Масс - спектрометрия. Подготовила : Тренинская Дарья Геннадиевна 122 группа Технологический факультет

Масс - спектрометрия ( МС ) Метод МС - метод исследования и анализа веществ основан на ионизации атомов и молекул вещества и последующем разделении образующихся ионов в соответствии с их массовым числом m/z - отношением массы иона к его заряду - в электрическом или магнитном поле Первые масс - спектры были получены в Великобритании в 1910 г. ( Томсон ) и 1919 г. ( Астон ) 2

Преимущество метода в том, что для анализа достаточно очень малое количество вещества, основной недостаток – метод является разрушающим, т. е. исследуется не само вещество, а продукты его превращения Строго говоря, метод МС не относится к спектроскопическим, поскольку в его основе нет взаимодействия вещества с электромагнитным излучением, но внешний вид графического распределения ионов по массовым числам - зависимость интенсивности ионного тока от отношения массы к заряду - напоминает спектр и получил название масс - спектр, а сам метод - масс - спектрометрия 3

Масс - спектрометр это вакуумный прибор, использующий физические законы движения заряженных частиц в магнитных и электрических полях, и необходимый для получения масс - спектра 4

Блок - схема масс - спектрометра 1 – система ввода образца 2 – источник ионизации с ускорителем ионов 3 – масс - анализатор ( устройство для разделения ионов ) 4 – детектор 5 – измерительное или регистрирующее устройство Чтобы исключить соударение ионов с другими атомами или молекулами, анализ происходит в вакууме ( в ионизаторе давление 10 –3 – 10 –4 Па, в масс - анализаторе - 10 –3 – 10 –8 Па ) 5

Ввод Испарение Ионизация Поток электронов Электронные линзы Магнит Поток ионов Разделение ионов в магнитном поле в зависимости от m/z Детектор Легкие ионы Тяжелые ионы X+X+ Y+Y+ Z+Z+ Схема масс - спектрометра 6

Система ввода пробы 1. Непрямой способ - пробу вводят в ионизатор в газообразном состоянии 2. Прямой способ - используется для труднолетучих проб Анализируемое вещество поступает в масс - спектрометр в ходе хроматографического разделения 7

8

Ионизация органических веществ 1. ионизация при атмосферном давлении и её подвиды – электроспрей (ESI) химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI) фотоионизация при атмосферном давлении (APPI) 2. ионизация лазерной десорбцией (MALDI) 9

Способы ионизации Способы ионизации атомов и молекул зависят от конкретной цели анализа 10 Способ ионизации Аналитическое использование Электронный удар ( электронная ионизация ) Изотопный анализ, молекулярный анализ неорганических ионов Химическая ионизация Анализ органических соединений Электроспрей ( электро распыление ) Анализ крупных ( до нескольких млн дальтон ) молекул Лазерное излучение Бомбардировка пучком ионов

Электронный удар – метод широко применяется для ионизации органических соединений Пары образца бомбардируют ускоренными электронами При столкновении электронов с органической молекулой вначале образуется катион - радикал М + e М + + 2e затем происходит его распад ( фрагментация ), и образуются дочерние ионы с меньшими массами 11

Химическая ионизация – более мягкий способ ионизации Пары пробы смешивают с большим избытком газа - реагента ( метан, изобутан, аммиак или NO), газ - реагент ионизируют действием электронного удара R + + A = A + + R, где А - газ, R- реагент 12

Электроспрей ( электро распыление ) Вещество на ионизацию поступает в полярном растворителе ( вода, метанол, ацетонитрил и др.), содержащем ионы водорода и катионы щелочных металлов ( натрий, калий ), через металлический капилляр ( распылитель ), к которому приложено высокое напряжение Продвигаясь в электрическом поле капля раствора испаряется под действием нагретого потока инертного газа ( азот ) и распадается на ряд мелких положительно заряженных капель, которые попадают в масс - анализатор 13

Лазерная десорбция Матричная лазерная десорбция – метод, при котором исследуемое вещество помещают в « матрицу » - перемешивают с веществом, имеющим меньший молекулярный вес и обладающим высокой способностью поглощать лазерное излучение. 14

Масс - анализаторы Масс – анализатор – устройство для разделения ионов в соответствии с отношением m/z Основные типы масс - анализаторов непрерывные масс - анализаторы Магнитный и электростатический секторный масс - анализатор Квадрупольный масс - анализатор импульсные масс - анализаторы Времяпролётный масс - анализатор Ионная ловушка Квадрупольная линейная ловушка Масс - анализатор ионно - циклотронного резонанса с Фурье - преобразованием Орбитрэп 15

В магнитном масс - анализаторе для разделения ионов используют однородное магнитное поле Согласно законам физики, траектория заряженных частиц в магнитном поле искривляется, причем радиус кривизны зависит от их массы и заряда z – заряд иона, m – масса иона, U 0 – ускоряющий потенциал, Н - напряженность магнитного поля 16

Квадрупольный масс - анализатор Квадрупольный масс - анализатор Комбинированное высокочастотное переменное и постоянное электрическое напряжение, подаваемое на систему четырех электродов вынуждает ионы совершать колебательное движение в такт с частотой ω этого поля. При определенных величинах во выходную щель масс - анализатора будут проходить только ионы с определенной массой. 17

м Действие времяпролетных масс - анализаторов основано на зависимости скорости движения ионов от их массы. 18 Времяпролётный масс - анализатор

Схема времяпролетного масс - спектрометра Область ускорения Область ионизации Тяжелый ион Легкий ион Расстояние пролета Детектор ионов Ввод образца Время пролета Вакуумная камера

Масс - спектрометр ион - циклотронного резонанса 20 В масс - спектрометрах ион - циклотронного резонанса ион движется под действием сразу двух полей : сильного постоянного магнитного и переменно - го электрического ( рис. 4).

Виды регистрирующих устройств. 1. Фотопластина 2. Электрометр или электронный умножитель 21

Физические и химические задачи, решаемы масс - спектрометрией Определение изотопного состава элементов и массовых чисел новых элементов Разделение изотопов Определение периодов полураспада изотопов и определение геологического возраста Определение состава вещества – качественный и количественный анализ. Определение структуры молекулы и энергетических характеристик. 22

Области применения МС Ядерная энергетика Археология Нефтехимия Геохимия ( изотопная геохронология ) Агрохимия Химическая промышленность Анализ полупроводниковых материалов, особо чистых металлов, тонких пленок и порошков ( например, оксидов U и РЗЭ ) Фармацевтика - для контроля качества производимых лекарств и выявления фальсификатов Медицинская диагностика Биохимия – идентификация белков, исследование метаболизма лекарственных средств 23

Применение МС в пищевой промышленности 1. Определение химических веществ в пищевом продукте ( например пестицидов ) 2. Оценка состояния и свойств воды и жира в сырье и готовой продукции 24

Спасибо за внимание ! 25