Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
2 часть / Лекции / Масс-текст.doc
Скачиваний:
73
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
89.6 Кб
Скачать

Чтобы получить масс-спектр надо превратить нейтральные молекулы и атомы, составляющие органическое или неорганическое вещество, в заряженные частицы - ионы. Этот процесс называется ионизацией. Ионизиция по-разному осуществляется в случае газов, жидкостей и твердых тел, органических и неорганических веществ.

Ионизация

Наиболее старый и наиболее широко применявшийся в масс-спектрометрии метод ионизации молекул это, так называемый, электронный удар (ЭУ, по-английски EI - Electron Impact). Этим методом ионизуют вещества в газовой фазе. Если вещество не газообразное, то для того, чтобы его ионизовать, его нужно сначала перевести из конденсированной фазы (жидкость, твердое тело) в газовую фазу, например, испарить нагревом. Затем, получаемый газ нужно ввести в источник ионов, где они подвергаются бомбардировке электронами, которые можно получить нагревая, например, ленточку из тугоплавкого металла. Можно поместить вещество в конденсированной фазе в источник ионов и там его испарить. Электроны - легкие по сравнению с молекулами отрицательно заряженные частицы - сталкиваясь с молекулами выбивают из электронных оболочек электроны и превращают молекулы в положительно заряженные ионы. При этом молекулы часто разваливаются на заряженные фрагменты характерные для каждого соединения. Отрицательные ионы можно получить путем захвата молекулами медленных электронов. Этот процесс также сопровождается распадом молекул (фрагментацией). В результате процесса ионизации получится ансамбль ионов, несущий информацию о структуре молекулы и, часто, настолько характерный для определенного органического соединения, что его называют "отпечатком пальцев", то есть настолько же индивидуальный как рисунок на пальцах человека.

Другой способ ионизации - это ионизация в ионно-молекулярных реакциях, называемая химической ионизацией (ХИ, CI - Chemical Ionization). При этом способе источник ионов заполняется каким-либо газом, называемым газом-реагентом, (например, метаном, изобутаном, аммиаком), который ионизуется все тем же электронным ударом, а молекулы интересующего нас вещества, попадая в источник, превращаются в ионы за счет отбора зарядов от уже находящимися там заряженными ионами-реагентами или с "медленными" ("термическими") электронами. Анализируемых молекул намного меньше, чем молекул газа- реагента, поэтому прямая ионизация их маловероятна. Ионизация передачей на молекулу протонов или электронов в газовой фазе является "мягкой", то есть образовавшиеся ионы не разваливаются на мелкие фрагменты, а вероятнее всего остаются крупными кусками молекул или даже остаются целыми, и присоединяют другие молекулы с образованием кластеров. Этот метод дает меньше информации о структуре молекулы, зато с его помощью легче определить ее молекулярную массу.

Многие органические вещества невозможно испарить без разложения. А это значит, что их нельзя ионизовать электронным ударом. Среди таких веществ почти все биомолекулы (белки, ДНК и т.д.). В последние годы были разработаны специальные методы ионизации таких органических соединений. Для этого используется, в основном, атмосферная ионизация - ионизация в электроспрее (ESI) и лазерная десорбцией с ионизацией из матрицы (MALDI). В первом случае жидкость (интересующие нас соединения в растворителе) под действием электрического поля распыляется из тонкого капилляра и превращается в заряженные капли, содержащие молекулы соединения. В результате испарения растворителя из них молекулы приобретают заряд и превращаются в ионы. В методе MALDI фотоны лазерного луча ионизуют и испаряют матрицу мишени, на которую нанесен образец, а образующиеся из матрицы ионы, как и в методе химической ионизации, ионизуют молекулы образца не разрушая их. ESI и MALDI дали мощный толчок применениям масс-спектрометрии в биологии и медицине. Авторы этих методов ионизации Джон Фенн и Коичи Танака были удостоены Нобелевской премии в 2002 году.

Для ионизации неорганических материалов (металлы, сплавы, горные породы и т.д.) требуются другие методы. Энергии связи атомов в твердом теле гораздо больше и требуется большая энергия для разрыва этих связей и получения ионов. Многие способы ионизации были опробованы и на сегодняшний день лишь несколько из них лазерная десорбция- ионизация и бомбардировка ускоренными ионами и атомами, применяются в аналитической масс-спектральной практике. Для элементного анализа, в котором определяется атомный состав вещества, и изотопного анализа, в котором точно измеряются отношения концентраций разных изотопов, используется метод индуктивно связанной (в которую энергия поступает от ВЧ поля катушки индуктивности, окружающей плазму) плазмы - ICP (атомизация и ионизация в индуктивно связанной плазме с анализом продуктов масс-спектрометром).