ХАРАКТЕРИСТИКИ МАСС-СПЕКТРОМЕТРОВ И МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ДЕТЕКТОРОВ
Важнейшими техническими характеристиками масс-спектрометров являются чувствительность, динамический диапазон, разрешение, скорость сканирования.
Важнейшая характеристика при анализе органических соединений — это чувствительность. Для того, чтобы достигнуть как можно большей чувствительности при улучшении отношения сигнала к шуму прибегают к детектированию по отдельным выбранным ионам. Выигрыш в чувствительности и селективности при этом колоссальный, но при использовании приборов низкого разрешения приходится приносить в жертву другой важный параметр — достоверность. Ведь если Вы записывали только один пик из всего характеристического масс-спектра, Вам понадобится ещё много поработать, чтобы доказать, что этот пик соответствует именно тому компоненту, который Вас интересует. Как же разрешить эту проблему? Использовать высокое разрешение на приборах с двойной фокусировкой, где можно добиться высокого уровня достоверности не жертвуя чувствительностью. Или использовать тандемную масс-спектрометрию, когда каждый пик, соответствующий материнскому иону можно подтвердить масс-спектром дочерних ионов. Итак, абсолютным рекордсменом по чувствительности является органический хромато-масс-спектрометр высокого разрешения с двойной фокусировкой.
По характеристике сочетания чувствительности с достоверностью определения компонентов следом за приборами высокого разрешения идут ионные ловушки. Классические квадрупольные приборы нового поколения имеют улучшенные характеристики благодаря ряду инноваций, применённых в них, например, использованию искривлённого квадрупольного префильтра, предотвращающего попадание нейтральных частиц на детектор и, следовательно, снижению шума.
|
|
|
МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
К концу XX века инструментальные физико-химические методы анализа стали неотъемлемой частью экспериментальной работы исследователя, работающего в области естественных наук. Наиболее мощными и многоцелевыми среди них, безусловно, являются спектроскопия ядерного магнитного резонанса и масс-спектрометрия. Оба метода активно используются в химии, биологии, медицине, экологии, контроле технологических процессов, криминалистике и т. д. Характеризуя вновь синтезированное вещество, исследователь обязан получить и описать его ЯМР и масс-спектры.
Говоря о достоинствах масс-спектрометрии, следует прежде всего отметить чувствительность, экспрессность, информативность и надежность метода. Для получения достоверного масс-спектра индивидуального соединения даже на рутинном масс-спектрометре достаточно 10_9-10~10 г вещества. При необходимости простого детектирования конкретного соединения в смеси порог обнаружения может быть легко снижен до Ю-12—Ю-14 г. Использование современного оборудования и современных методов ионизации позволяет в некоторых случаях увеличить чувствительность метода еще на несколько порядков. Таким образом, не разрешимая без волшебства традиционная русская задача о «поиске иголки в стоге сена» может быть легко решена масс-спектрометрически, причем масс-спектрометрический эксперимент сравним с поиском иголки в нескольких миллионах стогах сена.
|
|
|
Для получения обычного спектра электронного удара индивидуального соединения необходимо затратить всего 1-2 мин, а время анализа сложной смеси органических соединений в режиме хроматомасс-спектрометрии определяется исключительно хроматографическим временем удерживания компонентов. При этом следует учесть, что в памяти компьютера, являющегося неотъемлемой частью современного масс-спектрометра, остаются информация о временах удерживания, площадях пиков, а также масс-спектры всех компонентов смеси, т. е., вводя в прибор 1 мкл сложнейшей смеси органических соединений, на «выходе» можно получить информацию о ее качественном и количественном составе. Ни один другой метод не сочетает в себе такой экспрессности и информативности. Надежность масс-спектрометрического анализа также очень высока, поскольку масс-спектр является реальной характеристикой конкретного вещества, отражающей его структурные особенности.
|
|
|
История масс-спектрометрии насчитывает около 100 лет. Годом рождения масс-спектрометрии можно считать 1901 г., когда немецкий физик В. Кауфман создал первый прототип параболического масс-спектрографа для изучения «катодных лучей», или 1913 г., когда сэр Дж. Томсон впервые спектрально «увидел» изотопы неона, или 1918 г., когда А. Демпстер сконструировал первый магнитный масс-спектрометр с источником для электронной и термической ионизации. На протяжении следующих 50 лет «масс-спектральная наука» оставалась прерогативой исключительно физиков и физикохимиков. Используя простейшие соединения, масс-спектрометристы того времени успешно измеряли характеристики элементов, атомов, молекул (энергии ионизации, прочности связей, точные массы элементов и природную распространенность их изотопов).
Органическая масс-спектрометрия характеризуется полувековой историей. Это очень небольшой период времени, поэтому сейчас, в начале XXI века, можно лично поговорить практически со всеми классиками, стоявшими у истоков создания этой науки. После второй мировой войны возникло понимание, что метод можно использовать не только в качестве прецезионного физико-математического инструмента, но и в качестве удобного способа идентификации достаточно сложных соединений по набору характеристических фрагментных ионов. Знание классических химических реакций органических соединений и привлечение теорий устойчивости органических ионов позволили приписать фрагментам конкретные структуры, сделать обобщения по аналогиям фрагментации внутри классов органических соединений. Переход на такой уровень использования масс-спектрометрии резко увеличил число пользователей метода и привел к взрывному развитию приборного парка.
|
|
|
Особенно важную роль сыграло то, что метод оказался применимым при решении нефтехимических проблем. Финансовые вложения нефтяных компаний в значительной степени способствовали быстрому инструментальному и теоретическому становлению нового научного направления. Огромный фактический материал по истории масс-спектрометрии содержит богато иллюстрированная фотографиями и рисунками отличная книга под редакцией М. Грейсона, изданная в 2002 г. к 50-летию Масс-спектрометрического общества США.
Традиционно органическая масс-спектрометрия используется для решения двух основных проблем: идентификация веществ и изучение фрагментации ионизированных молекул органических соединений в газовой фазе в ионном источнике. С появлением хроматомасс-спектрометрии, ионно-циклотронного резонанса , систем протока после разряда возможности классического метода значительно увеличились. Соединение масс-спектрометра с жидкостным хроматографом еще более расширило круг изучаемых объектов. Новые методы ионизации, в частности «электроспрей» и МЛДИ, появившиеся к концу XX века, позволили успешно работать со сложнейшими биоорганическими молекулами, такими как полипептиды, белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, молекулярные массы которых составляют миллионы дальтон. Сегодня можно проанализировать соединение практически любой сложности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Н. А. Понькин. Что в имени твоём, масс-спектрометрия? - www.vmso.ru/datadocs/Ponkin.pdf сайт Всероссийского масс-спектрометрического общества
2. V. L. Talrose, A. K. Ljubimova. Secondary Processes in the Ion Source of a Mass Spectrometer (Reprint from 1952). J. Mass Spectrom. 1998, 33, 502—504.
3. История создания метода ЭРИАД - www.iai.rssi.ru/history_of_eriad.php
4. Сильверстейн, Р. Спектрометрическая идентификация органических соединений / Р. Сильверстейн, Ф. Вебстер, Д. Кимл. – М.: Бином. Лабора- тория знаний, 2012. – 557 с. 2. Лебедев, А.Т. Масс-спектрометрия в органической химии: учебное пособие / А.Т. Лебедев. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2003. – 493 с. 3. Пентин, Ю.А. Физические методы исследования в химии: учебник / Ю.А. Пентин, Л.В. Вилков. – М.: Мир: АСТ, 2003. – 683 с.
5. Масс-спектометрия в органической химии А. Т Лебедев
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1970; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!