მასის სპექტრომეტრი
მასის სპექტრომეტრი

მასის სპექტრომეტრი - მოწყობილობა ატომების (მოლეკულების) მასების დასადგენად მათი იონების მოძრაობის ბუნებით ელექტრულ და მაგნიტურ ველებში.
ნეიტრალურ ატომზე არ მოქმედებს ელექტრული და მაგნიტური ველები. თუმცა, თუ მას ერთი ან მეტი ელექტრონი წაართმევენ ან მას ერთი ან მეტი ელექტრონი დაემატება, მაშინ ის გადაიქცევა იონად, რომლის გადაადგილების ბუნება ამ ველებში მისი მასითა და მუხტით განისაზღვრება. მკაცრად რომ ვთქვათ, მასის სპექტრომეტრებში განისაზღვრება არა მასა, არამედ მასის თანაფარდობა მუხტთან. თუ მუხტი ცნობილია, მაშინ იონის მასა ცალსახად არის განსაზღვრული და, შესაბამისად, ნეიტრალური ატომისა და მისი ბირთვის მასა. სტრუქტურულად, მასის სპექტრომეტრები შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს ერთმანეთისგან. მათ შეუძლიათ გამოიყენონ როგორც სტატიკური ველები, ასევე დროში ცვალებადი მაგნიტური და/ან ელექტრული ველები.

განვიხილოთ ერთ-ერთი ყველაზე მარტივი ვარიანტი.
მასის სპექტრომეტრი შედგება შემდეგი ძირითადი ნაწილებისგან:
ა) იონის წყაროს, სადაც ნეიტრალური ატომებიიონებად იქცევა (მაგალითად, გათბობის ან მიკროტალღური ველის გავლენის ქვეშ) და აჩქარებულია ელექტრული ველით, ბ) მუდმივი ელექტრული და მაგნიტური ველების არეები და in) იონის მიმღები, რომელიც განსაზღვრავს იმ წერტილების კოორდინატებს, სადაც იშლება იონები, რომლებიც კვეთენ ამ ველებს.
იონის წყაროდან 1 აჩქარებული იონები ჭრილში 2 მოხვდება მუდმივი და ერთგვაროვანი ელექტრული E და მაგნიტური B 1 ველების 3 რეგიონში. მიმართულება ელექტრული ველიმითითებულია კონდენსატორის ფირფიტების პოზიციით და ნაჩვენებია ისრებით. მაგნიტური ველი მიმართულია ფიგურის სიბრტყის პერპენდიკულარულად. რეგიონში 3, ელექტრული E და მაგნიტური B 1 ველები აბრუნებენ იონებს მოპირდაპირე მხარეებიდა ელექტრული ველის სიძლიერის E და ინდუქციის სიდიდე მაგნიტური ველი B 1 არჩეულია ისე, რომ მათი მოქმედების ძალები იონებზე (შესაბამისად, qE და qvB 1, სადაც q არის მუხტი და v არის იონის სიჩქარე) ერთმანეთს ანაზღაურებენ, ე.ი. იყო qЕ = qvB 1 . იონის სიჩქარით v = E/B 1 ის მოძრაობს გადახრის გარეშე მე-3 რეგიონში და გადის მეორე ჭრილში 4, ეცემა ერთგვაროვანი და მუდმივი მაგნიტური ველის რეგიონში B 2 ინდუქციით. ამ ველში იონი მოძრაობს წრის გასწვრივ 6, რომლის რადიუსი R განისაზღვრება მიმართებიდან
Mv 2 /R = qvB 2, სადაც M არის იონის მასა. ვინაიდან v \u003d E / B 1, იონის მასა განისაზღვრება მიმართებიდან

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

ამრიგად, ცნობილი იონის მუხტით q, მისი მასა M განისაზღვრება R რადიუსით წრიული ორბიტა რეგიონში 5. გამოთვლებისთვის მოსახერხებელია თანაფარდობის გამოყენება მოცემულ ერთეულთა სისტემაში კვადრატული ფრჩხილები:

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

თუ ფოტოგრაფიული ფირფიტა გამოიყენება იონის დეტექტორად 7, მაშინ ეს რადიუსი გამოჩნდება მაღალი სიზუსტით შავი წერტილიგანვითარებული ფოტოგრაფიული ფირფიტის ადგილას, სადაც იონური სხივი მოხვდა. თანამედროვე მასის სპექტრომეტრები, როგორც წესი, დეტექტორებად იყენებენ ელექტრონების მულტიპლიკატორებს ან მიკროარხის ფირფიტებს. მასის სპექტრომეტრი შესაძლებელს ხდის მასების განსაზღვრას ძალიან მაღალი ფარდობითი სიზუსტით ΔM/M = 10 -8 - 10 -7 .
მასის სპექტრომეტრით სხვადასხვა მასის ატომების ნარევის ანალიზი ასევე შესაძლებელს ხდის ამ ნარევში მათი ფარდობითი შემცველობის დადგენას. კერძოდ, შეიძლება დადგინდეს ნებისმიერი ქიმიური ელემენტის სხვადასხვა იზოტოპების შემცველობა.

ეს მეთოდი ფუნდამენტურად განსხვავდება ზემოთ განხილული სპექტროსკოპიული მეთოდებისგან. სტრუქტურული მასის სპექტრომეტრია ეფუძნება ორგანული მოლეკულის ამა თუ იმ გზით იონიზაციის შედეგად განადგურებას.

მიღებული იონები დალაგებულია მათი მასა/მუხტის თანაფარდობის მიხედვით (მ/ზ), შემდეგ ამ თანაფარდობის თითოეული მნიშვნელობის იონების რაოდენობა აღირიცხება სპექტრის სახით. ნახ. 5.1. წარმოდგენილია ტიპიური მასის სპექტრომეტრის ზოგადი სქემა.

ბრინჯი. 5.1. ტიპიური მასის სპექტრომეტრის ბლოკ-სქემა

ქრომატოგრაფიის ზოგიერთი ფორმა ჩვეულებრივ გამოიყენება ნიმუშის მასის სპექტრომეტრში გასაყვანად, თუმცა ბევრ ინსტრუმენტს აქვს უნარი უშუალოდ შეიყვანოს ნიმუში იონიზაციის პალატაში. ყველა მასის სპექტრომეტრს აქვს ნიმუშების იონიზაციისა და იონების m/z მნიშვნელობით გამოყოფის მოწყობილობები. გამოყოფის შემდეგ აუცილებელია იონების აღმოჩენა და მათი რაოდენობის გაზომვა. ტიპიური იონის კოლექტორი შედგება კოლიმირებული სლოტებისაგან, რომლებიც იმართება კოლექტორში ამ მომენტშიმხოლოდ ერთი სახის იონები, სადაც ისინი აღმოჩენილია და აღმოჩენის სიგნალი გაძლიერებულია ელექტრონული მულტიპლიკატორით. თანამედროვე მასის სპექტრომეტრები აღჭურვილია სპეციალიზებული პროგრამული უზრუნველყოფით: კომპიუტერები აკონტროლებენ მონაცემთა დაგროვებას, შენახვას და ვიზუალიზაციას.

ახლა უკვე ჩვეულებრივი პრაქტიკა გახდა მასის სპექტრომეტრის გაზის (GC-MS) ან თხევადი (LC-MS) ქრომატოგრაფის შერწყმა.

ყველა მასის სპექტრომეტრი იყოფა ორ კლასად: მოწყობილობები დაბალი (ერთჯერადი) და მაღალი გარჩევადობა(R). დაბალი გარჩევადობის სპექტრომეტრები არის მოწყობილობები, რომლებსაც შეუძლიათ მთლიანი მასების გამოყოფა მ/ზ 3000-მდე (R = 3000/(3000-2990) = 3000). ასეთ მოწყობილობაზე ნაერთები C 16 H 26 O 2 და C 15 H 24 NO 2 არ განსხვავდება, რადგან მოწყობილობა დააფიქსირებს მასას 250 როგორც პირველ, ასევე მეორე შემთხვევაში.

მაღალი გარჩევადობის ინსტრუმენტებს (R = 20000) შეუძლიათ განასხვავონ C 16 H 26 O 2 (250.1933) და C 15 H 24 NO 2 (250.1807) ნაერთები, ამ შემთხვევაში R = 250.1933 / (250.1931) = 250.1931.807. .

ამრიგად, შესაძლებელია სუბსტანციის სტრუქტურული ფორმულის დადგენა დაბალი გარჩევადობის ინსტრუმენტებზე, მაგრამ ხშირად ამ მიზნით დამატებით საჭიროა ანალიზის სხვა მეთოდების მონაცემების ჩართვა (IR და NMR სპექტროსკოპია).

მაღალი გარჩევადობის ინსტრუმენტებს შეუძლიათ გაზომონ იონის მასა ატომური შემადგენლობის დასადგენად საკმარისი სიზუსტით, ე.ი. განსაზღვრეთ საცდელი ნივთიერების მოლეკულური ფორმულა.

ბოლო ათწლეულში მასობრივი სპექტრომეტრების სწრაფი განვითარება და გაუმჯობესება მოხდა. მათი სტრუქტურის განხილვის გარეშე აღვნიშნავთ, რომ ისინი იყოფა ტიპებად, რაც დამოკიდებულია 1) იონიზაციის მეთოდზე, 2) იონების გამოყოფის მეთოდზე. ზოგადად, იონიზაციის მეთოდი დამოუკიდებელია იონური გამოყოფის მეთოდისგან და პირიქით, თუმცა არის გამონაკლისები. უფრო სრულყოფილი ინფორმაცია ამ საკითხებზე წარმოდგენილია ლიტერატურაში [Sainsb. ლებედევი].

ამ სახელმძღვანელოში განხილული იქნება ელექტრონის ზემოქმედების იონიზაციის შედეგად მიღებული მასის სპექტრები.

5.2. მასის სპექტრები ელექტრონის ზემოქმედების იონიზაციით

ელექტრონის ზემოქმედება (EI, ელექტრონის ზემოქმედება, EI) არის ყველაზე გავრცელებული იონიზაციის მეთოდი მასის სპექტრომეტრიაში. ამ მეთოდის უპირატესობაა საძიებო სისტემებისა და მონაცემთა ბაზების გამოყენების შესაძლებლობა (EI მეთოდი ისტორიულად პირველი იონიზაციის მეთოდი იყო, ძირითადი ექსპერიმენტული მონაცემთა ბაზები მიღებული იყო EI მოწყობილობებზე).

სანიმუშო ნივთიერების მოლეკულა აირის ფაზაში იბომბება მაღალი ენერგიის ელექტრონებით (ჩვეულებრივ 70 eV) და გამოდევნის ელექტრონს, წარმოქმნის რადიკალ კატიონს ე.წ. მოლეკულური იონი:

M + e → M + (მოლეკულური იონი) + 2e

დაბომბვის (იონიზირებული) ელექტრონების ყველაზე დაბალ ენერგიას, რომლის დროსაც იონის წარმოქმნას მოცემული მოლეკულიდან, ეწოდება ნივთიერების იონიზაციის ენერგია (ან, ნაკლებად წარმატებით, "პოტენციალი") (U e).

იონიზაციის ენერგია არის სიძლიერის საზომი, რომლითაც მოლეკულა ინარჩუნებს მასზე ყველაზე ნაკლებად მჭიდროდ დაკავშირებულ ელექტრონს.

როგორც წესი, ორგანული მოლეკულებისთვის იონიზაციის ენერგია არის 9-12 ევ, ამიტომ ელექტრონებით დაბომბვა 50 ევ და მეტი ენერგიით, ზედმეტ შიდა ენერგიას ანიჭებს მიღებულ მოლეკულურ იონს. ეს ენერგია ნაწილობრივ იშლება კოვალენტური ბმების რღვევის გამო.

ასეთი შესვენების შედეგად მოლეკულური იონი იშლება უფრო მცირე მასის ნაწილაკებად (ფრაგმენტებად). ასეთ პროცესს ე.წ ფრაგმენტაცია.

ფრაგმენტაცია არის შერჩევითი, უაღრესად რეპროდუცირებადი და დამახასიათებელი მოცემული ნაერთისათვის.. უფრო მეტიც, ფრაგმენტაციის პროცესები პროგნოზირებადია და სწორედ ისინი განსაზღვრავენ მასის სპექტრომეტრიის ფართო შესაძლებლობებს სტრუქტურული ანალიზი. სინამდვილეში, სტრუქტურული ანალიზი მასის სპექტრომეტრიით მოიცავს ფრაგმენტული იონების იდენტიფიკაციას და ორიგინალური მოლეკულის სტრუქტურის რეტროსპექტულ რეკონსტრუქციას, მოლეკულური იონის ფრაგმენტაციის მიმართულებების საფუძველზე. მაგალითად, მეთანოლი ქმნის მოლეკულურ იონს სქემის მიხედვით:

ო
ქვედა წერტილი - დარჩენილი კენტი ელექტრონი; როდესაც მუხტი ლოკალიზებულია ერთ ატომზე, ამ ატომზე მითითებულია მუხტის ნიშანი.

ამ მოლეკულური იონებიდან ბევრი იშლება 10-10-10-3 წმ-ში და წარმოქმნის ფრაგმენტების რიგ იონებს (პირველადი ფრაგმენტაცია):

თუ ზოგიერთ მოლეკულურ იონს აქვს საკმარისი დიდი დროსიცოცხლის განმავლობაში, ისინი აღწევენ დეტექტორს და აღირიცხება, როგორც მოლეკულური იონის პიკი. ვინაიდან საწყისი იონის მუხტი უდრის ერთიანობას, თანაფარდობასმ/ ზრადგან ეს პიკი იძლევა ანალიზის მოლეკულურ წონას.

Ამგვარად, მასის სპექტრი არის დადებითად დამუხტული ფრაგმენტების (მათ შორის მოლეკულური იონის) ფარდობითი კონცენტრაციების წარმოდგენა მათი მასების ფუნქციით..

სპეციალიზებულ ლიტერატურაში მოცემულია ყველაზე გავრცელებული ფრაგმენტული იონების ცხრილები, სადაც მითითებულია იონის სტრუქტურული ფორმულა და მისი m/z მნიშვნელობა [Prech, Gordon, Silverstein].

სპექტრის ყველაზე ინტენსიური პიკის სიმაღლე აღებულია 100%, ხოლო სხვა მწვერვალების ინტენსივობა, მოლეკულური იონის პიკის ჩათვლით, გამოხატულია მაქსიმალური პიკის პროცენტულად.

ზოგიერთ შემთხვევაში, მოლეკულური იონის პიკი ასევე შეიძლება იყოს ყველაზე ინტენსიური. Ზოგადად: პიკის ინტენსივობა დამოკიდებულია მიღებული იონის სტაბილურობაზე.

მასობრივი სპექტრები ხშირად შეიცავს ფრაგმენტების იონური მწვერვალების სერიას, რომლებიც განსხვავდებიან ჰომოლოგიური სხვაობით (CH2), ე.ი. 14 ამუ იონების ჰომოლოგიური სერია დამახასიათებელია ორგანული ნივთიერებების თითოეული კლასისთვის და, შესაბამისად, ისინი ატარებენ მნიშვნელოვან ინფორმაციას შესწავლილი ნივთიერების სტრუქტურის შესახებ.

მასის სპექტრომეტრიის შესაძლებლობები

მასის სპექტრი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნივთიერების მოლეკულური წონის დასადგენად. ამის დასამკვიდრებლად აუცილებელია მოლეკულური ფორმულანივთიერებები (ზოგადი ფორმულა). მაღალი სიზუსტით გაზომილი ატომის მასა განსხვავდება მასის რიცხვისგან. ასე რომ, CO 2 და C 3 H 8-ისთვის მასური რიცხვია 44, მაგრამ მათი ზუსტი ფარდობითი მოლეკულური მასებია 43,989828 და 44,062600, შესაბამისად, ე.ი. განსხვავება არის 0.072772 ამუ. მასის სპექტრომეტრი შესაძლებელს ხდის CO 2 + და C 3 H 8 + იონური სხივების გამოყოფას, როდესაც ისინი ერთდროულად მიიღება.

ატომის შემადგენლობის განსაზღვრა ზუსტი ღირებულებამასა ხორციელდება ზუსტი მასების ცხრილების გამოყენებით C, H, O და N ატომების რაოდენობის სხვადასხვა შეფარდებით, როგორც ყველაზე გავრცელებული ელემენტები. მასის ზუსტი გაზომვა არ ცვლის ელემენტარულ ანალიზს. ორივე მეთოდი ავსებს ერთმანეთს.

მასის სპექტრის შესწავლისას, გარდა მოლეკულური იონის ტიპის განსაზღვრისა (მ + ) გავზომოთ პიკები და იზოტოპური იონები, მსუბუქი ან მძიმე იზოტოპების ჩათვლით ( მასობრივი რიცხვები M ± 1, M ± 2, M ± 3 და ა.შ.). მოლეკულაში რამდენიმე იზოტოპის ერთდროული არსებობა ნაკლებად სავარაუდოა, რადგან მძიმე C, H, O და N იზოტოპების ბუნებრივი სიმრავლე უმნიშვნელოა. მაგალითად, 13 C: 12 C = 1×10 -2; 2 H: 1 H = 1.6×10 -4; 15 N: 14 N = 4×10 -3 და ა.შ. თუმცა, ქლორისთვის 35 Cl: 37 Cl = 3:1; ბრომისთვის 79 Br: 81 Br = 1:1. შესაბამისად, მასის სპექტრში, M იონთან ერთად + იქნება იონი (M+1) + იზოტოპების სიმრავლის პროპორციული ინტენსივობით. ფართოდ გამოყენებულ საცნობარო ცხრილებში, როგორც წესი, მოცემულია მოლეკულური იონების პიკური ინტენსივობის თანაფარდობები მასობრივი რიცხვებით M + 1 და M + 2.

მაქსიმალური ღირებულება m/z ნივთიერების მასის სპექტრში შეიძლება ჰქონდეს მოლეკულური იონი (M + ), რომლის მასა ტოლია საცდელი ნაერთის მოლეკულური მასისა. მოლეკულური იონის პიკის (M +) ინტენსივობა რაც უფრო მაღალია, მით უფრო სტაბილურია ეს იონი.

პრაქტიკაში იშვიათად არის შესაძლებელი ნაერთის სრული სტრუქტურის დადგენა მხოლოდ მასობრივი სპექტრის საფუძველზე. მრავალჯერადი გამოყენების ყველაზე ეფექტური გზა ფიზიკური და ქიმიური მეთოდები. მასის სპექტრომეტრია, განსაკუთრებით ქრომატოგრაფიასთან ერთად, არის ნივთიერების სტრუქტურის შესწავლის ერთ-ერთი ყველაზე ინფორმაციული მეთოდი (ქრომატო-მასპექტრომეტრია).

ამრიგად, მეთოდის შესაძლებლობებია: ნივთიერებების მოლეკულური წონის და მთლიანი ფორმულების განსაზღვრა; ნივთიერების სტრუქტურის დადგენა მიღებული ფრაგმენტების ბუნებით; ნარევების რაოდენობრივი ანალიზი, კვალი მინარევების განსაზღვრის ჩათვლით; ნივთიერების სისუფთავის განსაზღვრა; ნივთიერების იზოტოპური შემადგენლობის განსაზღვრა.

განვიხილოთ, როგორც მაგალითი, ეთანოლის მასის სპექტრი (ნახ. 2). როგორც წესი, სპექტრი წარმოდგენილია ჰისტოგრამების სახით.

ბრინჯი. 2. ეთანოლის მასობრივი სპექტრი

AT თანამედროვე ტექნიკაელექტრული იმპულსების ინტენსივობის დამუშავება, რომლებიც შეესაბამება მწვერვალებს სხვადასხვა m/z მნიშვნელობებით, ხორციელდება კომპიუტერის გამოყენებით.

მასობრივი სპექტრები მოცემულია შემდეგი აღნიშვნით: მითითებულია m/z მნიშვნელობები და ფარდობითი ინტენსივობა (%) ფრჩხილებში. მაგალითად, ეთანოლისთვის:

C2H5OH მასის სპექტრი (მ/ზ): 15(9), 28(40), 31(100), 45(25), 46(14).

ინტერვიუს კითხვები

1. თეორიული საფუძველიმეთოდი.

2. იონიზაციის ენერგია. ფრაგმენტაციის ტიპები.

3. მასის სპექტრომეტრის სქემატური დიაგრამა.

4. იონიზაციის მეთოდები: ელექტრონის ზემოქმედება, ქიმიური იონიზაცია და სხვ.

5. მოლეკულური იონის ფრაგმენტაციის ნიმუშები.

6. მასის სპექტრომეტრიის შესაძლებლობები.

სატესტო დავალებები

1. მოლეკულური იონის ფრაგმენტაციის სახეები:

ა). დისოციაცია - მოლეკულური იონის დაშლა ბმების თანმიმდევრობის შენარჩუნებით. პროცესის შედეგად წარმოიქმნება კატიონი და რადიკალი და იქმნება ფრაგმენტები m/z თანაფარდობის თანაბარი მნიშვნელობებით.

გადაწყობა - ობლიგაციების თანმიმდევრობის ცვლილება, წარმოიქმნება უფრო მცირე მასის ახალი რადიკალური კატიონი და ნეიტრალური სტაბილური მოლეკულა, ფრაგმენტები ხასიათდება m/z თანაფარდობის კენტი მნიშვნელობით.

ბ) გადაწყობა – მოლეკულური იონის დაშლა ბმების თანმიმდევრობის შენარჩუნებით. პროცესის შედეგად წარმოიქმნება კატიონი და რადიკალი და წარმოიქმნება ფრაგმენტები m/z თანაფარდობის უცნაური მნიშვნელობებით.

დისოციაცია არის ბმების თანმიმდევრობის ცვლილება, წარმოიქმნება უფრო მცირე მასის ახალი რადიკალური კატიონი და ნეიტრალური სტაბილური მოლეკულა, ფრაგმენტები ხასიათდება m/z თანაფარდობის თანაბარი მნიშვნელობით.

გ) დისოციაცია - მოლეკულური იონის დაშლა ბმების თანმიმდევრობის შენარჩუნებით. პროცესის შედეგად წარმოიქმნება კატიონი და რადიკალი და წარმოიქმნება ფრაგმენტები m/z თანაფარდობის უცნაური მნიშვნელობებით.

გადაწყობა - ობლიგაციების თანმიმდევრობის ცვლილება, წარმოიქმნება უფრო მცირე მასის ახალი რადიკალური კატიონი და ნეიტრალური სტაბილური მოლეკულა, ფრაგმენტები ხასიათდება m/z თანაფარდობის თანაბარი მნიშვნელობით.

2. მასის სპექტრომეტრიის მეთოდის შესაძლებლობები:

ა) ნივთიერებების მოლეკულური წონისა და მთლიანი ფორმულების განსაზღვრა, ნარევების რაოდენობრივი ანალიზი;

ბ) წარმოქმნილი ფრაგმენტების ბუნებით ნივთიერების სტრუქტურის დადგენა, ნივთიერების იზოტოპური შემადგენლობის განსაზღვრა;

გ) ნივთიერებების მოლეკულური წონისა და მთლიანი ფორმულების განსაზღვრა; ნივთიერების სტრუქტურის დადგენა მიღებული ფრაგმენტების ბუნებით; ნარევების რაოდენობრივი ანალიზი, კვალი მინარევების განსაზღვრის ჩათვლით; ნივთიერების სისუფთავის განსაზღვრა; ნივთიერების იზოტოპური შემადგენლობის განსაზღვრა.

3. აირჩიეთ სწორი პასუხი:

ა) გახეთქვის ალბათობა S-N კავშირებიმცირდება ნახშირწყალბადების ჯაჭვის გაზრდით; კავშირის გაწყვეტის ენერგია S-S ნაკლები; არომატულ წარმოებულებში, β- ბმის რღვევა გადაწყობილი ტროპილიუმის იონის წარმოქმნით, დიდი ალბათობით;

ა) C-H ბმის გაწყვეტის ალბათობა მცირდება ნახშირწყალბადების ჯაჭვის მატებასთან ერთად; კავშირის გაწყვეტის ენერგია S-S მეტი; არომატულ წარმოებულებში, β- ბმის რღვევა გადაწყობილი ტროპილიუმის იონის წარმოქმნით, დიდი ალბათობით;

გ) C-H ბმის გაწყვეტის ალბათობა მცირდება ნახშირწყალბადის ჯაჭვის მატებასთან ერთად; ენერგიის დამსხვრევა C-C კავშირებინაკლები; არომატულ წარმოებულებში, დიდი ალბათობით, ა-ბმა წყდება გადაწყობის ტროპილიუმის იონის წარმოქმნით;

1. კაზინი ვ.ნ., ურვანცევა გ.ა. ფიზიკური და ქიმიური კვლევის მეთოდები ეკოლოგიასა და ბიოლოგიაში: სახელმძღვანელო(კისრის UMO) / V.N. კაზინი, გ.ა. ურვანცევი; იაროსლავლი სახელმწიფო un-t im. პ.გ. დემიდოვი. - იაროსლავლი, 2002. - 173 გვ.

2. ქვეშ. რედ. ᲐᲐ. იშჩენკო. ანალიზური ქიმიადა ანალიზის ფიზიკურ-ქიმიური მეთოდები / ნ.ვ. ალოვი და სხვები - მ .: საგამომცემლო ცენტრი "აკადემია", 2012. (2 ტომად, 1 ტომი - 352 გვ., 2 ტომი - 416 გვ.) - (სერ. ბაკალავრიატი)

3. ვასილიევი ვ.პ. ანალიზური ქიმია. - წიგნი. 2. ანალიზის ფიზიკურ-ქიმიური მეთოდები. მოსკოვი: რუსეთის ფედერაციის განათლების სამინისტრო. 2007. 383 გვ.

4. ხარიტონოვი იუ.ია. ანალიზური ქიმია, წიგნი. 1, წიგნი. 2, სკოლის დამთავრება, 2008.

5. ოტო მ. თანამედროვე მეთოდებიანალიზური ქიმია (2 ტომად). მოსკოვი: ტექნოსფერო, 2008 წ.

6. რედ. იუ.ა. ზოლოტოვა. ანალიტიკური ქიმიის საფუძვლები, უმაღლესი სკოლა, 2004 წ.

7. ვასილიევი ვ.პ. ანალიზური ქიმია. - წიგნი. 2. ანალიზის ფიზიკურ-ქიმიური მეთოდები. M.: Bustard, 2009 წ.

8. Kazin V.N. ანალიზის ფიზიკური და ქიმიური მეთოდები: ლაბორატორიული სახელოსნო/ ვ.ნ. კაზინი, ტ.ნ. ორლოვა, ი.ვ. ტიხონოვი; იაროსლავლი სახელმწიფო un-t im. პ.გ. დემიდოვა - იაროსლავლი: YarSU, 2011. - 72 გვ.

(მასპექტროსკოპია, მასის სპექტროგრაფია, მასის სპექტრული ანალიზი, მასის სპექტრომეტრიული ანალიზი) - ნივთიერების შესწავლის მეთოდი მასის მუხტის თანაფარდობის (ხარისხის) და დამუხტული ნაწილაკების რაოდენობის განსაზღვრის გზით, რომელიც წარმოიქმნება ნივთიერების ზემოქმედების კონკრეტული პროცესის დროს. მასობრივი სპექტრომეტრიის ისტორია იწყება მე-20 საუკუნის დასაწყისში ჯონ ტომსონის ფუნდამენტური ექსპერიმენტებით. დაბოლოება "-metria" მიენიჭა ტერმინს ყველგან გადასვლის შემდეგ დატვირთული ნაწილაკების აღმოჩენიდან ფოტოგრაფიული ფირფიტების გამოყენებით. ელექტრო გაზომვებიიონური დინებები.

არსებითი განსხვავება მასის სპექტრომეტრიასა და სხვა ანალიტიკურ ფიზიკურ-ქიმიურ მეთოდებს შორის არის ის, რომ ოპტიკური, რენტგენის და სხვა მეთოდები აღმოაჩენს ენერგიის ემისიას ან შთანთქმას მოლეკულების ან ატომების მიერ და მასის სპექტრომეტრია უშუალოდ აღმოაჩენს თავად მატერიის ნაწილაკებს (ნახ. 6.12).

ბრინჯი. 6.12.

მასის სპექტრომეტრია in ფართო გაგებითარის მეცნიერება მასის სპექტრების მიღებისა და ინტერპრეტაციის შესახებ, რომლებიც, თავის მხრივ, მიიღება მასის სპექტრომეტრების გამოყენებით.

მასის სპექტრომეტრი არის ვაკუუმური ინსტრუმენტი, რომელიც იყენებს ფიზიკური კანონებიდამუხტული ნაწილაკების მოძრაობა მაგნიტურ და ელექტრულ ველებში, რაც აუცილებელია მასის სპექტრის მისაღებად.

მასობრივი სპექტრი, ისევე როგორც ნებისმიერი სხვა სპექტრი, ვიწრო გაგებითარის იონის დენის (რაოდენობის) ინტენსივობის დამოკიდებულება მასისა და მუხტის (ხარისხის) თანაფარდობაზე. მასის და მუხტის კვანტიზაციის გამო, ტიპიური მასის სპექტრი დისკრეტულია. ჩვეულებრივ (რუტინულ ანალიზებში) ეს მართალია, მაგრამ არა ყოველთვის. ანალიტის ბუნებას, იონიზაციის მეთოდის მახასიათებლებს და მასის სპექტრომეტრში მეორად პროცესებს შეუძლიათ დატოვონ კვალი მასის სპექტრზე. ამრიგად, იონები, რომლებსაც აქვთ იგივე მასა-დამუხტვის თანაფარდობა, შეიძლება დასრულდეს იქ სხვადასხვა ნაწილებისპექტრი და მისი ნაწილიც კი უწყვეტი გახადე. მაშასადამე, მასობრივი სპექტრი ფართო გაგებით არის რაღაც უფრო მეტი, რომელიც ატარებს კონკრეტულ ინფორმაციას და ხდის მისი ინტერპრეტაციის პროცესს უფრო რთულ და ამაღელვებელს. იონები ერთჯერად დამუხტულია და მრავლდება დამუხტული, როგორც ორგანული, ასევე არაორგანული. უმრავლესობა მცირე მოლეკულებიიონიზაციის დროს იძენს მხოლოდ ერთ დადებით ან უარყოფითი მუხტი. ატომებს შეუძლიათ მიიღონ ერთზე მეტი დადებითი მუხტიდა მხოლოდ ერთია უარყოფითი. ციყვები, ნუკლეინის მჟავადა სხვა პოლიმერებს შეუძლიათ შეიძინონ მრავალი დადებითი და უარყოფითი მუხტი. ატომები ქიმიური ელემენტებიაქვს სპეციფიკური წონა. Ამგვარად, ზუსტი განმარტებაგაანალიზებული მოლეკულის მასა საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ მისი ელემენტარული შემადგენლობა. მასის სპექტრომეტრია ასევე შესაძლებელს ხდის მიღებას მნიშვნელოვანი ინფორმაციაგაანალიზებული მოლეკულების იზოტოპური შემადგენლობის შესახებ. ორგანულ ნივთიერებებში მოლეკულები არის ატომების მიერ წარმოქმნილი სპეციფიკური სტრუქტურები. ბუნებამ და ადამიანმა შექმნეს მართლაც განუზომელი მრავალფეროვნება ორგანული ნაერთები. თანამედროვე მასის სპექტრომეტრებს შეუძლიათ აღმოჩენილი იონების ფრაგმენტაცია და მიღებული ფრაგმენტების მასის განსაზღვრა. ამ გზით შესაძლებელია ნივთიერების სტრუქტურის შესახებ მონაცემების მიღება.

მასის სპექტრომეტრის მუშაობის პრინციპი

ინსტრუმენტებს, რომლებიც გამოიყენება მასის სპექტრომეტრიაში, ეწოდება მასის სპექტრომეტრები ან მასის სპექტრომეტრიული დეტექტორები. ეს მოწყობილობები მუშაობენ მატერიალური ნივთიერება, რომელიც შედგება ყველაზე პატარა ნაწილაკები- მოლეკულები და ატომები. მასის სპექტრომეტრები განსაზღვრავენ, თუ რა სახის მოლეკულები არიან ისინი (ანუ რა ატომები ქმნიან მათ, რა არის მათი მოლეკულური მასა, როგორია მათი განლაგების აგებულება) და როგორი ატომებია ისინი (ანუ იზოტოპური შემადგენლობა). არსებითი განსხვავება მასის სპექტრომეტრიასა და სხვა ანალიტიკურ ფიზიკურ-ქიმიურ მეთოდებს შორის არის ის, რომ ოპტიკური, რენტგენი და ზოგიერთი სხვა მეთოდი აღმოაჩენს ენერგიის ემისიას ან შთანთქმას მოლეკულების ან ატომების მიერ, ხოლო მასის სპექტრომეტრია ეხება თავად მატერიის ნაწილაკებს. მასის სპექტრომეტრია ზომავს მათ მასებს, უფრო სწორად, მასის თანაფარდობას მუხტთან. ამისათვის გამოიყენება მატერიის დამუხტული ნაწილაკების მოძრაობის კანონები მაგნიტურ ან ელექტრულ ველში. მასის სპექტრი არის დამუხტული ნაწილაკების დახარისხება მათი მასების მიხედვით (მასა-მუხტის თანაფარდობა).

პირველ რიგში, მასის სპექტრის მისაღებად აუცილებელია ნეიტრალური მოლეკულები და ატომები, რომლებიც ქმნიან რაიმე ორგანულ ან არაორგანულ ნივთიერებას, დამუხტულ ნაწილაკებად – იონებად გადააქციოთ. ამ პროცესს იონიზაცია ეწოდება და განსხვავებულად ტარდება ორგანული და არაორგანული ნივთიერებები. ორგანულ ნივთიერებებში მოლეკულები არის ატომების მიერ წარმოქმნილი სპეციფიკური სტრუქტურები.

მეორეც, აუცილებელია იონების გადაქცევა გაზის ფაზაში მასის სპექტრომეტრის ვაკუუმში. მაღალი ვაკუუმი უზრუნველყოფს იონების შეუფერხებელ მოძრაობას მასის სპექტრომეტრის შიგნით, ხოლო მისი არარსებობის შემთხვევაში, იონები გაიფანტება და შერწყმულია (უკან გადაიქცევა დაუმუხტავ ნაწილაკებად).

პირობითად, ორგანული ნივთიერებების იონიზაციის მეთოდები შეიძლება კლასიფიცირდეს იმ ფაზების მიხედვით, რომლებშიც ნივთიერებები განლაგებულია იონიზაციამდე.

გაზის ფაზა:

• ელექტრონის იონიზაცია (EI, El - Electron ionization);
• ქიმიური იონიზაცია (CI, Cl - Chemical Ionization);
• ელექტრონული დაჭერა (EZ, EU - Electron capture);
• იონიზაცია ელექტრულ ველში (PI, FI - ველის იონიზაცია).

თხევადი ფაზა:

• თერმოსპრეი;
• იონიზაცია ზე ატმოსფერული წნევა(ADI, AR - ატმოსფერული წნევის იონიზაცია);
• ელექტროსპრეი (ES, ESI - Electrospray ionization);
• ქიმიური იონიზაცია ატმოსფერულ წნევაზე (APCI - ატმოსფერული წნევის ქიმიური იონიზაცია);
• – ფოტოიონიზაცია ატმოსფერულ წნევაზე (FIAD, APPI – ატმოსფერული წნევის ფოტოიონიზაცია).

მყარი ფაზა:

• პირდაპირი ლაზერული დეზორბცია - მასის სპექტრომეტრია (PLDMS, LDMS - Direct Laser Desorption - Mass Spectrometry);
• matrix-assisted laser desorbtion (ionization) (MALDI, MALDI - Matrix Assisted Laser Desorbtion (Ionization));
• მეორადი იონების მასის სპექტრომეტრია (MSVI, SIMS - Secondary-Ion Mass Spectrometry);
• დაბომბვა სწრაფი ატომებით (FAB, FAB - Fast Atom Bombardment);
• დეზორბცია ელექტრულ ველში (FD, FD - Field Desorption);
• პლაზმური დეზორბცია (PD, PD - პლაზმური დეზორბცია).

არა ორგანული ქიმიაელემენტარული შემადგენლობის ანალიზისთვის

ვრცელდება რთული მეთოდებიიონიზაცია, ვინაიდან ატომების შებოჭვის ენერგია მყარ სხეულში გაცილებით მეტია, რაც ნიშნავს, რომ ამ ობლიგაციების გაწყვეტისა და იონების მისაღებად ბევრად უფრო მკაცრი მეთოდები უნდა იქნას გამოყენებული:

• იონიზაცია ინდუქციურად შეწყვილებულ პლაზმაში (ICP, IC - Pinductively coupled plasma);
• თერმული იონიზაცია ან ზედაპირის იონიზაცია;
• კაშკაშა გამონადენის იონიზაცია და ნაპერწკლის იონიზაცია;
• იონიზაცია ლაზერული აბლაციის დროს.

ისტორიულად, პირველი იონიზაციის მეთოდები შეიქმნა გაზის ფაზისთვის. სამწუხაროდ, ძალიან ბევრი ორგანული ნივთიერების აორთქლება შეუძლებელია; გაზის ფაზაში გადატანა დაშლის გარეშე. ეს ნიშნავს, რომ ისინი ვერ იონიზდებიან ელექტრონის ზემოქმედებით. მაგრამ ასეთ ნივთიერებებს შორის, თითქმის ყველაფერი, რაც ცოცხალ ქსოვილს ქმნის (ცილები, დნმ და ა.შ.) ფიზიოლოგიურად არის. აქტიური ნივთიერებები, პოლიმერები, ე.ი. ყველაფერი, რაც დღეს განსაკუთრებულ ინტერესს იწვევს. მას-სპექტრომეტრია არ ჩერდებოდა და შიგნით ბოლო წლებიშემუშავებულია სპეციალური მეთოდებიასეთი ორგანული ნაერთების იონიზაცია. დღეს ძირითადად გამოიყენება ორი მათგანი - ატმოსფერული წნევის იონიზაცია და მისი ქვესახეობა - ელექტროსპრეი (ES), ატმოსფერული წნევის ქიმიური იონიზაცია და ატმოსფერული წნევის ფოტოიონიზაცია, ასევე მატრიცით დამხმარე ლაზერული დეზორბციის იონიზაცია (MALDI).

იონიზაციის დროს მიღებული იონები მასის ანალიზატორში გადადის ელექტრული ველის დახმარებით. იქ იწყება მასა-გაზაფხული-გაჭიმვის ანალიზის მეორე ეტაპი - იონების დახარისხება მასის მიხედვით (უფრო ზუსტად, მასის მუხტის თანაფარდობით).

არსებობს მასის ანალიზატორების შემდეგი ტიპები.

• 1. უწყვეტი მასის ანალიზატორები:
  • მაგნიტური და ელექტროსტატიკური სექტორის მასის ანალიზატორი;
  • ოთხპოლუსიანი მასის ანალიზატორი.
• 2. პულსის მასის ანალიზატორები:
  • ფრენის დროის მასის ანალიზატორი;
  • იონის ხაფანგი;
  • ოთხპოლუსიანი ხაზოვანი ხაფანგი;
  • იონ-ციკლოტრონის რეზონანსის მასის ანალიზატორი ფურიეს ტრანსფორმირებით;
  • ორბიტაჟი.

განსხვავება შორის უწყვეტი და პულსის მასის ანალიზატორები მდგომარეობს იმაში, რომ პირველი იონები შედიან უწყვეტ ნაკადში, ხოლო მეორე - ნაწილებად, გარკვეული დროის ინტერვალებით.

მასის სპექტრომეტრს შეიძლება ჰქონდეს ორი მასის ანალიზატორი. ასეთ მასის სპექტრომეტრს ე.წ ტანდემი. ტანდემური მასის სპექტრომეტრები გამოიყენება, როგორც წესი, „რბილ“ იონიზაციის მეთოდებთან ერთად, რომლებშიც არ ხდება გაანალიზებული მოლეკულების იონების ფრაგმენტაცია (მოლეკულური იონები). ამრიგად, პირველი მასობრივი ანალიზატორი აანალიზებს მოლეკულური იონები. პირველი მასის ანალიზატორიდან გამოსვლისას მოლეკულური იონები ფრაგმენტირებულია ინერტული აირის მოლეკულებთან ან ლაზერული გამოსხივების შეჯახების შედეგად, რის შემდეგაც მათი ფრაგმენტები ანალიზდება მეორე მასის ანალიზატორში. ტანდემური მასის სპექტრომეტრების ყველაზე გავრცელებული კონფიგურაციებია ოთხპოლუსი-ოთაპოლუსი და ოთხპოლუსი-ფრენის დრო.

გამარტივებული მასის სპექტრომეტრის ბოლო ელემენტი, რომელსაც ჩვენ აღვწერთ, არის დამუხტული ნაწილაკების დეტექტორი. პირველმა მასის სპექტრომეტრებმა დეტექტორად ფოტოგრაფიული ფირფიტა გამოიყენეს. ახლა გამოიყენება დინოდის მეორადი ელექტრონების მულტიპლიკატორები, რომლებშიც იონი, რომელიც პირველ დინოდს ეჯახება, მისგან ელექტრონების სხივს ამოაგდებს, რომელიც, თავის მხრივ, შემდეგ დინოდს ურტყამს, უფრო მეტს ურტყამს. დიდი რაოდენობითელექტრონები და ა.შ. კიდევ ერთი ვარიანტია ფოტომულტიპლიკატორები, რომლებიც აღმოაჩენენ ბზინვარებას, რომელიც ჩნდება ფოსფორის იონებით დაბომბვისას.

გარდა ამისა, გამოიყენება მიკროარხის მულტიპლიკატორები, სისტემები, როგორიცაა დიოდური მასივები და კოლექტორები, რომლებიც აგროვებენ ყველა იონს, რომელიც ჩავარდა. მოცემული წერტილისივრცე (ფარადეის კოლექციონერები).

მასის სპექტრომეტრები გამოიყენება ორგანული და არაორგანული ნაერთები. ორგანული ნივთიერებები უმეტეს შემთხვევაში მრავალკომპონენტიანი ნარევებია ინდივიდუალური კომპონენტები. მაგალითად, ნაჩვენებია, რომ შემწვარი ქათმის სუნი არის 400 კომპონენტი (ანუ 400 ინდივიდუალური ორგანული ნაერთი). ანალიტიკის ამოცანაა დაადგინოს რამდენი კომპონენტისგან შედგება ორგანული ნივთიერებები, გაარკვიოს რომელი კომპონენტებია ისინი (იდენტიფიცირება) და თითოეული ნაერთის რამდენს შეიცავს ნარევი. ამისთვის იდეალურია ქრომატოგრაფიის კომბინაცია მას-სპექტრომეტრიასთან. გაზის ქრომატოგრაფია საუკეთესოდ შეეფერება მასსპექტრომეტრის იონურ წყაროს ელექტრონის ზემოქმედების იონიზაციას ან ქიმიურ იონიზაციას, ვინაიდან ნაერთები უკვე ქრომატოგრაფის სვეტში გაზის ფაზაშია. ინსტრუმენტებს, რომლებშიც მასის სპექტრომეტრიული დეტექტორი შერწყმულია გაზის ქრომატოგრაფთან, ეწოდება ქრომატო-მას-სპექტრომეტრები („Chromass“).

ბევრი ორგანული ნაერთი არ შეიძლება იყოს კომპონენტებად დაყოფა გაზის ქრომატოგრაფიის გამოყენებით, მაგრამ მათი გამოყოფა შესაძლებელია თხევადი ქრომატოგრაფია. თხევადი ქრომატოგრაფიის მასსპექტრომეტრიასთან შერწყმისთვის ახლა გამოიყენება იონიზაციის წყაროები ელექტროპრესში და ქიმიური იონიზაცია ატმოსფერულ წნევაზე, ხოლო თხევადი ქრომატოგრაფიის კომბინაციას მასის სპექტრომეტრებთან ეწოდება LC/MS. ყველაზე ძლიერი სისტემები ორგანული ანალიზითანამედროვე პროტეომიკის მოთხოვნით, აგებულია ზეგამტარი მაგნიტის ბაზაზე და მოქმედებს იონ-ციკლოტრონის რეზონანსის პრინციპზე.

ყველაზე ფართოდ გავრცელებული ბოლო დროსმასის ანალიზატორი, რომელიც იონის მასის ყველაზე ზუსტი გაზომვის საშუალებას იძლევა და აქვს ძალიან მაღალი გარჩევადობა. მაღალი გარჩევადობა შესაძლებელს ხდის იმუშაოს პოლიპროტონულ იონებთან, რომლებიც წარმოიქმნება ცილების და პეპტიდების იონიზაციის დროს ელექტროსპრეში, ხოლო მასის განსაზღვრის მაღალი სიზუსტე შესაძლებელს ხდის იონების მთლიანი ფორმულის მიღებას, რაც შესაძლებელს ხდის ამინო სტრუქტურის განსაზღვრას. მჟავა თანმიმდევრობები პეპტიდებში და პროტეინებში, ასევე ცილების პოსტტრანსლაციური მოდიფიკაციების გამოსავლენად. ამან შესაძლებელი გახადა ცილების თანმიმდევრობა მათი წინასწარი ჰიდროლიზის გარეშე პეპტიდებად. ამ მეთოდს ეწოდება "ზემოდან ქვემოთ" პროტეომიკა. უნიკალური ინფორმაციის მიღება შესაძლებელი გახდა იონ-ციკლოტრონის რეზონანსული მასის ანალიზატორის ფურიეს ტრანსფორმაციის გამოყენებით. ამ ანალიზატორში იონები დაფრინავენ ძლიერ მაგნიტურ ველში და ბრუნავენ იქ ციკლურ ორბიტებში (როგორც ციკლოტრონი, ამაჩქარებელი ელემენტარული ნაწილაკები). ასეთ მასის ანალიზატორს აქვს გარკვეული უპირატესობები: აქვს ძალიან მაღალი გარჩევადობა, გაზომილი მასების დიაპაზონი ძალიან ფართოა და შეუძლია ყველა მეთოდით მიღებული იონების ანალიზი. თუმცა, მისი ფუნქციონირებისთვის საჭიროა ძლიერი მაგნიტური ველი, რაც ნიშნავს, რომ გამოყენება ძლიერი მაგნიტიძალიან დაბალ ტემპერატურაზე შენარჩუნებული სუპერგამტარი სოლენოიდით (თხევადი ჰელიუმი, დაახლოებით -270°C).

Ყველაზე მნიშვნელოვანი ტექნიკური მახასიათებლებიმასის სპექტრომეტრები არის მგრძნობელობა, დინამიური დიაპაზონი, გარჩევადობა, სკანირების სიჩქარე.

ორგანული ნაერთების ანალიზში ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მგრძნობელობა. რათა რაც შეიძლება შორს მივაღწიოთ უფრო დიდი მგრძნობელობაროდესაც სიგნალი-ხმაურის თანაფარდობა უმჯობესდება, გამოვლენას მიმართავენ ცალკეული შერჩეული იონებისთვის. მგრძნობელობისა და სელექციურობის მომატება ამ შემთხვევაში კოლოსალურია, მაგრამ დაბალი გარჩევადობის მოწყობილობების გამოყენებისას უნდა შესწიროს მეორე მნიშვნელოვანი პარამეტრი- სანდოობა. ორმაგი ფოკუსირების მქონე მოწყობილობებზე მაღალი გარჩევადობის გამოყენება საშუალებას გაძლევთ მიაღწიოთ მაღალი დონესაიმედოობა მგრძნობელობის შეწირვის გარეშე.

მაღალი მგრძნობელობის მისაღწევად, ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ტანდემური მასის სპექტრომეტრია, როდესაც თითოეული პიკი, რომელიც შეესაბამება ერთ იონს, შეიძლება დადასტურდეს ქალიშვილი იონების მასის სპექტრით. მგრძნობელობის აბსოლუტური ჩემპიონი არის მაღალი გარჩევადობის ორგანული ქრომატოგრაფიული მასის სპექტრომეტრი ორმაგი ფოკუსირებით.

კომპონენტების განსაზღვრის საიმედოობასთან მგრძნობელობის კომბინაციის მახასიათებლების მიხედვით, იონური ხაფანგები მიჰყვება მაღალი გარჩევადობის მოწყობილობებს. კლასიკური შემდეგი თაობის ოთხპოლუსიანი ინსტრუმენტები გაუმჯობესებულია რიგი ინოვაციებით, როგორიცაა მოსახვევი ოთხპოლუსიანი პრეფილტრის გამოყენება ხმაურის შესამცირებლად, რაც ხელს უშლის ნეიტრალური ნაწილაკების დეტექტორამდე მიღწევას.

მასის სპექტრომეტრიის გამოყენება

• · Ბირთვული ენერგია;
• · არქეოლოგია;
• · პეტროქიმია;
• · გეოქიმია (იზოტოპური გეოქრონოლოგია);
• · აგროქიმია;
• · ქიმიური მრეწველობა;
• · ნახევარგამტარული მასალების, ულტრასუფთა ლითონების, თხელი ფენების და ფხვნილების ანალიზი (მაგალითად, U და REE ოქსიდები);
• · ფარმაცევტული საშუალებები - წარმოებული მედიკამენტების ხარისხის კონტროლი და ფალსიფიკაციის აღმოჩენა;
• · სამედიცინო დიაგნოსტიკა;
• · ბიოქიმია - ცილების იდენტიფიკაცია, წამლის ცვლის შესწავლა.

ქრომატო-მასპექტრომეტრია

ქრომატო-მას-სპექტრომეტრია არის მეთოდი ძირითადად ორგანული ნივთიერებების ნარევების გასაანალიზებლად და თხევადი მოცულობის ნივთიერებების კვალი რაოდენობის დასადგენად. მეთოდი ეფუძნება ორი დამოუკიდებელი მეთოდის - ქრომატოგრაფიისა და მასის სპექტრომეტრიის კომბინაციას. პირველის დახმარებით ნარევი იყოფა კომპონენტებად, მეორის დახმარებით - ნივთიერების სტრუქტურის იდენტიფიკაცია და განსაზღვრა, რაოდენობრივი ანალიზი. არსებობს ქრომატოგრაფია-მასპექტრომეტრიის 2 ვარიანტი, რომლებიც წარმოადგენს მასის სპექტრომეტრიის ერთობლიობას ან გაზ-თხევადი ქრომატოგრაფიის (GLC) ან მაღალი ხარისხის თხევადი ქრომატოგრაფიის.

ბრინჯი. ათი.

პირველი კვლევები ანალიტიკური შესაძლებლობებიქრომატო-მასობრივი სპექტრომეტრია ჩატარდა 1950-იან წლებში, პირველი სამრეწველო ინსტრუმენტები, რომლებიც აერთიანებდნენ გაზის სითხის ქრომატოგრაფს და

მასის სპექტრომეტრი, გამოჩნდა 60-იან წლებში. ამ ორი ინსტრუმენტის ფუნდამენტური თავსებადობა განპირობებულია იმით, რომ ორივე შემთხვევაში გაანალიზებული ნივთიერება გაზის ფაზაშია, სამუშაო ტემპერატურული ინტერვალები ერთნაირია და გამოვლენის (მგრძნობელობის) საზღვრები ახლოსაა. განსხვავება ისაა, რომ მასის სპექტრომეტრის იონურ წყაროში შენარჩუნებულია მაღალი ვაკუუმი (10 -5 - 10 -6 Pa), ხოლო ქრომატოგრაფიულ სვეტში წნევა არის 10 5 Pa. წნევის შესამცირებლად გამოიყენება გამყოფი, რომელიც ერთ ბოლოში უკავშირდება ქრომატოგრაფიული სვეტის გამოსასვლელს, ხოლო მეორე ბოლოში მასის სპექტრომეტრის იონურ წყაროს. გამყოფი აშორებს მატარებელი აირის ძირითად ნაწილს სვეტიდან გამოსული გაზის ნაკადიდან და ორგანული ნივთიერებები გადადის მასის სპექტრომეტრში. ამ შემთხვევაში, სვეტის გასასვლელში წნევა მცირდება მასის სპექტრომეტრში მოქმედ წნევამდე.

გამყოფების მოქმედების პრინციპი ემყარება ან გადამზიდავი აირისა და ანალიზის მოლეკულების მობილურობის განსხვავებას, ან მათ განსხვავებულ გამტარიანობას ნახევრად გამტარი მემბრანის მეშვეობით. ინდუსტრიაში ყველაზე ხშირად გამოიყენება ინჟექტორები, რომლებიც მუშაობენ პირველი პრინციპის მიხედვით. ამ ტიპის ერთსაფეხურიანი გამყოფები შეიცავს ორ საქშენს მცირე დიამეტრის ხვრელებით, რომლებიც დამონტაჟებულია ზუსტად ერთმანეთის საპირისპიროდ. საქშენებს შორის მოცულობაში იქმნება წნევა 1,33 Pa. გაზის ნაკადი ქრომატოგრაფიული სვეტიდან პირველი საქშენის გავლით ზებგერითი სიჩქარით შედის ვაკუუმის რეგიონში, სადაც მოლეკულები მრავლდებიან მათი მასის უკუპროპორციული სიჩქარით. შედეგად, გადამზიდავი აირის უფრო მსუბუქი და სწრაფი მოლეკულები ამოტუმბულია და ორგანული ნივთიერებების ნელი მოლეკულები შედიან მეორე საქშენის ხვრელში, შემდეგ კი მასის სპექტრომეტრის იონურ წყაროში. ზოგიერთი ინსტრუმენტი აღჭურვილია ორსაფეხურიანი გამყოფით, რომელიც აღჭურვილია სხვა მსგავსი საქშენების ბლოკით. მათ შორის მოცულობაში იქმნება მაღალი ვაკუუმი. რაც უფრო მსუბუქია მატარებელი გაზის მოლეკულები, მით უფრო ეფექტურად იხსნება ისინი გაზის ნაკადიდან და მით უფრო მაღალია გამდიდრება. ორგანული ნივთიერებები.

ყველაზე მოსახერხებელი გადამზიდავი აირი ქრომატო-მასპექტრომეტრიისთვის არის ჰელიუმი. გამყოფის ეფექტურობა, ე.ი. ორგანული ნივთიერებების რაოდენობის თანაფარდობა გაზის ნაკადში, რომელიც გამოდის სვეტიდან მის რაოდენობასთან, რომელიც შედის მასსპექტრომეტრში, დიდწილად დამოკიდებულია გამყოფში შემავალი გადამზიდავი აირის ნაკადის სიჩქარეზე. 20-30 მლ/წთ ოპტიმალური ნაკადის დროს, მატარებელი აირის 93%-მდე ამოღებულია და ანალიზატორის 60%-ზე მეტი შედის მასის სპექტრომეტრში. ეს გადამზიდავი აირის ნაკადის სიჩქარე ტიპიურია შეფუთული სვეტებისთვის. კაპილარული ქრომატოგრაფიული სვეტის გამოყენების შემთხვევაში, გადამზიდავი აირის ნაკადის სიჩქარე არ აღემატება 2-3 მლ/წთ, ამიტომ მის გამოსასვლელში დამატებით ემატება გადამზიდავი აირი გაზის ნაკადს ისე, რომ ნაკადის სიჩქარე შემოდის. გამყოფი აღწევს 20-30 მლ/წთ. ეს უზრუნველყოფს გამყოფის საუკეთესო ეფექტურობას. მოქნილი კვარცის კაპილარული სვეტები შეიძლება შეიყვანონ პირდაპირ იონის წყაროში. ამ შემთხვევაში, იონის წყარო უნდა იყოს უზრუნველყოფილი ძლიერი სატუმბი სისტემით, რომელიც ინარჩუნებს მაღალ ვაკუუმს.

გაზის ქრომატოგრაფებთან დაკავშირებული მასის სპექტრომეტრები იყენებენ ელექტრონის ზემოქმედების იონიზაციას, ქიმიურ ან საველე იონიზაციას. ქრომატოგრაფიული სვეტები უნდა შეიცავდეს არამდგრად და თერმოსტაბილურ სტაციონარს თხევადი ფაზებიისე, რომ მათი ორთქლების მასის სპექტრი არ ემთხვევა ანალიზის სპექტრს.

ანალიტი (ჩვეულებრივ ხსნარში) შეჰყავთ ქრომატოგრაფის აორთქლებაში, სადაც ის მყისიერად აორთქლდება და ორთქლები, შერეული მატარებელ გაზთან, შედის სვეტში წნევის ქვეშ. აქ ნარევი გამოყოფილია და გადამზიდავი აირის ნაკადის თითოეული კომპონენტი, როგორც ის გამოდის სვეტიდან, შედის გამყოფში. სეპარატორში ძირითადად ამოღებულია გადამზიდავი აირი და ორგანული ნივთიერებებით გამდიდრებული აირის ნაკადი შედის მასსპექტრომეტრის იონურ წყაროში, სადაც ხდება მოლეკულების იონიზაცია. ამ შემთხვევაში წარმოქმნილი იონების რაოდენობა შემომავალი ნივთიერების რაოდენობის პროპორციულია. მასის სპექტრომეტრში დამონტაჟებული სენსორის გამოყენებით, რომელიც პასუხობს მთლიანი იონური დენის ცვლილებებს, ქრომატოგრამები ჩაიწერება. ამრიგად, მასის სპექტრომეტრი შეიძლება ჩაითვალოს უნივერსალურ დეტექტორად ქრომატოგრაფისთვის. ქრომატოგრამის ჩაწერის პარალელურად ნებისმიერ წერტილში, როგორც წესი, ქრომატოგრაფიული პიკის ზედა ნაწილში, შეიძლება ჩაიწეროს მასის სპექტრი, რაც შესაძლებელს ხდის ნივთიერების სტრუქტურის დადგენას.

მოწყობილობის მუშაობის მნიშვნელოვანი პირობაა მასობრივი სპექტრის სწრაფი ჩაწერა, რომელიც უნდა ჩაიწეროს ქრომატოგრაფიული პიკის დროზე გაცილებით მოკლე დროში. მასის სპექტრის ნელმა ჩაწერამ შეიძლება დაამახინჯოს მასში პიკური ინტენსივობის თანაფარდობა. მასობრივი სპექტრის რეგისტრაციის სიჩქარე (სკანირების სიჩქარე) განისაზღვრება მასის ანალიზატორით. სრული მასის სპექტრის სკანირების უმოკლეს დრო (რამდენიმე მილიწამი) უზრუნველყოფილია ოთხპოლუსიანი ანალიზატორით. კომპიუტერით აღჭურვილ თანამედროვე მასის სპექტრომეტრებში ქრომატოგრამების აგება და მასის სპექტრების დამუშავება ხდება ავტომატურად. მეშვეობით თანაბარი ინტერვალებითნარევის კომპონენტების გამორეცხვის დრო, მასობრივი სპექტრების ჩაწერა, რაოდენობრივი მახასიათებლებირომლებიც ინახება კომპიუტერის მეხსიერებაში. ყოველი სკანირებისთვის ემატება ყველა რეგისტრირებული იონის ინტენსივობა. ვინაიდან ეს ჯამური მნიშვნელობა (იონის ჯამური დენი) პროპორციულია ნივთიერების კონცენტრაციის იონის წყაროში, იგი გამოიყენება ქრომატოგრამის შესაქმნელად (ეს მნიშვნელობა გამოსახულია ორდინატთა ღერძის გასწვრივ, აბსცისის ღერძის გასწვრივ - შეკავების დრო და სკანირების ნომერი. ). სკანირების ნომრის დაყენებით, თქვენ შეგიძლიათ გაიხსენოთ მასის სპექტრი მეხსიერებიდან ქრომატოგრამის ნებისმიერ წერტილში.

როგორც ზემოთ იყო აღწერილი, ნივთიერებების ნარევები შეიძლება გაანალიზდეს, რომლებიც საკმარისად კარგად არის გამოყოფილი გაზის ქრომატოგრაფიულ-მასპექტრომეტრიის შესაბამის სვეტებზე. ზოგჯერ გადაუჭრელი ქრომატოგრაფიული მწვერვალებიც შეიძლება გამოკვლეული იყოს. შესწავლილი ნივთიერებები უნდა იყოს თერმულად მდგრადი, ქრომატოგრაფიულად მოძრავი სვეტის სამუშაო ტემპერატურის დიაპაზონში და ადვილად გადაიტანოს ორთქლის ფაზაში აორთქლების ტემპერატურაზე. თუ ნივთიერებები არ აკმაყოფილებენ ამ მოთხოვნებს, მათი ქიმიურად შეცვლა შესაძლებელია, მაგალითად, ჰიდროქსი, კარბოქსი, მერკაპტო, ამინო ჯგუფების სილილაციით, ალკილირებით ან აცილირებით.

გაზის ქრომატოგრაფი-მასპექტრომეტრიის მგრძნობელობა (ჩვეულებრივ 10 -6 -10 -9 გ) განისაზღვრება მასსპექტრომეტრის დეტექტორის მგრძნობელობით. უფრო მგრძნობიარე (10-12-10-15 გ) ქრომატო-მას-სპექტრომეტრიის მრავალფეროვნება არის მასის ფრაგმენტოგრაფია, რომელსაც ასევე უწოდებენ სელექციურ იონს ან მრავალ იონურ გამოვლენას. მისი არსი მდგომარეობს იმაში, რომ ქრომატოგრამების ჩაწერა ხდება არა მთლიანი იონური დენის მიხედვით, არამედ ყველაზე დამახასიათებელი. მოცემული ნივთიერებაიონები. ამ ტიპის ქრომატო-მასპექტრომეტრია გამოიყენება საძიებლად, იდენტიფიცირებისთვის და რაოდენობრივი ანალიზინივთიერებები ცნობილი მასის სპექტრით რთულ ნარევში, მაგალითად, როდესაც რაოდენობრივინივთიერებების კვალი დიდი მოცულობით ბიოლოგიური სითხეები(მედიცინა, ფარმაკოლოგია, ტოქსიკოლოგია, დოპინგ კონტროლი, ბიოქიმია). განახორციელეთ მასობრივი ფრაგმენტოგრაფია ქრომატო-მას-სპექტრომეტრებზე სპეციალური მოწყობილობის - მულტიიონური დეტექტორის გამოყენებით ან კომპიუტერის გამოყენებით, რომელსაც შეუძლია ააშენოს ქრომატოგრამები ერთი ან მეტი იონისთვის. ასეთი ქრომატოგრამა, ჩვეულებრივისგან განსხვავებით, შეიცავს მხოლოდ იმ კომპონენტების მწვერვალებს, რომელთა მასის სპექტრები შეიცავს ასეთ იონებს. ანალიზი ტარდება შიდა სტანდარტის გამოყენებით, რომელიც ხშირად გამოიყენება სასურველი ნივთიერების ანალოგად, ეტიკეტირებული სტაბილური იზოტოპები(2 H, 13 C, 15 N, 18 O).

ქრომატო-მასპექტრომეტრიის კიდევ ერთი ვარიანტია მაღალი ხარისხის თხევადი ქრომატოგრაფიისა და მასის სპექტრომეტრიის კომბინაცია. მეთოდი განკუთვნილია ძნელად აქროლადი, პოლარული ნივთიერებების ნარევების ანალიზისთვის, რომელთა ანალიზიც შეუძლებელია GJ ქრომატო-მას-სპექტრომეტრიის მეთოდით. მასსპექტრომეტრის იონურ წყაროში ვაკუუმის შესანარჩუნებლად აუცილებელია ქრომატოგრაფიდან გამომავალი გამხსნელი 0,5–5 მლ/წთ სიჩქარით. ამისათვის სითხის ნაკადის ნაწილი გადის რამდენიმე მიკრონის ხვრელში, რის შედეგადაც წარმოიქმნება წვეთები, რომლებიც შემდეგ ხვდება გაცხელებულ ზონაში, სადაც აორთქლდება გამხსნელის უმეტესი ნაწილი, ხოლო დანარჩენი ნივთიერებასთან ერთად. , შედის იონის წყაროში და ქიმიურად იონიზირებულია.

მთელი რიგი სამრეწველო მოწყობილობა ახორციელებს ლენტის კონვეიერის პრინციპს. სვეტიდან გამორეცხვა შედის მოძრავ სარტყელში, რომელიც გადის IR-თბილ კამერაში, სადაც გამხსნელი აორთქლდება. შემდეგ ნივთიერების ლენტი გადის სხვა გამათბობლით გაცხელებულ არეალში, სადაც ანალიზი აორთქლდება, რის შემდეგაც ის შედის იონის წყაროში და იონიზდება. მეტი ეფექტური მეთოდიმაღალი ხარისხის გაზ-თხევადი ქრომატოგრაფისა და მასის სპექტრომეტრის კომბინაცია ეფუძნება ელექტრო და თერმულ შესხურებას. ამ შემთხვევაში, ელუატი გადადის 150°C-მდე გაცხელებულ კაპილარში და შეისხურება ვაკუუმ კამერაში. ხსნარში არსებული ბუფერული იონები მონაწილეობენ იონის წარმოქმნაში. მიღებული წვეთები ატარებენ დადებით ან უარყოფით მუხტს. მისი მცირე დიამეტრის გამო, ვარდნის გასწვრივ იქმნება მაღალი ელექტრული ველის გრადიენტი და ეს გრადიენტი იზრდება, როდესაც წვეთი იშლება. ამ შემთხვევაში ხდება დეზორბცია პროტონირებული იონების ან მტევნის წვეთებიდან (ნივთიერების მოლეკულა + ბუფერული კატიონი).

ქრომატო-მასპექტრომეტრიის მეთოდი გამოიყენება სტრუქტურულ და ანალიტიკურ კვლევებში ორგანულ ქიმიაში, ნავთობქიმიაში, ბიოქიმიაში, მედიცინაში, ფარმაკოლოგიაში, დაცვის მიზნით. გარემოდა ა.შ.