К.И. Грандберг - Органическая химия (1125789), страница 25
Текст из файла (страница 25)
эффективно решать такие задачи, которые ранее казались неразрешимыми или требовали огромных затрат труда н времени. 4. Жидкостная хроматография высокого давления чгл :7(~. Многие органические соединения с большои молекулярной массой, особенно биополимеры, перевести в газовую фазу затруднительно или вообще невозможно. Удовлетворительного разделения смесей таких соединений с помощью обычной, жидкостной распределительной хрома- :В:: тографии получить не удается из-за неоднородности неподвижнои фазы и неламинарного характера движения подвижной фазы, связенных с большим диаметром колонок. Для разделения таких соединений при„.'ф меняется жидкостная хроматография высокого давления (молекулярная ф.' жидкостная хроматография).
Оиа представляет собой дальнейшее разви,,„т тие колоночной распределительной хроматографии и в отличие от последней позволяет проводить разделение микроколичеств веществ с высокой степенью эффективности в течение короткого времени. В качестве неподвижной фазы (НФ) применяются мелкопористые инертные носители, покрытые пленкой различных полимеров, нерастворимых в органических растворителях1.
Заполнение колонок (их диаметр 0,5 — 50 мм) неподвижной фазой проводят под давлением в 150 — 300 атм, благодаря чему добиваются высокой однородности и плотности заполнения и, следовательно, эффективности разделения. Элюирование разделяемых веществ осуществляется пропусканием через колонку какого-либо подходящего органического растворителя илн их смеси под давлением в 50 — 200 атм. При этом режим термостатирования и состав элюирующей смеси могут изменяться в ходе анелиза в соответствии с заданной программой.
Для непрерывного определения состава выходящей из колонки смеси применяются детекторы, реагирующие на изменение показателя преломления (интерферометры), теплоты адсорбцин, ультрафиолетового поглощения, сигнал которых регистрируется автоматическим потенцнометром. Метод жидкостной хроматографии высокого давления ' В настоящее время выпускается НФ и для работы с водными растворами. 135 5.
Масс-спектрометрия Масс-спектрометрия1 представляет собой метод исследования веществ, основанный на определении массы (точнее, величины т/з) и относительного количества ионов, образованных из молекул, подвергнутых ионизацни. Приборы, позволяющие получить масс-спектры, называются масс-свектрометрами. Каждый масс-спектрометр независимо от деталей конструкции состоит из следующих основных элементов: 1) системы введения вещества в прибор; 2) источника ионов, предназначенного для получения ионов иа анализируемых веществ," 3) масс-анализатора„предназначенного для разделения ионова по массам (вернее, по отношению массы к заряду — т/з); 4) детектора и регистрирующего устройства, предназначенного для регистрации количества образующихся ионов различной массы; б) вакуумной системы, обеспечивающей необходимый вакуум в приборе.
Схематическое изображение устройства масс-спектрометра приведено на рис. 49. Прежде всего исследуемое вещество надо ионизировать. Наиболее распространенным методом ионизации в органической массспектрометрии является бомбардировка вещества электронами в газовой фазе. Система введения вещества в прибор необходима для перевода исследуемого соединения в газовую фазу н непрерывной подачи его с постоянной скоростью (тзк называемое мономолекулярное натекзние) в источник ионов 1, где происходит ионизация. В источнике ионов в условиах глубокого вакуума (10 з — 10 эмм рт.
ст.) алектроны, эмитируемые раскаленным катодом 2, получают за счет ускорения между заряженными пластинами определенную энергию (обычно 70 эВ). Проходя через разреженный газ, эти электроны сталкиваются с молекулами исследуемого вещества. Как только энергия электронов окажется несколько выше потенциала ионизацииз (9 — 12 эВ), становится возможным процесс ионизации. 1 Подробно о методе масс-спектрометрин смс Джонстон Р.
Руководство по масс-спектрометрии для химиков-органиков. М., Мир, 1975; Тахистов В. В. Практическая масс-спектрометрия для химиков-органиков. Л.. Изд-во ЛГУ, 1977. з В разделе рассматривается масс-спектрометрия только положительных ионов з Потенциалом ионизации называется работа, необходимая для удаления электрона из атома (илн молекулы) на бесконечное расстояние (по отношению к атому или молекуле). 136 Вакуумы насос р с, 49, Схема устройства однофокусного масс-спектрометра: 1 — источник ионов; 2 — источник электронов — катод; 3 — ускорительные пластины; 4 — масс-анализатор; Б — магнит; 6 — щель; У вЂ” коллектор ионов; 8 — умножитель (усиление ионных токов); 9 — компьютер Например, при этой энергии процесс взаимодействия электрона с молекулой метана можно изобразить тзк: )ж СН4-ь е — ь Сн+,*+ 2с И он СН+„масса которого с точностью до одного электрона равна мо- 4 лекулярной массе метана, называется молекулярным ионом (М ).
При энергиях бомбарднрующих электронов порядка 30 — 100 эВ происходит не только ионизация, но и разрыв химических связей в бомбарднруемой молекуле с образованием положительно заряженных ионов и нейтральных осколков, т. е. наряду с ионизацией в исходной молекуле начинают идти процессы диссоциация и образуются так называемые осколочные ионы: Е-. сн+ — сн+ + н СН~ — ь Сн~з + 2Н СН+, — +СНь+ЗН С Н+' — ь С+'+ 4Н СН",— ьСНу+Н вторичные процессы Сне' — ь СН+ + Н и т. д. Совокупность всех процессов, приводящих к образованию ионов различного вида, называется дисссциативнсй иснизицией. Таким образом, в результате диссоциативной ионизации з источнике ионов образуются положительные ионы с разной массой.
Все эти ионы выталкиваются электрическим полем из камеры, формируются з пучок и, ускоряясь разностью потенциалов в 2 — 4 кВ, вылетают 137 ~ ° "м и ° ° 60 40 20 20 40 60 т/г 2Ут гг= — —. Нг г' Рис. 50. Масс-спектр метилового эфира муравьиной кислоты Изменяя напряженность магнитного поля Х при постоянном ускоряющем напряжении У, можно последовательно подавать на коллектор регистрирующего устройства 7 ионы с той или иной массой. Таким образом осуществляется развертка спектра. Разделенные по массам в масс-анализаторе ионы принимаются детекторами, а регистрирующие устройства тем или иным способом позволяют оценить относительное количество ионов определяемой массы. Совокупность относительных значений количества заряженных частиц для каждого из имеющихся значений массы (точнее, т/г) представляет собой полный масс-спектр данного вещества. В зависимости от чис- Рис. И.
Масс-спектр 2-бромбутана 138 й ь я к ч е н О о и ь о 100 3 30 ~ щ60 к к 40 к о 20 я отношением массы к заряду). Наиболее широко используемым методом разделения по массам является применение магнитного поля, силовые линии которого перпендикулярны траектории ионов. В этом случае радиус кривой движения иона (г) при данном ускоряющем напряжении и при напряженности магнитного поля Н определяется отношением массы к заряду (т/г): 20 40 60 80 100 120 140 т/г к 80 о и „60 40 ~ ои 20 о 40 60 80 100 120 т/г Рис. 62.
Масс-спектр зцетофенона ла атомов, входящих в состав исследуемого соединения, и от строения его молекулы получают более или менее сложный масс-спектр. На рис. 50 представлен масс-спектр метилового эфира муравьиной кислоты, а на рис. 51 и 62 — масс-спектры 2-бромбутана и ацетофенона в нормализованной графической форме. По оси абсцисс отложены значения т/г, а высота пика пропорциональна количеству образующихся ионов с данным т/г. Максимэльныи пик в масс-спектре принят за 1 / .
т 10084. Для наглядности на масс-спектрах приведен состав некоторых ионов, соответствующих интенсивным пикам. Необходимость работы в глубоком вакууме (10 з — 10 эмм рт. ст.) обусловливает наличие вакуумной системы, в состав которой входят фор-" вакуумные и диффузионные насосы, измерители вакуума и система трубопроводови вентилей. Современный масс-спектрометр — это сложный прибор, включаю- ""М'" щий в себя ионно-оптическую и высоковэкуумную системы, электронную аппаратуру для усиления и измерения ионных токов, питания масс-анализатора и источника ионов.
В ряде случаев приборы высшего класса позволяют производить измерения массы ионов с точностью до 0,0001 единицы массы (высокое разрешение). Высокая разрешающая способность достигается обычно двойно фо- й кусировкой с помощью комбинации магнитного и электрического полей, действие которых может быть одновременным и последовательным. Такие приборы обычно снабжены компьютером для обработки поступающей информации, что позволяет не только увеличить скорость расчета масс-спектров и обработать большее количество данных, но и расширить аналитические возможности метода. Большое распространение получили масс-спектрометры, скомбинированные с хроматографами, позволяющие производить количественный анализ многокомпонентных смесей. 139 ванин масс-спектра вещества устанавливают его молекуларную массу и, используя общие эмпирические закономерности, связывающие структуру органических соединений с масс-спектрами, по массе и интенсивности пиков осколочных ионов получают сведения о расположении различных атомов и групп в исследуемой молекуле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
