166423 (Масс-спектрометрический метод анализа)
Описание файла
Документ из архива "Масс-спектрометрический метод анализа", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "химия" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "химия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "166423"
Текст из документа "166423"
ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Химический факультет
Курсовая работа на тему
«Масс-спектрометрический метод анализа»
Выполнил: студент группы Х-202
Меньшенин А.Н.
Проверила: Данилина Е.И.
Челябинск
2007
Содержани
-
ВВЕДЕНИЕ
-
Основы масс-спектрометрии
-
Принципиальное устройство масс-спектрометра
-
Способы ввода образца
-
Механизмы ионизации
-
Протонирование
-
Депротонирование
-
Катионизация
-
Прямой перенос заряженной молекулы в газовую фазу
-
Отрыв электрона
-
Захват электрона
-
Способы ионизации
-
Ионизация электроспрея (ESI)
-
Растворители для электроспрея
-
Устройство прибора ионизации электроспрея
-
Ионизация наноэлектроспрея (nanoESI)
-
Химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI)
-
Фотоионизация при атмосферном давлении (APPI)
-
Лазерная десорбция/ионизация при помощи матрицы (MALDI)
-
Преимущества и недостатки метода лазерной десорбции/ионизации при помощи матрицы (MALDI).
-
Десорбция/ионизация на кремнии (DIOS)
-
Бомбардировка быстрыми атомами/ионами (FAB)
-
Электронная ионизация (EI)
-
Химическая ионизация (CI)
-
Сравнение основных характеристик способов ионизации
-
Анализаторы масс
-
Анализ масс
-
Краткий обзор принципов работы анализаторов
-
Рабочие характеристики анализаторов
-
Точность
-
Разрешение (разрешающая сила)
-
Диапазон масс
-
Тандемный анализ масс (MS/MS или MSn)
-
Скорость сканирования
-
Конкретные виды анализаторов
-
Квадрупольный анализатор
-
Квадрупольная ионная ловушка
-
Линейная ионная ловушка
-
Ограничения ионной ловушки
-
Двуфокусирующий магнитный сектор
-
Квадрупольная-времяпролётная тандемная масс-спектрометрия
-
MALDI и времяпролётный анализ
-
Квадрупольная времяпролётная масс-спектрометрия
-
Масс-спектрометрия с Фурье-преобразованием (FTMS)
-
Общее сравнение анализаторов масс, обычно используемых совместно с ES
-
Детекторы
-
Электронный умножитель
-
Цилиндр Фарадея
-
Фотоумножитель с преобразующим динодом
-
Матричный детектор
-
Зарядовый (индуктивный) детектор
-
Общее сравнение детекторов.
-
Вакуум масс-спектрометра
-
Список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ
Масс-спектрометрию описывали как мельчайшие весы в мире, не из-за размера масс-спектрометра, но из-за того, что он взвешивает – молекулы. За последнее время масс-спектрометрия претерпела потрясающий технологический подъём, позволяющий применять её для белков, пептидов, углеводов, ДНК, лекарств и многих других биологически активных молекул. Благодаря таким способам ионизации, как ионизация электроспрея (ESI) или лазерная десорбция/ионизация из матрицы (MALDI), масс-спектрометрия стала незаменимым инструментом для биохимических исследований.
Основы масс-спектрометрии
Масс-спектрометр определяет массу молекулы, измеряя отношение массы к заряду (m/z) её иона. Ионы генерируются при потере или получении заряда нейтральными частицами. После образования ионы электростатически направляются в анализатор массы, где они разделяются соответственно своему m/z и, наконец, детектируются. Результатом ионизации молекул, разделения ионов и детектирования ионов является спектр, по которому можно определить молекулярную массу и даже некоторую информацию о строении вещества. Можно провести аналогию между масс-спектрометром и призмой, как показано на рис. 1.1. В призме свет разделяется на компоненты по длинам волн, которые затем определяются оптическим рецептором. Точно так же, в масс-спектрометре сгенерированные ионы разделяются в анализаторе массы, подсчитываются и определяются в детекторе ионов (таких, как, например, электронный умножитель).
Принципиальное устройство масс-спектрометра
Четыре базовых компонента являются стандартными для большей части масс-спектрометров (рис. 1.2): система ввода образца, устройство иониза-
ции, анализатор массы и детектор ионов. Некоторые приборы комбинируют ввод образца и ионизацию, в других объединены анализатор массы и детектор. Однако все молекулы образца претерпевают одинаковые воздействия независимо от конфигурации прибора. Молекулы образца вводятся через систему впуска. Попав внутрь прибора, молекулы преобразуются в ионы в устройстве ионизации, а затем электростатически переносятся в анализатор массы. Ионы затем разделяются соответственно их m/z. Детектор преобразует энергию ионов в электрические сигналы, которые затем поступают в компьютер.
Способы ввода образца
Ввод образца был одной из первых проблем в масс-спектрометрии. Для проведения анализа масс образца, который первоначально находится при атмосферном давлении (760 Торр), он должен быть введён в прибор таким образом, чтобы вакуум внутри последнего остался практически неизменным (~10-6 Торр). Основными методами ввода образца являются прямое введение
зонда или подложки, обычно используемое в MALDI-MS, или прямое вливание или впрыскивание в устройство ионизации, как в методе ESI-MS. [1]
П
рямое введение: использование прямого введения зонда/подложки (рис. 1.3) – очень простой способ доставки образца в прибор. Образец сначала размещается на зонде, а затем вводится в ионизационную зону масс-спектрометра, обычно через вакуумный клапан. Образец после подвергается необходимым процедурам десорбции, таким как лазерная десорбция или прямое нагревание, чтобы обеспечить испарение и ионизацию.
Прямое вливание или впрыскивание: простой капилляр или капиллярная колонка используется для помещения образца в газообразной форме или в растворе. Прямое вливание также удобно, потому что оно позволяет эффективно вводить малые количества вещества в масс-спектрометр без нарушения вакуума. Капиллярные колонки обычно используются для разграничения систем разделения и устройства ионизации масс-спектрометра. Эти системы, включая газовую хроматографию (ГХ) и жидкостную хроматографию (ЖХ), также служат для разделения различных компонентов раствора, важных для анализа масс. В газовой хроматографии разделение различных компонентов происходит в стеклянной капиллярной колонке. Как только пары образца покидают хроматограф, они направляются прямиком в масс-спектрометр.
В
1980-х годах невозможность совместного использования жидкостной хроматографии (ЖХ) с масс-спектрометрией была обусловлена, большей частью, неспособностью устройств ионизации справляться с непрерывным по-
током ЖХ. Однако, ионизация электроспрея (ESI), химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI) и фотоионизация при атмосферном давлении (APPI) сейчас позволяют совмещать ЖХ и масс-спектрометрию в повседневных анализах.
Механизмы ионизации
Протонирование – механизм ионизации, при котором к молекуле присоединяется протон, сообщая ей заряд 1+ на каждый присоединённый протон. Положительные заряды обычно локализуются на основных частях молекулы, таких, как амины, с образованием стабильных катионов. Пептиды часто ионизируются при помощи протонирования. Протонирование осуществляется при MALDI, ESI и APCI.
Депротонирование – механизм ионизации, при котором отрицательный заряд 1- получается при отрыве протона от молекулы. Такой механизм ионизации обычно осуществляется при MALDI, ESI и APCI и очень полезен для определения кислотных образцов, включая фенолы, карбоновые кислоты и сульфоновые кислоты. Спектр отрицательных ионов сиаловой кислоты показан на рис 1.2.
Катионизация – механизм ионизации, в котором заряженный комплекс образуется при координационном присоединении положительно заряженного иона к нейтральной молекуле. В принципе, пртонирование тоже подпадает под это определение, поэтому катионизацией считается присоединение иона, отличного от протона, например щелочного металла или аммония. Кроме того, катионизация применима к молекулам, которые неспособны к протонированию. Связь катионов, в отличие от протонов, с молекулой менее ковалентна, поэтому заряд остаётся локализован на катионе. Это минимизирует размывание заряда и фрагментацию молекулы. Катионизация также может быть произведена при MALDI, ESI и APCI. Углеводы – лучшие вещества для такого механизма ионизации, с Na+ как обычным присоединённым катионом.
Прямой перенос заряженной молекулы в газовую фазу
Перенос соединений, уже заряженных в растворе, легко достигается при использовании десорбции или выбрасыванием заряженных частиц из конденсированной фазы в газовую. Обычно это осуществляется с использованием MALDI или ESI.
Отрыв электрона
Как видно из названия механизма, отрыв электрона придаёт молекуле 1+ положительный заряд при выбивании электрона, так что при этом часто образуются катион-радикалы. Наблюдаемый, в основном, при электронной ионизации, отрыв электрона обычно применяется для относительно неполярных соединений с низкой молекулярной массой. Также известно, что он часто приводит к образованию значительных количеств фрагментарных ионов.
Захват электрона
При захвате электрона, отрицательный заряд 1- сообщается молекуле при присоединении электрона. Этот механизм ионизации в первую очередь наблюдается для молекул с большим сродством к электрону, таких как галогенсодержащие соединения.
Таблица 1.1. Механизмы ионизации, их преимущества и недостатки.
Механизм ионизации | Преимущества | Недостатки |
Протонирование (положительные ионы) |
|
|
Катионизация (положительные ионы) |
|
|
Депротонирование (отрицательные ионы) |
|
|
Перенос заряженных молекул в газовую фазу (положительные и отрицательные ионы) |
|
|
Отрыв электрона (положительные ионы) |
|
|
Захват электрона (отрицательные ионы) |
|
|
Способы ионизации
Вплоть до 1980-х электронная ионизация (EI) была основным способом ионизации для анализа масс. Однако EI ограничивала химиков и биохимиков малыми молекулами, масса которых намного ниже массы большинства биоорганических соединений. Это ограничений побудило таких учёных, как Дж. Б. Фенн, К. Танака, Ф. Хилленкамп, М. Карас, Г. Кукс и М. Барбер, разработать новое поколение способов ионизации, включая бомбардировку быстрыми атомами/ионами (FAB), лазерную ионизацию при помощи матрицы (MALDI) и ионизацию электроспрея (таблица 1.2). Эти способы совершили революцию в биомолекулярном анализе, особенно для больших молекул. Среди них, ESI и MALDI стали по-настоящему «избранными», когда дело касается биомолекулярного анализа.
Таблица 1.2.
Способ ионизации | Аббревиатура | События |
Ионизация электроспрея | ESI | испарение заряженных капель |
Ионизация наноэлектроспрея | nanoESI | |
Химическая ионизация при атмосферном давлении | APCI | коронный разряд и перенос протона |
Лазерная десорбция/ионизация при помощи матрицы | MALDI | поглощение фотона/перенос протона |
Десорбция/ионизация на кремнии | DIOS | |
Бомбардировка быстрыми атомами/ионами | FAB | десорбция иона/перенос протона |
Электронная ионизация | EI | пучок электронов/перенос электрона |
Химическая ионизация | CI | перенос протона |
M
ALDI и ESI сейчас являются самыми распространёнными способами ионизаций для биомолекулярной масс-спектрометрии, с их превосходными диапазонами масс и чувствительностью (рис. 1.3). Следующий раздел будет посвящён основам способов ионизации, рассматривая некоторые детали в практических аспектах их применения наряду с механизмами ионизации.
Ионизация электроспрея (ESI)
Идея электроспрея, хоть и не нова, была возрождена в связи с её настоящим применением к биомолекулам. Первые эксперименты с электроспреем были проведены Чепменом в поздних 1930-х, а практическое развитие ионизации электроспрея для масс-спектрометрии было завершено Доулом в поздних 1960-х. Доул также открыл важное явление множественной зарядки молекул. Работы Фенна окончательно привели к современной технике ионизации электроспрея в масс-спектрометрии и её применению для биологических молекул.