Maseni spektrometar
maseni spektrometar

Maseni spektrometar - uređaj za određivanje mase atoma (molekula) prema prirodi kretanja njihovih jona u električnim i magnetskim poljima.
Na neutralni atom ne utječu električna i magnetska polja. Međutim, ako mu se oduzme jedan ili više elektrona ili mu se doda jedan ili više elektrona, on će se pretvoriti u ion čija će priroda kretanja u tim poljima biti određena njegovom masom i nabojem. Strogo govoreći, u masenim spektrometrima nije određena masa, već omjer mase i naboja. Ako je naboj poznat, tada je masa jona jednoznačno određena, a time i masa neutralnog atoma i njegovog jezgra. Strukturno, maseni spektrometri mogu se uvelike razlikovati jedan od drugog. Mogu koristiti i statička polja i magnetska i/ili električna polja koja se mijenjaju u vremenu.

Razmotrite jednu od najjednostavnijih opcija.
Maseni spektrometar se sastoji od sljedećih glavnih dijelova:
a) izvor jona, gdje se neutralni atomi pretvaraju u ione (na primjer, pod djelovanjem zagrijavanja ili mikrovalnog polja) i ubrzavaju električnim poljem, b) područja konstantnih električnih i magnetnih polja, i in) prijemnik jona koji određuje koordinate tačaka na koje padaju joni koji prelaze ova polja.
Iz izvora jona 1 ubrzani ioni kroz prorez 2 padaju u područje 3 konstantnog i jednolikog električnog E i magnetnog B 1 polja. Smjer električno polje je postavljen položajem kondenzatorskih ploča i prikazan je strelicama. Magnetno polje je usmjereno okomito na ravan figure. U području 3, električno E i magnetsko B 1 polja odbijaju ione u suprotnim smjerovima i veličine jakosti električnog polja E i indukcije magnetsko polje B 1 se biraju tako da sile njihovog djelovanja na jone (qE i qvB 1, respektivno, gdje je q naboj, a v brzina jona) međusobno kompenzuju, tj. je qE = qvB 1 . Brzinom jona v = E/B 1 kreće se bez odstupanja u području 3 i prolazi kroz drugi prorez 4, padajući u područje 5 jednolikog i konstantnog magnetnog polja sa indukcijom B 2 . U ovom polju ion se kreće duž kružnice 6, čiji je poluprečnik R određen iz relacije
Mv 2 /R = qvB 2, gdje je M masa jona. Budući da je v \u003d E / B 1, masa jona se određuje iz relacije

M = qB 2 R/v = qB 1 B 2 R/E.

Dakle, sa poznatim nabojem jona q, njegova masa M je određena poluprečnikom R kružna orbita u području 5. Za proračune je zgodno koristiti omjer u sistemu jedinica datim u uglastim zagradama:

M[T] = 10 6 ZB 1 [T]B 2 [T]R[m]/E[V/m].

Ako se kao detektor jona 7 koristi fotografska ploča, tada će se ovaj radijus sa velikom preciznošću prikazati crnom tačkom na mjestu razvijene fotografske ploče gdje je udario snop jona. U modernim masenim spektrometrima, elektronski množitelji ili mikrokanalne ploče obično se koriste kao detektori. Maseni spektrometar omogućava određivanje masa sa vrlo visokom relativnom tačnošću ΔM/M = 10 -8 - 10 -7 .
Maseni spektrometar analiza mješavine atoma različite težine omogućava i određivanje njihovog relativnog sadržaja u ovoj mješavini. Konkretno, može se utvrditi sadržaj različitih izotopa bilo kojeg hemijskog elementa.

Masena spektrometrija (masena spektroskopija, masena spektrografija, masena spektralna analiza, masena spektrometrijska analiza) je metoda za proučavanje supstance zasnovana na određivanju odnosa mase i naboja jona nastalih tokom jonizacije komponenti uzorka od interesa. Jedna od najmoćnijih metoda za kvalitativnu identifikaciju supstanci, koja omogućava i kvantitativno određivanje. Možemo reći da je masena spektrometrija "vaganje" molekula u uzorku.

Istorija masene spektrometrije počinje temeljnim eksperimentima J. J. Thomsona početkom 20. stoljeća. Završetak "-metria" u nazivu metode pojavio se nakon široko rasprostranjenog prijelaza sa detekcije nabijenih čestica pomoću fotografskih ploča na električna mjerenja jonskih struja.

Masena spektrometrija se posebno široko koristi u analizi organskih supstanci, jer omogućava pouzdanu identifikaciju kako relativno jednostavnih tako i složenih molekula. Jedini opći zahtjev je da molekul može biti joniziran. Međutim, do danas je izmišljeno toliko metoda za ioniziranje komponenti uzorka da se masena spektrometrija može smatrati gotovo univerzalnom metodom.

Gotovo svi maseni spektrometri su vakuumski instrumenti jer su joni vrlo nestabilni u prisustvu stranih molekula. Međutim, postoje neki uređaji koji se uslovno mogu klasifikovati kao maseni spektrometri, ali koji ne koriste vakuum, već struju posebnog čistog gasa.

Maseni spektar je ovisnost intenziteta jonske struje (količine tvari) o odnosu mase i naboja (prirode tvari). Budući da se masa bilo kojeg molekula sastoji od masa njegovih sastavnih atoma, maseni spektar je uvijek diskretan, iako se pri niskoj rezoluciji masenog spektrometra, vrhovi različitih masa mogu preklapati ili čak spojiti. Priroda analita, karakteristike metode jonizacije i sekundarni procesi u masenom spektrometru mogu uticati na maseni spektar (vidi metastabilni joni, ubrzavajući gradijent napona preko mesta proizvodnje jona, neelastično rasejanje). Dakle, joni sa istim omjerom mase i naboja mogu završiti u različitim dijelovima spektra, pa čak i učiniti dio njega kontinuiranim.

Većina malih molekula ionizacijom dobija samo jedan pozitivan ili negativni naboj. Što je molekul veći, veća je vjerovatnoća da će se tokom jonizacije pretvoriti u višestruko nabijeni ion. Stoga je ovaj efekat posebno jak za ekstremno velike molekule, kao što su proteini, nukleinske kiseline i polimeri. Kod nekih vrsta ionizacije (na primjer, udar elektrona), molekul se može raspasti na nekoliko karakterističnih dijelova, što pruža dodatne mogućnosti za identifikaciju i proučavanje strukture nepoznatih supstanci.

Precizno određivanje mase analiziranog molekula omogućava vam da odredite njegov elementarni sastav (vidi: elementarna analiza). Masena spektrometrija takođe daje važne informacije o izotopskom sastavu analiziranih molekula.

Istorija masene spektrometrije

• 1912 - JJ Thomson stvara prvi maseni spektrograf i dobija masene spektre molekula kiseonika, azota, ugljen-monoksida, ugljen-dioksida i fosgena.
• 1913 - Uz pomoć svog masenog spektrografa, J. J. Thomson otkriva izotope neona: neon-20 i neon-22.
• 1918 - Arthur Dempster je napravio prvi maseni spektrograf.
• 1919 - Francis Aston, nezavisno od Dempstera, napravio je svoj prvi maseni spektrograf i započeo istraživanje izotopa. Ovaj uređaj je imao rezoluciju od oko 130.
• 1923 - Aston mjeri defekt mase masenim spektrometrom.
• 1932 - Kenneth Bainbridge pravi maseni spektrometar rezolucije 600 i osjetljivosti 1 dio na 10.000
• 1936 - Arthur Dempster, Kenneth Tompkins Bainbridge i Josef Heinrich Elizabeth Mattauch konstruisali su dvostruko fokusirajući maseni spektrograf. Dempster razvija izvor ionizacije iskre.
• 1940. - Alfred Nir pomoću preparativne masene spektrometrije izoluje uranijum-235.
• 1940 - Alfred Nir stvara prvi pouzdan izvor elektronskog udara koristeći jonizacionu komoru.
• 1942. Lawrence lansira Calutron, industrijsko postrojenje za odvajanje izotopa uranijuma zasnovano na spektrometru mase magnetnog sektora.
• 1946 - Vilijam Stivens je predložio koncept masenog spektrometra za vreme leta.
• 1948 - Cameron i Eggers su stvorili prvi maseni spektrometar sa analizatorom mase za vrijeme leta.
• 1952 - Talroze i Lyubimova prvi su posmatrali signal metonijuma CH5+ u izvoru jona sa elektronskim udarom pri povišenom pritisku metana u jonizacionoj komori (1966. Munson i Field primenjuju ovo otkriće u analitičke svrhe i stvaraju izvor jona sa hemijskom jonizacijom).
• 1953. Paul patentira kvadrupolni analizator mase i ionsku zamku.
• 1956. - McLafferty i Gohlke stvaraju prvi spektrometar za gasnu hromatografiju mase.
• 1966 - Munson i Field stvaraju izvor jona sa hemijskom jonizacijom.
• 1972 - Karataev i Mamyrin izumili su analizator mase sa fokusom vremena leta, koji značajno poboljšava rezoluciju analizatora.
• 1974 - Prvi maseni spektrometar tečne hromatografije koji su napravili Arpino, Baldwin i McLafferty
• 1981 - Barber, Bordoli, Sedgwick i Tylor kreiraju ionizator Fast Atom Bombardment (FAB).
• 1982 - Prvi maseni spektar cijelog proteina (inzulina) bombardiranjem brzim atomom (FAB).
• 1983. Blanky i Bestal izume termalni sprej.
• 1984 - L. N. Gall, a potom i Fenn objavljuju radove o metodi elektrospreja.
• 1987 - Karas, Bachmann, Bahr i Hillenkamp izumili ionizaciju laserske desorpcije uz pomoć matriksa (MALDI).
• 1999 - Aleksandar Makarov (engleski) ruski izume Orbitrap elektrostatičku ionsku zamku.

Princip rada i uređaj masenog spektrometra

Izvori jona

Prva stvar koju treba učiniti da bi se dobio maseni spektar je pretvoriti neutralne molekule i atome koji čine bilo koju organsku ili anorgansku supstancu u nabijene čestice - ione. Ovaj proces se naziva jonizacija i provodi se različito za organske i neorganske tvari. Drugi neophodan uslov je prelazak jona u gasnu fazu u vakuumskom delu masenog spektrometra. Visok vakuum osigurava nesmetano kretanje jona unutar masenog spektrometra, a u njegovom odsustvu ioni će se raspršiti i rekombinovati (vratiti u nenabijene čestice).

Konvencionalno, metode jonizacije organskih supstanci se mogu klasifikovati prema fazama u kojima se supstance nalaze pre jonizacije.

Gasna faza Elektronska jonizacija (EI) Hemijska jonizacija (CI) Hvatanje elektrona (EC) Jonizacija električnog polja (FI) Tečna faza Termička jonizacija atmosferski pritisak(AP)

• elektrosprej (APESI)
• hemijska jonizacija atmosferskog pritiska (APCI)
• fotojonizacija atmosferskog pritiska (APPI)

AT neorganska hemija za analizu elementarnog sastava koriste se oštre metode jonizacije, jer energija vezivanja atoma u čvrsto telo moraju se koristiti mnogo više i mnogo ozbiljnije metode da bi se te veze razbile i dobili joni.

• jonizacija u induktivno spregnutoj plazmi (ICP)
• termička jonizacija ili površinska jonizacija
• ionizacija užarenog pražnjenja i ionizacija iskri (vidi iskričko pražnjenje)
• jonizacija tokom laserske ablacije

Istorijski gledano, prve metode jonizacije su razvijene za gasnu fazu. Nažalost, mnoge organske supstance ne mogu se ispariti, odnosno prevesti u gasnu fazu, bez raspadanja. To znači da se ne mogu ionizirati udarom elektrona. Ali među takvim supstancama gotovo sve što čini živo tkivo (proteini, DNK itd.), fiziološki aktivne tvari, polimeri, odnosno sve što je danas od posebnog interesa. Masena spektrometrija nije stala i poslednjih godina razvijene su posebne metode za jonizaciju takvih organskih jedinjenja. Danas se uglavnom koriste dvije od njih - jonizacija pod atmosferskim pritiskom i njena podvrsta - elektrosprej (ESI), hemijska jonizacija pod atmosferskim pritiskom (APCI) i fotojonizacija atmosferskog pritiska (APPI), kao i laserska desorpciona ionizacija uz pomoć matriksa (MALDI). ) .

Mass Analyzers

Joni dobijeni tokom jonizacije prenose se u analizator mase uz pomoć električnog polja. Počinje druga faza masene spektrometrijske analize – sortiranje jona po masi (tačnije, po omjeru mase i naboja, ili m/z). Postoje sljedeće vrste analizatora mase:

Kontinualni analizatori mase

• Magnetni i elektrostatički sektorski analizator mase (eng. Sector instrument)
• Kvadrupolni analizator mase

• Analizator mase vremena leta
• Ionska zamka
• Kvadrupolna jonska zamka
• Fourier transformacijski ionski ciklotronski rezonantni analizator mase
• Orbitrap

Razlika između kontinuiranih i impulsnih analizatora mase je u tome što u prvi ioni ulaze u kontinuiranom mlazu, a u drugi u porcijama, u određenim vremenskim intervalima.

Maseni spektrometar može imati dva analizatora mase. Takav maseni spektrometar naziva se tandem maseni spektrometar. Tandem maseni spektrometri se po pravilu koriste zajedno sa metodama “meke” jonizacije, kod kojih nema fragmentacije jona analiziranih molekula (molekulskih jona). Dakle, prvi analizator mase analizira molekularni joni. Napuštajući prvi analizator mase, molekularni ioni se fragmentiraju pod dejstvom sudara sa molekulima inertnog gasa ili laserskog zračenja, nakon čega se njihovi fragmenti analiziraju u drugom analizatoru mase. Najčešće konfiguracije tandem masenih spektrometara su kvadrupol-kvadrupol i kvadrupol-vrijeme-of-flight.

Detektori

Posljednji element pojednostavljenog masenog spektrometra koji opisujemo je detektor nabijenih čestica. Prvi maseni spektrometri koristili su fotografsku ploču kao detektor. Sada se koriste dinoda sekundarni elektronski množitelji, u kojima ion, udarivši u prvu dinoda, izbacuje snop elektrona iz nje, koji, zauzvrat, udarajući u sljedeću dinodu, izbija još više elektrona iz nje, itd. Druga opcija je fotomultiplikatori, koji registruju sjaj koji se javlja kada su bombardovani jonima fosfora. Osim toga, koriste se mikrokanalni multiplikatori, sistemi kao što su diodni nizovi i kolektori koji prikupljaju sve ione koji su upali u dati poen prostor (Faraday kolekcionari).

Kromato-masena spektrometrija

Maseni spektrometri se koriste za analizu organskih i neorganskih jedinjenja.

Organske tvari su u većini slučajeva višekomponentne mješavine pojedinačnih komponenti. Na primjer, pokazano je da miris pržene piletine ima 400 komponenti (tj. 400 pojedinačnih organskih spojeva). Zadatak analitike je da utvrdi koliko komponenti čini organsku tvar, otkrije koje su te komponente (identifikuje ih) i sazna koliko je svakog spoja sadržano u smjesi. Za to je idealna kombinacija hromatografije i masene spektrometrije. Plinska hromatografija je najpogodnija za kombinovanje sa izvorom jona masenog spektrometra sa jonizacijom elektronskim udarom ili hemijskom jonizacijom, pošto su jedinjenja već u gasnoj fazi u koloni hromatografa. Uređaji u kojima je maseni spektrometrijski detektor kombinovan sa gasnim hromatografom nazivaju se hromato-maseni spektrometri (“Chromass”).

Mnoga organska jedinjenja ne mogu se razdvojiti na komponente pomoću gasne hromatografije, ali se mogu razdvojiti pomoću tečne hromatografije. Danas se za kombinovanje tečne hromatografije sa masenom spektrometrijom koriste izvori elektrosprej jonizacije (ESI) i hemijske jonizacije atmosferskog pritiska (APCI), a kombinacija tečne hromatografije sa masenim spektrometrima naziva se LC/MS (engleski LC/MS). Najmoćniji sistemi za organsku analizu koje zahteva savremena proteomika izgrađeni su na bazi supravodljivog magneta i rade na principu jonske ciklotronske rezonancije. Nazivaju se i FT/MS jer koriste Fourierovu transformaciju signala.

Karakteristike masenih spektrometara i masenih spektrometrijskih detektora

Najvažnije tehničke karakteristike masenih spektrometara su osjetljivost, dinamički raspon, rezolucija, brzina skeniranja.

Najvažnija karakteristika u analizi organskih jedinjenja je osjetljivost. Da bi se postigla najveća moguća osjetljivost uz poboljšanje odnosa signal-šum, pribjegava se detekciji za pojedinačne odabrane jone. U ovom slučaju, dobitak u osjetljivosti i selektivnosti je kolosalan, ali kada se koriste uređaji niske rezolucije, mora se žrtvovati još jedan važan parametar - pouzdanost. Na kraju krajeva, ako ste snimili samo jedan pik iz cijelog karakterističnog spektra mase, trebat će vam puno rada da dokažete da ovaj pik odgovara upravo onoj komponenti koja vas zanima. Kako riješiti ovaj problem? Koristite visoku rezoluciju na instrumentima s dvostrukim fokusom gdje možete postići visoki nivo pouzdanost bez žrtvovanja osjetljivosti. Ili koristite tandem masenu spektrometriju, gdje svaki pik koji odgovara roditeljskom jonu može biti potvrđen masenim spektrom podređenih jona. Dakle, apsolutni šampion u osjetljivosti je organski hromatografski maseni spektrometar visoke rezolucije sa dvostrukim fokusiranjem.

Prema karakteristikama kombinacije osjetljivosti sa pouzdanošću određivanja komponenti, jonske zamke slijede uređaje visoke rezolucije. Klasični kvadrupolni instrumenti nove generacije imaju poboljšane performanse zahvaljujući brojnim inovacijama, kao što je upotreba zakrivljenog kvadrupolnog predfiltera, koji sprečava neutralne čestice da dođu do detektora i na taj način smanjuje buku.

Primjena masene spektrometrije

Razvoj novih lijekova za spašavanje ljudi od ranije neizlječivih bolesti i kontrola proizvodnje lijekova, genetski inženjering i biohemija, proteomika. Bez masene spektrometrije, kontrole ilegalne distribucije opojnih i psihotropnih droga, forenzičke i kliničke analize otrovnih droga, analiza eksploziva.

Pronalaženje izvora porijekla je vrlo važno za rješavanje brojnih pitanja: na primjer, utvrđivanje porijekla eksploziva pomaže u pronalaženju terorista, droge - u borbi protiv njihove distribucije i blokiranju njihovih saobraćajnih puteva. Ekonomska sigurnost zemlje je pouzdanija ako carinske službe mogu ne samo analizom u sumnjivim slučajevima potvrditi zemlju porijekla robe, već i njenu usklađenost sa deklarisanom vrstom i kvalitetom. A analiza nafte i naftnih derivata potrebna je ne samo da bi se optimizirali procesi prerade nafte ili geolozi u potrazi za novim naftnim poljima, već i da bi se identificirali odgovorni za izlijevanje nafte u oceanu ili na kopnu.

U eri „kemizacije Poljoprivreda» prisustvo u tragovima primijenjenih hemikalija (npr. pesticida). prehrambeni proizvodi. U tragovima, ove tvari mogu uzrokovati nepopravljivu štetu ljudskom zdravlju.

Određeni broj tehnogenih (tj. koje ne postoje u prirodi, već nastaju industrijskim djelovanjem čovjeka) su supertokansi (koji u ekstremno niskim koncentracijama imaju toksično, kancerogeno ili štetno djelovanje na zdravlje ljudi). Primjer je dobro poznati dioksin.

Postojanje nuklearne energije nezamislivo bez masene spektrometrije. Uz nju se određuje stepen obogaćenosti fisionih materijala i njihova čistoća.

Naravno, medicina nije potpuna bez masene spektrometrije. Izotopska masena spektrometrija atoma ugljika koristi se za direktnu medicinsku dijagnostiku infekcije kod ljudi Helicobacter pylori i najpouzdanija je od svih dijagnostičkih metoda. Također, masena spektrometrija se koristi za određivanje prisustva dopinga u krvi sportista.

Teško je zamisliti područje ljudske aktivnosti u kojem ne bi bilo mjesta za masenu spektrometriju. Ograničavamo se samo na nabrajanje: analitička hemija, biohemija, klinička hemija, opšta hemija i organska hemija, farmaceutika, kozmetika, parfimerija, prehrambena industrija, hemijska sinteza, petrohemija i prerada nafte, kontrola okruženje, proizvodnja polimera i plastike, medicina i toksikologija, kriminalistika, doping kontrola, kontrola droge, kontrola alkoholnih pića, geohemija, geologija, hidrologija, petrografija, mineralogija, geohronologija, arheologija, nuklearna industrija i energetika, industrija poluprovodnika, metalurgija.

Početak razvoja masene spektrometrije postavili su eksperimenti J. Thomsona (1910), koji je proučavao snopove nabijenih čestica čije je razdvajanje po masi izvršeno pomoću električnog snopa. i magn. polja, a spektar je snimljen na . Prvi je napravio A. Dempster 1918. godine, a prvi maseni spektrograf napravio je F. Aston 1919. godine; takođe je istraživao izotop. spoj veliki broj elementi. Prvu seriju kreirao je A. Nir 1940. godine; njegov rad je označio početak masene spektrometrije izotopa. Direktna veza gas-tečnost (1959) omogućila je analizu složenih smeša isparljivih jedinjenja, a povezivanje sa tečnošću pomoću termičkog spreja. uređaji (1983) - mješavine nehlapljivih spojeva.
Mac-spektralni uređaji. Odvojiti proučavani in-va prema vrijednostima m/z, mjerenjem ovih veličina i razdvojenih struja koriste se maseni spektrometri. Uređaji u kojima se registracija vrši električnim putem. metode, tzv , te uređaji sa registracijom na - maseni spektrografi. Maseni spektralni instrumenti se sastoje od ulaznog sistema (ulaznog sistema), izvora jona, uređaja za odvajanje (analizator mase), detektora (prijemnika), koji obezbeđuju dovoljno dubok vakuum u čitavom sistemu instrumenata, i sistema za kontrolu i obradu podataka. (Sl. 2). Ponekad su uređaji povezani sa računarom.



Maseni spektralni instrumenti se odlikuju osjetljivošću koja se definira kao omjer broja registrovanih prema broju unesenih. Za trbušnjake. prag osetljivosti traje min. količina ispitivane supstance (izražena u g, ), za relativnu - min. maseni ili zapreminski udio ostrva (izražen u %), to-rye omogućavaju registraciju izlaznog signala sa omjerom signal-šum od 1:1.
jonski izvor je namijenjen za formiranje plinovitih tvari koje se istražuju i formiranje jonskog snopa, koji se dalje šalje u analizator mase. max. univerzalna metoda jonizacije in-va - elektronski udar. Prvi je izveo P. Lenard (1902). Moderna izvori ovog tipa građeni su po principu izvora A. Nira (sl. 3).

Rice. 3. Šema izvora jona tipa izvora A. Nier: 1 - permanentni magnet; 2 - ; 3 - istiskivanje; 4 - protok; 5 - zamka; 6 - jonski snop; 7 - ulaz in-va.

Pod uticajem polja linije sile koji su usmjereni okomito na smjer kretanja jonskog snopa, kreću se kružnom putanjom poluprečnika r = (2Vm n /zH 2) 1/2, gdje je V napon ubrzanja, m n masa, z je naboj, H je magnetna snaga. polja. sa istom kinetikom
energije, ali sa različitim masama ili naelektrisanjem prolaze kroz analizator u dec. trajektorije. Obično se sweep masenog spektra (registracija sa određenim vrijednostima m/z) provodi promjenom H na konstanti V. energije, kao i nesavršenost fokusiranja u pravcima, dovode do širenja jonskog snopa, što utiče na rezoluciju. Za statiku analizator mase R = r/(S 1 + S 2 + d ), gdje je S 1 i S 2 - respektivno. širina ulaznih i izlaznih proreza, d - proširenje snopa u ravni izlaznog proreza. Smanjenje veličine utora radi povećanja rezolucije uređaja tehnički je teško implementirati i, osim toga, dovodi do vrlo niskih ionskih struja, stoga se obično projektiraju uređaji s velikim radijusom trajektorije (r = 200–300 mm). Rezolucija m. povećano i kada se koriste analizatori mase sa dvostrukim fokusiranjem. U takvim uređajima, jonski snop se prvo propušta kroz odbojni električni posebno polje. forme, u kojima se fokusiranje zraka vrši prema energijama, a zatim preko magnetnih. polje u kojem su fokusirani u pravcima (slika 5).

Rice. 5. Šema analizatora mase sa dvostrukim fokusiranjem: S 1 i S 2 - izvor i prorez detektora; 1 - kondenzator; 2 - magnet.

Postoji više od 10 vrsta dinamike analizatori mase: kvadrupolni, vremensko-proletni, ciklotronska rezonanca, magnetna rezonanca, radio frekvencija, farvitron, omegatron, itd. U nastavku se razmatraju najviše. široko korišćeni analizatori mase. Kvadrupolni analizator mase je kvadrupolni kondenzator (slika 6), na paralelne šipke se primjenjuju konstantni napon V i naizmjenični visokofrekventni napon V 0 cos w t (w - frekvencija, t - vrijeme); njihove sume za svaku su jednake po veličini i suprotnog predznaka.



Rice. 6. Šema kvadrupolnog analizatora mase: 1 - visokofrekventni generator; 2 - generator istosmjernog napona; 3 - generator sweep generatora; 4 i 5 - izvor i detektor.

Oni koji se emituju iz izvora jona kreću se u komori analizatora duž ose z, paralelno sa uzdužnim osovinama štapova, duž složenih volumetrijskih spiralnih putanja, vršeći poprečne vibracije duž x i y ose. Pri fiksnim vrijednostima frekvencije i amplitude naizmjeničnog napona prolaze određene vrijednosti m/z četveropolni kondenzator, y s drugim vrijednostima m / z, amplituda poprečnih oscilacija dostiže toliku vrijednost da udare u šipke i na njima se isprazne. Maseni spektar se promjenjuje promjenom DC i AC napona ili frekvencije. Za moderne kvadrupol R = 8000. Prvi četveropolni uređaj izgradili su W. Pauli i H. Steinwedel (Njemačka, 1953.). Maseni analizator vremena leta je ekvipotencijalni prostor u kojem driftuju, odvajajući se prema svojim brzinama (slika 7). , formiran u izvoru jona, vrlo kratak električni. puls "ubrizgan" u obliku "jonskog paketa" kroz mrežu u analizator. U procesu kretanja, početni paket jona se stratificira u pakete koji se sastoje od paketa sa istim m/z vrijednostima. Brzina drifta odvojenih jonskih paketa i, posljedično, vrijeme njihovog leta kroz analizator dužine L izračunava se iz f-le: (V - napon). Ukupnost takvih paketa koji ulaze u detektor formira maseni spektar. Za moderne uređaji R = 5000 - 10000. Prvi uređaj kreirali su A. Cameron i D. Egters (SAD, 1948), au SSSR-u - N. I. Ionov (1956).

Rice. 7. Šema analizatora mase vremena leta: 1 - mreža; 2 - detektor.

Godine 1973. B. A. Mamyrin je dizajnirao uređaj sa elektrostatikom. reflektirajuće ogledalo, maseni reflektor. Ciklotron rezonantni analizator mase - ćelija u obliku kuboid ili kocka postavljena u homogeno magnetno polje. polje. , ulazeći u ćeliju, kreću se u njoj po spiralnoj putanji (ciklotronsko kretanje) frekvencijom w c \u003d 1 / 2 p z. H/m, gdje je H magnetska snaga. polja, tj. sa istim vrijednostima m/z, imaju određenu ciklotronsku frekvenciju. Rad uređaja zasniva se na rezonantnoj apsorpciji energije kada se frekvencija polja i frekvencija ciklotrona poklapaju. Metoda se zasniva na upotrebi ciklotronskog rezonantnog analizatora mase koji se koristi za određivanje mase, posebno mol. formirani tokom jonsko-molekularnih p-cija u gasnoj fazi; analiza strukture visokomol. ; definicije acidobazne st-in-in. Za pluća R = 10 8 . Prvu ionciklotronsku rezonancu izgradili su G. Sommer, G. Thomas i J. Hipl (SAD, 1950.).
Detektori(prijemnici) se postavljaju na izlaz instrumenta. Za detekciju pomoću elektrometrije. pojačala koja omogućavaju mjerenje jonskih struja do 10 - 14 A, elektronski multiplikatori i scintilatori. detektori sa fotomultiplikatorom, koji omogućavaju brojanje pojedinačnih (struja 10 - 19 A) i imaju malu vremensku konstantu, a takođe i prednost kojih je mogućnost registracije čitavog spektra mase i akumulacije signala. Za uvođenje ostrva u jonski izvor postoji poseban. sistem, tzv sistem oslobađanja. Omogućava unos strogo odmjerenih količina in-va, njegovog minimuma. termalni razgradnjom, najkraća dostava do jonizacionog područja i automatska promjena uzoraka bez kršenja. Ulazni sistem i hlapljivi in-in je hladni ili grijani stakleni rezervoari sa viskoznim ili stupom. curenja, kroz koja se gasoviti ulazi u područje jonizacije. Kada se poveže između izvora jona i postavljenog stuba. separator (mlazni, porozni ili membranski), u kojem se gas nosilac uklanja i obogaćuje analiziranom materijom. Ulazni sistem nisko-isparljivog in-in-a najčešće je vakuum brava, iz koje se ampula sa in-ionom uvodi direktno u jonizaciju. kamera. Ampula je postavljena na šipku opremljenu grijačem, uz pomoć kojeg se stvara potrebna temperatura za in-va. U nekim slučajevima, ampula se zagreva toplotom jonizacije. kamere. Za smanjenje razgradnje in-va povećajte brzinu zagrijavanja, koja mora premašiti toplinsku brzinu. raspadanje. Ovako rade uređaji koji povezuju tečni izvor sa izvorom jona. Naib. rasprostranjen je uređaj baziran na termičkom raspršivanju rastvora ispitivane supstance, sa Kromom dolazi do njegove jonizacije. dr. tip - trakasti transporter, na traci to-rogo in-in se isporučuje do izvora jona kroz sistem brava. Kada se traka pomiče, rastvarač se uklanja, a u izvoru jona, kada se traka brzo zagreva, sadržaj isparava i ionizira. U nekim slučajevima je moguća i jonizacija tvari kao rezultat njenog bombardiranja ubrzanim česticama na površini trake. Za nehlapljive inorg. conn. primijeniti posebno. , zvao Knudsenova ćelija. Ovo je visokotemperaturni lončić sa rupom malog prečnika 0,1-0,3 mm, kroz koju protiče u uslovima bliskim ravnotežnim. duboko radi (10 - 5 - 10 - 6 Pa i više), što omogućava minimiziranje gubitka rezolucije zbog sudara jonskog snopa sa neutralnim. Izvor jona i analizator mase imaju različiti sistemi pumpe i međusobno su povezani kanalom takve veličine, koji je dovoljan za prolaz jonskog snopa. Ovaj dizajn sprečava padanje analizatora kada se izvor podigne. Izvoru je također potrebna velika brzina pumpanja kako bi se smanjio memorijski efekat ( uklanjanje in-in, adsorbiran na ekst. pov-sti uređaj). Obično se difuzija stvara u uređajima. Koriste se i turbomolekularne, dajući ultravisoke (10 - 7 - 10 - 8 Pa) i ispumpavanje brzinom od nekoliko. litara u sekundi; oni ne zahtijevaju upotrebu hladnih zamki. Prikupljanje i upravljanje podacima zahteva automatizaciju svih procesa uz pomoć računara, što omogućava da se izvrši dif. vrste studija po unapred utvrđenom programu sa uslovima analize tokom rada uređaja.
Primjena masene spektrometrije. Masena spektrometrija se široko koristi u dekomp. oblasti nauke i tehnologije: u i, fizika, geologija, biologija, medicina, u industriji, u bojama i lakovima i hemijskim. prom-sti, u proizvodnji ultra-čistih materijala, u nuklearnoj tehnologiji, na selu. x-ve i veterine, u hrani. prom-sti, u analizi proizvoda zagađenja i mnoge druge. itd. Veliki napredak je postignut u analizi bioloških bitan; prikazana je mogućnost sa molom. m do 15000, sa molom. m do 45000 itd. Masena spektrometrija je našla primenu kao ekspresna metoda u medicini; Principi masene spektrometrije su u osnovi uređaja Naib. osjeća. detektori curenja. Otadžbina. proizvedeno za dif. namjene, imaju indekse: za proučavanje izotopskog sastava - MI, za proučavanje hem. sastav - MX, za - MS. Masena spektrometrija vam omogućava da izmjerite tačan mol. mase i izračunati elementarni sastav istraživanog in-va, ustanoviti hem. i prostori. strukturu, odrediti izotopski sastav, kvalitete ponašanja. i količine. analiza složenih smjesa org. veze. Jedan od najvažnijih zadataka je pronaći vezu između prirode spektra mase i strukture proučavane organizacije. . Prilikom jonizacije org. formira se mol. , u kojoj se dalje javljaju procesi hetero- i gomolitičke. kidanje veza ili kidanje veza sa preuređivanjem i formiranjem fragmentacije, to-rye, zauzvrat, može pretrpjeti dalje propadanje. Dosljedno raspadi određeni iz masenog spektra, tzv. pravci ili putevi propadanja. Pravci raspadanja su važna karakteristika svake klase jedinjenja. Ukupnost svih pravaca propadanja je karakteristična za svaku organizaciju. conn. shema fragmentacije. Ako je maseni spektar jednostavan, shema fragmentacije se svodi na jednu stazu raspada, npr. tokom kolapsa CH 3 OH + se uzastopno formiraju CH 2 = OH + i H-C = O +. U slučaju složenih masenih spektra, shema fragmentacije odgovara mnogim, često preklapajućim, smjerovima raspadanja, npr. shema fragmentacije:



Mol. razgrađuje se kao rezultat prekida veza CH-CO, CO-NH, NH-CH i CH-R sa formiranjem fragmenata respektivno. A n i X n , B n i Y n , C n i Z n , S n i R n (n je broj aminokiselinskog ostatka u peptidnom lancu), koji se dalje razlažu na isti način. Ukupan broj vrhova u takvom spektru može doseći nekoliko. stotine. Broj fragmenata određen je strukturom proučavanog, opskrbom internog. energije kažu. i fragmentacija i vremenski interval između formacije i njenog otkrivanja. Stoga je pri tumačenju masenih spektra potrebno uzeti u obzir kako uslove mjerenja (jonizujuća energija, ubrzavajući napon, u jonskom izvoru, temperatura jonizacijske komore), tako i konstruktivne karakteristike uređaja. Na max. Standardizacijom uslova mjerenja moguće je dobiti prilično reproducibilne masene spektre. Poređenje masenog spektra sistema koji se proučava sa spektrom dostupnim u katalogu - max. brz i lak način, in-in u određivanju zagađenja, kontroli ljudske i životinjske hrane, proučavanju lek procesa. droge, u forenzici itd. Međutim, samo na spektru mase ne može biti jednoznačno, na primjer. ne formiraju sve izomerne supstance različite masene spektre. U uslovima masene spektrometrije, neki od pobuđenih se raspadaju nakon napuštanja jonskog izvora. Tako zove metastabilan. U masenim spektrima, oni se karakterišu proširenim pikovima na necjelobrojnim m/z vrijednostima. Jedna od metoda za proučavanje takvih - masena i kinetička. energije. Proučavanje raspada metastabila vrši se na instrumentima, u kojima magn. analizator prethodi električnom. Magn. analizator je podešen tako da preskače metastabil