Том 1 (1109661), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Более того, в глицериновой матрице молекулярные осколки могут рекомбинировать, вновь образуя исходный молекулярный ион. Метод бомбардировки быстрыми атомами применим для исследования высокомолекулярных (молярная масса до 3000) и терми- лекулярного пика. В настоящее время для ионизации все шире используют лазеры, например, УФ-лазер с длиной волны 337 им. При анализе биологических образцов к пробе часто добавляют матрицу, играющую роль переносчика энергии. Среди методов этой группы мы рассмотрим наиболее распространенные — полевую десорбцию и бомбардировку быстрыми атомами. Применение масс-спектрометрии Определение нолярной массы Масс-спектрометрия является одним из методов определения молярной массы веществ.
Источником информации служит положение молекулярного пика М+ или его производных — пиков (М+1)+, (М вЂ” 1)+, а также квазимолекулярных пиков. При использовании жестких способов ионизации таких,как электронный удар, положение молекулярного пика необходимо обязательно подтвердить, используя другие способы ионизации. Установление брутто-формулы вещества При наличии масс-спектрометров высокого разрешения (с двойной фокусировкой) брутто-формулу соединения можно установить непосредственно. Предположим, что в масс-спектре высокого разрешения для молекулярного пика вещества найдено массовое число, равное 120, 070 ~ О, 005. Расчеты с использованием точных значений молярных масс элементов показывают, что этим веществом может быть бензамин СтНВМя (М = 120,069), но не ацетофенон С»Н80 (М = 120,096).
Для установления брутто-формул существуют специальные таблицы с точными значениями молярных масс всех возможных соединений, состоящих из атомов С, Н, М, О. Важным правилом является так называемое «азо«нное правило». Оно гласит, что если молярная масса вещества (округленная до целого) нечетна, то его молекула содержит нечетное число атомов азота. При использовании масс-спектров низкого разрешения установить брутто-формулу можно на основе данных по природному содержанию отдельных изотопов. Наличие изотопов приводит к появлению пиков М+, (М+1)+, (М+2)+ и т.д. Рассмотрим в качестве примера изотопные пики метана и этапа. В соответствии с содержаниями отдельных изотопов отношение интенсивностей пиков '~СН4 и ~~СН4 составляет 100: 1, 1 (см.
табл. 3.30). Для этана возможны следующие изотопно замешенные молекулы: "СН, -" СНз ' СНз — ' СНз чески неустойчивых соединений. В последнее время исследуемый диапазон малярных масс расширен до 10000. Кроме того, применение этого метода ионизации представляется очень перспективным в плане сочетания масс-спектрометрии с жидкостной хроматографией (раздел 5.5). (324 Г,М.
С ир д т/з = 31((М+ 1)+') т/г = 30(М+') 'зСНз — 'з СНз т/з = 32((М+ 2)+'). ыСНз — 'з СНз т/г = 31((М + 1)+') Пики с массовыми числами 30, 31 и 32 имеют относительные интенсивности (%) 100, 2,2 и О, 01. Путем деления относительной интенсивности пика (М+1)+ на природное содержание изотопа 1зС можно непосредственно найти число атомов углерода в молекуле. В данном примере оно равно 2, 2: 1, 1 = 2. В общем случае при наличии двух изотопов одного элемента с молярными массами, различающимися на единицу, соотношения интенсивностей пиков М+, (М+1)+, (М+2)+ и т.д. являются слагаемыми биномиального разложения (а+ Ь)", (3.115) где а — относительное содержание легкого изотопа 5 — относительное содержание тяжелого изотопа п - — число атомов данного элемента в молекуле.
Для таких элементов, как Я, %, С1, Вг, массы природных изотопов различаются на 2 единицы (табл. 3.30). В этом случае выражение (3.115) дает отношение интенсивностей пиков М+, (М+2)+, (М+4)+ и т. д. Например, для молекулы с двумя атомами хлора (1+0,324) = 1+2.1 0,324+0,324а = 1+0,648+0,105. На рис.3.118 приведены соотношения интенсивностей молекулярных пиков соединений, содержащих различныс числа атомов хлора и брома.
Для соединений, содержащих только атомы С, Н, М, О (а также Е и Р), однозначное установление брутто-формулы часто бывает возможным лишь при привлечении дополнительных данных, например, элементного анализа. Установление структуры с помощью осколочных спектров Процесс ионизации молекулы длится около 10 ш с.
Время, затрачиваемое на прохождение ионом пути от источника ионизации до детектора, составляет не менее 10 з с. За это время из исходного иона д.д.дд.. д д: д ф д *»и»2$) может образоваться множество осколочных ионов-фрагментов. Процессы фрагментации подчиняются определенным закономерностям, описание которых можно найти в специальной литературе. Осколочные ионы, образующиеся в результате фраг- 1 ментации, можно разделить на два класса. С одной стороны это ионы, обладающие характерным значением массы ~табл. 3.31).
С другой — ионы, обладающие характерным значением разности между массой молекулярного пика и собственной массой. Такие ио- ны возникают в результа- тЕ ОтЩЕПЛЕНИЯ От ИСХОДНОГО Рис. З.11Н. Распределение интенсивностей + иона М определеннои неи- изотопных молекулярных пиков для различтральной частицы Х и име ных чисел атомов хлора н брома. ют массу, равную М вЂ” Х.
Ионы с характерными значениями разности масс приведены в табл. 3.32. Осколочные ионы часто группируются в периодические серии. Их наличие обусловлено последовательным отщеплением одного и того же структурного фрагмента. Так, для насьпценных алифатических углеводородов наблюдаются «алкильные серии»вследствие последовательного отщепления фрагмента СН2 (т/л = 14, рис. 3.119). с,н, ,сн,' 57 л д снгсн,-сн,-сн,-сн,-сн,снгсн,-сн, сн,-сн,.сн, ва с,н„ 71 аа, с,н„ 85 4О 20 о м' 17О 113 127 141 К В 4 4о во во пя 128 14о 1ео 1во Рис. 3.119.
Масс-спектр н-додекана, демонстрирующий серийный характер расположения осколочных пиков вследствие отщепления фрагментов С„Нл„ Спектроскопические методы 'Габлица 3.31. Важнейшие осколочные ионы с характерными значениями масс. Фрагмент Предположительная структура Массовое чисто О-содержащие алкильные группы нитросоединения амины алканолы, простые эфиры тиолы С1-содержащие бензоидные, гетероциклические алкильные группы 29 30 31 33 36/38 39 ацетильные группы (продукт разложения пробы) 45 46 э5 э8 59 60 61 65 69 71 пропилкетоны, эфиры масляной кислоты Сноз' СгНз+ ХО+ Снг=ХН+ СНг =ОН+ НЯ+ НС1+ СзНз Сзнг СНЗСО+ СО.+ СгнзХ~ сн.-он=он' СНз — Π— СН,+ СООН~ СНЯ+ СН Я+ Снг=ЯН+ С4Н,' Сзн~г СНг=СН вЂ” СО+ С Н+ СНз — СНг — СО+ сн =сн — сн=он ' сн,=с(он)-сн+ (СН ) 51=СНг+ СНз — С(СНз) =ОН СНг=С(ОН)г+ СНг — Π— НО" СгнзБ+ СзНзе С.Н,+ СзН+„ Сзнгсо+ амины алканолы метиловые простые эфиры карбоновые кислоты тиолы, тиоэфиры тиолы, тиоэфиры тиолы, тиоэфиры ароматические соединения алкены, циклоалканы пиклоалканоны алкильные группы этилкетоны циклоалканолы алканоны амины алканолы, простые эфиры карбоновые кислоты нитриты тиолы бензильные группы алкены, циклоалканы алкильные группы з.б.я ..
р р з д 4юц у З~д7 Продолжение таб. 3.31. Сзнг — СН=МН~ С4НвО 72 амины карбоновые кислоты, простые эфиры, алканолы 74 77 79/81 80 81 86 89 91 92 91/93 94 97 99 105 121 Таблица 3.32. Важнейшие осколочные ионы с характерными значениями разностей масс. [М - Х]+', [М - Х]+' Х, Х' Предположительная структура Снз О М-14 гомологи нитросоединения, сульфоксиды амиды О-содержещие аминогруппы спирты, кетоны, альдегиды г -содержащие Г-содержащие ароматические соединения М-16 7з Нз ОН г1нз Нзс В НР СзНз М-17 М-18 М-19 М-20 М-26 (Снз)з81+ СНз С(ОН)ОСНз С Н+ Вг~ Сьнв14+ СьНьО+ С Н,' СьНвО+ Сзнвсн=ЯНз+ Сгн~~ С Н+ СвнвХ+ Сзнвс1 СвНвО+ СьньБ~ С Н+ Сьнвсз~ СЗН+ СвНьСО+ СвНвО+ триметилсилильные группы метиловые сложные эфиры ароматические соединения Вг-содержащие производные пиррола производные фурана злкильные группы производные тетрагидрофурана амины гетероциклические соединения бензильные группы алкилпиридины злкилхлориды эфиры фенола алкилтиофены алкильные группы ке тали алкилбензолы бензоильные группы злкилфенолы (~~з г з с р Продолжение таб.
3.32. М-гетероциклы,нитрилы О-гетероциклы, фенолы хиноны, арилкетоны ароматические а.ьдвгидЫы, фенолы н-алканы, циклоалканы алкильные группы нитроароматические соединения метоксиарены М-27 НОВ СзН4 СО М-28 СНО СзНз СзНз 1зО СНзО ОСНз Я М-29 М-30 М-31 метиловые сложные эфиры Я-содержащие Я-содержащие М-32 М-ЗЗ НЯ НзЯ НС1 М-34 М-36 М-41 М-42 М-43 М-44 М-45 М-46 М-47 М-57 М-60 М-64 М-79/81 М-93 М-127 феноксигруппы 1-содержащие Качественный анализ При иденпгификаиии веществ с помощью масс-спектрометрии исходят из того, что характер фрагментации неизвестного вещества и соединения предполагаемой структуры одинаковый, а спектры получены в близких экспериментальных условиях. Первое из этих допущений не всегда справедливо.
Кроме того, характер фрагментации сам по себе не позволяет различить стерические или топологические изомеры, а зачастую и несколько близко СзНз СНзСО СзНа СзНг СНзО СОз СООН ИОз Навоз С4Нз СзНзСО СНзСООН ЯОз Вг СбН50 1 тиолы С1-содержащие пропиловые сложные эфиры ацетоксиарены пропильные группы аллильные группы метилкетоны сложные эфиры, ангидриды карбоновые кислоты нитроароматические соединения нитроалканы бутиловые сложные эфиры этилкетоны ацетэли сульфоны Вг-содержащие родственных соединений различного состава, но сходной структуры. Условия эксперимента тоже часто изменян>тся в широких пределах. Несмотря на это, сопоставление экспериментального и библиотечного масс-спектров часто приводит к правильным выводам. В лк>- бом случае при использовании способа ионизации с сильной фрагментацией (например, электронного удара) вероятность совпадения масс-спектров одного и того же вещества выше, чем масс-спектров раэнь>х веществ.
Для надежной идентификации необходимо наряду со спектром неизвестного вещества экспериментально получить и масс-спектр вещества с предполагаемой структурой. Существующие библиотеки масс-спекп>ров насчитывают до 150000 спектров различных соединений. Имеются и специализированные библиотеки масс-спектров для отдельных классов веществ — пестицидов, лекарственных средств. Количественный анализ С помощью масс-спектрометрии можно проводить как вещественный, так и элементный количественный анализ. Вещественный анализ осуществляют обычно в сочетании с хроматографическим разделением. Чаще всего для этого используют газовую хроматографию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
