5. Основні принципи мас-спектрометрії та галузі її застосування. Одиниці виміру і форми представлення мас-спектрів.

МАС-СПЕКТРОМЕТРІЯ – ФІЗИЧНИЙ МЕТОД ДОСЛІДЖЕННЯ, ЩО БАЗУЄТЬСЯ НА ПЕРЕТВОРЕННІ РЕЧОВИН В ЙОНИ (ЙОНІЗАЦІЇ) ТА НАСТУПНОМУ АНАЛІЗІ ЙОНІВ ЗА ЇХ МАСАМИ (ВІДНОШЕННЯМИ МАС ДО ЗАРЯДІВ)

Мас-спектрометрія є фізико-хімічним методом аналізу, що основується на переводі молекул зразка в іонізовану форму з наступним розділенням і реєстрацією утворених при цьому позитивних чи негативних іонів. Мас-спектр дає можливість зробити висновок про молекулярну масу сполуки, її склад і структуру. Маса найважчого іону в спектрі = молекулярній масі аналізуючої сполуки.

Форми представлення спетрів: Або у вигляді таблиці( m/z; І, %). Або по осі абсцис відкладається відношення маси іону на його заряд, а по осі ординат – їх інтенсивність, тобто відносна кількість іонів даного виду. Прийнято виражати інтенсивність у % до інтенсивності максимального іону або до сумарної інтенсивності всіх іонів в спектрі.

Одиниці виміру:

• Маса: 1/12 маси атома ¹²С (атомна одиниця маси, АОМ)

• Заряд: заряд електрона = -1.

Переваги методу: чутливість, експресність, інформативність, надійність.

Традиційно органічна мас-спектрометрія використовується для вирішення 2 основних проблем: ідентифікації сполук і вивчення фрагментації іонізованих молекул в газовій фазі.

Останнім часом широко ведуться дослідження по аналізу мікроорганізмів, по моделюванню в газовій фазі хімічних реакцій термолізу, фотолізу, перетворень, що каталізуються кислотами і основами, по вивченню каталітичних процесів. Даний метод став основним методом якісного і кількісного визначення органічних забруднень в об’єктах навколишнього середовища. Вивчення метаболізму лікарських препаратів і пестицидів в навколишньому середовищі та живих організмах. Метод корисний в криміналістичних дослідженнях, при проведенні допінг-контролю. Мас-спектрометрія використовується для вирішення геохімічних і космохімічних проблем, задач комбінаторної хімії, імунології і медицини, при ідентифікації мікроорганізмів.

6. Принципова блок-схема мас-спектрометра.

Зразок, що знаходиться в ємкості, вводиться через отвір, входить в джерело іонів і проходить через електронний пучок. При взаємодії зразка з електронами високої енергії утворюються позитивні іони, які рухаються в напрямку до прискорювачів, оскільки між напускною щілиною і передньою стінкою джерела іонів існує невелика різниця потенціалів. Іони, прискорюючись під дією великої різниці потенціалів, покидають джерело іонів і далі рухаються по круговій орбіті під дією магнітного поля. Потім іони потрапляють на детектор і з’являється сигнал.

Т иск, за якого іони рухаються по круговій орбіті: 10^-7 мм рт.ст. Тиск пари зразка біля напускної щілини: 10^-2 мм рт.ст.

7, 8. Іонізація в мас-спектрометрії електронним ударом. Основні процеси, що відбуваються при еу.

Переваги: надійність і універсальність.

Реального удару електронів по молекулі не відбувається. Електрон, пролітаючи поблизу молекули, збуджує її електронну оболонку. Власні електрони молекули переміщуються на більш високі орбіталі і можуть покинути молекулу.

Пучок електронів генерується катодом і прискорюється потенціалом 12 – 70 В у напрямку до аноду. Пучок іонізуючих електронів – не монохроматичний.

Речовина в газовій фазі (тиск 10^-5 – 10^-6 мм рт.ст) взаємодіє з електронами та іонізується. Формально процес іонізації можна представити:

В результаті утворюється молекулярний іон, тобто катіон-радикал. Ефективність іонізації дуже низька, але це підтверджує дуже високу чутливість методу.

Стандартні мас-спектри ЕУ прийнято знімати, використовуючи електрони з енергією близько 70 еВ.

Для того, щоб молекула зразка втратила свій електрон, необхідна енергія іонізуючих частинок вище певного визначеного критичного значення. Ця енергія характеристична для кожної сполуки і називається енергією іонізації. В мас-спектрометрії під ЕІ розуміють перший потенціал іонізації, тобто енергія ВЗМО. Величина ЕІ більшості органічних сполук лежить в межах 6-12 еВ.

В процесі іонізації молекулярний іон отримує надлишкову внутрішню енергію в діапазоні 0 – 20 еВ. Ця надлишкова енергія рівномірно розподіляється по всім зв’язкам, до того ж перевищення енергії якого-небудь зв’язку веде до його розриву з відщепленням нейтрального фрагменту і утворенням осколочного іона. Мінімальна енергія іонізуючих електронів, за якої в мас-спектрі крім молекулярного іону буде реєструватись осколочний іон, називається енергією появи даного іону. Чим вища енергія іонізуючих електронів, тим більше число напрямків розпаду молекулярного іону реалізується.

Поряд з однозарядними позитивними іонами можуть утворюватись в незначній кількості багатозарядні та негативні іони.

Недоліки: метод ЕУ не придатний для аналізу термолабільних, високомолекулярних, важко летких сполук. Значна кількість органічних сполук характеризується нестабільними молекулярними іонами в умовах ЕУ.