А.Т. Лебедев - Масс-спектрометрия в органической химии (1111819), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Длинные иглы требуют тщательного изготовления, а короткие затрудняют нанесение образца. Спектры часто получаются неннтенсивными. Для преодоления этого недостатка используется многократное сканирование внутри узкого интервала масс с последующим интегрированием. В результате устраняется нестабильность спектра и улучшается отношение сигнал/шум. 41.8. Плазменная десорбционная масс-сиектрометрия (Р)аяпа Певогрйоп Ма88 ЯресФгон1еФгу, РРМЯ) Первое сообщение об использовании продуктов распада зззСГ для ионизации органических веществ опубликовано в 1976 г. Макфарлейном 11501. Многочисленные продукты деления изотопа зз~СГ обладают энергиями в сотни мегаэлектронвольт. Когда они проходят через металлическую фольгу, на которую нанесен анализируемый образец, создается быстрый локальный разогрев (до 10000 К).
В результате наблюдается процесс, аналогичный десорбционной химической ионизации 1разд. 5.5), при котором скорость десорбции (испарения) органических молекул оказывается выше скорости их разложения. Метод характеризуется очень высокой чувствительностью и позволяет получать спектры полярных соединений 115Ц.
Однако в связи с низкими ионными токами он может использоваться только с времяпролетным анализатором в импульсном режиме. Еще одним недостатком является необходимость работы с радиоактивными продуктами распада. Эти ограничения не позволили плазменной десорбции успешно конкурировать с другими методами анализа подобных соединений. 102 Глава 5. Альтернативные методы ноннзацин образца 5.9.
Лазерная десорбционная масс-спектрометрия (1.а5ег Ребогрйоп Ма55 Ярес1гоп1е1ту, ЕВМБ) Еще одним методом анализа нелетучих органических соединений является лазерная десорбция 1152]. Метод заключается в переводе молекул образца в газовую фазу при его облучении лазером. Механизм ионизации во многом сродни десорбционной химической ионизации и плазменной десорбции и связан с испарением и ионизацией вещества в результате быстрого локального нагрева, когда скорость десорбции превосходит скорость деструкции.
Основным недостатком, как и в случае плазменной десорбции, является необходимость использования времяпролетных приборов, поскольку масс-спектрометры других типов плохо сочетаются с импульсным лазером. Тем не менее следует отметить, что модификация этого метода 1см. МЛДИ, разд. 5.14) является на сегодняшний день важнейшим методом анализа высокомолекулярных органических соединений. Кроме того, метод успешно применяется в неорганической масс-спектрометрии. 5.10. Бомбардировка быстрыми атомами, ББА (г мФ А1оп1 Воп1Ьагйтпеп1, РАВ); вторичноионная масс-спектрометрия, ВИМС (Яесопйагу 1оп Маяа Брес1гопье1гу, ЯМБ) Метод ионизации, позволивший в начале 80-х годов ХХ века вывести масс- спектрометрию на новый качественный уровень, также использует принцип бомбардировки образца энергетическими частицами.
Принципиальная схема ионизацин бомбардировкой быстрыми атомами [1531 представлена на рис. 5.2. Атомная пушка "! Анализатор Шток Обр на наконечнике Ионы Выделение и фокусировка Рис. 5.2. Принципиальная схема ионизации бомбардировкой быстрыми атомами 5.10. Бомбардировка быстрыми атомами 103 Пучок ускоренных атомов (обычно инертные газы) направляется на раствор вещества, нанесенный на металлическую подложку, расположенную на конце штока прямого ввода. Взаимодействуя с веществом, атомы создают интенсивный локальный разогрев, в результате чего молекулы поверхностных слоев отрываются в виде плотного газа, содержащего положительные и отрицательные ионы, а также нейтральные частицы, которые также могут ионизироваться непосредственно над поверхностью образца. Для получения пучка атомов используется «атомная пушка».
Сначала получают ионы инертного газа, которые далее ускоряются потенциалом 6-8 кВ. Разогнанные ионы взаимодействуют с атомами газа путем переноса заряда. Этот процесс протекает без заметного изменения кинетической энергии. Непрореагировавшие ионы отклоняются специальной линзой, а образовавшиеся в результате перезарядки ускоренные атомы с энергией 6-8 кзВ направляются под углом 60-70' на поверхность образца.
Реакция рекомбинации используется в альтернативном варианте «атомной пушки». В этом случае пучок ионов ускоряется по направлению к образцу и пересекает пучок электронов, движущихся в перпендикулярном направлении. Захватывая электроны, ионы превращаются в атомы. При этом ни энергия, ни направление движения разогнанных частиц не меняются. На выход ионов анализируемого образца существенно влияет масса разогнанных частиц первичного пучка.
Например, пучок атомов Хе эффективнее, чем Аг и тем более Не. Если на шток нанесено сухое вещество, то через короткий промежуток времени наблюдается резкое падение интенсивности пучка генерируемых ионов, так как разрушается поверхностный слой кристаллической решетки вещества. Поэтому используют растворенный образец. Диффузия в жидкой матрице протекает достаточно быстро для того, чтобы обеспечить постоянную концентрацию молекул образца на поверхности.
В этом случае пучки ионов образца достаточной интенсивности могут генерироваться в течение длительного времени (20 и более минут). В качестве растворителя (матрицы) может использоваться широкий круг нелетучих соединений. Наиболее распространен глицерин. Температурный диапазон работы с глицерином составляет от — 20 до +40'С при оптимальной температуре 25'С. Вторым соединением по частоте использования в качестве матрицы является м-нитробензиловый спирт.
Важно, чтобы образец был именно растворен в матрице. Если равномерного растворения нет, качество спектров значительно ухудшается. Помочь может добавление солюбилизаторов. Учитывая важность растворимости вещества, неудивительно, что количественный анализ смесей с помощью ББА приводит к непредсказуемым результатам в связи с большими различиями в чувствительности к разным компонентам. Метод ББА — модификация вторичиоиониой масс-спектрометрии (Бесова(агу 1оп Маза Крес1гошеГгу, ИМЯ), которая давно используется в неорганической масс-спектрометрии 1154] и заключается в бомбардировке образца 104 Глава 5. Альтернативные методы ионизации образца разогнанными ионами, например Сз+.
Однако попытки анализировать органические соединения [155, 156], хотя и позволили получить спектры ряда труднолетучих веществ, не привели к серьезным успехам. Причина заключалась в том, что исследователи анализировали сухое вещество, а быстрое деформирование поверхности его кристаллической решетки приводило к получению некачественных масс-спектров.
Когда после успешного применения ББА провели эксперименты по бомбардировке растворенного образца ионами, спектры оказались не хуже, чем при бомбардировке атомами. В частности, ионы Сз+ с энергией 6 кэВ и атомы Хе с энергией 8 кэВ позволяют получать идентичные спектры. Кстати, Беннингховена считают основоположником метода именно благодаря работе [155), опубликованной в 1976 г. Тем не менее Г. Д. Танцырев опубликовал свои результаты исследований с применением 81МЯ в 1971 г. [157], а с использованием ББА — в 1973 г.
[158]. Хотя важнейшим достоинством ББА является возможность получать масс- спектры соединений с массами в несколько тысяч дальтон, это не мягкий метод ионизации типа полевой десорбции. Бомбардировка образца быстрыми атомами обеспечивает передачу молекулам энергии в широком диапазоне. В результате наряду с пиками молекулярных ионов в спектре наблюдаются интенсивные пики осколочных ионов, что позволяет в ряде случаев не прибегать к активации соударением (гл.
7) для изучения фрагментации и структуры анализируемых молекул. Следует отметить принципиальное сходство спектров ББА и ХИ. Оба вида характеризуются четноэлекгронными ионами типа МН+ и [М вЂ” Н], но не М+' и М '. Отчасти это является результатом ионно-молекулярных реакций, протекающих в плазме над поверхностью образца, отчасти перенос протона идет еще в жидкой матрице.
Использование в качестве растворителя материалов с большей основностью приводит к образованию ионов [М+матрица]+. Качество спектров можно повышать добавками, вызывающими образование ионов непосредственно в жидкой фазе. Добавки кислот приводят к увеличению интенсивности пиков в спектрах положительных ионов соединений с центрами основности, а добавки щелочей используются для увеличения выхода отрицательных ионов в спектрах соединений с кислотными группами.
В частности, полипептиды с избытком основных аминокислот [159] характеризуются спектрами положительных ионов с интенсивными пиками МН+. В спектрах полипептидов с избытком кислотных групп интенсивность этого пика мала„тогда как пики молекулярных депротонированных ионов, напротив, весьма интенсивны. Иногда полезно добавлять к образцу неорганические соли.
Например, добавка ЫаС1 к образцам олигосахаридов или полипептидов в глицериновой матрице [153] приводит к образованию интенсивных пиков ионов [М+На]+. Бомбардировка быстрыми атомами успешно используется для анализа самых разнообразных соединений: сахаров, нуклеотидов, витаминов, солей, антибиотиков, металлоорганических соединений, простагландинов, стероидов, порфиринов 5ЛО. Бомбардировка быстрыми атомами 105 и т. д. [34, 160, 161).
К сожалению, неудовлетворительные результаты получаются при анализе неполярных полимеров (например, полистирола). Наиболее впечатляющих успехов, однако, удалось достичь в анализе пептидов. Наличие интенсивных пиков молекулярных и фрагментных ионов в сочетании с диапазоном регистрируемых масс выше 10 000 Да, а также ограниченный набор природных аминокислот позволили достаточно легко устанавливать последовательность аминокислотных звеньев. В спектре присутствуют пики, обусловленные отрывом 1, 2, 3, ит. д. аминокислот от молекулярного иона.
Поскольку эти отрывы идут по обоим концам исходной молекулы, можно составлять цепочку с обоих концов (разд. 8.15). За прошедшие с момента появления метода 20 лет удалось расшифровать последовательность аминокислот для тысяч и тысяч пептидов. Модификацией ББА является метод бомбардировки тяжелыми кластерами (Мааз)че с!нзхег 1шрасг, МС1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
