Файл: lecture17.pdf

Электроспрей

Достоинства:

1.Возможность работать с веществами, которые нельзя перевести в газовую фазу

2.Метод практически идеально подходит для стыковки массспектрометра и жидкостного хроматографа

3.Возможность анализа крупных (до нескольих миллионов дальтон) молекул

4.Мягкое (низкоэнергетическое) ионизационное воздействие

Недостатки:

1.Вещество должно быть растворимо с полярных растворителях

2.Масс-спектр малоинформативен, как правило, присутствуют лишь пики комплексов молекулярного иона с катионом (H+, Na+, K+), многозарядных ионов таких комплексов

16

Матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация

(MALDI)

Матричная лазерная десорбция – это метод, при котором исследуемое вещество помещают в «матрицу» - перемешивают с веществом, имеющим меньший молекулярный вес и отличающимся высокой способностью поглощать лазерное излучение (например, коричная кислота, 3- гидроксипиколиновая кислота, 6,7-гидроксикумарин и т.д.).

Перемешивание происходит при помощи растворения вещества-образца и вещества матрицы в одном растворителе и последующем испарении растворителя на специальной подложке.

17

Матричная лазерная десорбция

Далее подложка с матрицей помещается в ионный источник, где в качестве ионизатора выступает короткий импульс (0.1 нс…1 мкс) лазерного излучения. Луч, попадая на подложку с матрицей, вызывает испарение вещества матрицы, молекулы которой ухватывают за собой молекулы исследуемого вещества. В процессе испарения часть молекул ионизируется и далее увлекается электрическим полем в сторону анализатора.

18

Матричная лазерная десорбция

Достоинства:

1.Возможность анализа крупных молекул (массой до 100 000 дальтон и выше)

2.Мягкая ионизация образца

3.Возможность анализа загрязненных примесями образцов

Недостатки:

1.Малоинформативный масс-спектр – присутствуют лишь пики молекулярного иона и его «мультимеров» - частиц, состоящих из нескольких молекул образца с зарядом +1

2.Долгая пробоподготовка и необходимость подбора условий под образец - подбирать вещество для матрицы

19

Ионизация в электрическом поле

Ионизация путем взаимодействия вещества с эмиттером

(электродом, оформленным в виде узких пучка игл), на котором создается высокая напряженность электрического поля (до 1 В/Å). В результате происходит переход (туннелирование) электрона от молекулы органического вещества к эмиттеру. После этого высокий положительный потенциал эмиттера резко выталкивает образовавшийся катион из источника.

Достоинства:

1.Мягкий метод ионизации, в результате чего спектр представляет собой, как правило, единственный пик, принадлежащий молекулярному иону.

2.Возможность работы с как с газообразными образцами, так и с веществами, которые сложно перевести в газовую фазу (сахаров, пептидов, нуклеотидов, солей, кислот).

Недостатки:

1.Отсутствие фрагментации.

2.Малая интенсивность спектров.

20

Химическая ионизация при атмосферном давлении

Химическая ионизация при атмосферном давлении – метод, похожий на электрораспыление. Используется для стыковки жидкостного хроматографа с масс-анализатором. Поток из колонки жидкостного хроматографа направляется в распылитель, где он превращается в мелкодисперсный аэрозоль и смешивается с большим количеством нагретого газа (азота или воздуха), далее капли аэрозоля перемещаются в область испарения, где в газовую фазу переходит большая часть молекул растворителя.

Далее на пути уже газообразного образца следует область ионизации

21

Химическая ионизация при атмосферном давлении

Ионизация происходит при атмосферном давлении либо коронным разрядом, либо бета-излучателями. Далее электрическое поле и поток увлекает ионизированные частицы в последовательные сепараторы, где происходит быстрая откачка легких молекул (газ, растворитель), а ионизированные частицы образца попадают в анализатор с глубоким вакуумом.

Достоинства:

1.Работа ионного источника при атмосферном давлении.

2.Необязательно использовать только полярные растворители для образца (как в случае электрораспыления).

3.Возможность работы с образцами, которые сложно перевести в газовую фазу обычными методами.

Недостатки:

1.Возможен анализ образцов с массой примерно до 1500 дальтон, что относительно немного.

2. Полученные масс-спектры малоинформативны и не позволяют использовать их для структурных исследований (мало линий).

22

Ст.3. Ускорение ионов в электрическом поле

1 – напускной канал, 2 – ионизационная камера, 3 – электронная пушка, 4 – вытягивающая линза, 5 – фокусирующая линза, 6 – ионный пучок Система должна быть вакуумирована.

23

Стадия 4. Разделение ионов

1.Магнитный анализатор

2.Электрический анализатор

3.Квадрупольный анализатор

4.Времяпролетный анализатор

5.Ионная ловушка

6.Анализатор ион-циклотронного резонанса

24

Магнитный анализатор

Исторически первый тип анализатора (Демпстер, 1918 г.). Физическая основа – изменение траектории заряженной частицы под действием магнитного поля.

Схема масс-спектрометра с магнитным анализатором

25

26

Электрический (электростатический) анализатор

Как правило, этот вид анализатора применяется в дополнение к магнитному анализатору для обеспечения большего разрешения прибора (такие приборы называются «приборами с двойной фокусировкой») и для облегчения измерения точных масс, т.к. электрическое поле возможно варьировать более точно, чем магнитное.

Схема массспектрометра с двойной фокусировкой ионов (БП – бесполевое пространство

27

Электрический (электростатический) анализатор

Электростатический анализатор по принципу действия примерно аналогичен магнитному, только роль магнитного поля у него выполняет электрическое поле (ионы движутся между двумя противоположно заряженными электродами), которое также может отклонять ионы тем или иным образом, причем ионы с разными массами будут отклоняться на разные углы (иметь другие траектории движения). Попадая в такой анализатор, ион движется по круговой орбите с радиусом R таким образом, чтобы сила электрического поля уравновешивалась центробежной силой:

FЛ q(E [vB])

Варьируя величину поля, возможно пропускать через анализатор ионы с разным значением масс, т.е. производить развертку масс-спектра.

28

Квадрупольный анализатор

Квадрупольный анализатор представляет собой систему из четырех стержней-электродов, к которым приложены высокочастотные переменное и постоянные напряжения, изменяющиеся во времени как U + V(cos t), противоположные стержни заряжены одинаково:

Квадрупольный анализатор, поперечный (слева) и продольный (справа) разрезы. Ионный пучок движется от источника ионов (ИИ) по направлению к детектору (Д).

29

Квадрупольный анализатор

Принцип работы анализатора состоит в том, что под действием постоянного и переменного электрических полей заряженные частицы с массой М испытывают стабильные колебания и могут пройти через квадрупольный фильтр (т.е. между электродами вдоль осевой линии) только при определенных значениях постоянного и переменного напряжения на электродах. Частицы с другими массами при этом движутся слишком далеко от главной оси системы и, сталкиваясь со стержнями, выбывают из потока. Меняя напряжения на стержнях, возможно производить развертку массспектра.

30