11.2.2 Техника проведения масс-спектрометрии.

Масс-спектр вещества получают в результате детектирования пучка положительных ионов после его прохождения через постоянное магнитное поле. Современный масс-спектрометр – это сложный аналитический прибор с компьютерным управлением настройки параметров, регистрации и обработки цифровой информации. Он сочетает в себе такие стадии анализа, как разделение и определение.

Независимо от применяемой схемы, любой масс-спектрометр содержит 5-ть узлов: система ввода пробы; блок ионизации аналита; зона разделения ионов по массам (отношению m/z), система детектирования и обработки данных. На рисунке 11.13 показана упрощенная схема аналитического масс-спектрометра.

Рисунок 11.13 Блок-схема аналитического масс-спектрометра

Существует несколько вариаций конструкций масс-спектрометра, которые отличаются способом ионизации вещества, системой развертки и регистрации, а значит, и чувствительностью. Ионизация пробы может осуществляться различными способами, которые разбиты на четыре группы: ионизация электронным ударом, химическая ионизация, десорбционная ионизация, иные способы. Для выполнения анализа в зоне масс-анализатора, куда из натекателей подается ионизированный газ, необходимо создать высокий вакуум Па.

Поток положительных ионов попадает в масс-анализатор (рисунок 11.13), где происходит их разделение в соответствии с величиной отношения m/z. Существует 5-ть типов таких анализаторов: магнитный секторный, квадрупольный фильтр масс, квадрупольная ионизационная ловушка; времяпролетный анализатор и циклотронно-резонансный анализатор (ИЦР-спектрометр), отличающихся способом регистрации, измеряемым диапазоном массовых чисел и чувствительностью. Детектирование ионов происходит с помощью электронного умножителя, величина токового сигнала которого пропорциональна количеству частиц с данным значением m/z.

Для проведения масс-спектрометрического анализа пригодны вещества в любом агрегатном состоянии: твердом, жидком или газообразном, однако определению будут подвергать только те их компоненты, которые в данных условиях ввода пробы способны ионизироваться. Нередко при анализе твердых и жидких веществ применяют предварительный термический нагрев, хроматографическое или экстракционное разделение компонентов, а анализу подвергают образовавшуюся газовую фазу (аналит).

Самым простым и распространенным масс-спектрометром на данный момент является квадрупольный фильтр масс, оборудованный устройством для ионизации электронным ударом и имеющим электронный умножитель в качестве детектора. Обычно такой масс-спектрометр связан с капиллярным газовым хроматографом, в котором происходит предварительное разделение компонентов перед их подачей в зону ионизации. Вакуум создается турбомолекулярным или диффузионным, например парортутным, насосом, а предварительное вакуумирование пробы осуществляется форвакуумным насосом.

Ионизация электронным ударом (ЭУ) происходит путем бомбардировки молекул аналита электронами с энергией порядка 10 – 70 эВ, которые вызывают их возбуждение. В результате ЭУ идет образование пучка преимущественно однозарядных положительных ионов. Он состоит как из молекулярного , так и из осколочных ионов, образующихся в результате дефрагментации молекулярного иона и вторичных реакций. Ион называется молекулярным ионом или катион-радикалом, а его масса соответствует значению исследуемого соединения. Реакция 11.4 соответствует образованию молекулярного иона в результате столкновения с быстрыми электронами молекул вещества М:

(11.4)

Масс-спектры, полученные при ионизации ЭУ, хорошо воспроизводимы. Созданы обширные базы данных, позволяющие выполнять расшифровку состава и структуры вещества, в том числе, и с применением компьютерной обработки.