А.Т. Лебедев - Масс-спектрометрия в органической химии (1111819), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Наиболее распространенными для этой цели являются перфторкеросии, перфтортрибутиламин, другие полностью фторироваииые соединения. Использование перфторироваииых соединений объясняется их летучестью, а также тем, что фтор является моиоизотопиым элементом. В спектрах таких соединений регистрируются интенсивные сигналы фрагментных ионов, равномерно перекрывающие весь диапазон от лг/я 19 до М+'. Простейшим примером использования масс-спектрометрии высокого разрешеиия может служить разделение мультиплета с целочисленной массой 28 Да.
Три соединения с такой массой практически всегда присутствуют иа уровне фона при съемке масс-спектров. Это — азот, моиооксид углерода и этилеи. На одиофокусиом приборе с разрешением 500 молекулярные ионы всех трех соединений проявятся в виде единого пика (рис. 6.4, а). Повышение разрешения меняет картину (рис. 6.4, б,в,г).
128 Глава б. Разделение и регисзрацнл ионов й = 600 Я = 5000 А = 1500 Я=250 Рис.6.4. Зависимость формы пика фоновых ионов е целочисленной массой 28 Да от разрешающей способности масе-епектрометра Действительно, для разделения пиков ионов СО н С2Не с массами 27,994915 и 28,03300 Да необходимо разрешение А = 28/(28,03300 — 27,994915) = 770, тогда как для разделения пиков ионов СО и Н2 с массой 28,006148 Да — уже 2500. Если учесть, что число ионов с одинаковой целочисленной массой резко возрастает с увеличением массы, то важность масс-спектрометрии высокого разрешения и, естественно, увеличения разрешающей способности приборов становится очевидной. Решение задачи установления элементного состава соединения, включающего самые разные элементы, за несколько минут выгодно отличается от трудоемкого последовательного определения с помощью классического элементного анализа.
Следует, правда, отметить, что элементный анализ дает информацию об образце в целом (с учетом примесей), а масс-спектрометр «видит» только «летучие» компоненты. Так что для точного установления состава целевого соединения лучше использовать масс-спектрометрию, а для проверки его чистоты — элементный анализ. Масс-спектрометрия высокого разрешения очень важна также в анализе биомолекул методами электроспрей и МЛДИ. В этом случае для правильного определения молекулярной массы сложнейших соединений необходима очень высокая точность измерения. Современные секторные приборы обладают разрешающей способностью 60000 — 80000, в некоторых случаях до 150000.
Сверхвысокое разрешение достижимо при использовании масс-спектрометрии с преобразованиями Фурье (полно-циклотронный резонанс, разд. 6.4). Неправильно считать, что увеличение разрешающей способности однозначно ведет к увеличению точности измерения массы. Как только разрешения оказывается достаточно для получения индивидуальных пиков с одной целочисленной массой, которые принадлежат образцу и стандарту, бессмысленно повышать разрешение далее, поскольку при этом падают и точность измерения, и чувствительность анализа. Основным вариантом измерения точной массы иона является совмещение пика этого иона на экране осциллографа с пиком иона с известной массой. Оба пика попеременно сканируются на экране за счет переключения величины ускоряющего напряжения.
Совмещение осуществляется поворотом тумблеров, 6.4. Масс-спеятромеерия с преобразованиями Фурье 129 Таблица б.1 Результаты измерения точной массы иона методом МСВР имеющих разную чувствительность по отношению к изменению ускоряющего напряжения (Р'). Когда достигнуто совмещение пиков, коэффициент пересчета можно прочитать на панели прибора по значениям выставленным на тумблерах. Дня расчета точной массы иона можно воспользоваться простейшей формулой: (6.6) где индекс я относится к стандарту. Ручное измерение массы занимает несколько минут и не может использоваться в режиме хроматомасс-спектрометрии, когда вещество присутствует в источнике не более 10 с.
Существует возможность компьютерного измерения масс 11981. В этом варианте точность измерения ниже, однако увеличение скорости измерения позволяет проводить измерения в режиме ГХ-МС. Результаты анализа часто приводятся в виде таблицы, в которой отмечается измеренная масса иона, а также элементный состав и рассчитанная масса иона.
В таблице могут быть представлены ионы с разными составами, рассчитанная масса которых наиболее близка измеренной экспериментально. В таблице 6.1 представлен пример установления элементного состава иона с помощью массспектрометрии высокого разрешения. Наиболее близкие массы к измеренной имеют 5 ионов. Поскольку известно, что молекула исследуемого соединения не содержит атомов хлора и водорода, состав определяемого иона Се)ь1зБз. 6.4. Масс-спектрометрия с преобразованиями Фурье (ягоиг1ег ТГапМопп Майй ЯресФгоше1гу, РТ-МБ) Масс-спектрометрия с преобразованиями Фурье основана на принципе ионноциклотронного резонанса (ИЦР). Физические основы этого метода были разработаны Лоуренсом 1199] в 30-х годах ХХ века, первый масс-спектрометр этого типа построен позже, в 50-х годах, Соммером 1200).
Приложение преобразований Фурье к ИЦР впервые было осуществлено Комисаровым и Маршалом в 1978 г. 5 — !пз 130 Глава б. Разлелеиие и регистрация ионов В настоящее время метод является одним из наиболее популярных в массспектрометрии [201). Основным элементом прибора является ячейка, размещенная в однородном магнитном поле.
Ячейка может иметь разнообразные формы, простейшей из которых является куб. Для создания магнитного поля применяют постоянные магниты и электромагниты. Однако поскольку характеристики прибора улучшаются при увеличении напряженности поля, наилучших результатов удалось достичь при использовании суперпроводящих магнитов силой 3-9 Т. Ионы образца, генерированные любым известным методом, направляются в ячейку, в которой протекают процессы активации и детектирования ионов. Входное отверстие в ячейку расположено на пластине, перпендикулярной силовым линиям магнитного поля. Можно генерировать ионы и непосредственно в ячейке. Оказываясь в ячейке, ион, обладающий определенной скоростью теплового движения, испытывает на себе силу Лоренца.
Эта сила перпендикулярна направлению магнитного поля и скорости иона. Она уравновешивается центробежной силой. При большой величине напряженности магнитного поля ион описывает окружность (рис. 6.5): Р = та = тиг/г = геиВ, (6.7) где т †мас иона, и†компонента скорости иона в направлении перпендикулярном магнитному полю, г — радиус траектории кругового движения иона, е †единичн заряд, г †чис единичных зарядов у иона,  †напряженнос магнитного поля. Если ыс угловая (циклотронная) частота ионов в радианах в секунду, то уравнение 6.7 можно представить следующим образом: туг= тш, =геВ или ы =геВ/т (6.8) Обычно используется выражение для циклотронной частоты иона в герцах: ис = юс/2я = геВ/2ят или тlге = В/2~п с (6.9) В частности, циклотронная частота иона М+ в магнитном поле напряженностью 1,0 Т составляет: 1,6 х 10 'а Кл х 1,0 Т 6,28 х 28 Да х 1, 66 х 1О зт кг/Да т.
е. 5,7 х 10~ циклов в секунду. Магнитное поле в масс-спектрометрах с преобразованиями Фурье, как правило, не изменяется, а масса иона определяется при измерении его циклотронной частоты. Следует подчеркнуть, что циклотронная частота не зависит от скорости, а следовательно, кинетической энергии иона. Поэтому появляется возможность достигать сверхвысокого разрешения (до сотен миллионов [202)), недостижимого при работе на магнитных приборах. Однако разрешающая способность 6.4. Масс-спектрометрия с преобразованиями Фурье 131 уменьшается с увеличением массы иона и для достаточно тяжелых ионов она становится равной или даже уступает разрешающей способности магнитных анализаторов.
Удерживание иона в ячейке осуществляется при подаче на задерживающие пластины, перпендикулярные силовым линиям магнитного поля, небольшого равного напряжения. Например, если исследуются положительные ионы, на пластины подается напряжение +3 В, если отрицательные — 3 В. В результате ионы в ячейке претерпевают гармонические колебания между задерживающими пластинами. Комбинация магнитного и электрического полей создает трехмерную ловушку, в которой ионы могут существовать часами.
Столь длительное время жизни ионов существенно отличает ИЦР от других массспектрометрических методов, когда ионы живут милли- и микросекунды. Здесь, правда, следует отметить, что масс-спектрометрия с преобразованиями Фурье имеет значительно более строгие вакуумные ограничения. Для нормальной работы прибора в условиях высокого разрешения требуется давление на уровне 10 с-10 'о мм рт.
ст. Такое давление достигается при использовании мощных криогенных или турбомолекулярных насосов. Суперпозиция циклотронного движения и колебаний между задерживающими пластинами, формально независимых друг от друга, приводит к возникновению магнетронного движения ионов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
