Файл: lecture17.pdf

Времяпролетный анализатор

Времяпролетный анализатор масс основан на том, что скорость разогнанных ионов обратно пропорциональна их массам:

eV mv2 / 2 или m 2eV / v2

где V – ускоряющее напряжение. Если ионы движутся в полой трубе, то они достигают детектора в порядке увеличения своей массы.

Схема действия времяпролетного масс-спектрометра (показано разделение ионов с массой М1 и М2 на пути от ионного источника (ИИ) до детектора (Д))

31

Ионная ловушка

Основой этого анализатора является ячейка с тремя электродами. Два концевых (полюсных) гиперболических по форме электрода имеют потенциал Земли (заземлены), между ними располагается электрод кольцевой формы, на который подается радиочастотное напряжение мегагерцового диапазона.

Схема ячейки

32

Анализатор ион-циклотронного резонанса

33

Стадия 5. Детектирование ионов

Схема действия электронного умножителя (ЭУ):

Электронный умножитель масс-спектрометра

Thermo Electron DFS

34

Характеристики масс-спектрометра. Разрешающая способность.

Разрешение масс-спектрометра (R)

– это возможность получать на данном приборе раздельный сигнал от двух ионов, с массами m

и (m+ m):

Идеальная форма пика ионов – прямоугольная, реальная – гауссова. В зависимости от глубины ложбины между двумя соседними пиками принято говорить о разрешении на уровне 10% от высоты пиков для магнитных приборов и 50% - для квадрупольных.

35

Необходимые разрешающие способности для разделения пиков, имеющих массу, близкую к 400 а.е.м.

Произносят: 1 в 400

36

Характеристики масс-спектрометра. Разрешающая способность.

Масс-спектрометрия высокого разрешения (МСРВ, HRMS – High Resolution Mass-Spectrometry) позволяет разделить и точно измерить массовые значения пиков, соответствующих одной целочисленной массе.

Примером такого является мультиплет с целочисленной массой 28. Это может быть монооксид углерода CO, азот N2, этилен C2H4. Поскольку за стандарт принят основной изотоп углерода 12С (12.000000), массы всех остальных изотопов элементов не целые числа: масса основного изотопа водорода 1Н 1.00782506, азота 14N 14.00307407, кислорода 16О 15.99491475 и т.д. Тогда массы СО - 27.9949, N2 - 28.0061, C2H4 - 28.0313.

Зависимость формы пика ионов с целочисленной массой 28 Да от разрешения масс-спектрометра

37

Характеристики масс-спектрометра. Разрешающая способность.

Таким образом, при разрешении 5000 возможно разделить и точно измерить массовые значения пиков, соответствующих целочисленной массе 28.

Измерение точной массы иона (4-6 знаков после запятой) однозначно определяет его элементный и изотопный состав. Измерения проводят при помощи реперов – стандартов известного состава, как правило, это перфторкеросин, перфтортрибутиламин и другие полностью фторированные соединения – в масс-спектрах таких стандартов регистрируются сигналы фрагментных ионов, равномерно перекрывающих весь диапазон масс от m/z 19 до M+ (примерно до 1500 Да).

Сростом молекулярной массы резко возрастает число ионов

содинаковой целочисленной массой, что приводит к необходимости увеличения разрешения масс-спектрометров.

38

Разрешающая способность.

Например, для измеренной массы иона неизвестного состава 163.9497 возможны такие комбинации атомов:

Выбор из нескольких брутто-формул может быть произведен на основании изотопных пиков, характеру фрагментации и априорной информации об образце.

39

Состав масс-спектра

нескольких типов ионов (продуктов ионизации):

1.Молекулярный ион

2.Перегруппировочные ионы

3.Фрагментные ионы

4.Многозарядные ионы

5.Метастабильные ионы

40

Интерпретация масс-спектров

На основании масс-спектров веществ решаются аналитические и структурные задачи.

Аналитические задачи

Идентификация веществ, определение качественного и количественного состава смесей производится путем сравнения полученного спектра со спектрами, имеющимися в базе данных.

Структурные задачи

При определении структурной формулы молекулы используется три блока данных, представленных в масс-спектре:

1.Пик молекулярного иона, позволяющего определить молярную массу вещества.

2.Кластеры изотопных пиков

3.Пики ионов, полученных при трансформации молекулы (перегруппировочные, фрагментарные и пр.).

В качестве материала к этому разделу см. дополнительный файл к лекции по масс-спектрометрии.

41