А.Т. Лебедев - Масс-спектрометрия в органической химии, страница 5

воспроизводимость была плохой. В настоящее время ленточные транспортеры не используются, хотя в 70-80 годах прошлого века вышло в свет много работ, результаты которых базировались на применении этого метода. 1.52. Прямой ввод жидкости (Р1гес1 ЫпнЫ 1п1гог1псг)оп, РЫ) Данный метод тоже следует рассматривать скорее как историю масс-спектрометрии. Он более или менее активно использовался в 80-х годах ХХ века, но уступил место более прогрессивной технике, основанной на аналогичном принципе. Фактически все современные интерфейсы ЖХ-МС, за исключением проточного варианта бомбардировки быстрыми атомами, могли бы быть названы прямым вводом жидюсти.

Для реализации прямого ввода жидкости на выходе из хроматографичесюй колонки устанавливается диафрагма с отверстием 2-5 мкм (рис. 1.9). Возникающая струя мелких капель, движется с большой скоростью к источнику Обогреваемый участок удаления растворителя ~ййй91 Ионный источник Рис. 1.9. Принципиальная схема метода прямого ввода жидкости 1.5.

Жидкостная хроматография — масс-слектрометрия 23 ионов. На пути следования капли проходят через камеру испарения, где большая часть растворителя переходит в газовую фазу. Оказываясь в источнике масс-спектрометра, молекулы анализируемого вещества подвергаются химической ионизации (разд. 5.2), тогда как молекулы растворителя играют роль газа-реагента. Основной недостаток метода — низкая скорость потока. Давление в источнике становится слишком высоким при потоках более 50 мкл/мни. Поэтому требуется либо разделять поток из стандартных хроматографических колонок, уменьшая тем самым чувствительность метода примерно в 20 раз, либо использовать узкие колонки. Кроме того, узкое отверстие диафрагмы постоянно забивается, а добавки неорганических солей к подвижной фазе приводят к быстрому ухудшению работы масс-спектрометра.

1.5.3. Поток частиц (1ааг11с!е Веапа) В этом варианте интерфейса поток из колонки хроматографа направляется через капилляр в стеклянный распылитель, где элюат превращается в облако мелких капель, разорванных концентрическим потоком гелия. Это облако перемещается внутри стеклянной испарительной камеры, стенки которой подогреваются, а давление поддерживается на уровне чуть ниже атмосферного. При этом происходит частичное испарение растворителя, н размер капель уменьшается.

Испарительная камера заканчивается узким отверстием, за которым следует сепаратор молекулярного пучка с вакуумной откачкой (рис. 1.10). Вылетая из испарительной камеры, частицы приобретают высокую скорость благодаря сужению потока. Поскольку более тяжелые молекулы анализируемого вещества менее подвержены диффузии, чем атомы гелия или молекулы растворителя, именно они и проходят в узкое входное отверстие сепаратора, а из него в массспектрометр. Испарнтельная камера Капилляр ,м Не К насосу Рнс. 1.10. Принципиальная схема интерфейса с потоком частиц 24 Глава к Система ввода образца Частицы анализируемого вещества в ионном источнике подвергаются химической нли электронной ионнзации.

Получение спектров электронного удара является преимуществом метода, поскольку позволяет использовать компьютерные библиотеки масс-спектров (разд. 4.4). Такой интерфейс может работать с потоками жидкости из хроматографа в диапазоне от 0,1 до 1,0 мл/мин. Чувствительность метода для получения полного масс-спектра лежит на уровне единиц нанограммов (10 в г). Этот метод фактически заменил ленточный транспортер, хотя и не устранил недостатков, связанных с невозможностью работы с высокомолекулярными, нелетучими и термолабильными соединениями. 1.5.4. Термораспыление или термоспрей (ТЬегпюзргау, ТЯР) и плазмораспыление или плазмаспрей (Р!азшазргау) Принципиальная схема методов термораспыление и плазмораспыление представлена на рис.

1.11. В этом случае поток из колонки жидкостного хроматографа направляется в нагреваемый капилляр. Диаметр капилляра 0,1 мм, что значительно больше по сравнению с отверстием для метода прямого ввода жидкости. Это устраняет случаи закупорки — серьезный недостаток прямого ввода жидкости. Температура капилляра поддерживается на уровне температуры кипения растворителя. В результате из капилляра вырывается струя пара, которая попадает в ионизационную камеру.

В случае плазмаспрея подача напряжения на разрядный электрод или просто пучок электронов создают условия химической ионизации (разд. 5.2), причем роль газа-реагента играют пары растворителя. Работая в режиме плазмораспыления, исследователи замечали, что часто удается регистрировать ионы даже в случае выключенного электрода. Анализ этого эффекта привел к возникновению техники термораспыления. Дело в том, что некоторые анализируемые соединения уже в растворе находятся в виде положительных или отрицательных ионов.

Используемые в большинстве случаев в качестве растворителей в жидкостной хроматографии вода и метанол с добавками кислот и оснований могут протонировать или депротонировать субстрат. Появлению заряда служат также добавки электролитов, например ацетата аммония. Струя пара, выходящая из капилляра, представляет собой аэрозоль небольших заряженных капель. Нагретый источник ионов и работающие вакуумные насосы заставляют эти капли при движении уменьшаться в размере.

В конечном итоге градиент поля на каплях может достигать критических значений, что приводит к устранению сольватной оболочки н появлению свободных ионов в газовой фазе. Выталкивакнций потенциал направляет эти ионы в узкое отверстие, ведущее к анализатору, а избыток растворителя откачивается насосами (рис. 1.11). Термоспрей и плазмаспрей применимы к потокам жидкости из хроматографа в диапазоне от 0,5 до 2,0 мл/мин, что позволяет работать с обычными аналитическими колонками. Следует отметить нежелательность использования в качестве буфера нелетучих неорганических солей из-за возможного образования 1.6.

Сверхкритическая флюилиая хроматография — мксс-спекгрометрия 25 Разрядны электр ив Ф и и о Я вЂ” + е ее э - ° +, — + Кнасосу 1 я " Капилляр Рис. 1.11. Принципиальны схема термоспрея (плвзмвспрея) отложений в источнике ионов. В качестве недостатка метода можно отметить его плохую воспроизводимость. Интенсивность спектра, а также наличие или отсутствие фрагментных ионов существенно зависят от состава раствора, наличия добавок, температуры капилляра и источника. В связи с этим важным становится выбор оптимальных условий регистрации спектра для каждого анализируемого вещества.

Чувствительность метода лежит в очень широком диапазоне, от единиц нанограммов до десятков микрограммов. Увеличение доли пиков фрагментных ионов в спектре достигается увеличением потенциала на выталкивающем электроде. Причиной тому становятся более эффективные столкновения разогнанных ионов с молекулами, так как в этой части ионного источника давление достаточно высоко. Для ознакомления с другими существующими системами ввода образца в масс-спектрометр целесообразно предварительно усвоить основные методы ионизации веществ. Подробное описание проточного варианта бомбардировки быстрыми атомами, химической ионизации при атмосферном давлении, элекгрораспыления, ультразвукового распыления, а также метода пиролитической массспектрометрии представлено в гл. 5.

Для углубленного изучения принципов и применения ЖХ-МС можно обратиться к книгам [47, 48]. 1.6. Сверхкритическая флюидная хроматография — масс-спектрометрия, СФХ-МС (Яирегсг16са1 ИпЫ СЬгоп1а1оргарЬу/Майя Ярес1гоп1е1гу, ЯРС/МЯ) Помимо газа или жидкости подвижной фазой для хроматографического разделения органических соединений может служить вещество, находящееся в сверхкритическом состоянии. В сверхкритической флюидной хроматографии (СФХ) используемое в качестве подвижной фазы вещество можно представить 26 Глава к Система ввода образца как очень плотный газ. Наиболее часто используемый диоксид углерода в таком состоянии имеет свойства промежуточные между жидкостью и газом, т. е.

это плотный газ с высокой сольватирующей способностью. Растворение образца в таком материале можно рассматривать как процесс, родственный переводу вещества в газовую фазу„но протекающий при достаточно низкой температуре. Как уже отмечалось в разд. 1.5, посвященном ЖХ-МС, основной проблемой стыковки жидкостного хроматографа и масс-спектрометра является большой объем вещества (растворителя), поступающего в ионный источник, что трудно совместимо с условиями высокого, вакуума в нем. В СФХ поток подвижной фазы значительно меньше, т.

е. комбинация СФХ-МС осуществима с меньшими сложностями по сравнению с ЖХ-МС. Фактически метод СФХ-МС является промежуточным между ЖХ-МС и ГХ-МС и в плане инструментальных требований, и в плане свойств анализируемых соединений. Важно, что метод позволяет анализировать более тяжелые и более термолабильные соединения по сравнению с ГХ-МС. В 80-х годах ХХ века казалось, что метод может существенно потеснить ЖХМС благодаря большей разрешающей способности и уже существующим в то время эффективным интерфейсам. Однако изобретение электроспрея (разд.

5.12) и создание метода капиллярного электрофореза (разд. 1.7) отодвинули СФХ-МС на вторые позиции. Тем не менее метод по-прежнему широко используется для анализа пестицидов, силиконов, неионогенных ПАВ, природных соединений и т. д, Еще одним преимуществом СФХ-МС над ГХ-МС является тот факт, что в сверхкритическом состоянии вещество, используемое в качестве подвижной фазы, является отличным растворителем и очень эффективно экстрагирует органические соединения разных классов из образцов пищи, полимерных материалов, биоты, обьектов окружающей среды. Существует огромное разнообразие интерфейсов для стыковки сверхкритического флюидного хроматографа с масс-спектрометром (491. Для метода подходят практически все интерфейсы, используемые в ЖХ-МС, хотя они могут быть слегка модифицированы.