Материал: mass_spectr
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В. И. Сорокин, В. А. Озерянский
МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ
МЕТОДЫ ИОНИЗАЦИИ И РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ
Методическое пособие к спецкурсу «Спектральная идентификация органических соединений»
Ростов-на-Дону
2007
Методическое пособие разработано старшим преподавателем кафедры органической химии, к.х.н. В.И. Сорокиным и доцентом кафедры органической химии, д.х.н. В.А. Озерянским.
УДК 543.51+547
Печатается по решению кафедры органической химии химического факуль-
тета ЮФУ (протокол №4-2006-2007 от 19.12.2006)
© 2007 Южный федеральный университет
2
Содержание
Введение.......................................................................................................................... |
4 |
|
1 Основные способы ионизации................................................................................. |
6 |
|
1.1 |
Электронная ионизация (electron ionization, EI) ............................................... |
6 |
1.2 |
Химическая ионизация (chemical ionization, CI)............................................. |
12 |
1.3 |
Ионизация электрическим полем (field ionization, FI) ................................... |
15 |
|
и полевая десорбция (field desorption, FD) |
|
1.4 |
Бомбардировка быстрыми атомами (fast atom bombardment, FAB) ............. |
17 |
|
и масс-спектрометрия вторичных ионов с ионизацией в жидкой |
|
|
фазе (liquid secondary ion mass spectrometry, LSIMS) |
|
1.5 |
Ионизация лазерной десорбцией при содействии матрицы.......................... |
20 |
|
(matrix-assisted laser desorption ionization, MALDI) |
|
1.6 |
Ионизация распылением в электрическом поле............................................. |
23 |
|
(electrospray ionization, ESI) |
|
2 Разделение ионов...................................................................................................... |
27 |
|
2.1 |
Магнитный секторный анализатор (magnetic sector)...................................... |
29 |
2.2 |
Квадрупольный анализатор (quadrupole)......................................................... |
31 |
2.3 |
Ионная ловушка (ion trap) ................................................................................. |
32 |
2.4 |
Времяпролетный анализатор (time-of-flight, TOF) ......................................... |
34 |
2.5 |
Ионный циклотронный резонанс с Фурье преобразованием........................ |
36 |
|
(Fourier transform ion cyclotron resonance, FTICR) или масс- |
|
|
спектрометрия с преобразованием Фурье (Fourier transform |
|
|
mass-spectrometry, FTMS) |
|
Литература.................................................................................................................... |
39 |
|
3
Введение
Масс-спектрометрия – инструментальный метод установления строения соединений посредством перевода вещества в ионизированное состояние, разделения образующихся ионов по величинам отношения массы к заряду (m/z) и регистрации ионов каждого вида.
Масс-спектрометрия является мощным инструментом исследования органических и элементорганических соединений. Как и в любом другом методе анализа, аппаратное оформление играет ключевую роль. В последние десятилетия массспектрометрия переживает второе рождение, связанное с разработкой новых методов ионизации и более точных способов разделения и регистрации ионов. Это позволило достичь небывалых до недавнего времени пределов регистрируемых масс и точности их определения. В результате, анализ сложных биологических молекул (белков, нуклеиновых кислот и т.д.) стал рутиной.
Прибор, используемый для получения масс-спектра, называется масс-спектро- метром. На рисунке 1 приведена схема его работы.
Рисунок 1 – Схема работы масс-спектрометра
Для начала анализируемое вещество необходимо ввести в рабочее пространство
4
прибора, затем образец подвергается ионизации. Образующиеся ионы переводятся далее в газовую фазу и разделяются по массам. При этом регистрируется не только их масса, но и количество ионов данного вида. Полученная информация обрабатывается и представляется в виде масс-спектра. В современных приборах всеми этапами работы масс-спектрометра управляет компьютер, роль оператора заключается в подготовке образца для анализа.
Системы ионизации и разделения ионов играют одну из важнейших ролей в работе масс-спектрометра. От вида ионизации зависит возможность анализа данного соединения, поскольку анализ невозможен, если вещество нельзя подвергнуть ионизации. От способа разделения ионов зависит насколько точно будет определена их масса, а также насколько эффективно будут разделены ионы, имеющие близкие массы. По этой причине в данном пособии как наиболее важные обсуждаются лишь методы ионизации и разделения. Желающим познакомиться со способами введения образцов, регистрации ионов и обработки получаемой информации мы рекомендуем обратиться к литературе, приведенной в конце пособия.
Однако прежде чем ознакомиться с этими методами, следует разъяснить значения некоторых терминов, употребляемых в масс-спектрометрии.
Единицами измерения массы являются атомные единицы массы (а.е.м.) и Дальто-
ны (Да), 1 а.е.м. = 1 Да ≈ 1.6605402×10−27 кг.
Номинальная молекулярная масса − масса, рассчитанная суммированием целочисленных атомных масс наиболее распространенных изотопов элементов.
Моноизотопная молекулярная масса − масса, рассчитанная суммированием точных атомных масс наиболее распространенных изотопов элементов.
Средняя молекулярная масса − масса, рассчитанная суммированием усредненных атомных масс элементов.
5