Квадрупольная ионная ловушка.
Дальнейшее развитие квадрупольных анализаторов привело к созданию "ионной ловушки".
Это ловушка, создаваемая постоянными электрическим и магнитным полями. На рис. 7 показана одна из наиболее распространенных ловушек ионного циклотронного резонанса с преобразованием Фурье (ИЦР ПФ), состоящая из 6 электродов. Электроды 3-6 заземлены по постоянному току, а на электроды 1, 2 подается потенциал - положительный для положительных ионов и отрицательный для отрицательных ионов, - создающий потенциальную яму вдоль оси ячейки. Ионы, образовавшиеся внутри этой ямы, запираются в ячейке, т. к. они не могут выйти вдоль оси из-за потенциального барьера, а поперек оси - из-за магнитного поля.
Рис. 7. Схема ячейки спектрометра ИЦР ПФ: 1, 2 – запирающие электроды; 3, 4 – возбуждающие электроды; 5, 6 – детектирующие электроды; 7 – источник ионизирующих электронов; 8 – направление магнитного поля; М+ - ион.
Существенным моментом работы ионных ловушек является подбор времени, в течение которого ионы остаются захваченными в ловушке. С одной стороны, это время должно быть достаточно "большим" (речь идет о милисекундах) для того, чтобы можно было провести фрагментацию ионов, выбросить из ловушки ненужные, провести следующую фрагментацию ионов, которые уже один раз претерпели ее и другие манипуляции с ионами. С другой стороны, слишком длительное время, проведенное в ловушке может приводить к нежелательным ионно-ионным и ионно-молекулярным реакциям, которые могут привести к нежелательным изменениям масс-спектра, а также к образованию объемного заряда, препятствующего как можно более полному детектированию ионов умножителем. Для того, чтобы избежать всего этого, используют систему, которая "следит" за количеством ионов в ловушке. Если ионов мало – время, которое они проводят в ловушке – увеличивается, если много, соответственно, наоборот. Это ни в коей мере не уменьшает скорость сканирования, но значительно увеличивает информационную ценность анализа – позволяет избавляться от нежелательных реакций между ионами или молекулами, за счет увеличения времени получения полезного сигнала добиваться максимальной чувствительности.
|
|
|
Использование ионных ловушек дало импульс к развитию систем тандемной масс-спектрометрии или МС/МС. Тандемная масс-спектрометрия МС/МС - это когда масс-анализаторы выстраивают последовательно друг за другом. Зачем это понадобилось? Предположим, мы имеем дело со сложной органической молекулой (например, биохимики почти всегда имеют дело с такими) и разбив ее на фрагменты, мы все равно не имеем достаточно инофрмации о ее структуре. Из разделенных в первом масс-анализаторе ионов можно выбрать те, которые представляют для нас интерес, заставить их развалиться на более мелкие фрагменты и снова рассортировать то, что получилось, по массам. Это и делается во втором масс-анализаторе. В случае использования магнитных и квадрупольных масс-анализаторов это означает, что нам нужно выстроить их друг за другом в линию.
|
|
|
Лекция 11.
Ионно-циклотронный резонанс.
Все более широкое распространение получил в последнее время масс-анализатор на основе ионно-циклотронного резонанса. Циклотронно-резонансный масс-анализатор – ячейка в виде прямоугольного параллелепипеда или куба, помещенная в однородное магнитное поле. Ионы, попадая в ячейку, движутся в ней по спиральной траектории (циклотронное движение) с частотой ωц = 1/2πzH/m, где H – напряженность магнитного поля, т. е. ионы с одинаковыми значениями m/z имеют определенную циклотронную частоту. Действие прибора основано на резонансном поглощении энергии ионами при совпадении частоты поля и циклотронной частоты ионов. На применении циклотронно-резонансного масс-анализатора основан метод ионно-циклотронного резонанса, который используют для определения массы ионов, образующихся при ионно-молекулярных реакциях в газовой фазе; анализа структуры высокомолекулярных ионов; определения кислотно-основных свойств веществ. Именно этот тип масс-анализатора позволяет наиболее точно измерить массу иона, обладает очень высоким разрешением.
|
|
|
Время-пролетный анализатор.
При исследовании соединений, непереводимых в газовую фазу, используются "время-пролетные" (Time Of Flight, TOF) масс-анализаторы. Во время-пролетных анализаторах ионы движутся в бесполевом пространстве.
Рис. 8. Схема время-пролетного масс-анализатора: 1 – сетка; 2 – детектор.
Ионы из источника разгоняются электрическим полем, приобретая достаточно большую кинетическую энергию, и вылетают в бесполевое пространство. На входе в это пространство все ионы имеют одинаковую кинетическую энергию, а если вспомнить всем известную формулу, выражающую величину кинетической энергии через массу и скорость (E=mv2/2), то, очевидно, в зависимости от массы ионы будут двигаться с разными скоростями и, соотвественно, в разное время достигнут детектора, расположенного в конце их пролета. Зарегистрировав их и измерив время t=L 
, где U – напряжение, можно посчитать и их массу. Все процессы происходят за миллионные доли секунды. То есть, этот масс-анализатор очень "быстрый". На основе такого масс-анализатора можно построить очень быстрый масс-спектрометр, что необходимо при анализе органических веществ, представляющих собой смесь огромного количества индивидуальных соединений (например, нефть). Другое преимущество этого метода - получение очень широкого диапазона масс, то есть с его помощью легко измерять массы очень больших молекул. Ионизация осуществляется лазерной.
|
|
|
Орбитальная ловушка ионов.
В июне 2005 года представлен серийный масс-спектрометр, использующий новый масс-анализатор - орбитальную ловушку ионов. Этот масс-анализатор изобретен российским физиком Александром Макаровым, работающим в Thermo Fisher Scientific в Бремене/Германия.
Орбитальная ловушка ионов не использует ни магнитных полей, как масс-спектрометр с двойной фокусировкой или ионно-циклотронного резонанса, ни радиочастот, как квадруполи или квадрупольные ионные ловушки. Орбитальная ловушка ионов использует симметричное статическое электрическое поле между внешним и внутренним электродами специальной формы. Попадающие в поле ионы начинают двигаться по стабильным циклическим траекториям вокруг центрального электрода и одновременно осциллировать вдоль его оси.
Благодаря тому, что осцилляция не зависит от энергии ионов и тому, что электрическое поле устанавливается с высокой точностью и стабильностью, может быть достигнуто высокое разрешение и масса может быть измерена с высокой точностью.
Мы описали процессы получения ионов, рассортировки их по массам (анализа по массам), теперь нам осталось их чем-нибудь измерить. Измеряя массу ионов (m/z) и их количество на каждой массе (интенсивность), мы и получим масс-спектр.
Детектор.
Последним элементом масс-спектрометра, является детектор заряженных частиц. Первые масс-спектрографы использовали в качестве детектора фотопластинку. Сейчас используются динодные вторично-электронные умножители, в которых ион, попадая на первый динод1, выбивает из него пучок электронов, которые в свою очередь, попадая на следующий динод, выбивают из него еще большее количество электронов и т.д. Другой вариант – фотоумножители, регистрирующие свечение, возникающее при бомбардировке ионами люминофора. Кроме того, используются микроканальные умножители и коллекторы, собирающие все ионы, попавшие в данную точку пространства (коллекторы Фарадея).
1 – электрод в фотоэлектронном умножителе и некоторых других электровакуумных приборах, служащий для усиления электронного потока за счет вторичной эмиссии
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1026; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!