologia, geologia, hydrologia, mineralogia i inne branże.

Ścieżki badawcze spektrometrii masowej w różnych obszarach różnią się w zależności od tego, jakie dane należy uzyskać w końcu.

Spektrometria masowa można uzyskać następującymi danymi:

• ustalić strukturę związku;
• substancja badawcza na składnikach;
• ustanowić wiek skały geologicznej, aby zbadać skład izotopów;
• analiza widmowa Massa Chromato dla sfery ekologicznej;
• przeglądaj procesy jonizacji, reakcje jonowe;
• zmierzyć potencjał i energię cząsteczek.

Zaletą sposobu spektrometrii masowej jest to, że na badania wystarczy bardzo niewielka ilość substancji.

Wadą składa się z zniszczenia materiału, który jest badany, tj. Analizowane są produkty konwersji.

Uwaga. Metoda spektrometryczna masa w istocie nie odnosi się do metody spektrometrycznej, ponieważ nie ma interakcji próbki z promieniowaniem elektromagnetycznym. Jednak ze względu na graficzny rodzaj uzależnienia zasilania przepływu jonowego z współczynnika masy do ładunku, który jest podobny do widma, tej metody i otrzyma jego nazwę.

Bardzo dostępny i szczegółowo spektrometrii masowej jest oświetlone tutoriale., jak Lebedev A.t. "Spektrometria masowa w chemii organicznej".

Metoda spektrometrii masowej

Metoda spektrometrii masowej jest sekwencyjnym wykonaniem następujących operacji:

1. Jonizacja substancji, a mianowicie pozbawienie cząsteczek co najmniej jeden jon. Masa jej poniżej masy cząsteczki jest wiele razy, więc nie wpłynie na wynik badania.
2. Przyspieszenie naładowanych cząstek w pożywce próżniowej w polu elektrycznym, a następnie przesuwając je do pola magnetycznego.
3. Analiza ruchu cząstek w polu magnetycznym, a mianowicie ich prędkość, krzywizna trajektorii ruchu. Bardziej naładowane cząstki są szybko przyspieszane i lepiej reagują na magnes. Cząstki o dużej masie nie są tak kontrolowane z powodu bezwładności ruchu.

Uwaga. Podróżka jest niezbędna do swobodnego przepływu naładowanych cząstek i zapobiegania im obracaniu ich do nieudanych.

Jonizacja próbek może być wykonana na kilka sposobów i zależy od wymaganego celu.

Istnieją takie metody jonizacji w spektrometrii masowej:

1. Elektroniczny cios - dostosowany do analizy izotopowej i molekularnej materiałów nieorganicznych.
2. Jonizacja chemiczna - do badania materiałów organicznych.
3. Elektrosprony.
4. Promieniowanie laserowe.
5. Bombardowanie przez grupę jonów.

Ostatnie trzy metody służą do badania substancji z dużymi cząsteczkami.

Ponadto metoda jonizacji jest podzielona na kilka rodzajów substancji przed badaniem, a mianowicie gazu, cieczy lub stałego.

Stan gazu (faza) próbki przeprowadza się przez takie metody jonizacji:

• elektroniczny (spektrometria masowa izotopowa);
• chemiczny;
• grip elektroniczny;
• jonizacja w polu elektrycznym.

Stan płynny (faza) próbki przeprowadza się przez takie metody jonizacji w spektrometrii masowej:

• termosphai;
• na otwartym powietrzu;
• elektrozpray;
• chemikalia na zewnątrz;
• fotoinizacja.

Stały stan stałego (faza) próbki przeprowadza się w taki sposób jonizacji:

• bezpośrednie desorpcja laserowa;
• desoracja laserowo-jonizacyjna / jonizacyjna (spektrometria masy Moldhi);
• spektrometria mas wtórnych jonów (spektrometria masy jonowej);
• bombardowanie przez szybkie atomy;
• desorpcja w polu elektrycznym;
• desorpcja plazmy;
• jonizacja w osoczu związanej z indukcyjnym (spektrometria masowa z osoczem związanym z indukcyjnym);
• termoionizacja (jonizacja powierzchowna);
• jonizacja w rozjarzonym wyładowaniu (jonizacja iskra);
• jonizacja w procesie ablacji laserowej.

Ostatnie cztery opcje są wystarczająco sztywne, ale bez nich niemożliwe jest uzyskanie jonów w próbkach z bardzo wytrzymałymi połączeniami.

Spekrometrowy detektor szczelności spektrometrycznej

Sposób spektrometrii masowej w detektorzy szczelności helowej, na przykład, pH-10, T1-50 i innych praktykowanych bardzo szeroko.

Studiowane systemy lub zbiorniki są wypełnione helem, a następnie za pomocą metody spektrometrycznej masy, miejsca, w których poszukiwane są miejsca, w których helu przesiąknie przez pęknięcia.

Wrażliwość metody spektrometrycznej masowej pozwala znaleźć nawet bardzo małe wycieki gazu obojętnego w bardzo małych ilościach, dlatego czujnik szczelności spektrometrycznej masa helowego jest jednym z najbardziej dokładnych i używanych urządzeń w branży.

Metoda spektrometrii masy chromatów

Sposób spektrometrii masowej chromatów jest spektrometria masy tandemowa chromatografii i spektrometrii masowej, tj. Połączenie tych dwóch metod.

Chromatografia jest zaangażowana w dzielenie cząsteczek na naładowanych cząstkach, a spektrometria masy ich analizuje.

Istnieją dwa rodzaje spektrometrii masy Chromato:

• gaz;
• ciekły.

Określenie metodą spektrometrii masowej spektrometrii chromatów składu substancji organicznych, które są najczęściej molicomponent, jest być może jedyną dostępną metodą. Najlepiej jest połączenie chromatografii gazowej i detektora jonowego spektrometru masowego.

Dlatego spektrometria Masowa Chromato otrzymała dużą konsumpcję w praktyce medycznej do diagnostyki i analizy chorób oraz ich patogeny, w tym definicję mikrobiecyny różnych narządów o dowolnym stężeniu przez sposób spektrometrii masowej chromatów lub spektrometrii mas mikrobiologicznych materiałów biologicznych (krew, mocz i inne). Mikrobiokenoza metodą spektrometrii masowej chromatów zapewnia zdolność do identyfikacji wielu mikrobów, których nie można zidentyfikować za pomocą innych metod, nawet tych, które są w stanie spania w kapsułkach ochronnych. Dlatego ludzie mają okazję skorzystać z prawego i terminowego leczenia, co niemożliwe jest przecenianie.

Ponadto spektrometria Masowa Chromato jest szeroko stosowana w farmaceutykach do tworzenia nowych leków, przemysłu chemicznego, sfery ekologicznej do oceny próbki otaczający, inżynieria genetyczna, kontrola techniczna różne regiony Przemysł, badania laboratoryjne na obecność we krwi zabronionych narkotyków i tak dalej.

Chromatografia gazowa

Spektrometria masy chromatografii gazowej zapewnia dodawanie obojętnego przewoźnika gazu (często tego helu), który jest elementem ruchomym. Badana substancja jest stałym elementem.

Spektrometria mas gazu umożliwia analizę gazów, cieczy i substancji stałych, które mają masę cząsteczkową poniżej 400. Badane substancje muszą mieć wymagane zmienne, obojętne i termiczne właściwości stabilne.

Schemat chromatografu gazowego jest proponowany na poniższym schemacie.

Analiza spektrometryczna

Analiza spektrometryczna przebiega do analizatorów masowych i detektorów spektrometru masowego.

Masowe analizatory są ciągłe i impulsowe. Różni się one fakt, że otrzymanie jonów jest stale (ciągle) lub części odpowiednio.

Ciągłe analizatory należą do magnetycznego i czterokrotnego, do pułapki tętno-jonowej, analizatora masy czasu i analizatora rezonansu jonowo-cyklotronowego z przekształcaniem Fouriera.

Głównym zadaniem analizatora jest redystrybucja jonów o różnych parametrach ruchu.

Po tym jony wpadają do detektora, który rejestruje różne widma jonów.

Najczęściej stosuje się dioda wtórno-elektroniczny mnożnik lub fotomultingier jest używany jako detektorów. Pierwsze rejestruje ilościowe wskaźniki różnych jonów z belkami elektronowymi, drugi rejestruje migotanie z bombardowania przez jony fosforu.

Istnieją również inne typy detektorów, są to mnożniki mikrochanny, systemy, takie jak matryce diody i kolekcjonerów.

Co to jest spektrometr masowy

Spektrometr masowy nazywany jest sprzętem próżniowym, który jest zdolny do analizy substancji zgodnie z prawem przemieszczenia naładowanych cząstek w polu magnetycznym i elektrycznym.

W uproszczonej formie opis spektrometru masowego może być reprezentowany jako: Głównymi składnikami urządzenia są źródłem jonowym, analizatorem masowym i detektorem.

Źródło jonów zamienia konwencjonalne cząsteczki próbki do naładowania cząstek i umieszcza je w polu elektrycznym i magnetycznym, aby przyspieszyć.

Analizator masy dzieli jony z prędkością szybkości ruchu, a mianowicie czasu przenoszenia na pewną odległość.

Detektor rejestruje dane o względnej ilości każdej grupy.

Oprócz głównych składników spektrometr masowy jest wyposażony w nawet instalacje próżniowe z pompą i wentylatorem w celu wytworzenia próżni, manometru, system do ustawiania próbki próbnej, obwodu elektronicznego, wskaźników, stabilizatora i innych.

W zależności od jonizacji substancji spektrometry masowe są statyczne i dynamiczne.

Istnieją również spektrometry masowe z dwoma analizatorami masowymi, tj. Spektrometry tandemowe. Są one używane głównie na miękkich sposobach jonizacji.

Jak odróżnić cząsteczki różnych połączeń? Okazuje się najłatwiejszy sposób - ważąc je na specjalnych skalach, które nazywają się spektrometrem masowym

Marina Chadev.

Świat sportowy czeka na kolejny szok: nowy steryd został opracowany w głębokiej tajemnicy, co odpowiada ze sportowca superhumana

Zasada działania spektrometrów masowych sektora elektrostatycznego i magnetycznego w urządzeniu podwójnym ogniskowym. Jony wylatujące ze źródła koncentruje się w szczelinach nie tylko w różnych kierunkach, ale także różne energii.

Analizator czterokole. Jony z wybranym stosunkiem masy (M) do ładowania (Z) przechodzi wzdłuż osi analizatora i wpaść do detektora, a jony z innymi prętami z relacjami m / z lub latać poza przestrzenią roboczą

Być może wkrótce znajomych użytkowników przepustowości do sprawdzania pasażera będą znacznie bardziej mądrzejsze. Wyobraź sobie, że człowiek w pobliżu wykrywaczy, płuc breeze dotknie jego ubrania - i wkrótce Usługa bezpieczeństwa ma już informacje o tym, czy ten pasażer ma coś z żadnymi niebezpiecznymi substancjami. Próbki próbnych takich detektorów są tak wrażliwe, że są w stanie wykryć ślady związku chemicznego, nawet jeśli pozostała tylko kilka cząsteczek. I są wykonane na podstawie spektrometru masowego - urządzenie, które można rozróżnić między cząsteczkami masową i określić procent każdej różnorodności cząsteczek w próbce substancji.

W istocie spektrometr masowy jest precyzyjną skalę elektromagnetyczną, która może być "ważenie" atomy z dokładnością 10-31 gramów. Wynika to z tego wynalazku w latach dwudziestych ubiegłego wieku, izotopy wszystkich znanych pierwiastki chemiczneA kiedy ciekawość naukowców była wystarczająco zadowolona, \u200b\u200bobrót przyszedł zastosowane zadania. W latach czterdziestych, w laboratoriach Occroja spektrometr masowy zastosowano w oddzieleniu izotopów uranu dla pierwszego bbby atomoweW tym samym czasie pojawili się pierwsi konsumenci obywatelskich tych urządzeń - obawy olejowe. Użyli spektrometrów masowych do analizy ilościowej mieszaniny gazów organicznych.

Zasada działania

Nowoczesne spektrometry masowe są niewątpliwie bardziej dokładne i bardziej zaawansowane ich poprzednikami ograniczeń stumionowych, ale podstawową zasadą ich pracy pozostaje niezmieniona, a projekt, w ciągu sto lat temu, obejmuje trzy główne elementy: jonizator, analizator i detektor.

Początkowo cząsteczki powinny być zjonizowane, czyli, aby pozbawić je co najmniej jeden elektron. Ponieważ elektron w tysiącach (a czasami w dziesiątkach tysięcy) razy lżejszy niż cząsteczka, jonizacja praktycznie nie wpływa na jego masę. Po jonizacji cząstki spadają do analizatora, który jest komorą próżniową z polami elektrycznymi i magnetycznymi. Jony są przyspieszane przez pole elektryczne, a następnie wysyłane do pola magnetycznego, gdzie trajektoria naładowanej cząstki jest skręcona. Wszystkie cząstki poruszają się w tym samym polu, a między sobą różnią się ładunkiem elektrycznym i masą. Im więcej opłat, tym silniejszy możesz rozproszyć jonę, a tym łatwiej jest odwrócić go z magnesem, ale im więcej jego masy, tym trudniej jest to z powodu bezwładności. Jaką energię pozyskają cząstkę, co będzie jego prędkość i stopień krzywizny trajektorii, zależy od wielkości pola i stosunku masy cząstki do jego ładunku.

Jeśli założymy, że gdy jonizacja z każdej cząsteczki udało się zakłócić tylko jeden elektron (jak najczęściej i występuje), wszystkie jony zostaną rozładowane, a natura ich ruchu będzie zależeć tylko na masie. Cięższy jon, trudniej jest "obracać" i tym mniej krzywizny jego trajektorii. Okazuje się, że cząstki o różnych mas dosłownie wylatują w różnych kierunkach.

Na ostatni poziom Musisz zarejestrować te jony przez jakiś detektor naładowanych cząstek, takich jak multimetr fotoflastyczny lub dodatkowy elektroniczny. Umieszczenie B. odpowiednie miejsce Wiele detektorów, zobaczymy, że cząstki o innej masie (ale z tym samym opłatą) spadną w różnych czujników. Teraz zbudujemy harmonogram: poziomy odroczy współrzędnej detektora, który ion zarejestrowany i pionowo - liczba tych jonów. Dostaniemy widmo masowe - obraz podobny do widma promieniowania: Im większa różnica w masach, kolejne punkty uderzenia od siebie, a bardziej cząstki przybywają do tego miejsca, tym większy sygnał i powyższy odpowiadający szczyt.

Właściwie w nowoczesne systemy. Używany jest tylko jeden detektor. W konkretnej wartości pola koncentruje się jony pewnej masy. Stopniowo zmieniając rozmiar pola, możesz skierować detektor w kolei różnych jonów i zarejestrować je. Komputer oblicza odpowiednie masy według wartości pola, porównuje z bazą danych i buduje widmo masowe.

Pierwsze eksperymenty

W serii założycieli, spektrometria masa jest nazwą otwieracza elektronowego SIR Joseph John Thomson. W tym czasie, na koniec początku wieku wielu fizyków aktywnie badanych z wyładowań elektrycznych w gazach. Po pierwsze, byli zainteresowani naładowanymi cząstkami, które miały miejsce. Po wprowadzeniu wielu dowcipnych eksperymentów Thomson był w stanie określić parametry naładowanych cząstek (które znamy teraz jako elektrony), a następnie włączyli dodatnio naładowane jony. Aby zbadać jony, musiał montować osobną instalację. Thomson opublikował katodę z otworami w środku szklanej rury, magnes za nim, a nawet dalej za rurą - fotoplastycznie. Pozytywnie naładowane jony różnych związki chemiczneKto byli w rurze, przeleciał do katody, uderzył w pola magnetyczne przez otwory i ostatecznie opuścił ślady w różnych miejscach fotoflastycznego. Zgodnie z współrzędnymi cząstek na fotoflastycznej i znanych wartościach pola Thomson, stosunek masowych jonów do ich opłat i odnotowanych na zdjęciach trajektorii jonów wodorowych, tlenu atomowego i molekularnego, dwutlenku węgla i tlenku węgla , rtęć i neon. Tak więc rozpoczęła się erę spektrometrii masowej.

Nadwaga

Po II wojnie światowej badania Thomsona kontynuowały asystent Francis William Aston. Ulepszone urządzenie, które Aston nazywany spektrografem masowym pozwala nie tylko zobaczyć linie odpowiadające cząsteczkom z różnymi masami, ale miały również wystarczającą dokładność do określenia stosunków ilościowych między nimi. Większość Aston i jego pracownicy uderzyli fakt, że atomowe ciężary wszystkich lekkich elementów wyrażone w jednostkach względnych, z niesamowitą dokładnością odpowiadającą liczbom całkowitym. Biorąc masę atomu tlenu dla 16 jednostek, wartość 12 otrzymano dla węgla, dla azotu - 14 itp. W przypadku ciężkich elementów, z masą atomową więcej niż 30, "zasada liczby całkowitej" zaczęła być nieznacznie złamane, ale najbardziej dziwne było wartość masa atomowa wodór - nie 1 i 1,008. Co więcej, dokładność spektrografu masowego była taka, że \u200b\u200bna pierwszy rzut oka, nieletni, różnica nie może zostać zapisana w przypadku błędu pomiarów. Pierwszy, który zrozumiał o znaczeniu, a co najważniejsze znaczenie tego anomalii był sam Aston. Jego zdaniem ten eksperymentalny fakt potwierdził nic więcej niż wzajemne przejście masy i energii przewidzianej przez teorię względności: gdy podłączone są kilka protonów (jąder wodór), tworząc inny element, część ich masy idzie do energii i jako Wynik, na przykład masa, hel jest nieco mniejszy niż suma mas jego cząstek.

"Wyniki uzyskane przy użyciu spektrografu masowego wyeliminowały wszelkie wątpliwości co do tego problemu ..." powiedział Aston w swoim wykładzie Nobla w 1922 roku. - Możemy być pewien, że gdy wodór zmieniający się do helu, pewna część masy powinna zniknąć ... Być może przyszli naukowcy otworzą pewien sposób na przykład tę energię, która pozwoli jej użyć. Wtedy ludzkość otrzyma do dyspozycji takich możliwości, które są lepsze niż jakikolwiek fantazję. " Aston wspierał swoje słowa z liczbami. Zgodnie z jego obliczeniami, wykonane na podstawie pomiarów masy spektrometrycznych i teorii względności, jeśli cały wodór zawarty w zaledwie 9 gramów wody, skręć w hel, energia 200 000 kW / godzinę zostanie wyróżniona, co wystarczy dla nowoczesnych Standardy do oświetlania zwykłego mieszkania miejskiego przez kilka lat. Teraz wiemy dokładnie, co dokładnie reakcje jądrowe. - Źródło energii słonecznej, ale ludzie mogą zarządzać go tylko w trybie bomby termonuklearnej, innymi słowy, nadal nie wiedzą, jak w ogóle.

Tak więc eksperymenty z lampami gazowo-rozładunkowymi dozwolone fizykom do osiągnięcia daleko idących wniosków dotyczących podstawowych właściwości materii, a jednocześnie tworząc wspaniałe urządzenie - spektrometr masowy.

Spektrometry masowe kwadrupole.

Wraz z pojawieniem się nowych metod wykrywania, wraz z fotoflastami stopniowo wszedł do przeszłości i wynalazł nazwę Aston - spektrograf mas. Nowoczesne spektrometry masowe, które przeważnie zachowały pola magnetycznego jako głównego elementu, przyszedł zastąpić. Spektrometry masowe z magnesem pozostają niezrównane przez czułość, a pomimo ogromnych rozmiarów i wysokiego zużycia energii, nie mają alternatywy, w której potrzebna jest wysoka dokładność. Wyszukiwanie bardziej zwartego i ekonomicznego rozwiązania doprowadziły w połowie lat 50. profesora Wolfgang Pawła i jego personelu z University of Bonn do tworzenia spektrometru masowego bez pola magnetycznego - analizator czterokole z naprzemiennym polem elektrycznym. Analizator ten składa się z czterech prętów, napięcie przemienne częstotliwości radiowej stosuje się do par przeciwległych prętów i dodatkowo - stałe napięcie między parami. W zależności od wartości napięcia i częstotliwości, tylko jony o określonym stosunku masy poruszają się między prętami między prętami, a reszta leci. Projekt był naprawdę zwarty i bardzo praktyczny.

Miniaturowy spektrometr masowy czteroodpolowy został dokonany specjalnie w celu zapewnienia bezpieczeństwa astronautów międzynarodowych stacja Kosmiczna, W tym podczas pracy w otwartej przestrzeni. Urządzenie z rozmiarami pudełek do butów i ważenia 2,3 kg może stale kontrolować wycieki amoniak, azot, paliwo rakietowe, tlen, wodę i różne substancje.

Kto szybko

Nawet przed czteroodpolą, w 1946 r., Pracownik Uniwersytetu Pensylwanii Williama Stephens wymyślił inny sposób sortowania cząsteczek wagowych bez magnesu - spektrometru masy lotu. Pozostaje tylko małą częścią pola elektrycznego, aby podkręcać jony,

i główna część była zaangażowana w bezużyteczną przestrzeń. Zasada działania tego urządzenia była niezwykle prosta: ciężkie jony są trudniejsze do rozproszenia z powodu ich bezwładności, a zatem, mającą mniejszą prędkość po podkręceniu i poruszanie się wolniej w przestrzeni dryfu bez pola, przybyć do detektora później płuca . Jeśli zakładamy, że wszystkie jony są obciążone tak samo, czas na drodze będzie bezpośrednio proporcjonalny pierwiastek kwadratowy Z masy. Po pierwsze, jony światła dotrze do detektora, to te, które są cięższe, a ostatnia rzecz jest najtrudniejsza. Takie urządzenie było łatwiejsze (chociaż była mniejsza dokładność niż magnetyczna) i tańsza, a także posiadała ogromną prędkość, ponieważ całe spektrum jonów w szerokiej gamie mas zostało odnotowane w jednym przejściu i nie było konieczne, aby spędzić czas na stopniowa zmiana w tej dziedzinie.

Z pomocą spektrometru masowego pistoletu w 1985 roku została otwarta cała klasa Nowe substancje są fullerenami. Do tego czasu wiadomo, że skupiska składające się z cząsteczek składających się z węgla różnych liczb Atomy węgla (do 24). Dzięki spektrometrze masowi, te klastry udało się rozróżnić tych klastrów i określają ich masy. Gdy para przeniosła się do badania osocza węglowego skierowana do strumienia helu, cząsteczki z większej liczby atomów były widoczne na widmach masowych, w tym C60 i C70. I z pewnymi trybami tworzenia plazmy szczyt odpowiadający C60 stał się kilka razy wyższy niż wszystkie inne, co wskazało na stabilność tego związku. Zatem znaleziono niezwykłe cząsteczki w formie piłki nożnej, składające się z 60 atomów węgla, dla których przyznano Płyty Fullerene w 1996 roku nagroda Nobla w chemii.

Delikatne podejście

Naprawdę nieograniczony zakres stosowania spektrometrii masowej jest analiza złożonych substancji organicznych, bez których nowoczesna medycyna i biologia nie jest do pomyślenia. Jednakże było to możliwe tylko po pojawieniu się nowych metod jonizacji. W końcu do analizy spektrometrycznej masowej należy uzyskać wolne jony, a zatem odparowuje substancję. Większość cząsteczek biologicznych nie wywołuje takiej przemocy nad sobą i rozpadają się pod działaniem wysokich temperatur towarzyszących procesowi odparowania. Dlatego wymyślono więcej delikatnych metod transformacji na wolne jony. Jeden z nich jest jonizacją eksploatacji elektrycznej. Roztwór substancji pod ciśnieniem wchodzi do metalowej kapilary, do której przesłany jest wysoki napięcie (3-4 kV). Z wąskiej dyszy kapilarnej krople są wyciskane, które są wysoce naładowane, rozpadające się, utraty cząsteczki rozpuszczalnika, a napięcie jest wybrane w taki sposób, że spektrometr masy obejmuje biomolelecki. Druga metoda o nazwie "Desorpcja / jonizację / jonizację laserowej / jonizacji / jonizacji Matrix" jest jeszcze bardziej przebiegłem. Studiowany próbkę stosuje się do matrycy ze specjalnie wybranej substancji zdolnej do skutecznego absorbowania promieniowania laserowego. W przypadku szybkiego ogrzewania tej kanapki puls laserowy cząsteczki próbki jest zjonizowany, nie dobrze, aby mieć wystarczająco dużo na części.

Dzięki nowych metod jonizacji, spektrometria mas masy biomoleków przy użyciu stosunkowo prostych i tanich spektrometrów masowych czterokole i czasowych zaczęły być szeroko stosowane w praktyce - w rozwoju nowych leków, określenie śladów substancji psychotropowych i narkotycznych, badań DNA, białka i inne substancje. Istnieją całe banki danych, z którymi można zidentyfikować materię organiczną zgodnie z jego składnikami wykrytych w spektrometrze masowej.

Połączenie spektrometrii masowej i innych metod fizykochemicznych przeznaczonych do separacji i analizy mieszanin - chromatografia była bardzo owocna. Po pierwsze, stosując chromatograf, elementy mieszaniny są izolowane, a następnie oddzielnie są one skierowane do wejścia spektrometru masowego. Takie urządzenia są wyposażone w laboratoria kontrolne dopingowe. Za pomocą spektrometrów masowych chromatów, zawartość sterydów anabolicznych, przeciwbólowych, diuretyków, stymulantów i kortykosteroidów. Bez względu na to, jak ciężko próbował, dla którego medal jest droższy niż jego własne zdrowie, aby ukryć stosowanie anabolicy, nie będzie w stanie tego zrobić - nowoczesny spektrometr masowy jest w stanie znaleźć we krwi lub moczu nawet miliard udział tych zabronionych leków. To prawda, że \u200b\u200bistnieje rodzaj walki: ktoś syntetyzuje nowe fundusze dopingowe, a ktoś próbuje je odkryć, i bez taka narzędzia, jako spektrometr masowy, ten ostatni, najprawdopodobniej wyścig ten zostanie utracony.

Na wszystkie okazje

Obecnie różne wykorzystanie spektrometrii masowej przyszły daleko poza strukturą unikalnych projektów i do opisania wielu projektów analizatorów masowych i metod jonizacji, nie miałoby całej liczby magazynu. Przenośne spektrometry masowe chromato są w serwisie armia amerykańska W Iraku. Pozwalają na wykrycie drobnych śladów odczynników broni chemicznej i są wykorzystywane do wstępnej analizy otaczającego środowiska. Najwyższej precyzyjne urządzenia analizy widmowe Kup usługi celne - jest to sposób na staranne monitorowanie składu produktów naftowych i określenie pochodzenia oleju dosłownie do studni, ponieważ kompozycja izotopowa jest wyjątkowa dla każdego pola.

Nowoczesny spektrometr masy może zajmować eksperymentalną sali lub umieścić w małym pudełku na stole, zawierają magnes nadprzewodzący lub do wykonywania pola magnetycznego. Wrażliwość tych urządzeń niesamowita wyobraźnia. Wystarczy miligram organicznego zanieczyszczenia na mnóstwo wody, tak że spektrometr masowy może być wątpliwy w swojej jakości i zanieczyszczeniach nieorganicznych - i mniej. Paradoksalnie, wysoka czułość sama może stać się źródłem problemów: na przykład podczas sprawdzania pasażerów, nieistotne ślady leków, przypadkowo spadające na rachunki gotówkowe, można znaleźć na rękach doskonale szanowanego obywateli! Jest to jednak zadanie innej różnorodności, a mając takie wspaniałe narzędzie do dyspozycji, jako spektrometr masowy, osoba z pewnością będzie w stanie go rozwiązać.

Spektrometria Mass Chromato jest metodą analityczną opartą na kombinacji spektrometru chromatografu i masowego, stosowanego do ilościowej i jakościowej definicji poszczególnych składników w złożonych mieszaninach. W tym artykule rozważy główne kwestie związane z istotą spektrometrii Masowej Chromato i jej funkcji:

Urządzenie, przez które przeprowadza się badanie, nazwa spektrometru Masowego Chromato lub HCMS jest nazywana. Przechodząc przez chromatograf, próbka jest podzielona na składniki, a spektrometr masowy jest odpowiedzialny za ich identyfikację i analizę. W zależności od charakterystyk badanej kompozycji i wymagań dotyczących dokładności wyniku, stosuje się jedną z dwóch technik: lub precyzyjna chromatografia cieczowa lub chromatografia gazowa z wykrywaniem spektrometrycznego Masy GC-MS.

Studiowana kompozycja jest wprowadzana do parownika chromatografu i jest natychmiast tłumaczona na postać gazową, zmieszana z obojętnym gazem nośnikowym i pod ciśnieniem jest dostarczana do kolumny. Przechodząc przez kolumnę chromatograficzną próbkę jest podzielony na składniki dostarczane do MS i są przekazywane przez element spektrometryczny urządzenia.

Aby uzyskać spektrum, cząsteczki składnika próbek są zjonizowane, specjalny czujnik odczytuje zmianę prądu jonowego, na podstawie której napisany jest chromatogram. Oprogramowanie do przetwarzania chromatograma umożliwia weryfikację otrzymanych pików z wcześniej zarejestrowanymi, a tym samym, przeprowadzając dokładną definicję jakościową i ilościową. Jednocześnie wielokrotność widma masowego, co daje pomysł na strukturę komponentów, w tym te, które nie są zidentyfikowane wcześniej.

Spektrometria masowa Chromato została opracowana w latach 50. XX wieku, a pierwsze urządzenie zostało zmontowane i przetestowane w latach 60-tych.

Skuteczność i skuteczność spektrometrii masowej chromatów jest określona przez czułość CHS, które są stale ulepszane, co pozwala rozszerzyć stosowanie systemu GC-MS.

Wysoka dokładność pokazuje selektywne wykrywanie. Jego istota spada do rejestrów zeznań, a nie na całej objętości prądu jonowego przychodzącego, ale przy maksimum dla domniemanych cząsteczek jonów. Zmniejsza to metodę mieszanki i umożliwia wykrycie minimalnej zawartości danej substancji w dowolnych kompozycjach. Dlatego spektrometria Masowa Chromato jest aktywnie stosowana w medycynie i farmakologii, aby wyszukać określone markery: na przykład hormony lub leki w płynach biologicznych.

Wysoka czułość ma spektrometr Masowy Chromato z ISSS MSD. Cechy detektora używane w niej to:

• wykorzystanie specjalnych materiałów zapewniających wysoką wyjście jonów w dowolnych trybach pracy;
• automatyczny system przetwarzania sygnału za pomocą możliwości oprogramowania;
• automatyczny system ustawień MS;
• automatyczny system diagnostyczny MS;
• Łącząc wysokiej jakości elektrody z cyfrowym systemem wykrywania, który umożliwia zwiększenie prędkości skanowania;
• specjalny system redukcji hałasu z resztkowego helu.

Wysoka czułość i szeroka sferę stosowania spektrometru chromatomów, dość usprawiedliwia jego cenę.

Jakość wyniku wpływa również na szybkość spektrum masy, która powinna być znacznie wyższa niż konstrukcja szczytu chromatograficznego. Jeśli pojawiają się prędkość, pojawiają się nałożenia pików i zniekształceń wyniku analizy.

Ten parametr zależy od zainstalowanego analizatora masy. Optymalny obecnie jest system czterokole następna zasada. Strumień przechodzi przez cztery magnesy, tworząc pole o wysokiej częstotliwości. Znalezienie w niej cząstki o określonym stosunku masy i ładunku spadają do pułapki, wszystkie pozostałe są "przesiane".

MS w równym okresie skanuje widma analizowanych substancji. Następnie każda migawka statystyczna jest przetwarzana, a całkowita wartość podaje ideę zestawu widmów za każdym razem. Większość nowoczesnych MS (na przykład na jednostkach z ISS MSA, która została opisana powyżej), zainstalowano ten typ analizatorów.

Sprzęt do masowej chromatografii charakteryzuje się jego parametrami i możliwościami. Aby znaleźć technikę, która spełnia potrzeby nowoczesnego użytkownika, musisz wziąć pod uwagę następujące parametry:

• stosowane źródło jonizacji (elektroniczny cios, jonizacja chemiczna);
• wrażliwość najczęstszej MS pozwala osiągnąć 10-9 ... 10-12 g w różnych trybach skanowania;
• możliwość skanowania: Pożądane jest, aby spektrometr Masowy Chromato obsługuje selektywne wyszukiwanie według określonych grup cząstek (tryb SIM), a także wykonał pełne skanowanie w określonym zakresie (pełny tryb skanowania).

Nadsze znaczenie dla spektrometrii Chromato-masowej nabywa oprogramowanie dostarczane w zestawie. Określa możliwość konstruowania chromatogramu w czasie rzeczywistym, kontrola nad stabilnością określonych parametrów, automatycznego odbierania raportowania w wygodnym formularzu. Zależy to od tego, jak daleko spektrometr Masowy Chromato jest wygodny. Dodatkowo deweloperzy oferują zestaw bibliotek zawierających widma dla różnych przemysłowych i kulki naukowe: Medycyna i farmakologia (hormony, narkotyki, leki), przemysł produkcyjny ropy naftowej (węglowodory), ekologia (pestycydy i inne zanieczyszczenia organiczne) itp

Wybór spektrometru Masowego Chromato, konieczne jest uwzględnienie wszystkich specyfikacji. Następnie nabyte urządzenie będzie w pełni odpowiedzieć na potrzeby użytkownika.

Ministerstwo Zdrowia Federacji Rosyjskiej

Artykuł generalny Farmakopea.

Spekrtometria masyOFS.1.2.1.0008.15.

Wprowadzone po raz pierwszy

Metoda spektrometrii masowej - metoda wysokiej jakości i ilościowej analizy leków na podstawie bezpośredniego pomiaru stosunków masy do liczby podstawowych dodatnich lub ujemnych ładunków jonów ( m./ z.) W fazie gazowej pochodzącej z substancji testowej. Opłata może wynikać z dodatku lub utraty elektronu, protonu, kationu lub anionu w zależności od warunków jonizacji i kompozycji próbki. Stosunek ten wyraża się w jednostkach atomowych masy (a.e.m.) lub w Dalton (tak). Jony utworzone w źródle jonowego urządzenia są przyspieszane i przed wejściem detektor oddzielone za pomocą analizatora masy. Procesy te występują w komorze, w której system pompy obsługuje próżnię z 10-3 do 10 -6 Pa. Sygnał odpowiadający jonem jest reprezentowany przez kilka szczytów odpowiadających statystycznemu rozkładowi różnych izotopów tego jonu. Ten sygnał jest nazywany profil izotopowy. (dla małych cząsteczek) i oddzielny szczyt reprezentujący najczęstszy izotop dla atomu, - monoisotope Peak.. Powstałe widmo masowe jest wykresem zależności liczby różnych jonów z relacji m / z.. Podczas analizy złożonych cząsteczek istnieje potrzeba dwóch i więcej kolejnych analizatorów masowych do rozszyfrowania struktury molekularnej. W urządzeniu MS / MS (MS N) ( spektrometr masy tandemowej) Analizatory masowe są budowane konsekwentnie po sobie nawzajem. Od jonów podzielonych w pierwszym analizatorze masowym cząstki są niezidentyfikowane przez ich strukturę ( jony rodzicielskie.) i podziel je na mniejsze fragmenty przez zderzenie z atomami gazu obojętnego ( dysocjacja aktywowana przez zderzenie - CID) lub promieniowanie laserowe.. Proces ten jest zaimplementowany przed drugim analizatorem masy, z którym analizuje produkty zanikowe ( jony córki).

Analiza spektrometryczna masa zapewnia istotne informacje jakościowe i ilościowe (stosujące zewnętrzne lub wewnętrzne) (określenie mas molekularnych, struktura fragmentów określonych cząsteczek) z limitem wykrywania z pekomole [pmol (10-12)] do fempomol [FMOL (10 - 15)].

Metody sposobu charakteryzują się sposobem wejścia do próbki do urządzenia, mechanizm tworzenia jonów (typ Źródło jonów.) i metoda oddzielania jonów pod względem masy ładowania (typ analizator masy).

Charakterystyka techniczna spektrometrów mas

Najważniejsze cechy techniczne spektrometrów mas jest szybkość skanowania, czułości, zakresu dynamicznego, rozdzielczości.

Prędkość skanowania

Analizator masy pomija jony z pewnym współczynnikiem masy i ładowania ( m./ z.) W określonym czasie (z wyjątkiem urządzeń multicollectora, rezonans jonowo-cyklotronowy, pułapki jonowe orbitalne). W celu przeanalizowania wszystkich jonów w stosunku m./ z.Masowy analizator musi zeskanować wszystkie wartości potrzebne do przejścia do detektora wszystkich jonów interesujących. Szybkość wdrażania pola nazywana jest prędkością skanowania, która musi być maksymalna (odpowiednio, czas skanowania musi być tak mały, jak to możliwe), ponieważ spektrometr masowy musi zarejestrować sygnał podczas wydajności piku chromatograficznego, co może wynosić kilka sekund. W tym samym czasie, większe widma masowe będą mierzone podczas rentowności piku chromatograficznego, tym dokładniejsze zostanie opisany pik chromatograficzny, a im mniejsze prawdopodobieństwo pominęło maksymalną wartość.

Najwolniejszy analizator masy jest magnesem, którego minimalny czas skanowania, którego bez specjalnej utraty wrażliwości, jest ułamkiem sekundy. Quadrupola Mass Analyzer może obrócić widmo na dziesiątych dziesiątych drugiej, pułapkę jonową i liniową pułapkę jonową - szybciej, a spektrometr masowy rezonansu jonowo-cyklotronowego jest wolniejszy.

Wszelkie skanowanie we wszystkich wymienionych typach analizatorów masy jest kompromisowe - ze wzrostem prędkości skanowania, wrażliwość zmniejsza się, ponieważ Mniej czasu spędza na nagraniu sygnału dla każdej liczby masy. W przypadku typowych metod analizy prędkości skanowania analizatora czteroodpolowego lub pułapki jonowej wystarczy, aby uzyskać zadowalające wyniki. Jednocześnie, w przypadku analizy o wysokiej wydajności kompleksowych systemów molekularnych wskazane jest stosowanie spektrometru masy czasu, które jest zdolne do nagrywania widm masowych z prędkością 40 000 widm na sekundę.

Rozkład

Rozdzielczość lub rozdzielczość spektrometru masowego definiuje się jako możliwość analizatora masy do dzieli jonów o ścisłej masie. Bardzo ważne jest, aby określić mas jonów, jak to możliwe, jak to możliwe, pozwala to obliczyć kompozycję atomową jonową lub zidentyfikować cząsteczkę, porównując z bazą danych, zmniejszając liczbę możliwych kandydatów z tysięcy i setek do jednostek lub jednego . W przypadku masy magnetycznych analizatorów, w których odległość między szczytami spektrum mas nie zależy od jonów masowych, rozdzielczość jest kwotą równą m / ΔM. Ta wartość jest zwykle określana o 10% wysokości piku. Tak więc rozdzielczość 1000 oznacza, że \u200b\u200bszczyty z masami 100,0 AE.M. i 100,1 a.y.m. Są one oddzielone od siebie, czyli nie są nałożone do 10% wysokości.

Do analizatorów, w których odległość między zmianami szczytów w zakresie operacyjnym mas (niż więcej MaszyIm mniejsza odległość), takie jak analizatory czterokole, pułapki jonowe, analizatory czasu lotu, rozdzielczość (m / ΔM) ma inne znaczenie: charakteryzuje określoną masę. Dlatego te analizatory masowe charakteryzują się szerokością pików - wartość pozostała stała w całym zakresie masy. Szerokość pików mierzy się na 50% ich wysokości. W przypadku takich urządzeń szerokość szczytowa w okresie półtrwania równa 1 jest dobrym wskaźnikiem i oznacza, że \u200b\u200btaki masy analizator jest w stanie rozróżnić masę nominalną, różniącą się w jednostce atomowej masy w prawie całym jej zakresie operacyjnym.

Nominalna masa lub liczba masy nazywana jest liczbą całkowitą w skali wersji atomowych masy. Na przykład masa wodoru Ion H + jest równa 1.00787 AE.M., a jego liczba masy wynosi 1. Analizatory masowe, które mierzą masy nominalne nazywane są analizatorem nisko rozdzielczości. Spektrometry masowe z podwójnym ogniskowaniem (magnetyczne i elektrostatyczne), rezonans jonowo-cyklotronowy odnoszą się do instrumentów średniej lub wysoka rozdzielczość. Typowe zezwolenie na spektrometr magnetyczny jest wartością przekraczającą 60000, a operacja na poziomie rozdzielczości wynosi 10 000 - 20000 jest rutynową. Na spektrometrze masowej rezonansu jonowo-cyklotronowego podczas analizy próbki o masie około 500 A.m. Można łatwo osiągnąć zgodę na 500 000, co pozwala na pomiary masy jonów z dokładnością czwartym - piątym znakiem po przecinku. Uchwały kilku tysięcy można osiągnąć przy użyciu analizujących masy biorących czas; Jednak zbadanie próbek o dużej masie cząsteczkowej, dla której ten typ instrumentu ma przewagę nad innymi analizatorami, to pozwolenie jest wystarczające tylko do pomiaru masy jonowej z dokładnością ± dziesiątki A.E.M.

Rozdzielczość masy analizatora jest ściśle związana z inną ważną cechą - dokładność pomiaru masy jonowej. Na przykład masie molekularnych jonów azotu (N2 +) i tlenku węgla (CO +) wynoszą 2800615 i 27 99491. W związku z tym obie jony charakteryzują się masy nr 28. jony te będą rejestrowane przez spektrometr masowy przeglądania w rozdzielczości 2500, a zmierzona dokładna wartość wagi pokaże, który z tych gazów jest rejestrowany. Pomiar dokładnej masy jest dostępny na urządzeniach podwójnych ogniskowania, w czasie spektrometrów masowych (w zakresie masy masy cząsteczkowej) oraz na spektrometrach masowych rezonansu jonowo-cyklotronowego.

Zakres dynamiczny

Zakres dynamiczny - stosunek maksymalnych i minimalnych sygnałów wykrywalnych. Podczas analizy mieszaniny zawierającej 99,99% jednego związku lub dowolnego elementu i 0,01% wszelkich zanieczyszczeń, zakres liniowości musi być czwartym zamówieniem. Spektrometry masowe do analizy związków organicznych charakteryzują się dynamicznym zakresem 5-6 zamówień i spektrometrów masowych do analizy elementarnej - 9 - 12 zamówień.

Wrażliwość

Wrażliwość jest jedną z najważniejszych cech instrumentów analitycznych. Zazwyczaj parametr związany z czułością jest minimalną ustaloną ilością substancji lub progu wykrywania. Typową wielkość progu wykrywania dobrego spektrometru chromatomów stosowanego do analizy związków organicznych wynosi 1 ∙ 10 -12 g o postaci 1 roztworu mikromometru.

Limity wykrywania substancje nieorganiczne Metoda ICP / MS (spektrometria masowa AC / MS z osoczem związanym z indukcyjnym) wynosi 1 ∙ 10 -15 (jedna część na Quadrillililionie).

Zakres metody

Destiny Uwierzytelnianie

Fragmentowane widmo masowe to "odcisk palca" struktura chemiczna. Dlatego tożsamość widm masowego jednoznacznie wskazuje na tożsamość cząsteczek, zwłaszcza w połączeniu z wykorzystaniem bibliotek widm masowych i danych chromatograficznych. Widmo masowe o wysokiej rozdzielczości pozwala określić kompozycję atomową cząsteczki (wzorze brutto) według dokładnej masy.

Ilościowe określenie substancji farmaceutycznych i zanieczyszczeń w postaci dawkowania

Analiza ilościowa przeprowadza się przy użyciu standardowych próbek w połączeniu z tradycyjnymi technikami chromatograficznymi, a dokładnie reprodukcja warunków chromatograficznych nie potrzebuje, ponieważ pik na chromatogramie jest identyfikowany przez widmo masowe, a integracja wybranych jonów lub szczytów reakcji wybranych Tworzenia się konkretnego jonu jest zwykle pozwala określić ilościowo składnik w przypadku niepełnego oddzielenia pików na chromatogramie.

Identyfikacja zanieczyszczeń i ustanowienie nieznanej struktury

Widmo masowe pozwala określić masę cząsteczkową związku na jonem molekularnym, aw wielu przypadkach możliwe jest dowiedzenie się, z których fragmenty cząsteczki jest taka, w połączeniu z wykorzystaniem bibliotek widmowych i danych spektroskopii NMR możliwość jednoznacznie ustanowić strukturę chemiczną.

Kwantyfikacja ilości śladowych substancji w farmakokinetyce i metabolicznym

Selektywność w trybach SIM (monitorowanie wybranych jonów) i SRM (monitorowanie wybranych reakcji) wraz z bardzo wysoką czułością umożliwia zastosowanie kombinacji spektrometrii HPLC i masowej w celu określenia analizowanych substancji na tle takich skomplikowanych mieszanin wielokomponentów, takich jak biologiczne mieszaniny płyny lub ekstrakty roślinne.

Oznaczanie ilościowe więcej niż 70 elementów o limitach pomiarowych od 10 do 0,1 PRT ( części. za. kwintylion. ) Spektrometria mas z indukcyjnie sprzężonym plazmą.

Ekwipunek

Spektrometr masowy składa się z następujących bloków, które mają kilka odmian: Systemy wejściowe próbki, źródło jonów, analizator masy, detektor i systemy przetwarzania danych.

Przykładowy system wejściowy.

Pierwszym etapem analizy jest wejście do próbki substancji testowej do urządzenia bez znaczącego naruszenia próżni.

System wejściowy jest najbardziej stosowany do analizy składników mieszaniny oddzielonej przez odpowiedni instrument podłączony do spektrometru masowego.

Chromatografia gazowa / spektrometria mas (GC / MS) ( GC. / SM. ).

Podczas korzystania z odpowiednich kolumn kapilarnych można bezpośrednio podawać koniec kolumny do źródła jonów urządzenia bez użycia separatora.

Służy do analizy związków chemicznych o temperaturze wrzenia około 400 ° C.

Chromatografia cieczowa / spektrometria mas (LC / MS).

Taka kombinacja urządzeń jest szczególnie skuteczna, gdy analizuje nieulotne związki biegunowe lub substancje termolabilne. Ze względu na trudność pozyskania jonów w fazie gazowej, z tym sposobem wymaga zastosowania specjalnych interfejsów: elektrośrody (ESI), termostrint (TSI), jonizację chemiczną przy ciśnieniu atmosferycznym (APCI), fotoinizacja na ciśnieniu atmosferycznym (API), etc ., które są niezależnymi metodami jonizacji i zostaną omówione poniżej.

Superkrytyczna chromatografia / spektrometria masowa

Ta metoda próbki wejściowej jest fakt, że faza mobilna, zwykle składająca się z dwutlenkowego węgla w stanie nadkrytycznym, przechodzi w stan gazowy po przejściu przez zawór ogrzewany między kolumną a źródłem jonów.

Elektroforezy kapilarne / spektrometria masowa ( CE. / SM. )

Eluent wprowadza się do źródła jonów, w niektórych przypadkach, po dodaniu dodatkowego rozpuszczalnika, podczas gdy natężenie przepływu może osiągnąć kilka mililitrów na minutę. Ograniczenia tej metody są niewielkie ilości próbki wejściowej i potrzebę stosowania lotnych roztworów buforowych.

Przykładowe urządzenia wejściowe bezpośrednie

Próbka jest wprowadzana do urządzenia przez bramę próżniową za pomocą zaworu, prętów, przenośnika lub autosamplery, odparowuje termicznie lub podczas desorpcji z powierzchni bezpośrednio w źródle jonów. Dzięki tej metodzie wejścia konieczne jest stosowanie czystych próbek lub oznaczało, że uzyskane widmo masowe mogą być widma mieszaniny kilku połączeń.

Źródło jonów.

Jonizacja elektroniczna ( Ei. )

Próbka badanej substancji w stanie gazowym jest zjonizowana przez przepływ elektronowy, którego energia (zwykle 70 EV) jest większa niż energia jonizacji próbki. Ponadto utworzono oprócz jonu molekularnego M +, fragmentacji jonów mniejszej masy, charakterystyczne dla tej struktury molekularnej. Głównym ograniczeniem tej metody jest konieczność odparowania próbki, co uniemożliwia studiowanie polarnie, termolabil lub połączenia o wysokiej masie cząsteczkowej. Jonizacja elektroniczna może być stosowana w chromatografii gazowej w połączeniu z spektrometrią masową i tylko w niektórych przypadkach - w chromatografii ciekłej.

Jonizacja chemiczna ( CI. )

W tym przypadku sposób jonizacji wykorzystuje odczynnik gazu (metan, izobutan, amoniak, monooksynek azotu, dwutlenku azotu lub tlenu). Spektrum zawiera jony typu (M + H) +, (MN) -, jak również kompleksy jonowe utworzone przez analit z odczynnikiem zużytego gazu. Fragmentacja w jonizacji chemicznej objawia się w mniejszym stopniu niż gdy jonizacja jest wpływem elektronów.

W przypadku substancji termolabilnych stosuje się typ tego sposobu jonizacji, w którym próbka stosowana do przewodu jest bardzo szybko odparowa z powodu efektu Joule - Thomson (jonizacja chemiczna desorpcyjna).

Bombardowanie przez szybkie atomy ( Fab. ) lub jonizację bombardowania przez szybkie jony (spektrometria masy wtórnej - sims).

Próbka rozpuszczona w lepkiej matrycy (gliceryna lub m.-Nytrobenzylowy alkohol) stosuje się do metalowej powierzchni, zjonizowanej przez strumień atomów neutralnych (argon lub ksenon) lub jonów cezowych o dużej energii kinetycznej. Obserwuje się jony (M + H) + i (MN) - typy lub kompleksy jonowe utworzone przez medium (matryca) i próbkę. Ten rodzaj jonizacji jest dobrze nadaje się do polarnych, związków termolabilnych, umożliwiając uzyskanie widma cząsteczek o masie do 10 000. Ważne jest, aby próbka była równomiernie dystrybuowana w matrycy, w przeciwnym razie jakość widma znacznie się pogorszyła i próbuje ilościowić mieszaniny prowadzące do nieprzewidywalnych wyników. Znany Fab FB, który może być stosowany do chromatografii ciekłej, ale natężenie przepływu fazy komórkowej powinno być bardzo niskie (mniej niż 10 μl / min).

Desorpcja pola i jonizacja pola

Próbka odparowa w pobliżu emiter drutu wolframu pokryte mini (jonizacja pola) lub umieszczony na tym drucie (Desorpcja pola).

Pole elektryczne (napięcie około 10 kV), utworzone przez emiter, jonizuje próbkę. Energia przenoszona w ramach danych metod jonizacji jest tylko ułamek EV, tj. Nadmiar energii jonu molekularnego jest znacznie niższa niż w przypadku innych metod jonizacji. Ponadto inne elektrony cząsteczki jonizującej nie są podekscytowane, a M + okazuje się głównie (nieoczekiwane) stan elektronicznyA widmo jest często jedynym szczytem należącym do jonu molekularnego.

Matrix Laser Desorption Ionization (Maldi)

Próbka zmieszana z odpowiednim medium (matrycą) i umieszczona na metalowym podłożu jest jonizowana przez krótki laserowe impulsy o długości fali z zakresu UV do zasięgu IR (czas trwania impulsów może być z picosekundy do kilku nanosekundów). Absorbowanie UV związki organiczne są powszechnie stosowane jako matryca (2,5-dihydroksybenzoica, kwas syntapowy, 2,6-dihydroksyacetofenone itp.). Ta metoda jonizacji stosuje się głównie przy analizowaniu związków o bardzo dużej masie cząsteczkowej (ponad 100 000 Tak).

Indukcyjnie podłączony plazmę ( ICP. )

Próbkę rozpuszczoną w silnym kwasie mineralnym (kwas azotowy, kwas chlorku chlorowodorowy, kwas z tworzywa sztucznego, wódki tsaryjskich itp.), Jest dostarczany do strefy spalania plazmy argonu, gdzie w temperaturze kilku tysięcy stopni jest rozpad próbka do atomów z jonizacją. Metoda służy do określenia więcej niż 70 elementów. Ze względu na obecność zakłóceń molekularnych, optymalne stosowanie urządzeń o wysokiej rozdzielczości lub łączonych masy analizatorów z komory kolizji. Zakłócenia izotopowe, z reguły, można rozwiązać metodami matematycznymi.

Elektrosprony (Elektrospray) ( ESI. )

Próbkę w roztworze jest wprowadzana do źródła przez kapilarę, na końcu, którego istnieje potencjał około 5 metrów kwadratowych. Na wyjściu z kapilary powstaje aerozol naładowanych kropelek o wysokiej opłaty powierzchniowej. Odparowanie cząsteczek rozpuszczalników z wygenerowanego mikrookapela prowadzi do tworzenia się w fazie gazowej jednej ładunku (M + H) +, (MN) - lub pomnożyć jony naładowane (M + NN) + N, (M-NN) - n. Natężenie przepływu fazy mobilnej w tej formie jonizacji może się różnić od kilku NL / min do 1 - 2 ml / min. Ta metoda jonizacji stosuje się do związków biegunowych. Zastosowanie elektrosprey jest szczególnie skuteczne w celu ustalenia struktury polipeptydów, białek i kwasów nukleinowych masy molekularne do 10 000 000 i wyższy. Bardzo dobry elektrozpray łączy się z chromatografii cieczowej i elektroforezy kapilarnej.

Jonizacja chemiczna na ciśnieniu atmosferycznym ( APCI. )

Jonizacja próbki prowadzona jest przy ciśnieniu atmosferycznym w strefie wyładowania korony, umieszczona na ścieżce fazy ruchomej, która jest rozpylana zarówno z powodu efektów termicznych, jak i stosowania przepływu azotu. Uformowane są rozładowane jony (M + H) + lub (MN) -. Metoda udowodniła się do analizy stosunkowo małych cząsteczek polarnych i nie-biegunowych z ważeniem mniejszym niż 1200. Możliwość wykorzystania wysokich szybkości przepływu fazy mobilnej (do 2 ml / min) sprawia, że \u200b\u200bten sposób jonizacji ideał do kombinacji z chromatografii ciekłej.

Fotoinizacja na ciśnieniu atmosferycznym ( Appi. )

W źródle jonów Appi używa lampy Kryptona, która emituje fotony energią 10,0 i 10,6 EV. Te energie fotonowe są wystarczające do jonizacji większości analizowanych związków, natomiast do jonizacji typowych rozpuszczalników (wody, metanolu, acetonitrylu itp.) W przypadku chromatografii cieczowej fazy z wykrywaniem spektrometrycznym masem, promieniowanie jest potrzebne z większą energią. Zastosowanie fotonów o niskiej energii jako źródła jonizacji prowadzi do widma masowego wolnego od "hałasu chemicznego", a także gwarantuje minimalną fragmentację jonów, co pozwala na zidentyfikowanie protonowanych jonów lub kationy radykalne.

Oprócz powyższych odmian źródeł jonów, istnieje wiele mniej wspólnych metod jonizacji, takich jak termosphai, desorpcja plazmy, ablacja laserowa itp

Spekrtometria masy Strzałka

Spektrometria Mass Dart (bezpośrednia analiza w czasie rzeczywistym) - szybka metoda Uzyskanie widma niskich połączeń masy cząsteczkowej w trybie on-line bezpośrednio podczas analizy, praktycznie nie wymagający przygotowania próbki. Metoda pozwala na Ultra Cut Identification składników dowolnych obiektów stałych lub ciekłych. Procedura analizy jest zmniejszona do faktu, że obiekt wprowadzany jest przez pincety (w przypadku próbek stałych) lub patyka (w przypadku ciekłych obiektów) do źródła jonów strzałek, gdzie występuje odparowanie substancji i jej jonizacja z późniejszą rejestracją jonów przez spektrometr masowy. Jednocześnie tworzy się bardzo proste widma, zwykle zawierające protonowane jony molekularne o niskiej masie cząsteczkowej próbki. Metoda spektrometrii Masowej DART ma zastosowanie do śledzenia kompletności przepływu syntezy organicznej nowych substancji lekowych, bezpośrednia analiza składników mieszanin oddzielonych na płytce TLC, z jego powierzchni, wykrywanie fałszerstwów podczas analizy substancji farmaceutycznych i leków.

Analizator masy

Podwójny fokus

Na podstawie zasady działania wszystkich analizatorów masowych prawo fizyczne Ruchy naładowanych cząstek, zgodnie z którym trajektoria naładowanych cząstek w polu magnetycznym jest skręcona, a promień krzywizny zależy od masy cząstek. Jest w jonach urządzeń rejestrowanych są rozprowadzane przez masy. Dodatkowy analizator elektrostatyczny jest ustawiony w celu zwiększenia uprawnień na ścieżkach jonowych. Spektrometry magnetyczne mają wysoką rozdzielczość, co umożliwia stosowanie ich w badaniu związków organicznych o wysokiej rozdzielczości, podczas analizy stosunków izotopowych, analizę elementarną na wrażliwości marginalnej.

Quadrupole Analyzer.

Przyrząd analizatora określonego typu opiera się na zasadzie czterokolorowego, który jest 4 pręty, dla których określona jest pewna kombinacja napięcia elektrycznego o zmiennej elektrycznej stałej i częstotliwości radiowej, jest dostarczana w przeciwległej polaryzacji. Jony poruszające się równolegle do osi tych prętów spadają do pola hiperbolicznego. Możliwość transmisji jonów zależy od relacji m / z. i napięcie pola częstotliwości radiowej. Zmiana napięcia polowego skanują wszystkie wartości m / z. W zakresie pracy urządzenia (zwykle od 1 do 2000). Niektóre urządzenia skanują do 4000 AE.M.

Spektrometry masowe czterokolorowe nie wymagają stosowania wysokich napięć około tysięcy woltów, w przeciwieństwie do spektrometrów mas magnetycznych. Pozwala to uprościć projekt, ponieważ tworzenie próżni w urządzeniu wymaga mniejszych wymiarów komory próżniowej.

Analizator czasu (czas o. f Lot, TOF)

W takich analizatorach jony są dystrybuowane przez masę w bezużytecznej przestrzeni, a nie kosztem wzorców ruchu naładowanych cząstek w polu (magnetyczne lub elektrostatyczne). Jony ze źródła przyspiesza pole elektryczne, kupując dość dużą energię kinetyczną i wpaść w bezużyteczną przestrzeń. Przy wejściu do tej przestrzeni wszystkie jony mają tę samą energię kinetyczną i zgodnie z formułą MI. = mv. 2/2, porusza się z różnymi prędkościami. W zależności od masy jonów detektor został osiągnięty w różnych czasach. Rejestracja jonów i pomiaru czasu po wejściu do detektora umożliwia obliczenie ich masy.

Na podstawie czasu analizatora masowego, bardzo szybkie (i wrażliwe) spektrometry masowe są zaprojektowane.

Analizator masy czasu lotu, w przeciwieństwie do analizatora czterokupoli, pozwala zarejestrować szeroką gamę mas i pomiaru mas bardzo dużych cząsteczek, a najbardziej odpowiednią metodą jonizacji opisano powyżej metody MALDI (jonizacja lasera desorpcja z pomocą matrycy).

Analizatory masy drzew są używane głównie z powodu ich prostoty, prędkości i stosunkowo niskich kosztów.

Pułapka jonowa Quadrupole.

Rozwój analizatorów czteroodpolowych doprowadziło do utworzenia "pułapki jonowej".

W pułapce jonowej czterokolowej jony są ustalane wewnątrz czteroodpolu z powodu potencjału blokującego na wejściu i końców wyjściowych pułapki. Następnie przy zastosowaniu zmiennej rezonansowej częstotliwości radiowej jony są wyprowadzane z pułapki zgodnie z wielkością m / z. i zarejestrowany przez elektroniczny mnożnik. Taki mechanizm może znacznie zwiększyć populację uwięzionej pułapki jonowej, która prowadzi do ekspansji zakresu dynamicznego i poprawy wrażliwości.

Pułapka jonowa umożliwia przechowywanie jonów, które są niezbędne do ustalenia struktury, bez koncentracji na pozostałych fragmentach cząsteczki, podczas gdy proces fragmentacji można powtórzyć powtórzony, do 10 do 10 razy (ogólnie przyjęta oznaczenie MS N) .

Rezonans jonowo-cyklotronowy

Jony narażone na silne pole magnetyczne porusza się wzdłuż trajektorii okrągłych z częstotliwościami, które mogą być bezpośrednio związane z wartościami m / z. Dla tych jonów za pomocą transformacji Fouriera. Analizatory tego typu mają bardzo wysoką rozdzielczość (do 1 000 000 i wyższych), a także pozwala uzyskać widma MS N.

Wadą analizatorów masowych opartych na rezonansie jonowo-cyklotronowym jest konieczność stosowania bardzo niskiego ciśnienia (około 10 -7 PA) oraz stosowanie magnesów nadprzewodnikowych działających w temperaturze ciekłego helu 4,2 K.

Jony pułapkowe orbitalne.

W jonach pułapek orbitalnych nie używaj pola magnetyczne (Spektrometr masowy z podwójnym skupieniem lub rezonansem jonowo-cyklotronowym) lub częstotliwości radiowej (pułapki jonowe czterokole). Zasada działania masy analizatorów tego typu jest oparta na elektrostatycznej osiowej harmonicznej pułapce jonowej orbitalnej, która wykorzystuje symetryczne statyczne pole elektryczne między elektrodami zewnętrznymi i wewnętrznymi specjalistą.

Przez analogię z masy analizatorzy w oparciu o rezonans jonowo-cyklotronowy w spektrometrze z pułapką orbitalną jonową, jon wykrywa przez indukowaną wartość prądu na elektrodach zewnętrznych; Częstotliwości odpowiadające innym m / z.Mieszane za pomocą algorytmu transformacji Fouriera, a następnie przekonwertuj na widmo masowe.

Pułapka orbitalna charakteryzuje się również większym zbiornikiem jonów. Duża pojemność ładunku przestrzennego w porównaniu z pułapkami jonowo-cyklotronowymi i czterokolecznymi umożliwia osiągnięcie większej dokładności pomiaru masy (rozdzielczość około 100 000 w okresie półtrwania szczytu), szerszym zakresem dynamicznym i zakresem stosunków ilości m / z..

Wykrywanie sygnału i przetwarzanie danych

Jony oddzielone analizatorem są konwertowane na sygnały elektryczne przez systemy wykrywania, w szczególności, elektroniczny mnożnik, fotomultingier lub cylinder faradowy. Kontrola różnych parametrów fizycznych wymaganych do skoordynowanego działania wszystkich systemów instrumentów, przetwarzania danych, w tym kalibracji, wizualizacji widm, automatycznych obliczeń ilościowych, archiwizacji danych, tworzenia i przy użyciu bibliotek Widma masowego przeprowadza się przez komputer z odpowiednim oprogramowaniem.

Rejestracja widma.

Istnieją trzy podstawowe sposoby rejestrowania widm: na kompletnym prądu jonowym (TIC); Monitorowanie wybranej jonów (SIM) lub wielu jonów (MIM); Selektywna rejestracja wybranych reakcji rozpadowych jonów (SRM) lub wielu jonów (MRM).

Rejestracja na temat bieżącego jonowego i dysocjacji, zainicjowaną przez zderzenie, umożliwia uzyskanie widm masowych, wyjątkowo związanych ze strukturą określonej cząsteczki.

W ten sposób uzyskane w ten sposób widma, biblioteki (bazy danych) zostały utworzone w celu określenia struktury cząsteczki na widm odniesienia.

Selektywna rejestracja jonów pozwala określić małe stężenia analitu na tle złożonej matrycy, a także prowadzi do ogromnej wygranej w czułości: czas wydany na nagranie pełnego spektrum masy, po selektywnej rejestracji jest używane do nagrywania tylko jednego lub więcej jonów.

Rejestracja wybranych reakcji jest jeszcze bardziej selektywna metoda określania pożądanego związku w złożonej mieszaninie.

Ta metoda jest zasadniczo różna od powyższych metod spektroskopowych. Spektrometria mas strukturalnych opiera się na zniszczeniu cząsteczki organicznej w wyniku jonizacji w taki czy inny sposób.

Uzyskane jony są sortowane według ich stosunku masy / ładunku (m / z), a następnie liczba jonów jest rejestrowana dla każdej wartości tego stosunku w postaci widma. Na rys. 5.1. Przedstawiono ogólny schemat typowego spektrometru masowego.

Figa. 5.1. Schemat blokowy typowego spektrometru masowego

Aby utrzymać próbkę spektrometru masowego, zwykle stosuje się rodzaj chromatografii, chociaż w wielu urządzeniach jest możliwość bezpośredniego wprowadzania próbki w komorze jonizacji. Wszystkie spektrometry mas mają urządzenia do jonizacji próbki i oddzielenie jonów w wielkości m / z. Po separacji musisz wykryć jony i zmierzyć ich numer. Typowy nagłówek jonów składa się z kolegów, które są wysyłane do kolektora w momencie tylko jonów jednego gatunku, gdzie są wykryte, a sygnał wykrywania jest wzmocniony przez elektroniczny mnożnik. Nowoczesne spektrometry masowe są wyposażone w specjalistyczne oprogramowanie: Akumulacja komputerów, przechowywania i wizualizacja danych.

Obecnie była to zwykła praktyka łączenia spektrometru masowego z chromatografem gazowym (GC-MS) lub cieczą (LC-MS).

Wszystkie spektrometry masowe są podzielone na dwie klasy: niskie (pojedyncze) urządzenia (R). Niska rozdzielczość spektrometry to urządzenia, na których cała masa można podzielić na m / z 3000 (R \u003d 3000 / (3000-2990) \u003d 3000). Na tym urządzeniu związków C16H 26 O2, a C 15 h 24 nr 2 jest nie do odróżnienia, ponieważ urządzenie zostanie naprawione w pierwszym i drugim przypadku masa 250.

Urządzenia o wysokiej rozdzielczości (R \u003d 20000) będą mogły rozróżnić C16H 26 O2 (250.1933) i C 15H 24 nr 2 (250.1807) w tym przypadku R \u003d 250.1933 / (250.1933 - 250.1807) \u003d 19857.

Tak więc, na urządzeniach o niskiej rozdzielczości, możliwe jest jednak ustalenie formuły strukturalnej substancji, jednak często jest to konieczne w tym celu. Dodatkowo konieczne jest przyciągnięcie danych z innych metod analizy (IR-, NMR Spectroskopia).

Urządzenia o wysokiej rozdzielczości mogą mierzyć masę jonową z dokładnością wystarczającą do określenia kompozycji atomowej, tj. Określ formułę molekularną badanej substancji.

W ostatniej dekadzie odbyły się szybki rozwój i poprawa spektrometrów mas. Bez omawiania urządzenia, zauważamy, że są one podzielone na typy w zależności od 1) metody jonizacji, 2) metody separacji jonowej. Ogólnie rzecz biorąc, sposób jonizacji nie zależy od sposobu separacji jonów i odwrotnie, chociaż istnieją wyjątki. Dalsze informacje na temat tych problemów są określone w literaturze [Sinsb. Lebedev].

W tym podręczniku zostaną rozważone widma masowe uzyskane przez jonizację przez wpływ elektronów.

5.2. Widma masowe z jonizacją przez elektroniczny cios

Elektroniczny strajk (UE, wpływ elektronów, EI) jest najczęstszym sposobem jonizacji w spektrometrii masowej. Zaletą tej metody jest możliwość korzystania z wyszukiwarek i baz danych (metoda UE była historycznie pierwszą metodą jonizacji, główne podstawy danych eksperymentalnych uzyskano na urządzeniach z UE).

Cząsteczka substancji próbki w fazie gazowej jest poddawana bombardowaniu elektronów o wysokiej energii (zwykle 70 EV) i wyrzuca elektron, tworząc radykalną kationową ion molekularny.:

M + E → M + (jon molekularny) + 2e

Najmniejsza energia bombardowania (zjonizowane) elektrony, w których tworzenie danej cząsteczki jonowej nazywa się energią (lub, rzadziej, "potencjał") jonizacji substancji (u e).

Energia jonizacji jest miarą siły, z którą cząsteczka utrzymuje najmniej silnie powiązany elektron.

Z reguły dla cząsteczek organicznych energia jonizacji wynosi zatem 9-12 EV, bombardowanie przez elektrony z energią 50 EV i powyżej zgłasza nadmiar energii wewnętrznej wschodzącego jonu molekularnego. Ta energia jest częściowo rozpraszana ze względu na łamanie obligacji kowalencyjnych.

W wyniku takiej luki, rozkład jonów molekulowych na cząstkach mniejszej masy (fragmenty). Taki proces jest nazywany podział.

Fragmentacja występuje selektywnie, jest wysoka wydajność i wyróżniona dla tego połączenia.. Ponadto procesy fragmentacji są przewidywalne i są one określające szerokie możliwości spektrometrii masowej analizy strukturalnej. W istocie analizy strukturalnej spektrometrii masowej jest zidentyfikowanie jonów fragmentacji i retrospektywnej przywrócenia struktury oryginalnej cząsteczki, w oparciu o kierunki fragmentacji jonu molekularnego. Na przykład metanol tworzy jon molekularny zgodnie ze schematem:

O
dolny punkt jest pozostałym dziwnym elektronem; Gdy ładunek jest zlokalizowany na oddzielnym atomie, znak ładowania jest wskazany na tym atomie.

Wiele z tych jonów molekularnych rozpad się przez 10 -10 - 10 -3 ° C i podaje wiele jonów fragmentacji (pierwotna fragmentacja):

Jeśli niektóre jony molekularne mają wystarczająco długą żywotność, osiągają detektor i są rejestrowane w postaci piku jonu molekularnego. Ponieważ ładunek pierwotnego jonu jest równy jednym, postawiem./ z. Dla tego pika daje masę cząsteczkową substancji w badaniu.

W ten sposób, widmo masowe jest reprezentacją względnych stężeń pozytywnie naładowanych fragmentów (w tym jonów molekulowych), w zależności od ich mas.

Szczególną literaturą przedstawia tabele najczęstszych jonów fragmentów, w których wskazano formułę strukturalną jonów i jej wartość M / Z [Prosch, Gordon, Silverstain].

Wysokość najbardziej intensywnej w widmie szczytowym jest pobierana przez 100%, a intensywności innych pików, w tym szczyt jonu molekularnego, są wyrażone jako procent maksymalnego piku.

W niektórych przypadkach może być intensywny szczyt jonowy molekularny. Ogólnie: intensywność szczytu zależy od stabilności utworzonego jonu.

W widmach mas ma często seria szczytów jonów fragmentów, różniących się różnicą homologiczną (CH2), tj. 14 a.e.m. Homologiczna seria jonów jest charakterystyczna dla każdej klasy substancji organicznych, a zatem noszą ważne informacje o strukturze badanej substancji.