Г. Кристиан - Аналитическая химия, том 2 (1108738), страница 35
Текст из файла (страница 35)
В настоящее время приборы для микроколоночной газовой хроматографии выпускают многие производители. Их применение для общих задач ограничено главным образом небольшими размерами термостата, но для решения узкоспециализированных задач они подходят идеально [С. Непгу. «Так1ля гпе Яюв оп Нзе Коаб. РогГаЫе ОС апд бС/МБ» (Ргобисг Кеч~еи).
Ала1. СЬет. 69(5) (1997) 195А1. 182 ГЛАВА Ю, ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ 10 0,0 Время, с РИС. 20.7. Разделение углеводородов С вЂ” С,„методом скоростной хроматографии с быстрым температурным градиентом. Условия: колонка 5 м х 0,32 мм, слой неподвижной фазы 0,25 мкм; 60 'С, температурный градиент 19,2 'С!с [О. Ь. йеед, К.
С!аг1с-Вакег, Н. М. Марап. Х СА олзагояг. Яс1., 37 (1999) 300]. Опубликовано с разрешения редакции журнала Х САготагоят. Ясь Ргеягоп РпЫ1са11опз, А Рпйзюп оГ Ргез1оп 1пбпз1пез, 1пс. 20.10. Сочетание газовой хроматографии с масс-спектрометрией Появление хроматографического пика при определенном времени удерживания не всегда гарантирует точную идентификацию этого вещества или его присутствие в анализируемой смеси. Вероятность правильной идентификации зависит от таких факторов, как тип соединения, сложность состава и даже от способа пробоподготовки. Газовая хроматограмма образца крови, разбавленного раствором внутреннего стандарта 1для подтверждения времени удерживания и нахождения относительной площади пиков), содержит большой пик, предположительно относящийся к алкоголю, что, казалось бы, надежно свидетельствует о наличии алкоголя в крови, однако это может быть и результатом присутствия нескольких нетоксичных веществ в крови или их взаимного влияния.
(Как правило, это является результатом вдыхания паров алкоголя, и подтверждением тому может быть небольшое значение его концентрации.) Однако, при появлении пика кокаина на газовой хроматограмме нельзя так безапелляционно говорить о присутствии кокаина в лекарственном препарате — в подобных случаях необходимо искать более веские доказательства. В этом может оказаться полезной информация, полученная с помощью спектрометрических методов, например, в инфракрасной или ультрафиолетовой области.
Наиболее широкими возможностями и надежной идентификацией веществ может обладать сочетание газовой хроматографии с масс-спетрометрией (хромато-масс-спектрометрия) — метод, также называемый ГХ-МС. Используемые ранее системы ГХ-МС обычно были очень громоздкими и стоили сотни тысяч долларов. В настоящее время предложены относительно недорогие компактные настольные системы, и их часто можно встретить в лабораториях. Современный хромато-масс-спектрометр показан на рис. 20.8. ГЛАВА 20.
ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ Ионы разделяются в спектрометре при их ускорении в масс-анализаторе (см. ниже). Разделение ионов достигается в соответствии с определенным для каждого иона отношением массы к заряду (т/е). Мы не будем подробно рассматривать правила, как устанавливать структуру вещества по его молекулярному спектру, однако коснемся только одного из них, особенно важного при идентификации заряженных молекул (молекулярных ионов), — так называемого азотного правила. Согласно этому правилу М' рассматривают как высшую массу для данного иона, не принимая во внимание изотопный состав.
Такая молекулярная масса принимает четное значение, если молекула содержит четное число атомов азота — О, 2, 4 и т, д., и нечетное значение в других случаях — когда она содержит нечетное число атомов азота. Если вещество не содержит атомов азота, то значение будет четным. Азотное правило применимо в тех случаях, когда молекулярная масса принимает целочисленное четное или нечетное значение. Тоже самое будет логичным и по отношению к фрагментам молекул с потерями атомов.
Например, органические молекулы редко отдают более 4 атомов Н, образуя фрагменты с массой М-4. Другие потери мы можем ожидать для потерь метильных групп (М-15), ХНз или О (М-16), ОН или ХНз (М-17), НзО (М-18), Р (М-19) НР (М-20) или СзНз (М-26). Следует учесть также, что не может быть потерь в интервале от 4 до 14 и от 2! до 25 массовых единиц. Но это правило не распространяется на смеси. Разрешение Разрешающая сила в масс-спектрометрии определяется способностью различать две массы и может быть рассчитана как номинальная масса, деленная на разницу в массах двух веществ, которые можно разделить: (20.2) )1 = Ат где Ат — разница в массах двух компонентов, дающих разрешенные пики; ив номинальная масса, при которой проявляется пик компонента.
Разница масс обычно измеряется при некотором фиксированном значении фракции высот пиков, например, щри 10%. Разрешение 1000 означает, что молекула с отношением т/з = 1000 будет отделяться от молекулы с отношением иья = 1001 (и наоборот) или молекулы при отношении т/з = 500 от молекул с отношением и/г = 500,5. Термин единичное разрешение иногда используют для характеристики способности системы отличать компоненты, массы которых отличаются на единицу.
Единичное разрешение позволяет отличить отношение и/з 50 от 51, или отношение и/з 100 от 101, или и з 500 от 501. Обычно чем выше молекулярная масса, тем лучшего разрешения л' можно достичь. Разрешение на уровне 500 достигается во многих случаях при сочетании масс-спектрометрии с газовой хроматографией. 20.10. СОЧЕТАНИЕ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ С МАСС-СГ[ЕКТРОМЕГРИЕЙ 186 Ионные источники В табл. 20.3 перечислены источники ионизацни, наиболее часто используемые в методах ГХ-МС и ЖХ-МС [см. гл. 21).
Самая распространенная методика ионизации — это ионизация электронным ударом. Молекулы газообразных веществ бомбардируют узконаправленным потоком электронов с высокой энергией (как правило, 70 эВ), получаемым на вольфрамовой нити. При столкновении с нейтральной молекулой электрон может передать ей достаточную энергию для того, чтобы молекула отдала свой электрон, образовав при этом однозарядный ион: М Ч- е- -+ М+ + 2е, где М вЂ” молекула аналита; М' — ионизованная молекула [называемая также молекулярным ионом) или родственный ион. Образующиеся ионы М«обладают различной внутренней энергией и находятся на разных энергетических уровнях [вращательных, колебательных, элект- Таблица 20.3 Сравнение методик иоиизации* Типичные определяемые вещества Диапазон молекулярных Способ ввода образца масс Харакгернстнкн Методика ноннзаннн Электронный удар После ГХ нли До 1000 жидкостно-твердый дальтон зонд Химическая ионизация После ГХ нли До 1000 жидкостно-твердый дальтон зонд После жидкостной хроматографии нли с помощью шприца Бомбардировка пучком ионов Пептнды, белки, нелетучне соединения До 200000 дальтон Методика «мягксй» ионизацни.
Часто образуются многозарядные ионы Лазерная десорбция с твердой матрицы Пептиды, белки, нуклеотиды Образец, перемешанный с твердой матрнцей До 500000 дальтон *Матернан взят с ме1»страницы профессора В. Высонкн, Университет Аризоны. Опубликовано с разрешения. Относительно небольшие молекулы, летучие соединения Относительно небольшие молекулы, летучие соединения Методика «жесткой» ионнзацни, дает наиболее полную информацию о структуре Методика «мягкой» ионизации. Идентификация по пикам ионнзованных молекул [М+ Н]' Методика «мягкой» ионизацнн для соединений с очень высокой молекулярной массой ГЛАВА 20.
ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ 186 100 90 80 Д 70 я 00 8 Ф 50 йй 40 'в о 30 20 10 Рис. 20.10 0,0 0,0 Масс-спектр метанола, полученный способом электронного удара. С разрешения 1Ч1ВТ МаааБрес Оата Септет 10 20 30 40 ш/г ронных переходов) и за счет участия в реакциях распадаются на отдельные фрагменты с более низкими молекулярными массами, ионизируясь под действием дальнейшей электронной бомбардировки или без нее. Состав и строение фрагментарных частиц в достаточной мере зависит от того, в каких условиях проводили бомбардировку (прежде всего, от энергии потока электронов).
Чаще всего молекулярные ионы распадаются на фрагменты, незатронутым остается лишь их незначительное количество, причем такие молекулярные ионы характеризуются наибольшей массой в спектре (при условии, что в веществе не содержатся различные изотопы для одного и того же элемента).
Соединения с ароматическим кольцом или другими циклическими структурами или с двойными связями легче образуют пики молекулярных ионов (ионизованных молекул), поскольку из-за делокализации электронной плотности снижается вероятность фрагментирования на отдельные части. На рис. 20.10 показан простой электронно-ударный спектр малой молекулы — метанола. Как правило, пики нормируют по одному из них — с наибольшим содержанием изотопа (относительное содержание 100%); этот пик называют основным пиком. Молекулярный пик наблюдается при отношении т/я = 32 (что соответствует молекулярной массе метанола, СНзОН). Заметим, что в спектре присутствует маленький пик при и/г = 33.
Это и есть молекулярный ион в случае присутствия изотопа 'зС в метаноле, относительное содержание которого составляет 1,11% по сравнению со 100% для 1~С. Основной пик наблюдается при и/г = 31, что соответствует фрагменту СНтОН+. В табл. 20.4 приведены относительные количества наиболее распространенных элементов. 20Л О. СОЧЕТАНИЕ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ С МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЕЙ 18т Таблица 20.4 Относительное содержание и точные массы наиболее распространенных елементов' Относительное содержание, Н Массы Изотопы Элемент 'Н 2Н Водород 100,0 0,0115 1,007825 2„014102 '2С '3С Углерод 12,000000 13,003355 100,0 1,07 141Ч 151Ч Азот 100,0 0,369 14,003074 15,000109 '5О 17О 'о Кислород 15,994915 16,999132 17,999160 100,0 0,038 0,205 328 338 348 Сера 31,972071 32,971450 33,967867 100,0 0,803 4,522 35П 37С! Хлор 34,968852 36,965903 100,0 31,96 75Вт 81вг Бром 100,0 97,28 78,918338 80,916291 *Наиболее распространенному изстспу приписывают содержание 1ООН, содержание остальных изотопов нормировано к его содержанию.
Источник химической ионизации Способ ионизацнн электронным ударом называют способом «жесткой» ионизацин, поскольку в результате образуется множество фрагментов молекулы, что способствует более точной идентификации аналита, а от неионизованных молекул практически ничего не остается. Однако последовательный распад ионизованных молекул на отдельные фрагменты может привести к тому, что ионы с низкой молекулярной массой будут составлять большую часть от общего числа ионов„при этом многие аналитически важные фрагменты останутся в незначительном количестве или вообще будут потеряны. Способ химической ионизации более «мягкий», поскольку он не приводит к столь заметному фрагментированию молекул, а вызывает образование ионизованных молекул, преобладающих в масс-спектре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
