Мас-спектрометрія

Мас-спектрометрія – це спосіб хімічного аналізу та ідентифікації речовин шляхом складання графіку залежності інтенсивності від відношення маси до заряду, тобто розподілу іонів по масі в зразку.

Мас-спектр зазвичай представляється у вигляді вертикальної гістограми, в якій кожна смуга – це іон з певним відношенням маси до заряду (m/z). Її довжина вказує обсяг іона в зразку. Найпоширеніший іон має 100 одиниць об’єму і називається базовим піком. Більшість іонів в мас-спектрометрі мають один заряд, тому величина m/z еквівалентна їхній масі.

Сучасні мас-спектрометри – це прилади, що дозволяють встановити іони, які розрізняються лише на одну одиницю атомної маси і, тим самим, дають абсолютно точні значення молекулярної маси сполуки. Іон з максимальною масою в спектрі вважається “молекулярним іоном”, а іони з меншою масою – його фрагментами. Наприклад, попри те, що молекули CO2 і C3H8 дуже схожі за розміром, їх можна легко ідентифікувати за індивідуальними мас-спектрами. Однак, навіть для таких простих сполук рідко вдається пояснити походження всіх фрагментарних іонів.

Мас-спектрометр

Оскільки іони вкрай хімічно активні й нестабільні, створення і маніпуляції з ними повинні здійснюватися у вакуумі. Нормальний атмосферний тиск становить близько 760 торр (мм ртутного стовпа), в той час, як на іони можна впливати при тиску 10-5 -10-8 торр. Зазвичай іонізація досягається впливом пучка електронів високої енергії, а їхній поділ – прискоренням і фокусуванням в пучку, який потім згинається під дією магнітного поля. Потім іони реєструються електронним способом, а отримана інформація зберігається та аналізується комп’ютером.

Мас-спектрометр

Спектрометр складається з іонізатора речовини, прискорювача іонів, джерела потужного магнітного поля і набору детекторів потоку іонів. Джерело іонів бомбардує молекули зразка електронами, що виходять з нагрітої нитки напруження.

Гази та летючі рідини просочуються в нього з резервуару, нелеткі тверді речовини й рідини можуть вводитися безпосередньо. Катіони, отримані в результаті електронного бомбардування, відштовхуються від зарядженої пластини, прискорюються і направляються до електродів з щілинами, через які іони проходять у вигляді пучка. Деякі з цих іонів розпадаються на більш дрібні катіони й нейтральні фрагменти. Перпендикулярне магнітне поле відхиляє пучок іонів по дузі, радіус якої пропорційний масі кожного іона. Легші іони відхиляються сильніше, ніж важчі. Змінюючи силу магнітного поля, іони різної маси можуть поступово фокусуватися на детекторі, закріпленому на кінці зігнутої трубки, яка знаходиться у вакуумі.

Мас-спектрометр

Коли електрон високої енергії стикається з молекулою, він може іонізувати її, вибиваючи один з електронів. В результаті виникає іон. Залишкова енергія зіткнення може привести до його розпаду на нейтральні частини й більш дрібні фрагменти. Молекулярний іон є радикальним катіоном, але іони фрагментів можуть бути або радикальними катіонами, або карбокаціями – залежно від природи нейтрального фрагменту.

Мас-спектрометрія високої роздільної здатності

Точні мас-спектрометри можуть визначати значення m/z з точністю до чотирьох знаків після коми, з їхньою допомогою можна розрізняти речовини з однаковою номінальною масою. Таким чином, мас-спектрометрія дозволяє визначити не тільки конкретне значення молекулярної маси, але і молекулярну формулу невідомої сполуки.

Існують таблиці точних значень маси для будь-якої молекули, а також калькулятор, доступний онлайн. Задана номінальна маса може відповідати кільком молекулярним формулам, для точного визначення речовини можна скористатися таблицями, або спеціальним софтом для розрахунку всіх можливих комбінацій H, C, N і O.

Результатом мас-спектрометричного аналізу стає мас-спектр-графік іонного сигналу в залежності від відношення маси до заряду, який допомагає визначати елементну або ізотопну сигнатуру зразка, маси частинок і молекул, хімічну природу, а також структуру молекул та інших хімічних сполук. Значення цього методу аналізу для медицини важко переоцінити.

Сподобалась стаття? facebook 0 linkedin 0 google+ 0
CALL ME
+
Call me!