Фту спектральные методы основаны на том, какие физические явления и какие в них включены. С помощью спектроскопических методов исследования изучается взаимосвязь между физическими величинами

10.Каков принцип работы магнитного масс-спектрометра. Что такое электростатические преобразователи (отвертки) и магнитные отвертки
На источнике ионов формируется ионный пучок той же энергии. Эти ионы, интенсивность U в поле ускорителя, равном (1) будет иметь кинетическую энергию. Здесь v - скорость иона, m - его масса, eединица заряда иона. индукция магнитного поля. Сила Лоуренса на ручке ионов направлена ​​перпендикулярно направлению влияет
(2)

Фигура 1. Принципиальная схема масс-спектрометра. ИМ - источник ионов; D - детектор ионов, фотоэлектронный умножитель; - доступ и - выпускные отверстия; O1, O и O2 а также ионы - центры орбиталей; - радиусы этих окружностей.
В магнитном поле ионы движутся по кругам разного радиуса. Для положительных ионов это действие подчиняется правилу левой руки. Скорость , магнитная индукция а поскольку векторы силы Лоуренса перпендикулярны друг другу, (2) можно записать следующим образом.
(3)
Сила Лоуренса равна центростремительной силе, поэтому она
(4)
и больше
(5)
где, r - радиус кривизны траектории иона.
В постоянном магнитном поле изменяется радиус кривизны, поэтому этот след состоит из траектории, круга. Если мы найдем v из формулы (5) и установим его значение равным (1), мы получим следующую формулу для однозарядных ионов.
(6)
г, Ви для данного значения U можно определить силу тока иона массы m. Ускоряющий потенциал ионов U (в данном случае B = const) или индукция магнитного поля B (U = const)) масс-спектр ионов регистрируется постепенным изменением. В первом случае напряженность электростатического поля, а во втором случае значения индукции магнитного поля распространяются (изменяются в одной плоскости). Чаще используется распространение индукции магнитного поля. Эксперимент по изучению зависимости ионного тока от энергии электронов, ионизирующих молекулы. B и проводится при постоянных значениях U
11. Отличительная мощность, качество фокусировки и чувствительность масс-спектрометров (ионный пучок, магнитное поле, вход, выход, щель, спектральная линия, расширение, энергия, давление пара, минимальная масса).
Важными величинами, которые определяют качество масс-спектрометров, являются: качество фокусировки ионного пучка, способность различать (мощность) и чувствительность.Магнитное поле обладает способностью фокусировать пучок иона в нужном направлении. Создание изображения источника и уменьшение рассеяния ионного пучка в магнитном поле называется направленной фокусировкой (источником служит входной спектр масс-спектрометра). При хорошей фокусировке чувствительность и разрешение масс-спектрометра возрастают. Разрешение спектрометра составляет R и две смежные с ним массы m и m + м указывает, что линии, соответствующие присутствующим ионам, можно увидеть отдельно и представлены следующей формулой здесь, - доступ и - ширина выходных отверстий, - расширение ионного пучка из-за несовершенной фокусировки (непостоянное магнитное поле, потенциал U. изменение и другие причины). Разделение 250 означает, что два разных иона с массами 250 и 251 можно рассматривать как отдельные линии на бумаге автономного прибора.
Если R <2000, такие спектрометры имеют низкое разрешение, если R> 10000, такие масс-спектрометры относятся к высокому классу. Разрешение масс-спектрометра в основном зависит от качества и типа фокуса. Важным недостатком метода фокусировки и разделения ионов посредством магнитного поля является невозможность достижения максимального разрешения спектральных линий из-за энергетического разнообразия ионов. Двойной фокус используется для увеличения разрешения спектрометра. Разрешение таких масс-спектрометров до 3000, а в некоторых особых случаях 106Чувствительность прибора определяется как давление пара, при котором исследуемое вещество может быть определено, или минимальная масса этого вещества. Чтобы создать условия для образования ионов и их разделения по массе, необходимо снизить давление паров вещества и создать в спектрометре высокий вакуум. Соблюдение этих условий и требований приведет к небольшой массе образца. Чувствительность масс-спектрометра к давлению паров 10 ^-14 Па составляет 10-7% при обнаружении микроинъекций. Для регистрации масс-спектра достаточно нескольких микро- или нанограмм вещества. В хромато-масс-спектрометрическом анализе используется 10-8-10-12 г при использовании электронно-лучевого метода и даже 10-18 г используется для получения спектра при регистрации отрицательных ионов с использованием химического метода ионизации.
12. Представление масс-спектров в табличной и графической форме (относительная масса, заряд, спектральная линия, ионный ток, сумма, относительная интенсивность, молекулярный ион, пара чисел).
Масс-спектр вещества - это набор спектральных линий, разделенных отношением массы всех ионов к заряду (m / e). Здесь m - масса иона в атомной единице, e - количество зарядов иона, которое обычно равно 1, а иногда и 2. Масс-спектры обычно представлены в двух разных формах: в виде графика и в виде набора чисел. На графике показана зависимость линий масс-спектра от интенсивности (m / e). Сама интенсивность может быть выражена двумя способами. В первом случае линия с наибольшей интенсивностью условно принимается равной 100%, а во втором - сумма интенсивностей всех линий принимается равной 100%. Сумма ионных токов если m 25, то это означает, что в спектре регистрируются ионы с относительным массовым числом больше 25. На графике линия относительно молекулярного иона обозначена M +.

Фигура 1. Масс-спектр тетрагидрофурана. Энергия ионизирующих электронов 70 эВ.
На рисунке выше (Рисунок 1) масс-спектр тетрагидрофурана показан графически. В примечании к рисунку данные на графике (m / e) и соответствующие относительные размеры представлены в виде ряда, расположенного в порядке убывания массового числа. На записи показаны линии с относительным значением> 2% и (m / e)> 27. Справа от изображения интенсивность спектральных линий по оси ординат представляет собой сумму ионных токов ( ) нанесен на шкалу, позволяющую вычислять относительные проценты. Интенсивность линии с наибольшим (m / e) = 42 находится на этой шкале составляет 33%.
Спектр масс также можно выразить как набор пар чисел, состоящих из относительных интенсивностей и массовых чисел. Эта пара чисел расположена в порядке убывания интенсивности. Обычно регистрируются данные, относящиеся к 5, 8 или 10 наиболее интенсивным спектральным линиям. Например, ряд чисел, соответствующих восьми наиболее интенсивным линиям тетрагидрофурана, масс-спектр которых построен, записывается следующим образом: 42 (100), 41 (41), 72 (36), 71 (33), 43 ( 19), 27 (16), 39 (12), 10 (10). Здесь число в скобках - это значение в процентах от относительной интенсивности (Relative) спектральной линии, а второе число - относительная масса соответствующего иона. Если интенсивность линии молекулярного иона не попадает в диапазон этих основных линий, соответствующие данные записываются дополнительно.
: 73 (2), 72 (36) М, 71 (33), 43 (19), 42 (100), 41 (41), 40 (10), 39 (12), 38 (12), 31 (3) ), 29 (10), 28 (2), 27 (16).
13. Каков закон масс-спектров алифатических углеводородов (молекулярный ион, связи C-C и C-H, н-декан, внутренняя энергия, концентрация ионов, химическая связь, разрыв, линия, интенсивность).
В алканах связь C-C более рыхлая, чем связь C-H. Сила связей C-C и C-H в молекулярном ионе алкана, который имеет структуру, аналогичную структуре неионизированной молекулы, значительно снижается. Ниже для сравнения приведены значения энергии связей C - C и C - H в этане и его катион-радикале в ккал / моль.

	EC-C ккал / моль	EC-H ккал / моль
C2H6	83 44 год	96 26

Если все связи C-C в молекулярном ионе имеют одинаковую силу, то можно предположить, что все связи в ионе алкана разорваны в одинаковой степени. На следующем рисунке показан масс-спектр н-декантера (Рисунок 3.3).

Фигура 1. масс-спектры н-деканов; а) электронная ионизация (70 эВ), б) химическая ионизация с использованием CH4; v) НЕТ. химически ионизированный

В масс-спектре наблюдаются линии, принадлежащие ионным группам, отличающиеся друг от друга примерно на 14 единиц массы. Эта разница, равная четырнадцати единицам массы, связана с разрывом различных связей C-C молекулярных и разложившихся ионов. Массовое число ионных частиц в спектре алканов соответствует содержанию CnH2n + 1. Из-за большого количества внутренней энергии связи C-C всех ионов разрываются, что приводит к увеличению концентрации ионов с небольшой массой. количество больших ионов уменьшается.

14. Какие химические связи с большей вероятностью будут разорваны при образовании ионов из разветвленных и ароматических углеводородов (сравнение, интенсивность линии, молекулярные ионные связи, тропилизация, перегруппировка, электрон, переход).
В разветвленных углеводородах вероятность разрыва связи в точке разветвления очень высока. Например, на следующем рисунке показан масс-спектр 3,3-диметилгексана в сравнении со спектром н-октана, который является его изомером. Интенсивность линий, принадлежащих ионам с массовыми числами 71 и 85 в спектре разветвленного изомера, намного превышает интенсивность таких линий в спектре н-октана. Это указывает на то, что молекулярный ион с большей вероятностью разорвет связи в сайте разветвления, и это явление используется для поиска сайта разветвления в алканах.
По мере увеличения длины углеводородной цепи вероятность разрыва связи C-H уменьшается.
Молекулярные ионы чаще образуются в ароматических соединениях. Поэтому в их масс-спектре интенсивность линий, соответствующих M +, велика, количество линий, принадлежащих ионным фрагментам, мало, а интенсивность мала. В ароматических производныхВероятность разрыва связи высока, молекула тропилизируется в результате разрыва этой связи и перегруппировки. ион образуется. В масс-спектре таких соединений также обычна спектральная линия, принадлежащая иону тропиля с массовым числом 91. Стрелка в форме дуги указывает место, где должен пройти электрон при распаде молекулы.