Масс-спектрометрия (МС)

1. Масс-спектрометрия

2. Масс-спектрометрия

Сама внутренняя форма термина
(«спектрометрия») уже свидетельствует о
том, что масс-спектрометрия (МС)
принципиально отличается от других
спектроскопических методов.
В МС не происходит взаимодействия
между электромагнитным излучением и
веществом, а это значит, что нет и
поглощения излучения молекулами.

3. Масс-спектрометрия

Напротив, в масс-спектрометре
разделение молекул характеризуемых
соединений осуществляется в
зависимости от их молекулярных масс.
В процессе разделения в спектрометре
молекулы пробы часто разделяются на
большое количество осколочных ионов —
так называемых фрагментов, — которые
также регистрируются в масс-спектрах

4. Масс-спектрометрия

Из спектра можно установить,
насколько характеристичны
процессы образования тех
или иных фрагментов
молекул.
Вид (англ. pattern) такой
линии характерен для
определенного вида молекул,
что используется для
идентификации соединений
на основании сравнения со
спектрами известных
соединений из библиотеки
спектров.
С помощью МС также
устанавливают структуру
соединения

5. Масс-спектрометрия

Большинство анализируемых образцов представляют
собой смеси.
Даже при использовании эффективных способов пробо
подготовки для выделения интересующих нас соединений
анализировать все же приходится смесь.
Значение газовой и жидкостной хроматографии
объясняется их способностью разделять компоненты
смеси.
Сочетание же газовой или жидкостной хроматографии
с масс-спектрометрией дает нам метод, с помощью
которого все компоненты сложной 300-компонентной
смеси можно разделить и идентифицировать, даже
если их содержание в пробе составляет 10-12 г.
Даже несмотря на такие впечатляющие возможности,
физические принципы обоих методов достаточно просты

6. Масс-спектрометрия

Газовая хроматография является одним из методов
хроматографического разделения. Все виды
хроматографии основаны на распределении соединения
между двумя разными фазами – подвижной и неподвижной.
Компоненты смеси разделяются между двумя фазами поразному, в зависимости от их относительной
растворимости в каждой фазе в распределительной
хроматографии.
По мере движения смеси вместе с подвижной фазой над
закрепленным слоем неподвижной фазы компоненты смеси
задерживаются последней в различной степени, поскольку
растворимость их в этой фазе различна, и продвигаются по
колонке медленнее, чем инертная подвижная фаза, и таким
образом разделяются.

7. Масс-спектрометрия

Компонентам с большей растворимостью
требуется большее время для выхода из слоя
жидкой фазы, чем компонентам с меньшей
растворимостью
В газовой хроматографии подвижной фазой
является инертный газ (газ-носитель) – обычно это
гелий или азот (для ХМС используется
практически только гелий), а неподвижной –
высокомолекулярная жидкость, нанесенная на
поверхность длинной капиллярной трубки либо на
поверхность тонко измельченных частиц
адсорбента

8. Масс-спектрометрия

Чем дольше продолжается процесс разделения
компонентов, тем большая степень разделения
достигается, и так продолжается до тех пор, пока
все компоненты один за другим не выйдут из слоя
неподвижной фазы в детектор.
Прибор для анализа смесей в виде газа или
пара называется газовым хроматографом, а
метод анализа — газовой хроматографией

9. Масс-спектрометрия

Все хроматографы имеют четыре основных части: устройство
ввода пробы, хроматографическая колонка, детектор,
регистратор. Принципиальная схема газового хроматографа
приведена на слайде.

10. Масс-спектрометрия

Для того чтобы проследить за процессом разделения, надо точно
измерить время прохождения данного компонента смеси через
колонку, то есть время выхода из колонки (время удерживания).
Этой цели служит детектор - устройство, способное давать сигнал
при изменении какого-либо физического свойства компонентов,
выходящих из колонки.

11. Масс-спектрометрия

Масс-спектрометрия представляет собой совершенно
иной метод.
Если компоненты, разделенные с помощью газовой
хроматографии или полученные в чистом виде какимлибо другим методом, введены в область высокого
вакуума, где молекулы могут свободно перемещаться в
вакуумированном пространстве, они могут быть
ионизированы тем или иным способом.
При разделении ионов в соответствии с их массами
получается определенная диаграмма распределения
числа ионов, соответствующих каждой массе.
Эта диаграмма – масс-спектр – является таким же
уникальным признаком вещества, как и отпечатки
пальцев для человека.

12. Масс-спектрометрия

Таким образом, масс-спектрометрию можно
рассматривать как совокупность двух
отдельных процессов: ионизации и разделения
ионов по массам и регистрации образующихся
ионов.
Масс-спектрометрия в широком смысле — это
наука получения и интерпретации масс-спектров,
которые в свою очередь получаются при помощи
масс-спектрометров.
Масс-спектрометр — это вакуумный прибор,
использующий физические законы движения
заряженных частиц в магнитных и
электрических полях, и необходимый для
получения масс-спектра

13. Масс-спектрометрия

Существенное отличие масс-спектрометрии от
других аналитических физико-химических методов
состоит в том, что оптические, рентгеновские и
некоторые другие методы детектируют излучение или
поглощение энергии молекулами или атомами, а массспектрометрия непосредственно детектирует сами
частицы вещества.
Начало масс-спектрометрии было положено работами
физиков в 1908 г.
К 1918 г. развитие метода достигло такой степени, что с
его помощью было продемонстрировано существование
у неона двух изотопов с массами 20 и 22.

14. Масс-спектрометрия

Эта информация привела к пересмотру
концепций химических атомных масс и
явилась предвестником атомной эры.
К 1942 г. масс-спектрометры выпускались
серийно для проведения анализа газовых
смесей с большой скоростью и точностью.
В настоящее время масс-спектрометрия
относится к одной из главных дисциплин во
всех аспектах научных исследований

15. Масс-спектрометрия

Разделяющая способность хроматографии и
идентификационная – масс-спектрометрии при
прямом сочетании этих двух методов дают
невероятные возможности для идентификации
всех компонентов сложных смесей.
Эти смеси могут быть результатом любого вида
деятельности: объекты окружающей среды,
образцы пищи, биологических тканей,
промышленных отходов, объекты
криминалистических и медицинских
исследований.

16. Масс-спектрометрия

Хромато-масс-спектрометры позволяют
обнаружить в окружающей среде
множество токсичных химических веществ
и выявить их происхождение, связанное с
деятельностью современной
промышленности.
В области медицины метод ХМС позволил
обнаружить и лучше понять многие болезни
и нарушения метаболизма человека.

17. Масс-спектрометрия

Масс-спектрометрия является физикохимическим методом анализа, заключающимся в
переводе молекул образца в ионизированную
форму с последующим разделением и
регистрацией образующихся при этом
положительных или отрицательных ионов.
Более широко изучены положительные ионы,
поскольку они легче получаются и дают гораздо
больше информации, чем отрицательные.

18. Масс-спектрометрия

Таким образом, масс-спектрометрию
можно рассматривать как совокупность
двух отдельных процессов: ионизация и
разделение ионов.
При ионизации молекулы в вакууме
образуются группы характеристических
ионов, имеющих различные массы.
Детектор регистрирует зависимость
интенсивности ионного тока от массы.
Система обработки данных выдает на
экране характеристический масс-спектр.

19. Масс-спектрометрия

Масс-спектр – характеристический набор линий с определенными
интенсивностями ионов для данных масс, используемый для идентификации
молекул.
Масс-спектр позволяет делать выводы о молекулярной массе
соединения, его составе и структуре. В масс-спектре масса самого
тяжелого иона равна молекулярной массе анализируемого соединения.
Масс-спектр принято представлять в виде графика.
A b u n d a n c e
# 1 1 2 3 4 4 : E ic o s a n e
5 7
9 0 0 0
8 0 0 0
4 3
7 0 0 0
7 1
6 0 0 0
5 0 0 0
4 0 0 0
8 5
3 0 0 0
2 9
2 0 0 0
9 9
1 0 0 0
0
1 1 3
2 0
m / z -->
1 2 7
1 4
4 0
6 0
8 0
1 0 0
1 2 0
1 4 1
1 4 0
1 5 5
1 6 9
1 6 0
1 8 3
1 8 0
1 9 7
2 0 0
2 1 1
2 8 2
2 2 5
2 2 0
2 4 0
2 6 0
2 8 0

20. Масс-спектрометрия

По оси абсцисс откладывается величина
отношения массы иона к его заряду, по оси
ординат – интенсивность ионов (относительное
количество ионов данного вида).
Интенсивность принято выражать в процентах к
полному ионному току (суммарной интенсивности
всех ионов в спектре) либо к интенсивности
максимального иона в данном спектре.
В качестве единицы размерности массы в массспектрометрии используются углеродные единицы
(у.е.), атомные единицы массы (а.е.м.), дальтоны
(Да).

21. Масс-спектрометрия

Принципиальная схема устройства масс-спектрометра
включает в себя инжектор (дозатор) проб, ионизатор,
анализатор масс и детектор ионов
Образец
→
Дозатор
(инжектор)
проб
→
Ионизатор
проб
→
Анализатор
масс
→
Детектор
ионов
Сначала проба впрыскивается в ионизатор, где молекулы
образца ионизируются.
Затем ионы образца анализируются и регистрируются.
Чтобы предотвратить столкновение с молекулами
газа, ионизатор, анализатор масс и детектор ионов
обычно работают в вакууме.

22. Масс-спектрометрия

Чтобы ионы и фрагменты молекулы
при прохождении от анализатора к
детектору не сталкивались с
молекулами воздуха (N2, О2 и СО2), во
всём оборудовании необходимо
создать высокий вакуум (р = 10-9
мбар). В противном случае возможно
торможение анализируемых ионов и
искажение вида масс-спектров.

23. Масс-спектрометрия

Способность масс-спектрометра
разделять ионы описывается величиной
R, которая называется разрешающей
способностью (или разрешением), она
определяется как:
m
R= m
Где, m- масса иона, a ∆m — разность масс
между двумя различимыми пиками.
Область значений R обычно находится в
интервале между 100 и 500 000.

24. Масс-спектрометрия

До проведения масс-спектрометрического анализа
молекул пробы их необходимо перевести в газообразное
состояние (испарить) и ионизировать.
Затем ионы ускоряются под действием приложенного
электрического поля с ускоряющим потенциалом U в
спектрометре.
При этом происходит разделение осколков молекулы в
зависимости от их масс. Чтобы разделение и ускорение
молекул пробы было возможно, они должны обладать
зарядом.
Примечание
Положительные ионы (катионы) перемещаются к
отрицательному полюсу, а отрицательные (анионы) — к
положительному.

25.

Масс-спектрометрия
Кинетическая энергия (энергия движения) частиц и их
скорость v зависят от их заряда z и напряжения U
приложенного электрического поля.
Заряженные частицы ускоряются под действием приложенного
электрического поля в масс-спектрометре.
При равных величинах кинетической энергии скорости
заряженных частиц всё равно отличаются вследствие
расхождения их масс.
При прохождении через масс-анализатор, в котором создано
однородное магнитное поле с напряженностью магнитного поля
В, частицы отклоняются по различным траекториям, радиусы
которых можно рассчитать.
Значение радиуса r траектории движения ионов зависит от их
массы т, а также заряда z.

26. Масс-спектрометрия

Уравнение (3.49), которое является основным уравнением
масс-спектрометрии, отображает зависимость между
отношением массы молекулы т к ее заряду z и величинами
радиуса траектории движения r в магнитном поле,
напряженностью В и ускоряющим потенциалом U.
где т — масса частицы, а. е. м. (Да); z — зарядовое число частицы, А
с;
г — радиус отклонения в магнитном поле, м; В — напряженность
магнитного поля, Тл; U — ускоряющий потенциал, В.

27. Масс-спектрометрия

Отношение т I z в масс-спектроскопии часто
называют массовым числом.
Ионы с различными отношениями т I z двигаются
по различным траекториям, за счет чего
осуществляется их разделение.
В большинстве случаев ионы имеют заряды,
равные единице (z = 1), поэтому из
соотношения mlz, как правило, можно
непосредственно рассчитать массу т
фрагмента.
По окрашенным черным местам фотопленки,
установленной на выходе анализатора, можно
определить соотношение т I z для фрагментов
прошедших через анализатор молекул (или
молекулы).

28. Масс-спектрометрия

Ввод пробы
Чтобы не нарушать условий высокого вакуума в массспектрометре при вводе проб, были разработаны специальные
системы.
Так, газообразные пробы вводятся с помощью шприца через
силиконовые уплотнители непосредственно в специальную
камеру, в которой создан вакуум. Через маленькое отверстие
(англ. leak) молекулы образцов диффундируют в спектрометр.
Твердые пробы помещают в маленькие тигли (чаще всего
изготовленные из алюминия) и вводят в камеру через
специальное отверстие. При нагревании тигля проба испаряется
и таким образом попадает в спектрометр.
Чтобы не перегружать анализатор слишком большим
количеством проб, для анализа необходимо использовать лишь
небольшое количество образцов (менее 1 мг).

29. Масс-спектрометрия

Ионизация
Поскольку молекулы электронейтральны, а воздействовать на них
для их сортировки можно лишь с помощью магнитных или
электрических полей, молекулы должны быть предварительно
превращены в заряженные частицы, или ионы. Источник ионов
является одним из основных компонентов масс-спектрометра,
определяющим в значительной мере его свойства.
Ионизацию соединений в масс-спектрометрии осуществляют
различными методами. Достаточно часто устройства для ввода
проб и ионизационые камеры совмещают.
Вид масс-спектров, конечно же, зависит от ионизации. Таким
образом, спектры одного и того же вещества отличаются,
если для получения спектра применялись различные
способы ионизации.

30. Масс-спектрометрия

На сегодняшний день существует несколько десятков способов
превращения молекул в ионы, многие из них конструктивно
оформлены с целью ионизации веществ в твердом, жидком или
газообразном состоянии, более или менее одинаковой ионизации
всех компонентов смеси, получения положительных или
отрицательных ионов.
Часть из них используется очень активно, часть – только в
единичных экспериментах.
Популярность метода может достигать максимума в какой-то
момент времени, а затем с появлением новых, более
эффективных, сходить на нет.
Разнообразие способов ионизации является одной из
сильных сторон масс-спектрометрии и позволяет менять вид
воздействия на молекулы в зависимости от их природы и от
поставленных задач.

31. Масс-спектрометрия

От источника ионов в большей степени
зависят такие характеристики массспектрометра, как чувствительность и
селективность.
Чувствительность определяется
эффективностью ионизации, т.е.
относительным количеством образующихся
ионов из молекул, поступивших в источник.
Селективность зависит от используемого
способа ионизации, при котором
эффективность ионизации одних молекул
может быть намного больше, чем других.

32. Масс-спектрометрия

Один из первых способов ионизации, наиболее
распространенный до сих пор и занимающий особое
положение, - ионизация электронным ударом (ЭУ).
Исторически это первый метод ионизации органических
соединений
Название метода несколько не соответствует
действительности.
Реального удара электронов по молекуле не происходит.
Электрон, пролетая вблизи молекулы, возбуждает ее
электронную оболочку. Собственные электроны молекулы
перемещаются на более высокие орбитали и могут покинуть
молекулу.
В связи с этим термин «электронный удар» в последнее
время заменяется на термин «электронная ионизация».

33. Масс-спектрометрия

Источник ионов, работающий по принципу ЭУ, обычно
имеет камеру ионизации, в которую вводится поток
паров анализируемого вещества.
Перпендикулярно этому потоку камеру пересекает
пучок электронов, излучаемых нагретым катодом и
формируемых в узкий пучок системой щелей и
электродов (а иногда и просто магнитным полем) и
ускоряется до заданной энергии.
Электроны фокусируются вдоль продольной оси
камеры и притягиваются к электроду с потенциалом
70 эВ. В итоге каждый электрон получает эту энергию
– 70 эВ, достаточную для разрыва любой связи.
Этот пучок электронов бомбардирует молекулы
анализируемого вещества в газовой фазе

34. Масс-спектрометрия

Если энергия электрона больше потенциала ионизации
молекулы, то часть неупругих соударений приводит к
образованию ионов в результате выбивания из молекулы
одного электрона:
М + е- М+ + 2е-.
Надо сказать, что эффективность ионизации довольно низка.
Фактически ионизируется примерно одна из десяти тысяч
молекул образца; остальная часть неионизированных
молекул анализируемого вещества откачивается из
источника вакуумным насосом.
Этот факт, тем не менее, позволяет еще раз подчеркнуть
высочайшую чувствительность масс-спектрометрии, когда
для получения масс-спектра нужны нано- и пикограммовые
количества вещества.

35. Масс-спектрометрия

Камера ионизации должна быть нагрета до 200-250 С
для того, чтобы предотвратить конденсацию молекул
на ее стенках, что может привести к термическому
разложению нестойких молекул (например, может
произойти элиминирование воды из молекул спиртов).
Первоначально давление в камере ионизации должно
быть очень низким – порядка 10-8 мм рт.ст.
Когда исследуемое вещество попадает в
ионизационную камеру в количестве, достаточном для
повышения давления до 10-5 мм рт.ст., столкновения
между молекулами и электронами приводят к серии
реакций фрагментации.
Данное давление является важным условием для
образования представительного и воспроизводимого
масс-спектра.

36. Масс-спектрометрия

Процессы фрагментации преобладают при
ИЭУ, носящей еще одно название —
«жесткого» метода ионизации.
Вследствие возможной фрагментации в
масс-спектрах не всегда регистрируются
сигналы молекулярных ионов.
С другой стороны, «жесткая» ИЭУ особенно
полезна для идентификации соединений,
так как сложные спектры, содержащие пики
большого количества фрагментов, сугубо
индивидуальны.

37. Масс-спектрометрия

Недостатки ионизации ЭУ:
если пик молекулярного иона отсутствует в
масс-спектре, полученном при . энергии
электронов 70 эВ, то его не будет и при меньших
энергиях электронов.
2) ионизируемые молекулы должны обязательно
находиться в газовой фазе, поэтому анализ
термически лабильных и труднолетучих веществ с
помощью данного метода не всегда возможен;
3) масс-спектры, получаемые при ионизации ЭУ,
часто не позволяют различить изомерные
соединения

38. Масс-спектрометрия

Стремление избавиться от ограничений
ионизации ЭУ привело к появлению
альтернативных методов ионизации.
Это в основном методы «мягкой» и
селективной ионизации.
Одним из важнейших и наиболее часто
применяемых является химическая
ионизация (ХИ) (1966 год).

39. Масс-спектрометрия

Положительная химическая ионизация обычно
осуществляется в результате ионно-молекулярных
реакций между нейтральными молекулами
анализируемых веществ и ионами газа-реагента
(метан, изобутан, аммиак).
Ионы газа-реагента получают бомбардировкой его
молекул электронами с энергией 200-500 эВ при
давлении в источнике ионов 10 – 100 Па, аналогично
тому, как это происходит при ионизации ЭУ.
Однако если в условиях ЭУ образующиеся ионы не
претерпевают столкновений с молекулами образца в
связи с высоким вакуумом в источнике, в случае ХИ
такие столкновения неизбежны.

40. Масс-спектрометрия

В результате столкновения
образующихся ионов с молекулами
газа-реагента образуется плазма с
преобладанием ионов-реагентов:
СН+ 5 (44 %) до С 2 Н+ 5 (30 %) из
метана,
С 4Н+ 9 из изобутана,
NH+ 4 из аммиака.

41. Масс-спектрометрия

Эти ионы вступают затем в реакцию с молекулами
ионизируемых веществ, протонируя их или образуя с ними
ионы-аддукты:
CН5 + + М
СН3 +
+ М
СН4 + МН+ (потонированный ион)
МСН3+
(ион аддукт)

42. Масс-спектрометрия

Реакции между ионами –реагентами и молекулами образца
можно разделить на 4 типа:
1. Протонирование
М + ВН +
МН+ + В
2. Перезарядка
М + Х+
М+ + Х
3. Электрофильное присоединение
М + Х+
МХ+
4. Отрыв иона
АВ + Х+
АХ + В+

43. Масс-спектрометрия

Отрицательная химическая ионизация получила гораздо большее
распространение, чем положительная при анализе объектов
окружающей среды.
Существует четыре основных процесса образования ионов при
отрицательной ХИ:
1. Ионно молекулярные реакции с образованием ионов –аддуктов
(нуклеофильное присоединение)
М + ХМХ2. Нуклеофильное замещение
АВ + СВС + А3. Резонансный захват электронов с образованием молекулярного иона
М + еМ4. Дисоциативный захват электрона с образованием осколочного иона и
нейтральной частицы
АВ + еА- + В

44. Масс-спектрометрия

Масс-спектры, получаемые при
отрицательной ХИ, обычно более
просты, чем при ионизации ЭУ, иногда
они состоят только из молекулярного
иона.
Отрицательная ХИ обладает высокой
селективностью и чувствительностью
для соединений с высокими
значениями сродства к электрону

45. Масс-спектрометрия

Пульсирующая химическая ионизация
позволяет получать одновременно масс-спектры
химической ионизации положительных и
отрицательных ионов. Два вида спектров удачно
дополняют друг друга. Важным моментом является
природа газа-реагента, который должен работать в
обоих режимах. Хорошим вариантом является
смесь метана с NO, в которой роль ионовреагентов выполняют СН5+ и ОН-.
Методы ХИ и ЭУ пригодны главным образом для
анализа веществ, обладающих достаточной
летучестью и стабильностью, чтобы их можно
было перевести в газовую фазу без разрушения

46. Масс-спектрометрия

Лазерная десорбция (ЛД) заключается во
взаимодействии лазерного пучка с веществами в
твердой фазе, при этом в газовую фазу
высвобождаются молекулярные, протонированные
или кластерные ионы.
ЛД – метод «мягкой» ионизации. Внутренне
возбуждение молекул очень мало – мала и степень
фрагментации.
Данный метод неселективный и не зависит от
длины волны.
В случае ЛД выход осколочных ионов резко
возрастает с увеличением интенсивности
облучения. Таким образом, изменяя плотность
энергии пучка, падающего на поверхность, можно
контролировать степень фрагментации

47. Масс-спектрометрия

десорбционная химическая
ионизация.
полевая ионизация
полевая десорбция
Масс-спектрометрия вторичных
ионов
бомбардировкой быстрыми
атомами

48. Разделение по массам (масс-сепарация)

Заряженные молекулы ускоряются под
действием приложенного электрического
поля в направлении масс-анализатора.
Величины приложенных электрических
потенциалов составляют U ~ 2000-10 000 В,
при этом положительные ионы ускоряются
в направлении отрицательно заряженного
катода. Затем ионы в масс-анализаторе
разделяются в зависимости от отношений
их масс к заряду (т I z), после чего
попадают на детектор.

49. Принципы работы и типы спектрометров

В соответствии с конструкцией
анализатора масс существуют пять
основных типов масс-спектрометров
(МС):
1. секторные магнитные и (или)
электрические МС;
2. квадрупольные МС;
3. МС с ионной ловушкой;
4. время-пролетные МС;
5. МС с преобразованием Фурье.

50. Принципы работы и типы спектрометров

Время пролетные масс-спектрометры (ВП-МС)
обычно менее дорогие, чем другие типы массспектрометров.
По сравнению с квадрупольными МС и многими
секторными МС они обладают тем
преимуществом, что регистрируют массы всех
ионов без сканирования, что способствует их
высокой чувствительности.
Однако у ВП-МС меньшая разрешающая
способность и меньший интервал
регистрируемых масс, чем у масс-спектрометров
с преобразованием Фурье (МС-ПФ).

51. Секторный масс-спектрометр

Одиночный магнитный или электрический сектор масс-спектрометры с
однокананьным (а) и многоканальным (б) дегектором

52. Секторный масс-спектрометр

Ионы, покидающие источник ионов, ускоряются и
проходят через сектор, в котором магнитное или
электрическое поле прикладывается перпендикулярно
к направлению их движения.
Поле изгибает траекторию полета ионов и
принуждает ионы с различным отношением m/z
разлетаться веером.
В сканирующем анализаторе масс (а) изменяют силу
электрического или магнитного поля, при этом каждый
раз регистрируется только одна масса.
В несканирующем анализаторе (б) все массы
регистрируются одновременно (в определенном
диапазоне масс) с помощью многоканального
детектора.

53. Квадрупольный масс-спектрометр

54. Квадрупольный масс-спектрометр

Квадрупольный масс-спектрометр.
Пучок ионов с помощью электрического поля
разгоняется до высокой скорости и проходит
сквозь квадрупольный анализатор масс,
состоящий из четырех металлических стержней.
К этим стержням прилагается напряжение
постоянного или переменного тока таким
образом, что в каждый момент времени сквозь
анализатор пролетают ионы только с одним
соотношением массы к заряду — m/z.
Чтобы просканировать различные m/z,
напряжение тока варьируют

55. Масс- спектрометр с ионной ловушкой.

56. Масс- спектрометр с ионной ловушкой.

Анализатор масс с ловушкой ионов.
С помощью различных
высокочастотных сигналов, которые
прилагаются к кольцевому электроду и
концевым заглушкам, все ионы
улавливаются в полости и затем
последовательно испускаются
соответственно величине их
отношений m/z.

57. Линейный времяпролетный масс-спектрометр

Линейный времяпролетный массспектрометр

58. Линейный времяпролетный масс-спектрометр

Линейный времяпролетный массспектрометр
Линейный времяпролетный массспектрометр (ВП-МС) с лазерной
десорбционной ионизацией на матрице
(ЛДИМ).
Линейная конфигурация ВП МС
представляет простейший вариант
времяпролетной техники. Типичный
диапазон масс лежит между 0 и 100 кДа, и
типичное разрешение масс R= m/ ∆m
составляет 300—200.

59. Масс-спектрометрия с преобразованиями Фурье (МС-ПФ).

60. Масс-спектрометрия с преобразованиями Фурье (МС-ПФ).

61. Масс-спектрометрия с преобразованиями Фурье (МС-ПФ).

Масс-спектрометрия с преобразованиями Фурье (МС-ПФ)
основана на принципе ионно-циклотронного резонанса.
Другое его название его наименование ион – циклотронрезонансный масс- спектрометр
В настоящее время этот метод является одним из наиболее
популярных в масс-спектрометрии.
а- ионы впрыскиваются (инжектируются)в ячейку анализатора.
Магнитное поле вынуждает тепловые ионы вращаться по низким
орбитам, радиус которых зависит от отношения массы ионов к их
заряду m/ z ;
б- прилагаемые высокочастотные импульсы резонансно
передвигают ионы на более высокие орбиты;
в- высокочастотный сигнал, порождаемый принудительным
вращением ионов, измеряется и подвергается Фурье
преобразованию.
Знаменательной особенностью МС-ПФ является высокое
разрешение R, которое обычно превышает 100 000.

62. Фрагментация ионов

Существенное улучшение информационного содержания спектров
достигается фрагментацией образца, которое можно осуществить,
например, в ионизационной камере или в полости ионной ловушки
анализатора масс, заполненной гелием

63. Детекторы

В качестве детекторов в массспектрометрах, как правило, используют
вторично электронные умножители (ВЭУ).
Они усиливают слабые ионные токи,
возникающие после соударения ионов с
электропроводным материалами.
Величины таких токов прямо
пропорциональны вероятности
образования соответствующих ионов.
Далее сигнал передается на компьютер,
где преобразуется в масс-спектр.

64. Детектирование ионов

Последним звеном получения масс-спектра
является процесс детектирования ионов.
Токи, создаваемые незначительным
количеством ионов с одним значением m/z,
слишком малы (10-9 – 10-17 А) для
непосредственного измерения.
Поэтому после прохождения анализатора
пучок ионов направляется на
специальное устройство – умножитель, которое должно перевести поток ионов в
адекватный усиленный поток фотонов или
электронов.

65. Детектирование ионов

Наиболее популярный электронный умножитель представляет собой
систему бериллиево-медных динодов, причем потенциал каждого
последующего несколько выше, чем предыдущего
Попадая на первый динод, ионы выбивают с его поверхности
эквивалентное количество электронов.
Эти электроны под действием приложенных к динодам увеличивающихся
потенциалов ускоряются для последующих столкновений с поверхностью
каждой ступени динодной цепи, приводя к лавинообразному возрастанию
эмиссии электронов

66. Детектирование ионов

Фотоумножитель основан на
принципе регистрации фотонов
Последний динод соединен
с предусилителем, который
преобразует ток в
напряжение в форме,
удобной для компьютерной
записи.
Коэффициент усиления такой
системы может превышать
106, а срок службы составляет
1-2 года.
Небольшой срок службы
связан с загрязнением
поверхности в результате
взаимодействия с ионами.

67. Детектирование ионов

Поток ионов направляется в конверсионный динод
и вызывает эмиссию вторичных электронов.
Электроны направляются на осцинтилляционный
экран, где происходит эмиссия фотонов,
которые далее попадают на каскадный
умножитель, аналогичный описанной выше
динодной системе.
Усиленный поток фотонов регистрируется
Фотон- элементарная частица, квант
электромагнитного излучения (света). Это
безмассовая частица, способная существовать в
вакууме, только двигаясь со скоростью света.