А.Т. Лебедев - Масс-спектрометрия в органической химии (1111819), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Как только 1' будет отличаться от Го, произойдет дефокусировка стабильных ионов. Любые стабильные ионы, в том числе и Р+, не будут проходить через электростатический анализатор. Сигнал на детекторе исчезнет и появится вновь, когда величина К будет соответствовать требуемой по уравнению 7.18 для образования дочернего иона Р+ с необходимой энергией.
К сожалению, в отличие от других техник тандемной масс-спектрометрии, описанных выше, требуется не понижать разность потенциалов от исходной величины до нуля, а увеличивать ее. Этот 162 Глава 7. Тандемная масс-слеатрометрня, МС/МС процесс имеет ограничения. Поэтому полного спектра при большой разнице в массах ионов М+ и г+ записать нельзя. Кроме того, с изменением К изменяется и разрешение. 7.2.3. Ионная ловушка Этот вид анализатора позволяет переходить от обычной масс-спектрометрии к тандемной без использования дополнительных инструментальных усложнений. Для получения спектра дочерних ионов необходимо провести три последовательных операции: выделение родительского иона, инициирование его фрагментации и регистрацию дочерних ионов.
Первая стадия легко выполнима методом масс- селективной стабильности, когда приложением суммы постоянного и радиочастотного поля из ловушки удаляются все ионы с массами больше и меньше, чем у выбранного для анализа иона. Для этой цели можно использовать и метод резонансного удаления. После того как в ловушке остался только исследуемый ион, необходимо повысить его внутреннюю энергию, индуцировав тем самым его фрагментацию. Кинетическая энергия ионов повышается благодаря резонансному возбуждению, которое осуществляется приложением небольшого (до 5 В) переменного напряжения к концевым электродам. Частота напряжения должна соответствовать собственной частоте ионов.
При этом амплитуда колебаний ионов подцерживается на незначительном уровне, чтобы избежать резонансного удаления ионов. Как и в обычной камере соударений, внутренняя энергия иона повышается в результате перехода части его кинетической энергии во внутреннюю в результате столкновений. Это достигается при столкновении иона во время его движения внутри ловушки с атомами гелия, который подается туда намеренно во всех режимах работы. Эффективность трансформации исходного иона может достигать 100'.4.
Образовавшиеся фрагментные ионы детектируются обычным образом в режиме масс-селективной нестабильности. Следует отметить, что ионная ловушка позволяет изучать только низкоэнергетические столкновения. Достоинством ионной ловушки является возможность проводить не только МС/МС-эксперименты, но и многостадийные исследования. В этом случае после генерирования фрагментных ионов один из них выбирается для дальнейшего изучения, а остальные выводятся из ловушки.
С этим ионом проводятся те же операции по ускорению, инициированию столкновений и записи спектра теперь уже внучатых ионов изначального предшественника. Эта последовательность выделения иона и его фрагментации может проводиться многократно. Такая техника называется (МС)". Опубликованы результаты по записи масс-спектров фрагментов до десятого поколения исходного родительского иона [209].
Следует, однако, отметить, что чувствительность анализа уменьшается при переходе к каждому следующему поколению ионов, поскольку из всего набора фрагментов выбирается лишь один. 7.2, Анализаторы ионов в тандемной масс-спектрометрии 163 72.4. Масс-спектрометрия с преобразованиями Фурье Аналогично ионной ловушке метод масс-спектрометрии с преобразованиями Фурье позволяет работать в режиме тандемной масс-спектрометрии не за счет модификации самого прибора, а лишь при изменении последовательности действий.
Выше было описано, что последовательность событий для получения обычного масс-спектра включает очистку ячейки, ионизацию, возбуждение и детектирование ионов. Для случая двойной масс-спектрометрии с активацией соударением возможна следующая последовательность получения спектра дочерних ионов: [.и ] очистка1 ~ отбор родительского иона 1 'гионизация] — (удаление ионов ячейки1 с другими значениями и/я) е [' """"~ .т 1 выбранного иона «Р ~фрагментных ионов1 соуларением Первые два процесса аналогичны используемым для получения обычного масс-спектра. Чтобы оставить в ячейке только заданный родительский ион, необходимо приложить к возбуждающим пластинам радиочастотные импульсы с определенной частотой и амплитудой для удаления из ячейки всех ионов с большими и меньшими массами. Существует много вариантов осуществления такого процесса.
В частности, широко используется метод сохраненной формы волны с обратными преобразованиями Фурье (Я%ПТ, Яогег1 Жате1огш 1птегае Ропг)ег ТгапИогш), предложенный в середине 80-х ХХ века Маршаллом 12271. В этом случае параметры возбуждающих импульсов рассчитываются с помощью обратных преобразований Фурье. В результате приложения таких импульсов все ионы с более высокими и более низкими собственными частотами удаляются из ячейки, а ионы с заданной массой получают приращение кинетической энергии и переходят на большую циклотронную орбиту, т. е.
оказываются подготовленными для следующей процедуры — фрагментации, активированной соударением. Таким образом, две стадии последовательности выполняются одновременно. Следующим этапом является инициирование столкновений разогнанных родительских ионов с молекулами инертного газа. Газ подается в ячейку импульсным краном в нужный момент времени.
Количество газа должно быть оптимальным для осуществления достаточного числа столкновений, но не привести к потере родительских ионов в результате радиальной диффузии, которая заключается в нарушении направления циклотронного движения и может вызвать гибель ионов, направив их на боковые пластины. Возбуждение и детектирование фрагментных ионов осуществляется обычным образом. Определенным недостатком описанного эксперимента является образование дочерних ионов не в центре ячейки, что ухудшает разрешение в спектре. Для его преодоления используют различные приемы. Например, хорошие ре- 164 Глава Х Танлемняя масс-слектрометрня, МС/МС зультаты получены методом поддерживающего офф-резонансного возбуждения (ЯО1И, Билла(пей О(Т-Кеаопапсе Ехс(гайоп). В этом случае (228) возбуждающая частота находится то в резонансе, то не в резонансе с собственной частотой родительского иона, т.
е. циклотронная орбита иона то расширяется, то сужается. При этом амплитуда возбуждающего импульса невысока и ион удаляется от центра ячейки на незначительное расстояние. Напуск в ячейку инертного газа приводит к большому числу низкоэнергетических столкновений, в результате которых внутренняя энергия иона повышается, пока не достигает предела, за которым начинается его распад. Фрагментные ионы образуются практически в центре ячейки, что повышает эффективность их последующей регистрации. Как и ионная ловушка, масс-спектрометр с преобразованиями Фурье позволяет получать спектры многих поколений ионов. Следует, однако, помнить, что чувствительность метода для каждого следующего поколения ионов оказывается более низкой, так как на каждой стадии фрагментации происходит удаление подавляющего числа образовавшихся частиц.
Кроме того, удается изучать только низкоэнергетические столкновения. 72.5. Приборы продленной геометрии Иногда возникает необходимость зарегистрировать не только дочерние ионы определенного предшественника, но и ионы последующих поколений.
Такие задачи возникают, например, при доказательстве структур ионов, при составлении схем фрагментации органических соединений. Эти схемы оказываются полезными для последующей идентификации структурно близких соединений или их метаболитов. Как было показано выше, эта задача легко выполнима при использовании ионных ловушек или масс-спектрометров с преобразованиями Фурье (разд. 7.2.3 и 7.2.4).
Однако подобные задачи можно решить на модифицированных секторных или квадрупольных приборах. Примером прибора продленной геометрии может служить масс-спектрометр с пятью квадрупольными анализаторами (рис. 7.9). Первый квадруполь настраивается на пропускание выбранного иона с массой Мь Второй квадруполь работает в качестве камеры соударений, где происходит образование фрагментных ионов Рнс.7.9. Запись спектра внучатых ионов выбранных предшественников на приборе с системой пяти квалрунольных анализаторов 7.2. Анализаторы ионов в тандемной масс-слеатрометрии 165 Р01 РО2 РОЗ ! ! ! Источии« Е1 Е2 Лете«тор ! ! ! Рис. 7.10.
Принципиальная схема прибора в конфигурации ЕВЕ. РО„- реакционные области (камеры соударений) первого поколения. Третий квадруполь пропускает только тот фрагментный ион, дальнейший распад которого необходимо проанализировать, например М+. Четвертый квадруполь вновь выполняет функции камеры соударений, где происходит образование фрагментных ионов второго поколения, образующихся исключительно из М+. Работающий в обычном сканирующем режиме пятый анализатор позволяет записать полный спектр фрагментных ионов, образовавшихся из М+. Такой режим позволяет изучить последовательность превращений: М1 М2 М21 + Мзз + М23 + Увеличение числа секторов в магнитных масс-спектрометрах тоже позволяет проводить более сложные эксперименты.
Уже добавление электростатического анализатора к обычному двухфокусному прибору (система ВЕЕ или ЕВЕ, рис. 7.10) позволяет помимо записи спектров внучатых ионов, как в случае системы пяти квадруполей, проводить селекцию родительских ионов для записи спектров дочерних ионов в режимах М1КЕБ или связанных сканирований с высоким разрешением. В этом случае используется третья камера соударений (третья реакционная область, РОЗ). Высокое разрешение по родительским ионам весьма полезно, когда в источнике образуется большое число ионов, в том числе с одинаковой целочисленной массой. Безусловно, наиболее мощным секторным прибором с тремя анализаторами является масс-спектрометр с конфигурацией ВЕВ (рис. 7.11).
Используя третью камеру соударений (РОЗ), как и в случае описанных выше конфигураций, ЕВЕ или ВЕЕ, можно вьщелять родительский ион с высоким разрешением, а, исполь- Р01 Р02 РОЗ ! ! Источник В1 Е В2 Дете«тор Рнс. 7.11. Принципиальная схема прибора в конфигурации ВЕВ. Р΄— реакционные обла- сти (камеры соударений) 166 Глава 7. Твнлвмняя масс-спектромвтрня, МС/МС зуя вторую камеру соударений (Р02), можно достигать высокого разрешения по дочерним ионам. Существующие коммерческие приборы с четырьмя анализаторами (конфигурации ЕВЕВ или ВЕЕВ) позволяют получать спектры четвертого поколения фрагментных ионов, а также иметь высокое разрешение и для родительских, и для дочерних ионов в случае МС/МС.
Теоретически можно наращивать число секторов неограниченно, но необходимо отметить, что добавление каждого нового анализатора увеличивает размеры прибора и заметно его удорожает. Кроме того, чувствительность анализа уменьшается с каждой дополнительной стадией, поскольку каждый последующий магнитный анализатор пропускает только один из всех фрагментных ионов, а каждый последуютций электростатический анализатор пропускает только ионы в узком диапазоне кинетических энергий. Поскольку разброс энергий у фрагментных ионов, образовавшихся в камере соударений, довольно велик, только часть их проходит через электростатический анализатор с жестко заданной величиной напряженности поля. 7.2.6. Приборы гибридной геометрии Как уже отмечалось выше, в экспериментах с активацией соударениями обычно используется два диапазона кинетических энергий ионов.
Секторные приборы работают в диапазоне б — 8 кВ, а квадрупольные приборы — в диапазоне 50 — 100 В. Возможность изучать и высокоэнергетические, и низкоэнергетические столкновения, а также снизить стоимость приборов достигается при использовании масс-спектрометров гибридной геометрии. Простейшим представителем этого класса является прибор, в котором за магнитным анализатором следует квадруполь (рис. 7.12). Использование магнита позволяет получать разрешение до 5000 по родительским ионам, а замедляющего потенциала — изучать низкоэнергетические или высокоэнергетические реакции распада в зависимости от того, где происходит активация. Если задействована реакционная область 1 или 2, изучаются высокоэнергетические столкновения, а если роль камеры соударений выполняет первый Замедляющий Р01 Р02 1 Источник В 01 02 Л 1 ! Рис. 7.12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
