Навігація
Головна
Основні підходи і принципи до соціальної роботи з групоюЕтичні принципи соціальної роботи з групоюКам'яні роботиПринцип безпосередності регулює питання роботи суду з доказами...Етичні принципи соціальної роботи з групою
 
Головна arrow БЖД arrow Нагляд та контроль у сфері безпеки
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Мас-спектрометрія

Мас-спектрометрія (мас-сіектроскопія, мас-спектрографія, мас-спектральний аналіз, мас-спектрометричний аналіз) - метод дослідження речовини шляхом визначення відносини маси до заряду (якості) і кількості заряджених частинок, що утворюються при тому чи іншому процесі впливу на речовину. Історія мас-спектрометрії ведеться з основоположних дослідів Джона Томсона на початку XX ст. Закінчення "-метро" термін отримав після повсюдного переходу від детектування заряджених частинок за допомогою фотопластинок до електричним вимірюванням іонних струмів.

Істотна відмінність мас-спектрометрії від інших аналітичних фізико-хімічних методів полягає в тому, що оптичні, рентгенівські і деякі інші методи детектируют випромінювання або поглинання енергії молекулами або атомами, а мас-спектрометрія безпосередньо детектирует самі частинки речовини (рис. 6.12).

Мас-спектрометрія

Рис. 6.12. Мас-спектрометрія

Мас-спектрометрія в широкому сенсі - це наука отримання та інтерпретації мас-спектрів, які, у свою чергу, виходять за допомогою мас-спектрометрів.

Мас-спектрометр - це вакуумний прилад, що використовує фізичні закони руху заряджених частинок в магнітних і електричних полях, необхідний для отримання мас-спектра.

Мас-спектр, як і будь-який спектр, у вузькому сенсі - це залежність інтенсивності іонного струму (кількості) від ставлення маси до заряду (якості). Зважаючи квантування маси і заряду типовий мас-спектр є дискретним. Зазвичай (в рутинних аналізах) так воно і є, але не завжди. Природа аналізованого речовини, особливості методу іонізації, і вторинні процеси в мас-спектрометрі можуть залишати свій слід в мас-спектрі. Так, іони з однаковими відносинами маси до заряду можуть виявитися в різних частинах спектра і навіть зробити частину його безперервним. Тому мас-спектр в широкому сенсі - це щось більше, несучий специфічну інформацію і робить процес його інтерпретації більш складним і захоплюючим. Іони бувають однозарядні і багатозарядні, причому як органічні, так і неорганічні. Більшість невеликих молекул при іонізації набуває тільки один позитивний або негативний заряд. Атоми здатні набувати більше одного позитивного заряду і тільки один негативний. Білки, нуклеїнові кислоти і інші полімери здатні набувати множинні позитивні і негативні заряди. Атоми хімічних елементів мають специфічну масу. Таким чином, точне визначення маси аналізованої молекули дозволяє встановити її елементний склад. Мас-спектрометрія також дозволяє отримати важливу інформацію про ізотопний склад аналізованих молекул. У органічних речовинах молекули являють собою певні структури, утворені атомами. Природа і людина створили справді незліченна різноманіття органічних сполук. Сучасні мас-спектрометри здатні фрагментувати детектіруемих іони і визначати масу отриманих фрагментів. Таким чином можна отримувати дані про структуру речовини.

Принцип роботи мас-спектрометра

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Прилади, які використовуються в мас-спектрометрії, називаються мас-спектрометри або мас-спектрометричні детектори. Ці прилади працюють з матеріальним речовиною, яка складається з найдрібніших частинок - молекул і атомів. Мас-спектрометри встановлюють, що це за молекули (тобто які атоми їх складають, яка їхня молекулярна маса, яка структура їх розташування) і що це за атоми (тобто їх ізотопний складу). Істотна відмінність мас-спектрометрії від інших аналітичних фізико-хімічних методів полягає в тому, що оптичні, рентгенівські і деякі інші методи детектируют випромінювання або поглинання енергії молекулами або атомами, а мас-спектрометрія має справу з самими частинками речовини. Мас-спектрометрія вимірює їх маси, вірніше, співвідношення маси до заряду. Для цього використовуються закони руху заряджених частинок матерії в магнітному або електричному полі. Мас-спектр - це рассортировка заряджених частинок з їхньої масам (відносинам маси до заряду).

По-перше, для того щоб отримати мас-спектр, необхідно перетворити нейтральні молекули й атоми, складові будь-яку органічну або неорганічне речовина, в заряджені частинки - іони. Цей процес називається іонізацією і по-різному здійснюється для органічних і неорганічних речовин. У органічних речовинах молекули являють собою певні структури, утворені атомами.

По-друге, необхідно перевести іони в газову фазу у вакуумній частині мас-спектрометра. Глибокий вакуум забезпечує безперешкодний рух іонів всередині мас-спектрометра, а при його відсутності іони розсіються і рекомбінують (перетворяться назад в незаряджені частки).

Умовно способи іонізації органічних речовин можна класифікувати по фазах, в яких знаходяться речовини перед іонізацією.

Газова фаза:

• електронна іонізація (ЕІ, El - Electron ionization);

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

• хімічна іонізація (ХІ, Cl - Chemical Ionization);

• електронне захоплення (ЕЗ, ЄС - Electron capture);

• іонізація в електричному полі (ПІ, FI - Field ionization).

Рідка фаза:

• термоспрей;

• іонізація при атмосферному тиску (АДІ, АР - Atmospheric Pressure Ionization);

• електроспрей (ЕС, ESI - Electrospray ionization);

• хімічна іонізація при атмосферному тиску (ХІАД, APCI - Atmospheric pressure chemical ionization);

- Фотоионизация при атмосферному тиску (ФІАД, APPI - Atmospheric pressure fotoionization).

Тверда фаза:

• пряма лазерна десорбція - мас-спектрометрія (ПЛДМС, LDMS - Direct Laser Desorption - Mass Spectrometry);

• матрично- активована лазерна десорбція (іонізація) (Малда, MALDI - Matrix Assisted Laser Desorbtion (Ionization));

• мас-спектрометрія вторинних іонів (МСВІ, SIMS - Secondary-Ion Mass Spectrometry);

• бомбардування швидкими атомами (ББА, FAB - Fast Atom Bombardment);

• десорбція в електричному полі (ПД, FD - Field Desorption);

• плазмова десорбція (ПД, PD - Plasma desorption).

У неорганічної хімії для аналізу елементного складу

застосовуються жорсткі методи іонізації, так як енергії зв'язку атомів у твердому тілі набагато більше, значить, і значно більш жорсткі методи необхідно використовувати для того, щоб розірвати ці зв'язки і отримати іони:

• іонізація в індуктивно-зв'язаною плазмі (ІСП, IC - Pinductively coupled plasma);

• термоіонізація або поверхнева іонізація;

• іонізація в тліючому розряді і іскрова іонізація;

• іонізація в процесі лазерної абляції.

Історично першою методи іонізації були розроблені для газової фази. На жаль, дуже багато органічних речовин неможливо випарувати, тобто перевести в газову фазу, без розкладання. А це означає, що їх не можна ионизовать електронним ударом. Але серед таких речовин майже все, що становить живу тканину (білки, ДНК і т.д.), фізіологічно активні речовини, полімери, тобто все те, що сьогодні представляє особливий інтерес. Мас-спектрометрія не стояла на місці і в останні роки були розроблені спеціальні методи іонізації таких органічних сполук. Сьогодні використовуються в основному два з них - іонізація при атмосферному тиску і її підвиди - електроспрей (ЕС), хімічна іонізація при атмосферному тиску і фотоионизация при атмосферному тиску, а також іонізація лазерною десорбцією за сприяння матриці (Малда).

Отримані при іонізації іони за допомогою електричного поля переносяться в мас-аналізатор. Там починається другий етап мас-спсктромстрічсского аналізу - сортування іонів по масах (точніше, по відношенню маси до заряду).

Існують наступні типи мас-аналізаторів.

1. Безперервні мас-аналізатори:

• магнітний і електростатичний секторний мас-аналізатор;

• квадрупольний мас-аналізатор.

2. Імпульсні мас-аналізатори:

• времяпролегний мас-аналізатор;

• іонна пастка;

• квадрупольному лінійна пастка;

• мас-аналізатор іонно-циклотронного резонансу з Фур'є-прсобразованіем;

• орбітреп.

Різниця між безперервними і імпульсними мас-аналізаторами полягає в тому, що в перші іони надходять безперервним потоком, а в другі - порціями, через певні інтервали часу.

Мас-спектрометр може мати два мас-аналізатора. Такий мас-спектрометр називають тандемним. Тандемні мас-спектрометри застосовуються, як правило, разом з "м'якими" методами іонізації, при яких не відбувається фрагментації іонів аналізованих молекул (молекулярних іонів). Таким чином перший мас-аналізатор аналізує молекулярні іони. Залишаючи перший мас-аналізатор, молекулярні іони фрагментуються під дією зіткнень з молекулами інертного газу або випромінювання лазера, після чого їх фрагменти аналізуються в другому мас-аналізаторі. Найбільш поширеними конфігураціями тандемних мас-спектрометрів є квадруполь - квадрупольний і квадруполь-часопролітної.

Останнім елементом описуваного нами спрощеного мас-спектрометра є детектор заряджених частинок. Перші мас-спектрометри використовували як детектора фотопластинку. Зараз використовуються дінодной вторинно електронні помножувачі, в яких іон, потрапляючи на перший динод, вибиває з нього пучок електронів, які, у свою чергу, потрапляючи на наступний динод, вибивають з нього ще більшу кількість електронів і т.д. Інший варіант - фотопомножувачі, реєструючі світіння, що виникає при бомбардуванні іонами люмінофора.

Крім того, використовуються мікроканальную помножувачі, системи типу діодних матриць і колектори, що збирають всі іони, що потрапили в дану точку простору (колектори Фарадея).

Мас-спектрометри використовуються для аналізу органічних і неорганічних сполук. Органічні речовини в більшості випадків являють собою багатокомпонентні суміші індивідуальних компонентів. Наприклад, показано, що запах смаженої курки становлять 400 компонентів (тобто 400 індивідуальних органічних сполук). Завдання аналітики полягає в тому, щоб визначити, скільки компонентів складають органічну речовину, дізнатися, які це компоненти (ідентифікувати їх) і скільки кожного з'єднання міститься в суміші. Для цього ідеальним є поєднання хроматографії з мас-спектрометрією. Газова хроматографія якнайкраще підходить для поєднання з іонним джерелом мас-спектрометра з іонізацією електронним ударом або хімічної іонізацією, оскільки в колонці хроматографа з'єднання вже знаходяться в газовій фазі. Прилади, в яких мас-спектрометричний детектор скомбінований з газовим хроматографом, називаються хромато-мас-спектрометрами ("Хромасс").

Багато органічні сполуки неможливо розділити на компоненти за допомогою газової хроматографії, але можна розділити за допомогою рідинної хроматографії. Для поєднання рідинної хроматографії з мас-спектрометрією сьогодні використовують джерела іонізації в електроспрес та хімічної іонізації при атмосферному тиску, а комбінацію рідинних хроматографів з мас-спектрометрами називають ЖХ / МС. Найпотужніші системи для органічного аналізу, затребувані сучасної протеомікою, будуються на основі надпровідного магніту і працюють за принципом іонно-циклотронного резонансу.

Найбільш широке поширення отримав останнім часом мас-аналізатор, що дозволяє найбільш точно поміряти масу іона, і володіє дуже високою роздільною здатністю. Висока роздільна здатність дозволяє працювати з поліпротонірованнимі іонами, що утворюються при іонізації білків і пептидів в електроспрей, а висока точність визначення маси дозволяє отримувати брутто-формулу іонів, роблячи можливим визначати структуру послідовностей амінокислотних залишків у пептидах і білках, а також детектувати послетрансляціонние модифікації білків. Це зробило можливим секвенувати білки без їх попереднього гідролізу на пептиди. Такий спосіб отримав назву "Top-down" протеоміки. Отримання унікальної інформації стало можливо завдяки застосуванню мас-аналізатора іонно-циклотронного резонансу з Фур'є-перетворенням. У цьому аналізаторі іони влітають в сильне магнітне поле і обертаються там по циклічним орбітах (як в циклотроні, прискорювачі елементарних частинок). Такий мас-аналізатор володіє певними перевагами: має дуже високий дозвіл, діапазон вимірюваних мас досить широкий, може аналізувати іони, які одержуються всіма способами. Однак для своєї роботи він вимагає сильного магнітного нуля, а значить, використання сильного магніту зі зверхпровідним соленоїдом, підтримуваним при дуже низькій температурі (рідкого гелію, приблизно -270 ° С).

Найважливішими технічними характеристиками мас-спектрометрів є чутливість, динамічний діапазон, дозвіл, швидкість сканування.

Найважливіша характеристика при аналізі органічних сполук - це чутливість. Для того щоб досягти якомога більшої чутливості при поліпшенні відношення сигналу до шуму, вдаються до детектування по окремих обраним іонам. Виграш у чутливості і селективності при цьому колосальний, але при використанні приладів низького дозволу доводиться приносити в жертву інший важливий параметр - достовірність. Використання високого дозволу на приладах з подвійною фокусуванням дозволяє домагатися високого рівня достовірності, не жертвуючи при цьому чутливістю.

Для досягнення високої чутливості можна ще використовувати тандемну мас-спектрометрії, коли кожен пік, відповідний одиночного іону, можна підтвердити мас-спектром дочірніх іонів. Абсолютним рекордсменом по чутливості є органічний хромато-мас-спектрометр високої роздільної здатності з подвійним фокусуванням.

За характеристикою поєднання чутливості з достовірністю визначення компонентів слідом за приладами високого дозволу йдуть іонні пастки. Класичні квадрупольні прилади нового покоління мають покращені характеристики завдяки ряду інновацій, застосованих в них, наприклад використанню з метою зниження шуму викривленого квадрупольного префільтр, запобігає попаданню нейтральних частинок на детектор.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Cхожі теми

Основні підходи і принципи до соціальної роботи з групою
Етичні принципи соціальної роботи з групою
Кам'яні роботи
Принцип безпосередності регулює питання роботи суду з доказами поділитися
Етичні принципи соціальної роботи з групою
 
Дисципліни
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук