А.Т. Лебедев - Масс-спектрометрия в органической химии, страница 4

Масс-спектрометр должен проводить запись спектра (сканирование) с достаточной частотой, чтобы зарегистрировать масс- спектр каяслого соединения несколько раз. Это условие является важнейшим, поскольку концентрация вещества очень быстро изменяется. В зависимости от того, на восходящей или нисходящей стороне хроматографического пика будет записан масс-спектр, будут дискриминированы или низкие, или высокие массы (рис.

1.5). Безусловно, лучшим будет спектр, зарегистрированный на вершине хроматографического пика, где максимальна концентрация вещества и минимальны ее изменения во времени. Желательно получить 5 — 10 спектров каждого компонента смеси, а для улучшения качества спектра часто необходимо проводить усреднения и вычитания фона. Продемонстрировать эффект вычитания фона можно на примере, представленном на рис. 1.6а — 1.6г.

В данном случае спектр, снятый у подножия хроматографического пика, вычитается из спектра„снятого на вершине пика. Эту процедуру осуществляет компьютер. Результирующий спектр очищен от наложения фона и позволяет значительно улучшить сходимость с библиотечным спектром. Очень важна скорость сканирования и для количественного анализа. Недостаточное число сканирований приводит к значительному искажению площади хроматографического пика (рис.

1.7). Современные приборы позволяют сканировать спектр за 0,1-0,5 с, что удовлетворительно сочетается с шириной хроматографического пика (как правило, несколько секунд). Если учесть, что средний хроматомасс-спектрометрический анализ длится 30 мин, при скорости сканирования 0,3 с в памяти компьютера должно остаться 6000 спектров. Этот факт наглядно демонстрирует невозможность получения качественных результатов без стыковки прибора с мощным компьютером. Кстати, времяпролетные спектрометры (разд. 6.4) позволяют регистрировать 100 и более полных масс- спектров в секунду.

Эта особенность привела к созданию быстрой хроматомассспектрометрии (В.арЫ ОС-МБ), позволившей сократить время анализа смесей в 5-10 раз 1441. 1.4, Хроматомасс-спекгрометрия 17 таа оо ва то во ао ва зо го то о а 5 О аз тг зов ао во та во еа во за го та о о гво О О О таю ва во то во аа ° а за го то о о тоо тва го о гво от тг Рис.1.5.

Масс-спектры и-фторбензофенона на восходящей стороне (а), на нисходящей стороне (б) и вершине хроматографического пика (в) Хромасс добавляет к масс-спектрометрической информации еще один очень важный параметр — время удерживания. Именно благодаря этому параметру появляется возможность во многих случаях проводить качественный и количественный анализ изомеров, масс-спектры которых практически неразличимы. Хромасс позволяет также детектировать ультрамикрокомпоненты на фоне высоких концентраций других соединений.

Для этой цели используется мониторинг заданных ионов (разд. 9.2). Тем не менее следует отметить, что число соединений, которые можно проанализировать методом ГХ-МС, значительно меньше, чем при использовании масс-спектрометра с прямым вводом. Действительно, в последнем случае можно получить масс-спектр соединения, обладающего хотя бы слабой летучестью в условиях глубокого вакуума и температуре 300-400'С, не говоря уже об альтернативных методах ионизации (бомбардировка быстрыми атомами, полевая десорбция, десорбционная химическая ионизация). В случае же ГХ-МС необходимо„чтобы вещество прошло через колонку газового хроматографа при атмосферном давлении и температуре 250 — 300'С (в некоторых случаях до 400'С).

Это приводит к невозможности анализа без предварительной дериватизации труднолетучих, высокополярных, термолабильных соединений. 6 666 (23'.066 С )3 МЕЭЧРАЧ.ЗЭ АЫЛ СйВООВ Ю ПЗЗЛ. Рис. 1.ба. Масс-спектр на вершине хроматографического пика 6 664 (ОУООЮ 3 )3 МЕВЗМ АЧ.О АЮООСЯвсээ в ЮВЗЗСЗЮ ЮОООСЗ О(ОООО 66СЗСЗО 6600(Э 6 ЗЮОЮ и:аООЮ й,'ОСЗОЮ 16000 '3 ЮСЗО\Э 1 ЗООЮ 1 6000 '3 ЮСЮЮ ОООСЭ ЮСЗСЗО ВСЗСЗО ЮООЮ Ю ПЧЗЕ— ОЮ 1 ОО '3 ОСЗ ЮСЗО ЮЗЗСЗ ЮОЮ Рис. 1.66.

Масс-спектр у подножия хроматографнческого пика (спектр фона) э~эп эээ сэт.оээ ээээ м нкао .ч.о Э.-> Аьнгкюэпсэ Рис. 1.бв. Спектр компонента смеси после вычитания фона ээя~а ~о~ ~.т -э~~~еп~ь эээээеяагэ- (~~э) ээ~гчс~ся смч ~мэнээс') ,а,ьипэагюэ Рис. 1.бг. Библиотечный спектр гексахлорбифенила (сходимость с экспериментальным спектром 99%) 20 Глава 1. Система ввода образца Рве.

1.7. Вид и площадь наблюдаемого сигнала хроматографического пика в зависимости от скорости сканирования. а — аналоговый сигнал; б — за время выхода компонента зарегистрировано 13 масс-спектров; в — за время выхода компонента зарегистрировано 7 масс-спектров; л — за время выхода компонента зарегистрировано 3 масс-спектра В методе реакционной хроматомасс-спектрометрии перед колонкой хроматографа или между колонкой и масс-спектрометром устанавливается реакционная камера, в которой можно осуществлять заданные превращения анализируемых соединений.

В таюм варианте дериватизация, разделение и анализ юмпонентов пробы осуществляются в режиме «оп-1ше». Реакционная хроматомассспектрометрия может использоваться для улучшения разделения компонентов смеси или для проведения структурных анализов. Например, дейтерирование алкенов в реакционной камере позволяет установить положение двойной связи в молекуле [21]. В 2001 г. в США вышла в свет книга [453, посвященная теории, практике и последним достижениям хроматомасс-спектрометрии. 1.5. Жидкостная хроматография — масс-сиектрометрия, ЖХ-МС (ЕС-МЯ) Решить проблему анализа тяжелых полярных термолабильных соединений можно при замене газового хроматографа на жидкостный. При всей принципиальной очевидности такого решения создать эффективный метод ЖХ-МС оказалось не столь простой задачей.

Наиболее сложным моментом оказывается стыковка жидкостного хроматографа с масс-спектрометром. Масс-спектрометр обычно работает в условиях глубоюго вакуума (10 ь мм рт. ст.), а скорость потока через стандартную колонку жидкостного хроматографа составляет примерно 1 мл/мин. Две наиболее часто используемые в современной хроматографии жидкие фазы — метанол и вода. Испаряясь в источнике ионов, 1 мл метанола образует 0,55 л пара, а 1 мл воды — 1,24 л пара. Учитывая, что вакуумная система масс-спектрометра может поддерживать требуемое для работы давление только в том случае, если приток паров в ионный источник не превышает 10 мл/мин, понятно, что соединительный узел (интерфейс) системы ЖХ-МС должен эффективно осуществлять обогащение анализируемым соединениез4 примерно в 100 раз за счет удаления растворителя. При этом надо помнить, что проводящие жидкости могут быть причиной возникновения электричесюй дуги 1.5.

Жидяостиая хроматография — масс-спектрометрия 21 в магнитных секторных приборах„работающих в условиях высокой разности потенциалов, а нелетучие неорганические соли, используемые в качестве буфера в хроматографии, приводят к проводящим отложениям на линзах источника ионов, вызывая расфокусировку прибора. К настоящему времени существует значительное число интерфейсов ЖХ-МС. Часть из них уже практически не используется.

Ниже представлены наиболее важные варианты. 1.5.1. Ленточный транспортер (Мозчнй Ве11) Исторически первым интерфейсом можно считать ленточный транспортер 1461, появившийся в 1976 г. Принципиальная схема устройства представлена на рис. 1.8. Его основной конструкционной деталью является тонкая полиимидная кольцевая лента. Элюат из колонки хроматографа попадает на ленту, движущуюся по направлению к источнику ионов. На пути следования он проходит вдоль инфракрасных испарителей, которые переводят в газовую фазу значительную долю подвижной фазы. Далее лента проходит вакуумный замок, и в условиях вакуума остатки растворителя откачиваются насосами.

В месте перегиба ленты, в ионном источнике, находится импульсный нагреватель, который переводит в газовую фазу молекулы образца, подвергающиеся электронному удару или химической нонизации. Двигаясь в обратном направлении, лента очищается от избытка нанесенного образца благодаря дополнительным испарителям, а иногда и растворителям, и возвращается за новой порцией элюата в исходном (теоретически чистом) виде. ИК-испаритеяь Очищающий нагреватель Рнс.

1.8. Принципиальная схема ленточного транспортера 22 Глава к система ввода образца К достоинствам метода следует отнести: 1. Возможность использования стандартных библиотек масс-спектров электрон- ного удара для идентификации исследуемых веществ. 2. Возможность работы со стандартными колонками для жидкостной хроматографии, поскольку метод использует скорости потока до 1.5 мл/мин. Такие потоки приемлемы при распылении элюата на ленту. 3. Неорганические соли, используемые в качестве буфера при хроматографировании, не мешают анализу.

Тем не менее ленточные транспортеры не получили широкого признания, поскольку лишь незначительно расширяли круг органических соединений, доступных масс-спектрометрическому анализу. В ионном источнике все равно требовался термический перевод вещества в газовую фазу. Лента транспортера примерно через 10 прохождений оказывалась загрязненной, что приводило к наложению масс-спектров друг на друга и мешало надежной идентификации. Качество спектров и интенсивность характеристических ионов существенно зависели от количества образца, т. е.