Г. Кристиан - Аналитическая химия, том 2 (1108738), страница 36
Текст из файла (страница 36)
В этом способе газ-реагент (например, метан, изобутан или аммиак) вводят в камеру для электронно-ударной нонизацин прн определенном давлении 1от 1 до 10 мм рт. ст.), с тем, чтобы он вступал во взаимодействие с молекулами аналита с образованием ионов за счет переноса протонов или гид- 1вв ГЛАВА 20. ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ СН4 +СН4 — +СН5 +СИЗ СНз +СН4 -+СзН5 +Нз Эти ионы реагируют с молекулами образца с переносом протона Н+, или гидрид-иона Н, или электрона, что увеличивает заряд молекулы на единицу: СН5 + МН -+ МНЗ + СН4 СзНЗ +МН вЂ” ьМН +СзНь МН ~ и М+ могут дальше распадаться на отдельные фрагменты, образуя соответствующие сигналы в масс-спектре.
Иногда в спектре не наблюдается сигналов, отвечающих ионам М', однако молекулярные массы образовавшихся ионов соответствуют ионам М»Н или М вЂ” Н. Слабые кислоты образуют в газовой фазе ионы, что приводит к возникновению простых спектров. Ион С4Н э из изобутана и )ь(Н4 из аммиака при ионизации также становятся переносчиками протонов, однако их низкая энергия приводит к тому, что ион МН з~ минимально распадается на фрагменты. В табл. 20.5 приведены характеристики источников химической ионизации при использовании различных реагентов.
Способ химической ионизации — наиболее универсальный н чаще всего применяется в современных приборах для ГХ-МС при определении молекулярных масс разделяемых компонентов, особенно в тех случаях, когда «жесткие» способы ионизации приводят к чрезмерному фрагментированию молекул аналита. Другие источники ионизации рассмотрены в гл. 21 и 25. Таблица 20.5 Характеристики источников химической ионизации при использовании различных реагентов Реягент Образующиеся ионы (яддуяты) Область применения/ограничения М-Н', М-СНз Метан Для идентификации большинства органических соединений.
Алдукты не всегда образуются в большом количестве. Чрезмерное фрагментирование Изобутан М-Н, М вЂ” С4Ня Менее универсальный источник. Алдукты образуются в достаточном количестве. Частичное фрагментирование Для идентификации полярных соединений н оснований. Остальные соединения не ноннзнруются. Практически без фрагментирования Аммиак М вЂ” Н" (основяння) М вЂ” ) )Н4 (полярные соединения) рнд-ионов. Процесс химической ионизации начинается с ионизации газа-реа- гента.
Например, в случае метана электронный удар приводит к образованию ионов СН4 и СНз~, которые затем реагируют с СН4 с образованием ионов СИ~5 и СЗН5: 2О 10. сОчетАние ГАЗОВОЙ хРОмдтОГРАФии с масс-спехтРОметРией Масс-анализатор Масс-сиектромегры. припиип работы которыя основан иа действии мш иипюго поля, широко используют в оргаиической химии для устаиовлеиия молекуляриой структуры соединений. В иих происходит огклоиеиие иодов в искривлен- ГЛАВА 20 ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ иопадак1т в радио гасзогиос иоле, создаваемое вдоль оси = (з е. вдоль оси.злсктродовй они начннакгт осциллировап, вдоль зтой оси. Только те ионы, которые имензг определенное отношение массы к зарязгу, могут давагь резонанс в мам нитном поле н стабильно поступать через поле к детектору. Д~рзуг|зе ноны.
нерезогггзрующгге, будут откзонязься от прямого пуки и сгазкиватг,ся с поасояностью 20.10. СОЧЕТАНИЕ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ С МАСС-СПЕКГРОМЕГРИЕЙ казаны основные узлы масс-спектрометра с время-пролетным анализатором. Ионы образуются в камере для ионизации, затем ионизация усиливается при прохождении веществ через пластины акселератора (ускорителя), на которые подают напряжение 3000 В с частотой импульсов от 3000 до 20000 в секунду.
Поток образовавшихся ионов с постоянной кинетической энергией попадает внутрь трубки, где ионы с различным отношением тУг перемещаются с разной скоростью. Кинетическая энергия ионов, выходящих из источника ионизации, выражается как: г тг 2 (20.3) где и — масса иона; г — скорость иона; К вЂ” напряжение ускорителя; д — заряд иона. После преобразования получаем: Таким образом, скорость иона обратно пропорциональна квадратному корню из массы иона. Время С необходимое для достижения детектора, равно ЕФ, где Л— длина пролетной трубки. Разность во времени достижения Лг для двух ионов для их разделения составляет ,11 ~ (лг1 ) (~г) (2Иу) цг (20.5) и также пропорциональна квадратным корням из масс этих ионов. Поскольку продолжительная (непрерывная) ионизация и ускорение могут привести к непрерывному потоку всех ионов с совпадающими массами, необходим импульсный способ ускорения.
Последовательность операций при импульсном способе состоит во включении источника электронов на 10 з с для образования группы ионов, и затем (в течение 10-4) подаче ускоряющего напряжения для направления потока ионов внутрь трубки с бесполевой областью. После этого источник отключают на некоторое время, чтобы остаточные ионы прошли по трубке к детектору.
Время-пролетные анализаторы, такие как квадрупольный, позволяют просканировать масс-спектр очень быстро. Можно достичь разрешения на уровне 500. Зти анализаторы наиболее часто используют для детектирования ионов большой массы, поскольку для них нет верхних ограничений по массе. Одной из наиболее серьезных проблем на ранних этапах развития хроматомасс-спектрометрии было присоединение выхода хроматографической колонки к масс-спектрометру. Использовали набивные колонки, и большие объемы как образца„так и газа-носителя перегружали (переполняли) масс-спектрометрическую систему, которая работала при низких давлениях, поэтому требовалось сконструировать специальное «стыкующее» устройство. С появлением кварце- Масс-спектрометрия в сочетании с газовой хроматографией ГЛАВА 20.
ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ вых капиллярных колонок появилась возможность разработки такого устройство для ГХ-МС с тем, чтобы элюат из колонки можно было бы непосредственно направлять в источник ионов. Очень важно при этом минимизировать потери неподвижной фазы из колонки, поскольку масс-спектрометр будет детектировать и частицы неподвижной фазы.
Вымывание неподвижной фазы из колонки можно предотвратить химическим путем, закрепляя на стенках колонки алкилсилоксаны. О других неподвижных фазах, для которых характерны очень незначительные потери за счет вымывания, уже было сказано выше. Естественно, непрерывный контроль (мониторинг) пиков в газовой хроматографии — несколько раз в секунду — приводит к очень большому объему информации (объемам данных).
Развитие современных компьютеров с быстрыми процессорами, дисками высокой емкости и другими преимуществами позволило использовать метод ГХ-МС в рутинных целях. Разделенные ионы детектируют с помощью электронного умножителя, подобного по устройству фотоумножителю, рассмотренному в гл. 16. Чувствительность детектирования — обычно на уровне нанограммов. Существуют разные варианты работы масс-спектрометра.
При мониторинге общего потока ионов (!о!а! !оп спггепг, Т!С) он суммирует потоки от всех фрагментов ионов и молекул для всех хроматографических пиков веществ, проходящих через детектор, и полученный график при этом напоминает хроматограмму с несколькими пиками, характерную для газовой хроматографии. В нонселективном варианте ведут мониторинг ионов с определенным соотношением туг, и тогда детектор реагирует только на те фрагменты молекул или ионов, которые характеризуются таким соотношением.
В режиме масс-спектра сигнал каждой детектируемой молекулы сохраняют в оцифрованном виде в компьютере, присоединенном к системе, и тогда масс-спектр, соответствующий искомому хроматографическому пику, можно вывести на просмотр. Масс-спектр является наиболее общей, полной характеристикой данного вещества (если хроматографический пик соответствует только одному компоненту), своего рода «отпечатком пальцев» вещества при различных соотношениях»ггг. При этом определенные пики будут преобладать по интенсивности.
На рис. 20.13 приведены примеры идентификации кокаина в образце подозрительного порошка, растворенном в метаноле, с помощью ГХ-МС. На верхнем рисунке представлена хроматограмма образца, полученная в режиме общего потока ионов (Т1С). Пик, вышедший при 11,5 мин, соответствует времени удерживания, ожидаемому для кокаина. На среднем рисунке приведен масс-спектр, соответствующий веществу с временем удерживания 11,5 мин, и на нижнем рисунке — масс-спектр стандартного образца кокаина.
Масс-спектры вещества в пробе и стандартного образца идентичны. Кроме того, пик исходного («родительского») иона наблюдается при значении тгг, соответствующем форме М для кокаина (относительная молекулярная масса 303,35). (Небольшой пик при отношении туг, равном 304, соответствует ионной форме МН+, также часто образующейся при расщеплении.) Е * О,ОЕ5 йо Оо я »»о 40Еб » е гОЕ5 й о 4 6 8 10 12 14 1б Время, мнн 1,2Е6 3 1,0Еб о о Ф 80Е5 я» 6 ОЕ5 б 3 4,0Е5 2,0Е5 100 150 200 250 ЗОО Масса/заряд я 1,2Е6 й о о 1ДЕ6 Й » н8,ОЕб Ь 6,0Е5 о » Ф 1» 4 ОЕ5 2,0Е5 100 150 200 250 300 Масса/заряд РИС.
20. 1 3. Подтверждение присутствия кокаина методом ГХ-МС. Вверху: газовая хроматограмма кокаина в образце мочи, снятая в режиме Т1С. В центре: масс-спектр для компонента, имеющего пик при 11,5 мин. Внизу: масс-спектр для газохроматографического пика, полученного для стандартного образца кокаина с таким же временем удерживания 194 главам. газовая хяоматоп афия Фрагментарные образцы часто образуют пики, соответствующие потере специфических групп в составе молекул, например, СО или ЫНм что дает дальнейшую уверенность в присутствии молекул данного соединения или может быть использовано для получения информации о структуре молекулы. Производители масс-спектрометров предоставляют компьютерные базы данных по масс-спектрам (библиотеки масс-спектров) для тысяч соединений, и, таким образом, можно провести компьютерный поиск спектров, подходящих к спектру неизвестного вещества.
База данных Ы18Т!БРА/Ы1Н «Маза Ярестга ЫЬгагу 1998» (вэчзч. п1з1 воИзгд ! апа1у. Ьпп) — наиболее полный, всеобъемлющий многолетний продукт, содержащий ссылки на масс-спектры наиболее применяемых во всем мире соединений; она может быть представлена как в АЗС11-кодах (т. е. в простом текстовом режиме), так и в виде %1пбоэгз-приложения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
