4..Mass_spektrometriya (829274)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Масс-спектрометрия (МС)(масс-спектроскопия, масс-спектрография,масс-спектральный анализ, массспектрометрический анализ) Один из мощнейших способов качественнойидентификации веществ, допускающийтакже и количественное определение.Можно сказать, что масс-спектрометрия —это «взвешивание» молекул, находящихся впробе.1Масс-спектрометрия Первые масс- Метод МС - методисследования и анализавеществ основан на ионизацииатомов и молекулвещества и последующемразделенииобразующихся ионов всоответствии с ихмассовым числом m/z отношением массы ионак его заряду - вэлектрическом илимагнитном поле2спектры былиполучены вВеликобритании в 1910 г.(Томсон) и1919 г. (Астон) Середина 1950-х гг.

– ВольфгангПол разработал квадрупольныймасс-анализатор (Нобелевскаяпремия по физике 1989 г. 1985 г. – Коити Танакаразработал метод мягкойлазерной десорбции(Нобелевская премия по химии2002 г.) Преимущество метода в том, что для анализадостаточно очень малое количество вещества,основной недостаток – метод являетсяразрушающим, т. е. исследуется не само вещество, апродукты его превращения Строго говоря, метод МС не относится кспектроскопическим, поскольку в его основе нетвзаимодействия вещества с электромагнитнымизлучением, но внешний вид графического распределения ионовпо массовым числам - зависимость интенсивностиионного тока от отношения массы к заряду напоминает спектр и получил название массспектр, а сам метод - масс-спектрометрия3Задачи, решаемые МС Идентификация веществ Химический анализ смесей Элементный анализ Изотопный анализ Разделение изотопов4 Масс-спектрометр — это вакуумный прибор,использующий физические законы движениязаряженных частиц в магнитных и электрическихполях, и необходимый для получения масс-спектра5Блок-схема масс-спектрометра 1 – система ввода образца 2 – источник ионизации с ускорителем ионов 3 – масс-анализатор (устройство для разделения ионов) 4 – детектор 5 – измерительное или регистрирующее устройство Чтобы исключить соударение ионов с другими атомами6или молекулами, анализ происходит в вакууме (вионизаторе давление 10–3 – 10–4 Па, в масс-анализаторе 10–3 – 10–8 Па)Принцип метода Пробу вводят в источник ионизации, где молекулы ионизируются Образующиеся положительные ионы выводятся из зоны ионизации,ускоряются электрическим полем и одновременно фокусируются в пучок.Нейтральные молекулы удаляются вакуум-насосом Поток ускоренных ионов попадает в масс-анализатор, где ионы разделяется помассе Разделенные пучки ионов попадают в детектор, где ионный ток преобразуется вэлектрический сигнал, который усиливается и регистрируется7Система ввода пробы Непрямой способ - пробу вводят в ионизатор в газообразномсостоянии.

Жидкие и твердые пробы испаряют(~500 °С) ввакуумной камере, и пары через специальное отверстиепоступают в ионизатор! Количество вводимой пробы не превышает нескольких микромолей,чтобы не нарушить вакуум внутри прибора ! Прямой способ - используется для труднолетучих проб. Образецнепосредственно вводят в ионизатор с помощью штанги черезсистему шлюзовых камер! В этом случае потери вещества значительно меньше, масса пробы несколько нг ! Анализируемое вещество поступает в масс-спектрометр в ходехроматографического разделения! В настоящее время сочетание газовой и жидкостной хроматографии имасс-спектрометрии (ГХ-МС, ЖХ-МС) в режиме on-line используют длярутинного анализа во многих областях аналитической химии !8On-line мониторинг сложныхвеществ таких как например,дыхание человека (газовая смесь)9Способы ионизацииСпособы ионизации атомов и молекул зависят от конкретнойцели анализаСпособ ионизацииАналитическоеиспользованиеЭлектронный удар(электронная ионизация)Изотопный анализ,молекулярный анализнеорганических ионовХимическая ионизацияАнализ органическихсоединенийЭлектроспрей(электрораспыление)Анализ крупных (донескольких млн дальтон)молекулЛазерное излучениеБомбардировка пучком ионов10Методы ионизации пробы11 В неорганической химии для анализа элементного составаприменяются жёсткие методы ионизации, так как энергиисвязи атомов в твёрдом теле гораздо больше и значительноболее жёсткие методы необходимо использовать для того,чтобы разорвать эти связи и получить ионы ионизация в индуктивно связанной плазме (ICP) термоионизация или поверхностная ионизация ионизация в тлеющем разряде и искровая ионизация ионизация в процессе лазерной абляции Исторически первые методы ионизации были разработаны12для газовой фазыК сожалению, очень многие органические веществаневозможно испарить, то есть перевести в газовую фазу, безразложения, а это значит, что их нельзя ионизоватьэлектронным ударомК таким веществам относят почти всё, что составляетживую ткань (белки, ДНК и т.

д.), физиологическиактивные вещества, полимеры, то есть всё то, чтосегодня представляет особый интересМасс-спектрометрия не стояла на месте и последниегоды были разработаны специальные методыионизации таких органических соединенийСегодня используются, в основном, два из них ионизация при атмосферном давлении и еёподвиды –• электроспрей (ESI)• химическая ионизация при атмосферномдавлении(APCI)• фотоионизация при атмосферном давлении(APPI) ионизация лазерной десорбцией (MALDI)13Электронный ударметод широко применяется для ионизации органических соединений Пары образца бомбардируют ускоренными электронами При столкновении электронов с органической молекулойвначале образуется катион-радикал М + e → М + ∙ + 2e затем происходит его распад (фрагментация), иобразуются дочерние ионы с меньшими массами14То естьУсилениеИонизация+4000 Ve-Разделение0VМагнитное и/илиэлектрическоеполеe+Перевод вгазообразноесостояниеe-heavy+вакуумlightA+eобразец+B+15Ce-A+B+C+Формирование ионов при ионизации электроннымударом подчиняется следующему закону:M + nH+  MnHn+Рассмотрим пептид с ММ 10000 ДаВ результате ионизации могут образоваться ионы:При z = 1m/z = (10000+1)/1 = 10001При z = 2m/z = (10000+2)/2 = 5002При z = 3m/z = (10000+3)/3 = 3334.3При z = 4m/z = (10000+4)/4 = 2501При z = 5m/z = (10000+5)/5 = 200116Масс-спектр метанола (CH3OH)2917CH3OH + e-  CH3OH+ + 2eCH3OH +  CH2OH+ + HCH3OH +  CH3+ + НOCH2OH +  H2 + CHO+3232 а.е.31 а.е.15 а.е.29 а.е.! Масс-спектрометр регистрирует лишь положительныеионы, отрицательные ионы, нейтральные радикалы имолекулы не регистрируются !Достоинства метода Метод ионизации электронным ударом дает богатыефрагментами масс-спектры, которые однозначнохарактеризуют структуру молекулы, что удобно дляидентификации веществ Масс-спектрометрия электронного удара высокочувствительный метод анализа, позволяетанализировать пикомольные количества вещества Существуют "библиотеки" масс-спектров, содержащиеспектры более 70000 органических соединений, покоторым можно проводить их идентификацию сприменением ЭВМ18Недостатки метода: Молекулярные ионы образуются лишь у 20%органических соединений Метод применим только для определениялегколетучих термически стабильных соединений; Ионы с большими значениями m/z, дающиеинформацию о молекулярной массе и наличиифункциональных групп обеспечивают небольшойвклад в значения полного ионного тока Отрицательно заряженные ионы, имеющиебольшое значение в структурном анализе,образуются в очень небольшом количестве иограниченным числом органических соединений19Химическая ионизацияболее мягкий способ ионизацииПары пробы смешивают с большим избытком газа-реагента(метан, изобутан, аммиак или NO), газ-реагент ионизируютдействием электронного удараИонизация молекул газа происходит за счет электроннойионизации с дальнейшим химическим превращением газаионизатора.

Сталкиваясь с молекулами образца,ионизированные молекулы газа передают свой заряд в видепротона исследуемой молекуле:(1922-2004)За успехи в использовании иразвитии масс-спектрометриинагражден Международноймедалью Дж. Дж. Томсона за2003 год.20 Определяемые молекулы АВ ионизируются непосредственноионами реагентного газа за счет ряда реакций, например:CH5+ + АВ → АH2+ + CH4 Далее протонированная молекула образца выталкиваетсяэлектрическим полем в сторону масс-анализатора Достоинства:1. Мягкий метод ионизации, молекуле образца передаетсяоколо 5 эВ избыточной энергии, что препятствует процессамфрагментации и позволяет подвергать анализу нестойкиемолекулы2.

Интенсивный пик молекулярного иона, что позволяетопределить молекулярную массу Недостатки:1. Отсутствие фрагментации, очень простые масс-спектры, чтоне позволяет судить о структуре вещества и сравнить спектр сбазами масс-спектральных данных2. Возможно провести анализ только тех соединений, которыеможно перенести в газовую фазу (испарить)21Электроспрей (электрораспыление) Вещество на ионизацию поступает в полярном растворителе(вода, метанол, ацетонитрил и др.), содержащем ионы водорода икатионы щелочных металлов (натрий, калий), черезметаллический капилляр (распылитель), к которому приложеновысокое напряжение Продвигаясь в электрическом поле капля раствора испаряетсяпод действием нагретого потока инертного газа (азот) ираспадается на рядмелких положительнозаряженных капель,которые попадаютв масс-анализатор22 Достоинства: Метод позволяет работать с веществами, которыенельзя перевести в газовую фазу Удобен для сочетания масс-спектрометра сжидкостным хроматографом Возможность анализа крупных молекул (до несколькихмлн Да) Мягкое(низкоэнергетическое)ионизационноевоздействие Недостатки: Вещество должно быть растворимо в полярныхрастворителях Масс-спектрмалоинформативен,какправило,присутствуют лишь пики комплексов молекулярногоиона с катионом (H+, Na+, K+), многозарядных ионовтаких комплексов23Лазерная десорбция (MALDI) Матричная лазерная десорбция – метод, при котором исследуемоевещество помещают в «матрицу» - перемешивают с веществом,имеющим меньший молекулярный вес и обладающим высокойспособностью поглощать лазерное излучение (например, коричнаякислота, 3-гидроксипиколиновая кислота, 6,7-гидроксикумарин ит.д.).Перемешиваниепроисходитприпомощирастворениявеществаобразца и вещества матрицыв одном растворителе ипоследующемиспарениирастворителя на специальнойподложке.24Далеесмесьнаподложке помещаютв прибор и облучаюткороткимилазернымиимпульсамиВещество матрицыиспаряетсяизахватывает с собоймолекулыисследуемоговещества,которыечастичноионизируютсяиувлекаютсяэлектрическимполемвмассанализатор25МатрицаПрименениеα-циано-4-гидроксикоричная кислота (CCA)пептиды3,5-Диметокси-4-гидроксикоричная кислота(sinapinic acid)белки2,5 Дигидроксибензойная кислота (DHB)пептиды, белки,полимеры,сахара3-гидроксипиколиновая кислота (HPA)олигонуклеотидыдитранол (антралин)полимеры2627Достоинства:1.

Возможность анализа крупных молекул (массойдо 100 000 дальтон и выше)2. Мягкая ионизация образца3. Возможность анализа загрязненных примесямиобразцовНедостатки:1.Малоинформативныймасс-спектр–присутствуют лишь пики молекулярного иона иего «мультимеров» - частиц, состоящих изнескольких молекул образца с зарядом +12. Долгая пробоподготовка и необходимостьподбора условий под образец - подбирать веществодля матрицыПолевая ионизация В этом методе ионизация происходит под действием28электрического поля высокой напряженности (до 108В/см)Ионизация происходит на эмиттере – вольфрамовойпроволоке, покрытой пиролитическим углеродом.Частицы углерода образуют на поверхности проволокимикроскопические острия, они увеличивают локальнуюнапряженность поля и способствуют ионизацииМетод относится к мягким способам ионизацииКоличество образующихся фрагментов невелико, спектрдостаточно простой и содержит молекулярный пикРассмотренные способы ионизации требуютпредварительного испарения пробы (~500 °С) иприменимы для изучения молекул с молекулярнымимассами менее 1000 ДаБомбардировка быстрыми атомами При бомбардировке быстрыми атомами пробупомещают в ионизатор непосредственно илипредварительно, растворяют в подходящейнелетучей матрице (обычно, в глицерине) Затем пробу облучают потоком нейтральныхвысокоэнергетических (около 8кэВ) атомов,например, Аг или Хе Бомбардировка пробы приводит к образованию + и– ионов, которые в результате десорбцииотрываются от поверхности Выход ионов анализируемого образца тем больше,чем больше масса ускоренных атомов29Масс-анализаторы Масс –анализатор – устройство для разделенияионов в соответствии с отношением m/z Существует более 10 типов динамических масс-анализаторов Основные типы масс-анализаторов магнитные квадрупольные времяпролетные «ионная ловушка»30Магнитный масс-анализатордля разделения ионов используют однородное магнитное поле1r2U 0 m / zH Согласно законам физики, траектория заряженных частиц в31магнитном поле искривляется, причем радиус кривизнызависит от их массы и заряда Именно этот факт и используется для анализа массионов Достоинство магнитных масс-спектрометров высокое разрешение, чувствительность, большой диапазон детектируемых масс основной недостаток – большой размерприборов и высокая стоимость32Электрический (электростатический) МА33Квадрупольный масс-анализатор Ионный пучокнаправляют впространство междучетырьмяпараллельнымиэлектродами Это стержни (0,6 х15 см)из нержавеющей стали,одна пара по диагоналипротивоположныхстержней заряженаположительно, другая отрицательно Одновременно наэлектроды наложеновысокочастотноепеременное напряжение34 Под действием электрических полей заряженные частицы колеблются и прификсированном значении частоты и амплитуды переменного поля толькоионы с определенным значением m/z проходят через квадруполь Частицы с другими значениями масс сталкиваются со стержнями ивыбывают из потока.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы