Inti dari spektrometri massa. Metode kromatografi dan penggunaannya dalam identifikasi polutan lingkungan

Spektrometer massa
Spektrometer massa

Spektrometer massa - alat untuk menentukan massa atom (molekul) berdasarkan sifat pergerakan ionnya dalam medan listrik dan magnet.
Sebuah atom netral tidak terpengaruh oleh medan listrik dan magnet. Namun, jika satu atau lebih elektron diambil darinya atau ditambahkan padanya, maka ia akan berubah menjadi ion, sifat geraknya di medan ini akan ditentukan oleh massa dan muatannya. Sebenarnya, dalam spektrometer massa, bukan massa yang ditentukan, tetapi rasio massa terhadap muatan. Jika muatannya diketahui, maka massa ion ditentukan secara unik, yang berarti massa atom netral dan nukleusnya. Secara struktural, spektrometer massa bisa sangat berbeda satu sama lain. Mereka dapat menggunakan medan statis dan medan yang berubah-ubah waktu, magnet dan / atau listrik.

Mari kita pertimbangkan salah satu opsi paling sederhana.
Spektrometer massa terdiri dari bagian-bagian utama berikut:
A) sumber ion, di mana atom netral diubah menjadi ion (misalnya, di bawah aksi pemanasan atau medan gelombang mikro) dan dipercepat oleh medan listrik, B) luas medan listrik dan magnet konstan, dan v) dari penerima ion, yang menentukan koordinat titik di mana ion yang melintasi bidang ini jatuh.
Dari sumber ion 1, ion yang dipercepat melalui celah 2 memasuki daerah 3 medan listrik E dan magnet B1 yang konstan dan seragam. Arah medan listrik ditentukan oleh posisi pelat kapasitor dan ditunjukkan oleh panah. Medan magnet diarahkan tegak lurus terhadap bidang gambar. Di wilayah 3, medan listrik E dan magnet B 1 membelokkan ion ke arah yang berlawanan dan nilai medan listrik E dan induksi magnet B 1 dipilih sehingga gaya aksi mereka pada ion (masing-masing qЕ dan qvB 1, di mana q adalah muatan, dan v Adalah kecepatan ion) saling mengimbangi, mis. adalah qЕ = qvB 1. Pada kecepatan ion v = E / B 1, ia bergerak tanpa menyimpang di daerah 3 dan melewati celah kedua 4, jatuh ke daerah 5 medan magnet seragam dan konstan dengan induksi B 2. Di bidang ini, ion bergerak sepanjang lingkaran 6, jari-jari R ditentukan dari hubungan
v 2 / R = qvB 2, di mana adalah massa ion. Karena v = E / B 1, massa ion ditentukan dari rasio

M = qB 2 R / v = qB 1 B 2 R / E.

Jadi, untuk muatan ion yang diketahui q, massanya M ditentukan oleh jari-jari R orbit melingkar di wilayah 5. Untuk perhitungan, akan lebih mudah untuk menggunakan rasio dalam sistem satuan yang diberikan dalam tanda kurung siku:

M [T] = 10 6 ZB 1 [T] B 2 [T] R [m] / E [V / m].

Jika pelat fotografi digunakan sebagai detektor ion 7, maka radius ini akan ditunjukkan dengan akurasi tinggi oleh titik hitam di tempat pelat fotografi yang dikembangkan, di mana berkas ion jatuh. Dalam spektrometer massa modern, pengganda elektron atau pelat microchannel biasanya digunakan sebagai detektor. Spektrometer massa memungkinkan untuk menentukan massa dengan akurasi relatif yang sangat tinggi / = 10 -8 - 10 -7.
Analisis spektrometer massa dari campuran atom dengan massa yang berbeda juga memungkinkan untuk menentukan kandungan relatifnya dalam campuran ini. Secara khusus, kandungan berbagai isotop suatu unsur kimia dapat ditentukan.

UNIVERSITAS NEGERI CHELYABINSK

fakultas kimia

Kursus bekerja pada topik
"Metode analisis spektrometri massa"

Selesai: siswa kelompok X-202
Menshenin A.N.

Diperiksa oleh: Danilina E.I.

Chelyabinsk
2007

Isi

PENGANTAR

Dasar-dasar spektrometri massa

Struktur dasar spektrometer massa

Metode injeksi sampel

Mekanisme ionisasi

Protonasi

Deprotonasi

Kationisasi

Pelepasan elektron

Menangkap elektron

Metode ionisasi

Ionisasi semprotan listrik (ESI)

1. Pelarut untuk semprotan listrik

2. Perangkat ionisasi electrospray

Ionisasi nanoelectrospray (nanoESI)

Ionisasi Kimia Tekanan Atmosfer (APCI)

Fotoionisasi tekanan atmosfer (APPI)

Desorpsi / ionisasi laser berbantuan matriks (MALDI)

3. Keuntungan dan kerugian matriks dibantu laser desorpsi / ionisasi (MALDI).

Desorpsi / Ionisasi pada silikon (DIOS)

Pengeboman Atom / Ion Cepat (FAB)

Ionisasi Elektronik (EI)

Ionisasi kimia (CI)

Perbandingan karakteristik utama metode ionisasi

penganalisa massa

Analisis massa

Tinjauan singkat tentang cara kerja penganalisis

Kinerja penganalisis

4. Akurasi

5. Resolusi (kekuatan resolusi)

6. Rentang massa

7. Analisis massa tandem (MS/MS atau MS n)

8. Kecepatan pemindaian

Jenis penganalisa tertentu

Penganalisis quadrupole

Perangkap ion quadrupole

Perangkap ion linier

9. Keterbatasan perangkap ion

Sektor magnetik pemfokusan ganda

Spektrometri massa tandem quadrupole-time-of-flight

10. Analisis MALDI dan waktu penerbangan

Spektrometri massa waktu penerbangan quadrupole

Spektrometri massa transformasi Fourier (FTMS)

Perbandingan Umum Penganalisis Massa yang Biasa Digunakan dengan ES

Detektor

Pengganda elektron

Silinder Faraday

Photomultiplier dengan mengubah dynode

Detektor matriks

Detektor muatan (induktif)

Perbandingan umum detektor.

Vakum spektrometer massa

Daftar literatur yang digunakan

PENGANTAR

Spektrometri massa telah digambarkan sebagai keseimbangan terkecil di dunia, bukan karena ukuran spektrometer massa, tetapi karena beratnya - molekul. Baru-baru ini, spektrometri massa telah mengalami kemajuan teknologi yang luar biasa, memungkinkannya digunakan untuk protein, peptida, karbohidrat, DNA, obat-obatan, dan banyak molekul aktif biologis lainnya. Dengan teknik ionisasi seperti electrospray ionization (ESI) atau matrix laser desorption/ionization (MALDI), spektrometri massa telah menjadi alat yang sangat diperlukan untuk penelitian biokimia.

Dasar-dasar spektrometri massa

Spektrometer massa menentukan massa molekul dengan mengukur rasio massa terhadap muatan ( M / z) dari ionnya. Ion dihasilkan ketika partikel netral kehilangan atau menambah muatan. Setelah pembentukan, ion-ion tersebut dikirim secara elektrostatis ke penganalisis massa, di mana mereka dipisahkan menurut M / z dan akhirnya, mereka terdeteksi. Hasil ionisasi molekul, pemisahan ion dan deteksi ion adalah spektrum, yang dapat digunakan untuk menentukan berat molekul dan bahkan beberapa informasi tentang struktur suatu zat. Sebuah analogi dapat ditarik antara spektrometer massa dan prisma, seperti yang ditunjukkan pada: Nasi. 1.1... Dalam prisma, cahaya dipisahkan menjadi komponen pada panjang gelombang, yang kemudian dideteksi oleh reseptor optik. Demikian juga, dalam spektrometer massa, ion yang dihasilkan dipisahkan dalam penganalisis massa, dihitung dan ditentukan dalam detektor ion (seperti pengganda elektron).

tion, penganalisis massa dan detektor ion. Beberapa instrumen menggabungkan injeksi sampel dan ionisasi, sementara yang lain menggabungkan penganalisis massa dan detektor. Namun, semua molekul dalam sampel terkena efek yang sama terlepas dari konfigurasi instrumen. Molekul sampel dimasukkan melalui sistem inlet. Begitu berada di dalam perangkat, molekul diubah menjadi ion dalam perangkat ionisasi dan kemudian dipindahkan secara elektrostatis ke penganalisis massa. Ion-ion tersebut kemudian dipisahkan menurut M / z... Detektor mengubah energi ion menjadi sinyal listrik, yang kemudian dikirim ke komputer.

Metode injeksi sampel

Injeksi sampel adalah salah satu tantangan paling awal dalam spektrometri massa. Untuk menganalisis massa sampel, yang awalnya pada tekanan atmosfer (760 Torr), itu harus dimasukkan ke dalam perangkat sedemikian rupa sehingga vakum di dalam yang terakhir tetap praktis tidak berubah (~ 10 -6 Torr). Metode utama pengenalan sampel adalah injeksi langsung

probe atau dukungan, yang biasa digunakan dalam MALDI-MS, atau infus langsung atau injeksi ke dalam perangkat ionisasi, seperti dalam metode ESI-MS.

Pengenalan langsung: menggunakan penyisipan langsung probe / dukungan ( Nasi. 1.3) Adalah cara yang sangat sederhana untuk mengirimkan sampel ke instrumen. Sampel pertama ditempatkan pada probe dan kemudian dimasukkan ke dalam zona ionisasi spektrometer massa, biasanya melalui katup vakum. Sampel kemudian menjalani prosedur desorpsi yang diperlukan, seperti desorpsi laser atau pemanasan langsung, untuk memastikan penguapan dan ionisasi.

Infus atau injeksi langsung: Kolom kapiler atau kapiler sederhana digunakan untuk menempatkan sampel dalam bentuk gas atau dalam larutan. Infus langsung juga nyaman karena memungkinkan sejumlah kecil bahan disuntikkan secara efektif ke dalam spektrometer massa tanpa merusak ruang hampa. Kolom kapiler biasanya digunakan untuk membedakan antara sistem pemisahan dan perangkat ionisasi dari spektrometer massa. Sistem ini, termasuk kromatografi gas (GC) dan kromatografi cair (LC), juga berfungsi untuk memisahkan berbagai komponen larutan yang penting untuk analisis massa. Dalam kromatografi gas, pemisahan berbagai komponen terjadi dalam kolom kapiler kaca. Segera setelah uap sampel meninggalkan kromatografi, mereka langsung dikirim ke spektrometer massa.

Pada 1980-an, ketidakmungkinan menggabungkan kromatografi cair (LC) dengan spektrometri massa sebagian besar disebabkan oleh ketidakmampuan perangkat ionisasi untuk mengatasi aliran kontinu.

arus LC. Namun, ionisasi elektrospray (ESI), ionisasi kimia tekanan atmosfer (APCI) dan fotoionisasi tekanan atmosfer (APPI) sekarang memungkinkan LC dan spektrometri massa untuk digabungkan dalam analisis rutin.

Mekanisme ionisasi

Protonasi – mekanisme ionisasi, di mana proton melekat pada molekul, memberikan muatan 1+ untuk setiap proton yang terikat. Muatan positif biasanya terlokalisasi pada bagian utama molekul, seperti amina, untuk membentuk kation yang stabil. Peptida sering terionisasi oleh protonasi. Protonasi dilakukan pada MALDI, ESI dan APCI.

Deprotonasi adalah mekanisme ionisasi di mana muatan negatif 1- diperoleh ketika proton terlepas dari molekul. Mekanisme ionisasi ini biasanya dilakukan dengan MALDI, ESI dan APCI dan sangat berguna untuk penentuan sampel asam, termasuk fenol, asam karboksilat, dan asam sulfonat. Spektrum ion negatif asam sialat ditunjukkan pada gambar 1.2 .

Kationisasi- mekanisme ionisasi, di mana kompleks bermuatan terbentuk selama koordinasi penambahan ion bermuatan positif ke molekul netral. Pada prinsipnya, protonasi juga termasuk dalam definisi ini, oleh karena itu, kationisasi adalah penambahan ion selain proton, seperti logam alkali atau amonium. Selain itu, kationisasi berlaku untuk molekul yang tidak mampu protonasi. Ikatan kation, berbeda dengan proton, dengan molekul kurang kovalen, sehingga muatan tetap terlokalisasi pada kation. Ini meminimalkan pengenceran muatan dan fragmentasi molekul. Kationisasi juga dapat dilakukan dengan MALDI, ESI dan APCI. Karbohidrat adalah zat terbaik untuk mekanisme ionisasi ini, dengan Na + sebagai kation yang biasanya melekat.

Transfer langsung dari molekul bermuatan ke dalam fase gas

Perpindahan senyawa yang sudah bermuatan dalam larutan mudah dicapai dengan menggunakan desorpsi atau dengan pengusiran partikel bermuatan dari fase terkondensasi ke fase gas. Ini biasanya dilakukan dengan menggunakan MALDI atau ESI.

Pelepasan elektron

Seperti namanya, pelepasan elektron memberikan molekul 1+ muatan positif ketika elektron terlempar, sehingga sering terbentuk kation radikal. Diamati terutama dalam ionisasi elektron, abstraksi elektron umumnya digunakan untuk senyawa yang relatif non-polar dengan berat molekul rendah. Hal ini juga diketahui sering menyebabkan pembentukan sejumlah besar ion fragmen.

Menangkap elektron

Ketika elektron ditangkap, muatan negatif 1- diberikan ke molekul ketika elektron terpasang. Mekanisme ionisasi ini terutama diamati untuk molekul dengan afinitas elektron tinggi, seperti senyawa terhalogenasi.

SPEKTROMETRI MASSA(, analisis spektral massa), metode analisis pulau dengan menentukan massa (lebih sering, rasio massa terhadap muatan m / z) dan dikaitkan. kuantitas yang diperoleh selama ionisasi zat yang diselidiki atau sudah ada dalam campuran yang dipelajari. Himpunan m / z dan rel. nilai arus ini, disajikan dalam bentuk grafik atau tabel, yang disebut. spektrum massa pulau (Gbr. 1).

Awal pengembangan spektrometri massa diletakkan oleh eksperimen J. Thomson (1910), yang mempelajari berkas partikel bermuatan, yang pemisahannya berdasarkan massa dilakukan dengan menggunakan listrik. dan mag. bidang, dan spektrum direkam pada. Yang pertama dibuat oleh A. Dempster pada tahun 1918, dan spektograf massa pertama dibuat oleh F. Aston pada tahun 1919; dia juga menyelidiki isotop. komposisi sejumlah besar elemen. Serial pertama dibuat oleh A. Nir pada tahun 1940; karyanya meletakkan dasar untuk spektrometri massa isotop. Koneksi langsung dengan gas-cair (1959) memungkinkan untuk menganalisis campuran kompleks senyawa volatil, dan koneksi dengan cairan menggunakan semprotan termal. perangkat (1983) - campuran senyawa non-volatil.
Perangkat spektral Mac. Untuk membagi pulau yang diselidiki dengan nilai m / z, mengukur nilai-nilai ini dan arus dipisahkan menggunakan instrumen spektral massa. Perangkat di mana pendaftaran dilakukan oleh listrik. metode, disebut. , dan instrumen dengan registrasi spektrograf massa. Instrumen spektral massa terdiri dari sistem input (sistem inlet), sumber ion, perangkat pemisah (mass analyzer), detektor (receiver) yang memberikan kedalaman yang cukup dalam di seluruh sistem vakum instrumen, serta kontrol dan pemrosesan data. sistem (Gbr. 2). Terkadang perangkat terhubung ke komputer.


Perangkat spektral massa dicirikan oleh sensitivitas, yang didefinisikan sebagai rasio jumlah yang terdaftar dengan nomor yang dimasukkan. Untuk perut ambang sensitivitas diambil sebagai min. jumlah pulau yang diselidiki (dinyatakan dalam g,), untuk relatif - min. fraksi massa atau volume pulau (dinyatakan dalam%), to-rye menyediakan registrasi sinyal keluaran pada rasio signal-to-noise 1:1.
Sumber ion dimaksudkan untuk pembentukan pulau diselidiki gas dan pembentukan berkas ion, yang dikirim lebih lanjut ke penganalisis massa. naib. metode universal ionisasi zat - dampak elektronik. Pertama kali dilakukan oleh P. Lenard (1902). Modern sumber jenis ini dibangun berdasarkan prinsip sumber A. Nira (Gbr. 3).

Beras. 3. Diagram sumber ion dari jenis sumber A. Nira: 1 - magnet permanen; 2 -; 3 - mendorong keluar; 4 - aliran; 5 - perangkap; 6 - sinar ion; 7 - masukan ke pulau-pulau.

Di bawah aksi medan, garis-garis gaya yang diarahkan tegak lurus terhadap arah gerak berkas ion, bergerak sepanjang lintasan melingkar dengan jari-jari r = (2Vm n / zH 2) 1/2, di mana V adalah tegangan percepatan, mn adalah massa, z adalah muatan, H - tegangan magn. bidang. dengan kinetik yang sama.
energi, tetapi dengan massa atau muatan yang berbeda melewati penganalisis saat terurai. lintasan. Biasanya sapuan spektrum massa (pencatatan dengan nilai m/z tertentu) dilakukan dengan mengubah H pada konstanta V. Penyebaran sumber ion secara kinetik. energi, serta pemfokusan yang tidak sempurna dalam arah menyebabkan perluasan berkas ion, yang mempengaruhi daya pisah. Untuk statis penganalisis massa R = r / (S 1 + S 2 + D ), di mana S 1 dan S 2 - resp. lebar pintu masuk dan keluar, D - pelebaran balok pada bidang celah keluar. Mengurangi ukuran celah untuk meningkatkan resolusi perangkat sulit untuk diterapkan secara teknis dan, di samping itu, menyebabkan arus ion yang sangat rendah; oleh karena itu, perangkat dengan radius lintasan yang besar (r = 200 - 300 mm) biasanya dirancang. Resolusi m.B. meningkat juga saat menggunakan penganalisis massa dengan pemfokusan ganda. Dalam perangkat seperti itu, berkas ion dilewatkan terlebih dahulu melalui arus listrik yang dibelokkan. khusus lapangan bentuk, di Krom pemfokusan sinar dilakukan oleh energi, dan kemudian melalui magn. bidang di mana mereka difokuskan dalam arah (Gbr. 5).

Beras. 5. Skema penganalisis massa dengan pemfokusan ganda: S 1 dan S 2 - celah sumber dan detektor; 1 - kapasitor; 2 - magnet.

Ada lebih dari 10 jenis dinamis. penganalisis massa: quadrupole, waktu penerbangan, resonansi siklotron, resonansi magnetik, frekuensi radio, farvitron, omegatron, dll. Naib. penganalisis massa yang banyak digunakan. Penganalisis massa quadrupole adalah kapasitor quadrupole (Gbr. 6), ke batang paralel di mana tegangan konstan V dan frekuensi tinggi V 0 cos bergantian diterapkan w t (w - frekuensi, t - waktu); jumlah mereka untuk masing-masing sama besar dan berlawanan tanda.


Beras. 6. Diagram penganalisis massa quadrupole: 1 - generator frekuensi tinggi; 2 - generator tegangan konstan; 3 - generator penyapu; 4 dan 5 - sumber dan detektor.

Mereka yang keluar dari sumber ion bergerak di ruang penganalisis sepanjang sumbu z, sejajar dengan sumbu longitudinal batang, di sepanjang lintasan spiral volumetrik yang kompleks, melakukan osilasi melintang di sepanjang sumbu x dan y. Pada nilai frekuensi dan amplitudo yang tetap, tegangan bolak-balik dengan nilai m / z tertentu melewati kapasitor quadrupole, y dengan nilai lain m / z, amplitudo getaran transversal mencapai nilai sedemikian rupa sehingga menabrak batang dan dilepaskan ke atasnya. Spektrum massa disapu dengan memvariasikan tegangan atau frekuensi dc dan ac. Untuk modern. quadrupole R = 8000. Perangkat quadrupole pertama dibuat oleh W. Pauli dan H. Steinwedel (Jerman, 1953). Penganalisis massa waktu terbang adalah ruang ekuipotensial di mana mereka melayang, membagi menurut kecepatan gerakan (Gbr. 7). dihasilkan di sumber ion, listrik yang sangat pendek. "disuntikkan" oleh pulsa dalam bentuk "paket ion" melalui grid ke dalam alat analisa. Dalam proses gerak, paket ion awal distratifikasi menjadi paket-paket yang terdiri dari paket-paket dengan nilai m/z yang sama. Kecepatan hanyut paket ion yang terlepas dan, akibatnya, waktu penerbangannya melalui penganalisis dengan panjang L dihitung dengan f-le: (V adalah tegangan). Himpunan paket tersebut memasuki detektor membentuk spektrum massa. Untuk modern. perangkat R = 5000 - 10000. Perangkat pertama dibuat oleh A. Cameron dan D. Egters (AS, 1948), dan di Uni Soviet - oleh NI Ionov (1956).

Beras. 7. Skema penganalisis massa waktu penerbangan: 1 - kisi; 2 - detektor.

Pada tahun 1973, BA Mamyrin merancang perangkat elektrostatik. cermin reflektif, disebut. reflektor massa. Penganalisis massa resonansi siklotron - sel dalam bentuk paralelepiped persegi panjang atau kubus, ditempatkan dalam magnet homogen. bidang. memasuki sel, bergerak di dalamnya sepanjang lintasan spiral (gerakan siklotron) dengan frekuensi w c = 1/2 p z. H / m, di mana H adalah kekuatan magn. bidang, yaitu, dengan nilai m / z yang sama, memiliki frekuensi siklotron tertentu. Pengoperasian perangkat didasarkan pada penyerapan energi resonansi ketika frekuensi medan dan frekuensi siklotron bertepatan. Sebuah metode didasarkan pada penggunaan penganalisis massa resonansi siklotron, yang digunakan untuk menentukan massa, khususnya, kata mereka. , terbentuk pada ion-molekul p-tion dalam fase gas; analisis struktur molekul tinggi. ; penentuan asam-basa sv-in in-in. Untuk paru-paru, R = 10 8. Resonansi ionsiklotron pertama dibangun oleh G. Sommer, G. Thomas, dan J. Hiplom (AS, 1950).
Detektor(penerima) ditempatkan di outlet instrumen. Elektrometri digunakan untuk deteksi. amplifier untuk mengukur arus ion hingga 10 - 14 A, pengganda elektron dan kilau. detektor dengan photomultiplier, untuk memastikan penghitungan individu (saat ini 10 - 19 A) dan memiliki konstanta waktu yang kecil, serta keuntungannya adalah kemungkinan mendaftarkan semua spektrum massa dan akumulasi sinyal. Untuk pengenalan zat ke dalam sumber ion, ada yang khusus. sistem disebut. sistem pengisian. Ini memberikan input kuantitas yang diukur secara ketat dalam-va, minimalnya. panas. dekomposisi, pengiriman terpendek ke area ionisasi dan otomatis. perubahan sampel tanpa pelanggaran. Sistem masukan dan zat volatil adalah tangki kaca dingin atau dipanaskan dengan kental atau mol. kebocoran, melalui pemotongan gas masuk memasuki daerah ionisasi. Ketika terhubung ke antara sumber ion dan dermaga ditempatkan. pemisah (jet, berpori atau membran), di mana gas pembawa dihilangkan dan diperkaya dengan materi yang dianalisis. Sistem untuk memasukkan zat yang tidak mudah menguap paling sering adalah pintu vakum, dari mana ampul dengan in-vom dimasukkan langsung ke dalam ionizer. kamera. Ampul dipasang pada batang yang dilengkapi dengan pemanas, yang dengannya t-ra yang diperlukan dibuat untuk in-va. Dalam beberapa kasus, ampul dipanaskan karena panas ionisasi. kamera. Untuk mengurangi dekomposisi zat, laju pemanasan meningkat, tepi harus melebihi kecepatan termal. penguraian. Beginilah cara perangkat yang menghubungkan cairan ke sumber ion beroperasi. Naib. perangkat berdasarkan penyemprotan termal dari solusi pulau yang diselidiki tersebar luas, ketika terionisasi. dr. type - belt conveyor, pada belt to-rogo zat dikirim ke sumber ion melalui sistem penguncian. Ketika pita bergerak, pelarut-p dihilangkan, dan dalam sumber ion, dengan pemanasan pita yang cepat, media menguap dan terionisasi. Dalam beberapa kasus, ionisasi zat juga dimungkinkan sebagai akibat dari pembomannya dengan partikel yang dipercepat pada permukaan pita. Untuk non-volatile nonorg. samb. menerapkan spesial. , ditelepon sel Knudsen. Ini adalah wadah suhu tinggi dengan lubang berdiameter kecil 0,1-0,3 mm, di mana ia mengalir dalam kondisi yang mendekati keseimbangan. bekerja di dalam (10 - 5 - 10 - 6 Pa ke atas), yang memungkinkan Anda meminimalkan hilangnya resolusi karena tabrakan berkas ion dengan yang netral. Sumber ion dan penganalisis massa memiliki sistem pemompaan yang berbeda dan dihubungkan satu sama lain oleh saluran dengan ukuran seperti itu, yang cukup untuk melewatkan berkas ion. Desain ini mencegah penurunan alat analisa saat sumber naik. Sumber juga memerlukan kecepatan pemompaan yang tinggi untuk mengurangi efek memori (penghapusan I-in yang teradsorpsi pada permukaan internal perangkat). Biasanya, perangkat difusi dibuat di perangkat. Yang turbomolekuler juga digunakan, memberikan ultrahigh (10 - 7 - 10 - 8 Pa) dan memompa keluar dengan kecepatan beberapa. liter per detik; ini tidak memerlukan penggunaan perangkap berpendingin. Pengumpulan dan pengelolaan data memerlukan otomatisasi semua proses melalui komputer, yang memungkinkan untuk melakukan razl. jenis studi sesuai dengan program yang telah ditentukan dari kondisi analisis selama pengoperasian perangkat.
Aplikasi spektrometri massa. Spektrometri massa banyak digunakan dalam dekompilasi. bidang ilmu pengetahuan dan teknologi: dalam dan, fisika, geologi, biologi, kedokteran, dalam industri, dalam cat dan pernis dan kimia. industri, dalam produksi bahan ultra murni, dalam teknologi nuklir, di desa. x-ve dan kedokteran hewan, untuk makanan. industri, dalam analisis produk polusi dan banyak lainnya. Keberhasilan besar lainnya telah dicapai dalam analisis zat yang penting secara biologis; kemungkinan dengan dermaga ditampilkan. m.hingga 15000, dengan dermaga. m hingga 45000, dll. Spektrometri massa telah menemukan aplikasi sebagai metode ekspres dalam kedokteran; prinsip-prinsip spektrometri massa mendasari perangkat Naib. terasa. detektor kebocoran. Tanah air. , diproduksi untuk dekompos. tujuan, memiliki indeks: untuk studi komposisi isotop - MI, untuk studi kimia. komposisi - MX, untuk - . Mac-spektrometri memungkinkan Anda untuk mengukur mol yang tepat. massa dan hitung komposisi unsur pulau yang diselidiki, tentukan bahan kimianya. dan spasi. struktur, menentukan komposisi isotop, mempertahankan kualitas. dan kuantitas. analisis campuran kompleks org. koneksi. Salah satu tugas terpenting adalah menemukan hubungan antara sifat spektrum massa dan struktur organisasi yang dipelajari. ... Ketika pengion org. sebuah dermaga terbentuk. , di mana proses hetero dan homolitik terjadi lebih lanjut. pecahnya ikatan atau putusnya ikatan dengan penataan ulang dan pembentukan fragmentasi, yang, pada gilirannya, dapat mengalami peluruhan lebih lanjut. Diikuti. peluruhan yang terbentuk dari spektrum massa disebut. arah atau cara pembusukan. Arah penghancuran merupakan karakteristik penting dari setiap kelas senyawa. Totalitas semua arah peluruhan adalah karakteristik untuk setiap org. samb. skema fragmentasi. Jika spektrum massa sederhana, skema fragmentasi direduksi menjadi jalur peluruhan tunggal, mis. pada pembusukan dermaga. CH 3 OH + terbentuk berurutan CH 2 = OH + dan H — C = O +. Dalam kasus spektrum massa kompleks, skema fragmentasi sesuai dengan banyak, sering tumpang tindih, arah peluruhan, misalnya. skema fragmentasi:


Suka. terurai sebagai akibat dari putusnya ikatan CH-CO, CO-NH, NH-CH dan CH-R dengan pembentukan fragmentasi menurut. Dan n dan X n, B n dan Y n, C n dan Z n, S n dan R n (n adalah jumlah residu asam amino dalam rantai peptida), yang selanjutnya hancur dengan cara yang sama. Jumlah total puncak dalam spektrum seperti itu dapat mencapai beberapa. ratusan. Jumlah fragmen ditentukan oleh struktur yang diselidiki, pasokan internal. dermaga energi. dan fragmentasi serta interval waktu antara formasi dan deteksinya. Oleh karena itu, ketika menafsirkan spektrum massa, perlu untuk mempertimbangkan kondisi pengukuran (energi pengion, tegangan percepatan, dalam sumber ion, t-py ruang ionisasi) dan fitur desain perangkat. . Maks. dengan menstandardisasi kondisi pengukuran, dimungkinkan untuk memperoleh spektrum massa yang cukup dapat direproduksi. Perbandingan spektrum massa sistem yang diteliti dengan spektrum yang tersedia di katalog - naib. cara cepat dan mudah untuk menentukan polusi, mengontrol produk makanan untuk manusia dan hewan, mempelajari proses obat. obat-obatan, forensik, dll. Namun, hanya spektrum massa yang tidak ambigu, misalnya. tidak semua zat isomer membentuk spektrum massa yang berbeda. Di bawah kondisi spektrometri massa, beberapa yang tereksitasi meluruh setelah meninggalkan sumber ion. Tersebut disebut. metastabil. Dalam spektrum massa, mereka dicirikan oleh puncak yang diperluas pada nilai non-integer m / z. Salah satu metode untuk mempelajari seperti itu - massa dan kinetik. energi. Studi tentang peluruhan yang metastabil dilakukan pada perangkat dengan magnet. penganalisis mendahului yang listrik. Mag. penganalisis disesuaikan sehingga melewatkan metastabil

Spektrometer massa

perangkat untuk memisahkan partikel materi terionisasi (molekul, atom) berdasarkan massanya, berdasarkan efek medan magnet dan listrik pada berkas ion yang terbang dalam ruang hampa. Dalam M. - dengan. pendaftaran ion dilakukan dengan metode listrik, dalam spektrograf massa - dengan menggelapkan lapisan sensitif pelat fotografi yang ditempatkan di perangkat.

MS. ( Nasi. 1 ) biasanya berisi perangkat untuk pembuatan zat uji 1; sumber ion 2, di mana zat ini terionisasi sebagian dan sinar ion terbentuk; penganalisis massa 3, di mana ion dipisahkan oleh massa, lebih tepatnya, biasanya dengan nilai rasio massa M ion ke muatannya e; penerima ion 4, di mana arus ion diubah menjadi sinyal listrik, yang kemudian diperkuat dan direkam. Selain informasi jumlah ion (arus ion), analyzer juga menerima informasi massa ion pada alat perekam 6. MS. Ini juga berisi sistem dan perangkat catu daya yang membuat dan mempertahankan Vakum tinggi di sumber ion dan penganalisis. Terkadang M.-s. terhubung ke komputer.

Untuk setiap metode pendaftaran ion, spektrum massa pada akhirnya mewakili ketergantungan arus ion Saya dari M... Misalnya, dalam spektrum massa timbal ( Nasi. 2 ) masing-masing puncak arus ion sesuai dengan ion isotop timbal yang bermuatan tunggal. Ketinggian setiap puncak sebanding dengan kandungan isotop tertentu dalam timbal. Rasio massa ion dengan lebar m puncak (dalam satuan massa) R pada tingkat yang berbeda juga berbeda. Jadi, misalnya, dalam spektrum Nasi. 2 di wilayah puncak isotop 208 Pb pada tingkat 10% relatif terhadap puncak puncak R= 250, dan pada 50% (setengah tinggi) R= 380. Untuk sepenuhnya mengkarakterisasi resolusi perangkat, perlu diketahui bentuk puncak ion, yang bergantung pada jamak. faktor. Terkadang resolusi disebut. nilai massa terbesar di mana dua puncak yang berbeda massanya sebesar 1 diselesaikan ke tingkat tertentu. Karena untuk banyak tipe M. - dengan. R tidak tergantung pada rasio m / e, maka kedua definisi di atas R cocok. Merupakan kebiasaan untuk mengatakan bahwa M.-s. dengan R hingga 10 2 memiliki resolusi rendah, s R Spektrometer massa 10 2 - 10 3 - rata-rata, s R Spektrometer massa 10 3 - 10 4 - tinggi, s R> 10 4 - 10 5 - sangat tinggi.

Definisi sensitivitas M. - dengan yang diterima secara umum. tidak ada. Jika zat yang diteliti dimasukkan ke dalam sumber ion dalam bentuk gas, maka sensitivitas M.-S. sering disebut rasio arus yang dihasilkan oleh ion-ion dari massa tertentu dari zat tertentu dengan tekanan parsial zat ini dalam sumber ion. Nilai ini pada perangkat dari berbagai jenis dan dengan resolusi berbeda terletak pada kisaran 10 -6 hingga 10 -3 a / mm Hg Seni. Sensitivitas relatif adalah kandungan minimum suatu zat yang masih dapat dideteksi dengan bantuan M.-s. dalam campuran zat. Untuk perangkat, campuran, dan zat yang berbeda, itu terletak pada kisaran 10 -3 hingga 10 -7%. Untuk sensitivitas absolut, terkadang jumlah minimum zat dalam R, yang harus dimasukkan ke dalam M.-s. untuk mendeteksi zat ini.

Penganalisa massa. Klasifikasi M. - S. terletak prinsip perangkat penganalisis massa. Bedakan antara M statis dan dinamis. - dengan. Penganalisis massa statis menggunakan medan listrik dan magnet untuk memisahkan ion, yang konstan atau praktis tidak berubah selama penerbangan ion melalui perangkat. Dalam hal ini, pemisahan ion bersifat spasial: ion dengan nilai yang berbeda Aku bergerak di penganalisis sepanjang lintasan yang berbeda. Dalam spektrograf massa, berkas ion dengan nilai yang berbeda Aku difokuskan di tempat yang berbeda dari pelat fotografi, membentuk, setelah pengembangan, jejak dalam bentuk garis-garis (lubang keluar sumber ion biasanya dibuat dalam bentuk celah persegi panjang). Dalam M.-s statis. sinar ion dengan diberikan Aku berfokus pada celah penerima ion. Spektrum massa terbentuk (terbuka) ketika medan magnet atau listrik berubah, akibatnya berkas ion dengan besaran yang berbeda secara berurutan mengenai celah penerima. Aku... Perekaman arus ion secara terus menerus menghasilkan grafik dengan puncak ion ( Nasi. 2 ). Untuk mendapatkan dalam bentuk ini spektrum massa yang direkam oleh spektrograf massa pada pelat fotografi, digunakan mikrofotometer.

Pada Nasi. 3 menunjukkan diagram penganalisis massa statis umum dengan medan magnet seragam. Ion-ion yang terbentuk pada sumber ion muncul dari celah dengan lebar S 1 dalam bentuk berkas divergen, yang terpecah menjadi berkas ion dalam medan magnet dengan medan magnet yang berbeda.

Selain itu, berkas ion dengan massa m b berfokus pada celah S 1 dari penerima ion. Kuantitas m b / e ditentukan oleh ekspresi:

di mana m b- massa ion (dalam satuan massa atom (Lihat satuan massa atom)) , e- muatan ion (dalam satuan muatan listrik dasar (Lihat Muatan listrik dasar)) , R adalah jari-jari lintasan pusat ion (dalam cm), H- kekuatan medan magnet (dalam e), V- beda potensial yang diterapkan (dalam v), dengan bantuan ion-ion dalam sumber ion dipercepat (potensial percepatan).

Spektrum massa tersapu oleh perubahan H atau V... Yang pertama lebih disukai, karena dalam hal ini kondisi untuk "menarik" ion keluar dari sumber ion tidak berubah selama penyapuan. Kekuatan penyelesaian dari M.-s seperti itu.:

dimana 1 adalah lebar berkas pada titik masuknya celah penerima S 2.

Jika pemfokusan ion ideal, maka dalam kasus penganalisis massa, yang X 1 = X 2 (Nasi. 3 ), 1 akan sama persis dengan lebar celah sumber S 1... Faktanya, 1> S 1, yang mengurangi daya pisah M.-s. Salah satu alasan pelebaran berkas adalah penyebaran energi kinetik ion yang dipancarkan dari sumber ion. Ini kurang lebih tidak dapat dihindari untuk sumber ion apa pun (lihat di bawah). Alasan lainnya adalah: adanya berkas divergensi yang signifikan, hamburan ion dalam penganalisis karena tumbukan dengan molekul gas sisa, "penolakan" ion dalam berkas karena nama muatannya yang sama. Untuk melemahkan pengaruh faktor-faktor ini, "masuknya miring" sinar ke dalam alat analisis dan batas lengkung medan magnet digunakan. Dalam beberapa M.-s. menggunakan medan magnet yang tidak homogen, serta yang disebut. optik prisma (lihat. Optik elektronik dan ion). Untuk mengurangi hamburan ion, mereka berusaha untuk menciptakan vakum tinggi di penganalisis (≤10 -8 mmHg cm. di perangkat dengan nilai R sedang dan tinggi). Untuk melemahkan pengaruh penyebaran energi, digunakan M. - with. pemfokusan ganda yang fokus pada celah S 2 ion dengan yang sama Aku terbang keluar tidak hanya ke arah yang berbeda, tetapi juga dengan energi yang berbeda. Untuk ini, berkas ion dilewatkan tidak hanya melalui medan magnet, tetapi juga melalui medan listrik yang membelokkan bentuk khusus ( Nasi. 4 ).

Mengerjakan S 1 dan S 2 lebih sedikit mikron secara teknis sulit. Selain itu, ini akan menyebabkan arus ion yang sangat rendah. Oleh karena itu, dalam perangkat untuk mendapatkan resolusi tinggi dan sangat tinggi, perlu menggunakan nilai besar R dan, karenanya, lintasan ionik yang panjang (hingga beberapa M).

Dalam analisis massa dinamis untuk pemisahan ion dengan yang berbeda Aku gunakan, sebagai aturan, waktu terbang yang berbeda oleh ion dengan jarak tertentu. Ada penganalisis dinamis yang menggunakan kombinasi medan listrik dan magnet, dan penganalisis listrik murni. Hal ini umum untuk penganalisis massa dinamis untuk mengekspos berkas ion ke medan listrik berdenyut atau frekuensi radio dengan periode kurang dari atau sama dengan waktu penerbangan ion melalui penganalisis. Lebih dari 10 jenis penganalisis massa dinamis telah diusulkan, termasuk waktu penerbangan (1), frekuensi radio (2), quadrupole (3), farvitron (4), omegatron (5), resonansi magnetik (6), siklotron resonansi (7). Empat alat analisa pertama adalah murni listrik, sedangkan tiga yang terakhir menggunakan kombinasi medan listrik magnet permanen dan frekuensi radio.

Selama penerbangan M.-S. ( Nasi. 5 ) ion dibentuk dalam sumber ion oleh pulsa listrik yang sangat pendek dan "disuntikkan" dalam bentuk "paket ion" melalui kisi 1 ke dalam penganalisis 2, yang merupakan ruang ekuipotensial. “Melayang” sepanjang penganalisis menuju pengumpul ion 3, paket asli “bertingkat” menjadi beberapa paket, yang masing-masing terdiri dari ion-ion yang sama. Aku... Stratifikasi ini disebabkan oleh fakta bahwa dalam paket awal energi semua ion adalah sama, dan kecepatannya dan, akibatnya, waktu terbang T penganalisa berbanding terbalik

Dalam frekuensi radio M. - dengan. ( Nasi. 6 ) ion memperoleh energi yang sama di sumber ion eV dan melewati sistem kaskade grid yang disusun secara berurutan. Setiap kaskade terdiri dari tiga kisi-kisi bidang-paralel 1, 2, 3, yang terletak pada jarak yang sama satu sama lain. Medan listrik frekuensi tinggi diterapkan ke jaringan tengah relatif terhadap dua yang ekstrim kamu vch. Pada frekuensi tetap dari medan ini dan energi ion eV hanya ion dengan tertentu Aku memiliki kecepatan sehingga, bergerak antara kisi 1 dan 2 dalam setengah periode, ketika medan di antara mereka dipercepat untuk ion, mereka melintasi kisi 2 pada saat medan berubah tanda dan melewati antara kisi 2 dan 3 juga di bidang percepatan. Jadi mereka mendapatkan maks. mendapatkan energi dan jatuh pada kolektor. Ion massa lain, yang melewati kaskade ini, diperlambat oleh medan, yaitu, mereka kehilangan energi, atau menerima peningkatan energi yang tidak mencukupi dan dibuang di ujung jalan dari kolektor dengan potensi penghambatan yang tinggi. U 3... Akibatnya, hanya ion dengan tertentu Aku... Massa ion tersebut ditentukan oleh rasio:

di mana A- koefisien numerik, S adalah jarak antara grid. Rekonstruksi penganalisis untuk mendaftarkan ion massa lain dilakukan dengan mengubah energi awal ion atau frekuensi medan frekuensi tinggi.

Dalam kuadrupol M.-S. ( Nasi. 7 ) pemisahan ion dilakukan dalam medan listrik transversal dengan distribusi potensial hiperbolik. Medan dibuat oleh kapasitor quadrupole (quadrupole), terdiri dari empat batang penampang melingkar atau persegi, terletak simetris tentang pusat, sumbu dan sejajar dengannya. Batang berlawanan dihubungkan berpasangan, dan perbedaan potensial frekuensi tinggi konstan dan variabel diterapkan antara pasangan. Berkas ion dimasukkan ke dalam penganalisis di sepanjang sumbu quadrupole melalui lubang 1. Pada nilai frekuensi yang tetap dan amplitudo tegangan bolak-balik kamu 0 hanya untuk ion dengan nilai tertentu Aku amplitudo getaran dalam arah melintang ke sumbu penganalisis tidak melebihi jarak antara batang. Karena kecepatan awal, ion-ion tersebut melewati penganalisis dan, meninggalkannya melalui outlet 2, dicatat, jatuh pada pengumpul ion. Ion melewati kuadrupol, massa yang memenuhi kondisi:

di mana A- konstan perangkat. Amplitudo osilasi ion dari massa lain meningkat ketika mereka bergerak dalam penganalisis sehingga ion-ion ini mencapai batang dan dinetralkan. Rekonstruksi pendaftaran ion massa lain dilakukan dengan mengubah amplitudo kamu atau frekuensi dari komponen tegangan variabel.

Dalam farvitron ( Nasi. delapan ) ion terbentuk secara langsung di dalam penganalisis itu sendiri selama ionisasi molekul oleh elektron yang terbang dari katoda, dan berosilasi di sepanjang sumbu perangkat antara elektroda 1 dan 2. Ketika frekuensi osilasi ini bertepatan dengan frekuensi tegangan bolak-balik kamu tiga kali lipat, dipasok ke grid, ion memperoleh tambahan. energi, mengatasi penghalang potensial dan datang ke kolektor. Kondisi resonansi memiliki bentuk:

di mana A- konstan perangkat.

Dalam dinamis M.-s. dengan medan magnet transversal, pemisahan ion berdasarkan massa didasarkan pada kebetulan frekuensi siklotron (lihat Frekuensi siklotron) rotasi ion di sepanjang jalur melingkar dalam medan magnet transversal dengan frekuensi tegangan bolak-balik yang diterapkan pada elektroda penganalisis. Jadi, dalam omegatron ( Nasi. sembilan ) di bawah aksi medan listrik frekuensi tinggi yang diterapkan E dan medan magnet konstan H ion bergerak sepanjang busur lingkaran. Ion yang frekuensi siklotronnya bertepatan dengan frekuensi medan E, bergerak dalam spiral dan mencapai kolektor. Massa ion ini memenuhi hubungan:

di mana A- konstan perangkat.

Dalam resonansi magnetik M. - dengan. ( Nasi. sepuluh ), keteguhan waktu penerbangan oleh ion-ion dengan massa tertentu dari lintasan melingkar digunakan. Ion bermassa dekat dari sumber ion 1 (wilayah lintasannya Saya diarsir), bergerak dalam medan magnet seragam H , masukkan modulator 3, di mana paket ion tipis terbentuk, yang, karena percepatan yang diperoleh di modulator, mulai bergerak dalam orbit II ... Pemisahan lebih lanjut dalam hal massa dilakukan dengan mempercepat ion "resonansi", frekuensi siklotron yang merupakan kelipatan dari frekuensi medan modulator. Setelah beberapa putaran, ion-ion tersebut kembali dipercepat oleh modulator dan tiba di kolektor ion 2.

Dalam siklotron-resonansi M.-s. ( Nasi. sebelas ) penyerapan resonansi energi elektromagnetik oleh ion terjadi ketika frekuensi siklotron ion bertepatan dengan frekuensi medan listrik bolak-balik di penganalisis; ion bergerak sepanjang sikloid dalam medan magnet yang seragam H dengan frekuensi siklotron gerak orbital:

(dengan adalah kecepatan cahaya).

Resolusi untuk setiap jenis penganalisis massa dinamis ditentukan oleh serangkaian faktor yang kompleks, beberapa di antaranya, misalnya, efek muatan ruang dan hamburan ion dalam penganalisis, adalah umum untuk semua jenis penganalisis massa, baik dinamis maupun statis. . Untuk perangkat (1), peran penting dimainkan oleh rasio waktu selama ion terbang dengan jarak yang sama dengan lebar paket ion dengan total waktu penerbangan oleh ion dalam ruang melayang; untuk instrumen (3) - jumlah osilasi ion dalam penganalisis dan rasio komponen medan listrik konstan dan variabel; untuk instrumen (5) - jumlah putaran yang dibuat ion dalam penganalisis sebelum menyentuh kolektor ion, dll. resolusi tinggi telah dicapai: untuk (1) dan (3) Spektrometer massa R 10 3, untuk (6) Spektrometer massa R 2.5․10 4, untuk (7) Spektrometer massa R 2․10 3.

Untuk M. - dengan. dengan resolusi yang sangat tinggi, serta untuk instrumen laboratorium tujuan umum, dari mana resolusi tinggi secara bersamaan, sensitivitas tinggi, berbagai massa terukur dan reproduktifitas hasil pengukuran diperlukan, hasil terbaik dicapai dengan menggunakan M.-s statis . Di sisi lain, dalam beberapa kasus, M. dinamis yang paling nyaman - dengan. Misalnya, waktu penerbangan M. nyaman untuk proses pendaftaran dengan durasi dari 10 -2 hingga 10 -5 detik; frekuensi radio M.-s. karena bobotnya yang rendah, dimensi dan konsumsi daya, mereka menjanjikan dalam penelitian luar angkasa; quadrupole M. - dengan. karena ukuran penganalisis yang kecil, rentang massa yang terukur dan sensitivitas tinggi, mereka digunakan saat bekerja dengan berkas molekul (lihat Balok Molekul dan Atom) . resonansi magnetik resonansi magnetik karena nilai R yang tinggi pada tingkat intensitas rendah, mereka digunakan dalam geokimia isotop helium untuk mengukur rasio isotop yang sangat besar.

sumber ionik. MS. mereka juga diklasifikasikan menurut metode ionisasi, yang digunakan sebagai: 1) ionisasi oleh tumbukan elektron; 2) fotoionisasi; 3) ionisasi dalam medan listrik kuat (emisi ion medan) ; 4) ionisasi oleh tumbukan ion (emisi ion-ion); 5) Ionisasi permukaan ; percikan listrik dalam ruang hampa (vacuum spark); 6) ionisasi di bawah aksi sinar laser (lihat. Radiasi laser).

Dalam spektroskopi massa analitik (lihat. Spektroskopi massa), karena kesederhanaan teknis yang relatif dan arus ion yang dihasilkan agak besar, metode berikut paling sering digunakan: 1 - dalam analisis zat yang diuapkan; 6 - saat bekerja dengan zat yang sulit menguap dan 5 - selama analisis isotop zat dengan potensi ionisasi rendah. Metode 6, karena penyebaran energi ion yang besar, biasanya memerlukan penganalisis dengan pemfokusan ganda bahkan untuk mencapai resolusi beberapa ratus unit. Arus ion rata-rata yang dihasilkan oleh sumber ion dengan ionisasi tumbukan elektron pada energi ion 40 - 100 setiap dan lebar celah sumber Spektrometer massa beberapa lusin mikron(khas untuk laboratorium M.-s.), adalah 10 -10 - 10 -9 A. Untuk metode ionisasi lainnya, arus ini biasanya lebih rendah. Ionisasi "lunak", yaitu, ionisasi molekul disertai dengan disosiasi ion yang tidak signifikan, dilakukan dengan bantuan elektron, yang energinya hanya 1 - 3 setiap melebihi energi ionisasi molekul, serta menggunakan metode 2, 3, 4. Arus yang diperoleh selama ionisasi "lunak" biasanya spektrometer massa 10 -12 - 10 -14 A.

Registrasi arus ion. Besarnya arus ion yang dihasilkan dalam medan magnet menentukan persyaratan untuk amplifikasi dan registrasinya. Sensitivitas yang digunakan dalam M. - dengan. amplifier Spektrometer massa 10 -15 - 10 -16 A pada waktu yang konstan dari 0,1 hingga 10 detik. Peningkatan lebih lanjut dalam sensitivitas atau kecepatan M.-s. dicapai dengan menggunakan pengganda elektron, yang meningkatkan sensitivitas pengukuran arus dalam M. - s. hingga 10 -18 - 10 -19 amu.

Kira-kira nilai sensitivitas yang sama dicapai saat menggunakan registrasi fotografi ion karena paparan yang lama. Namun, karena rendahnya akurasi pengukuran arus ion dan rumitnya perangkat untuk memasukkan pelat fotografi ke dalam ruang vakum penganalisis, pendaftaran foto spektrum massa mempertahankan nilai tertentu hanya dengan pengukuran massa yang sangat akurat, serta pada kasus ketika perlu untuk merekam semua garis spektrum massa secara bersamaan karena ketidakstabilan sumber ion, misalnya, selama analisis unsur dalam kasus ionisasi oleh percikan vakum.

Di Uni Soviet, banyak peralatan spektral massa yang berbeda sedang dikembangkan dan diproduksi. Sistem indeks yang diterima untuk M.-s. mengklasifikasikan perangkat terutama bukan berdasarkan jenis perangkat, tetapi berdasarkan tujuannya. Indeks terdiri dari dua huruf (MI - M. isotop, MX - untuk analisis kimia, MS - untuk fisikokimia, termasuk struktural, penelitian, MV - perangkat dengan resolusi tinggi) dan empat digit, yang pertama menunjukkan metode yang digunakan pemisahan ion dengan massa (1 - dalam medan magnet yang seragam, 2 - dalam medan magnet yang tidak homogen, 4 - magneto-dinamis, 5 - waktu penerbangan, 6 - frekuensi radio), yang kedua - pada kondisi penggunaan ( 1 - indikator, 2 - untuk produksi, kontrol, 3 - untuk penelitian laboratorium, 4 - untuk kondisi khusus), dan dua yang terakhir adalah nomor model. Pada Nasi. 12 menunjukkan dua M.-s. dibuat di Uni Soviet. Luar Negeri M.-S. diproduksi oleh beberapa lusin perusahaan (AS, Jepang, Jerman, Inggris, Prancis, dan Swedia).

menyala.: Aston F., Spektrum massa dan isotop, trans. dari bahasa Inggris., M., 1948; Rafalson A.E., Shereshevsky A. M., perangkat spektrometri massa, M. - L., 1968; Beynon J., Spektrometri massa dan penerapannya dalam kimia organik, trans. dari bahasa Inggris., M., 1964; Materi konferensi All-Union 1 tentang spektrometri massa, L., 1972; Jeyram R., Spektrometri Massa. Teori dan aplikasi, trans. dari bahasa Inggris., M., 1969; Polyakova A.A., Khmelnitsky R.A., Spektrometri massa dalam kimia organik, L., 1972.

V.L.Talrose.

Beras. 12. Di atas meja spektrometer massa besar dengan pemfokusan ganda untuk analisis struktural dan kimia MS-3301 dengan daya pisah spektrometer RMass5 · 10 4 terdapat spektrometer massa mini MX-6407M (dilingkari), yang digunakan untuk mempelajari ionosfer pada satelit bumi buatan.

Beras. 10. Skema penganalisis massa resonansi magnetik; medan magnet H tegak lurus terhadap bidang gambar.

Beras. 6. Skema penganalisis massa frekuensi radio: 1, 2, 3 - kisi-kisi membentuk kaskade tiga-jaringan, tegangan U RF frekuensi tinggi diterapkan ke jaringan tengah 2. Ion dengan kecepatan tertentu dan, oleh karena itu, massa tertentu, yang dipercepat oleh medan frekuensi tinggi di dalam kaskade, menerima peningkatan energi kinetik yang lebih besar, cukup untuk mengatasi medan perlambatan dan mengenai kolektor.

Beras. 5. Skema penganalisis massa waktu penerbangan. Sebuah paket ion dengan massa m 1 dan m 2 (lingkaran hitam dan putih), "dilemparkan" ke dalam analisa melalui grid 1, bergerak dalam ruang melayang 2 sehingga ion berat (m 1) tertinggal di belakang ion ringan (m 2); 3 - pengumpul ion.

Beras. 4. Contoh penganalisis massa dengan pemfokusan ganda. Berkas ion dipercepat yang muncul dari celah S 1 sumber ion melewati medan listrik kapasitor silinder, yang membelokkan ion sebesar 90 °, kemudian melalui medan magnet membelokkan ion sebesar 60 ° lainnya, dan difokuskan ke celah S 2 penerima kolektor ion.

Beras. 3. Skema penganalisis magnet statis dengan medan magnet seragam; S 1 dan S 2 - celah sumber dan penerima ion; - wilayah medan magnet seragam H , tegak lurus terhadap bidang gambar, garis tipis padat adalah batas balok ion dengan m / e yang berbeda; r adalah jari-jari lintasan pusat ion.

Beras. 2. Spektrum massa timbal thorium (δm 50% adalah lebar puncak pada setengah maksimum; m 10% adalah lebar puncak pada tingkat 1/10 dari intensitas maksimum).

Beras. 1. Diagram kerangka spektrometer massa: 1 - sistem untuk persiapan dan pengenalan zat uji; 2 - sumber ion; 3 - penganalisis massa; 4 - penerima ion; 5 - penguat; 6 - alat perekam; 7 - komputer; 8 - sistem catu daya; 9 - perangkat pompa. Garis putus-putus menunjukkan bagian perangkat yang dievakuasi.

Ensiklopedia Besar Soviet. - M.: ensiklopedia Soviet. 1969-1978 .

Lihat apa itu "Spektrometer massa" di kamus lain:

spektrometer massa- Perangkat untuk pemisahan ionizers. partikel suatu benda (molekul, atom) berdasarkan massanya, DOS. pada pengaruh mag. dan listrik. bidang pada balok ion terbang dalam ruang hampa. Dalam m. Dengan. register ion listrik metode, dalam spektrograf massa - dengan menggelapkan ... ... Panduan penerjemah teknis

Spektrometer massa- perangkat untuk memisahkan partikel materi terionisasi (molekul, atom) berdasarkan massanya, berdasarkan efek medan magnet dan listrik pada berkas ion yang terbang dalam ruang hampa. Dalam spektrometer massa, ion dicatat ... ... Kamus Ensiklopedis Metalurgi

Kemampuan spektrometri massa

Spektrum massa dapat digunakan untuk menentukan berat molekul suatu zat. Ini diperlukan untuk menetapkan rumus molekul suatu zat (rumus kotor). Massa atom, diukur dengan presisi tinggi, berbeda dari nomor massa. Jadi, untuk CO 2 dan C 3 H 8 nomor massanya adalah 44, tetapi berat molekul relatifnya masing-masing adalah 43,989828 dan 44,062600, mis. perbedaannya adalah 0,072772 sma. Spektrometer massa memungkinkan pemisahan berkas ion CO 2 + dan C 3 H 8 + ketika diperoleh secara bersamaan.

Penentuan komposisi atom dari nilai eksak massa dilakukan dengan menggunakan tabel massa eksak untuk berbagai rasio jumlah atom C, H, O dan N sebagai unsur yang paling umum. Pengukuran massa yang akurat tidak menggantikan analisis unsur. Kedua metode tersebut saling melengkapi.

Saat mempelajari spektrum massa, selain menentukan jenis ion molekul (M + ) mengukur puncak untuk ion isotop, termasuk isotop yang lebih ringan atau lebih berat (dengan nomor massa M ± 1, M ± 2, M ± 3, dll.). Kehadiran simultan dari beberapa isotop dalam sebuah molekul tidak mungkin, karena kelimpahan alami dari isotop yang lebih berat C, H, O dan N dapat diabaikan. Misalnya, 13 C: 12 C = 1 × 10 -2; 2 H: 1 H = 1,6 x 10 -4; 15 N: 14 N = 4 × 10 -3, dst. Namun, untuk klorin 35 Cl: 37 Cl = 3:1; untuk bromin 79 Br: 81 Br = 1:1. Akibatnya, dalam spektrum massa, bersama dengan M + ion akan hadir (M + 1) + dengan intensitas sebanding dengan kelimpahan isotop. Dalam tabel pencarian yang banyak digunakan, rasio intensitas puncak ion molekuler dengan nomor massa M + 1 dan M + 2 biasanya diberikan.

Nilai m/z maksimum dalam spektrum massa suatu zat dapat memiliki ion molekul (M + ), yang massanya sama dengan massa molekul senyawa uji. Intensitas puncak suatu molekul ion (M+) semakin tinggi, semakin stabil ion tersebut.

Hampir jarang mungkin untuk menetapkan struktur lengkap suatu senyawa berdasarkan spektrum massa saja. Yang paling efektif adalah penggunaan bersama dari beberapa metode fisik dan kimia. Spektrometri massa, terutama dalam kombinasi dengan kromatografi, adalah salah satu metode yang paling informatif untuk mempelajari struktur materi (spektrometri kromatoma).

Jadi, kemungkinan metode: penentuan berat molekul dan rumus kotor zat; menetapkan struktur suatu zat berdasarkan sifat fragmen yang dihasilkan; analisis kuantitatif campuran, termasuk penentuan jejak pengotor; penentuan derajat kemurnian suatu zat; penentuan komposisi isotop materi.

Mari kita pertimbangkan sebagai contoh spektrum massa etanol (Gbr. 2). Biasanya, spektrum disajikan dalam bentuk histogram.

Beras. 2. Spektrum massa etanol

Pada perangkat modern, pemrosesan intensitas pulsa listrik yang sesuai dengan puncak dengan nilai m / z yang berbeda dilakukan menggunakan komputer.

Spektrum massa dicatat dengan cara ini: nilai m / z ditunjukkan, dan intensitas relatif (%) dalam tanda kurung. Misalnya, untuk etanol:

Spektrum massa C 2 H 5 OH (m/z): 15 (9), 28 (40), 31 (100), 45 (25), 46 (14).

Pertanyaan wawancara

1. Landasan teoritis dari metode ini.

2. Energi ionisasi. Jenis-jenis fragmentasi.

3. Diagram skema spektrometer massa.

4. Metode ionisasi: tumbukan elektron, ionisasi kimia, dll.

5. Keteraturan fragmentasi ion molekuler.

6. Kemungkinan spektrometri massa.

Tugas tes

1. Jenis-jenis fragmentasi ion molekuler:

A). Disosiasi adalah disintegrasi ion molekul sambil mempertahankan urutan ikatan. Sebagai hasil dari proses tersebut, kation dan radikal terbentuk, fragmen dengan nilai rasio m / z genap terbentuk.

Penataan ulang - perubahan urutan ikatan, kation radikal baru dengan massa yang lebih kecil dan molekul stabil netral terbentuk, fragmen dicirikan oleh nilai ganjil rasio m / z.

b) Penataan ulang - peluruhan ion molekul sambil mempertahankan urutan ikatan. Sebagai hasil dari proses, kation dan radikal terbentuk, fragmen dengan nilai ganjil dari rasio m / z terbentuk.

Disosiasi - perubahan urutan ikatan, kation radikal baru dengan massa yang lebih kecil dan molekul stabil netral terbentuk, fragmen dicirikan oleh nilai rasio m / z yang genap.

c) Disosiasi - disintegrasi ion molekul sambil mempertahankan urutan ikatan. Sebagai hasil dari proses tersebut, kation dan radikal terbentuk, fragmen dengan nilai ganjil dari rasio m / z terbentuk.

Penataan ulang - perubahan dalam urutan ikatan, kation radikal baru dengan massa yang lebih kecil dan molekul stabil netral terbentuk, fragmen dicirikan oleh nilai rasio m / z yang genap.

2. Kemungkinan metode spektrometri massa:

a) penentuan berat molekul dan formula kotor zat, analisis kuantitatif campuran;

b) menetapkan struktur suatu zat berdasarkan sifat fragmen yang dihasilkan, menentukan komposisi isotop zat tersebut;

c) penentuan berat molekul dan rumus bruto zat; menetapkan struktur suatu zat berdasarkan sifat fragmen yang dihasilkan; analisis kuantitatif campuran, termasuk penentuan jejak kotoran; penentuan derajat kemurnian suatu zat; penentuan komposisi isotop materi.

3. Pilih jawaban yang benar:

a) Probabilitas pemutusan ikatan CH menurun dengan meningkatnya rantai hidrokarbon; energi pemutusan ikatan C-C lebih kecil; dalam turunan aromatik, pemutusan ikatan-β kemungkinan besar terjadi dengan pembentukan ion tropilium penataan ulang;

a) Probabilitas pemutusan ikatan CH menurun dengan meningkatnya rantai hidrokarbon; energi pemutusan ikatan C-C lebih besar; dalam turunan aromatik, pemutusan ikatan-β kemungkinan besar terjadi dengan pembentukan ion tropilium penataan ulang;

c) Probabilitas pemutusan ikatan CH menurun dengan meningkatnya rantai hidrokarbon; energi pemutusan ikatan C-C lebih kecil; dalam turunan aromatik, pemutusan ikatan-a paling mungkin terjadi dengan pembentukan penataan ulang ion tropilium;

1. Kazin V.N., Urvantseva G.A. Metode penelitian fisikokimia dalam ekologi dan biologi: buku teks (cap UMO) / V.N. Kazin, G.A. Urvantseva; Yarros. negara un-t mereka. P.G. Demidov. - Yaroslavl, 2002 .-- 173 hal.

2. Di bawah. ed. A A. Ischenko. Kimia analitik dan metode analisis fisikokimia / N.V. Alov et al. - M .: Publishing Center "Academy", 2012. (dalam 2 jilid, 1 jilid-352 hlm., 2 jilid - 416 hlm.) - (Sarjana Ser.)

3. Vasiliev V.P. Kimia Analisis. - buku. 2. Metode analisis fisikokimia. M.: Kementerian Pendidikan Federasi Rusia. 2007.383 c.

4. Kharitonov Yu.Ya. Kimia analitik, jilid. 1, buku. 2, SMA, 2008.

5. Otto M. Metode modern kimia analitik (dalam 2 volume). Moskow: Technosphere, 2008.

6. Ed. Yu.A. Zolotov. Dasar-dasar Kimia Analitik, Sekolah Tinggi, 2004.

7. Vasiliev V.P. Kimia Analisis. - buku. 2. Metode analisis fisikokimia. M.: Bustard, 2009.

8. Kazin V.N. Metode analisis fisikokimia: praktik laboratorium / V.N. Kazin, T.N. Orlova, I.V. Tikhonov; Yarros. negara un-t mereka. P.G. Demidova - Yaroslavl: YarSU, 2011. - 72 hal.