O'zbekiston respublikasi oliy va o'rta maxsus ta'lim vazirligi farg‘ona Davlat Universiteti Magistratura bo’limi

8- mavzu: Mass-spektroskopiya asoslari, spektrlarni tahlil qilish usullari

Mass-spektrometriya (mass-spektroskopiya, mass-spektrografiya, mass-spektral tahlil, mass-spektrometrik tahlil) — tadqiqot usuli moddani aniqlash va unda turli komponentlar (izotop, elementar yoki kimyoviy tarkibi) kontsentratsiyasini aniqlash imkonini beradi. O'lchov uchun asos komponentlarning ionlashtirilishi bo'lib, ular massani zaryadga bo'lgan munosabatini tavsiflovchi va ion oqimining intensivligini o'lchaydigan komponentlarni fizik ajratib olish imkonini beradi, har bir komponentning ulushini alohida hisoblab chiqadi (moddaning massa spektrini olish).

Toluolning massa spektri

Mass-spektrometriya kimyoviy moddaning xususiyatlarini va kelib chiqishini tekshirishga imkon beradi, sanoat va tibbiy jihatdan "mass-spektrometriyadan foydalanish katta ahamiyat beradi.

Massa spektri-ion oqimining intensivligi (modda miqdori) massaning zaryadga bo'lgan munosabatiga (moddaning tabiati) bog'liq. Har qanday molekula massasi uning tarkibidagi atomlarining massasidan tashkil topganligi sababli, massa spektri har doim diskret bo'ladi, garchi mass-spektrometrning past o'lchamlari bilan turli komponentlarning tepalari bir-biriga o'xshash yoki hatto birlashtirilishi mumkin. Tahlil qilinayotgan moddaning tabiati, ionlash usulining xususiyatlari va mass-spektrometrdagi ikkilamchi jarayonlar massa spektriga ta'sir qilishi mumkin Shunday qilib, bir xil massa nisbati bilan zaryadga ega bo'lgan ionlar spektrning turli qismlarida bo'lishi mumkin va hatto uning bir qismini doimiy ravishda bajarishi mumkin.

Ishlash printsipi va massa spektrometr qurilmasi

Mass-spektrometrning ishlash printsipi

Magnit maydonda harakatlanadigan zaryadlangan zarrachada Lorentsning kuchi uning traektoriyasini buzadi. Magnit maydonda harakatlanadigan ionlangan atomlarning traektoriyasidagi farqni aniqlash uchun ion massasi va zaryadining nisbati haqida xulosa chiqarish mumkin.

Mass-spektrometr dizayni namuna moddasi ionizatori, ion tezlatgichi, kuchli magnit maydon manbai va ion oqim detektorlari to'plamini o'z ichiga oladi.

Ion manbalari

Mass-spektrni olish uchun birinchi narsa neytral molekulalarni va atomlarni har qanday organik yoki noorganik moddani tashkil etuvchi zarrachalarga aylantirishdir. Bu jarayon ionlash deb ataladi va organik va noorganik moddalar uchun turli yo'llar bilan amalga oshiriladi. Ikkinchi shart-ionlarni massa spektrometrining vakuum qismida gaz fazasiga o'tkazishdir. Chuqur vakuum mass-spektrometr ichidagi ionlarning erkin harakatlanishini ta'minlaydi va uning yo'qligida ionlar tarqaladi va qayta birlashtiriladi (qayta zaryadlanmagan zarrachalarga aylanadi).

Ionlashdagi eng kichik molekulalar faqat bitta ijobiy yoki salbiy zaryadga ega. Molekulyar qanchalik katta bo'lsa, ionlash vaqtida u ko'p zaryadli ionga aylanadi. Shuning uchun, ayniqsa, bu ta'sir juda katta molekulalarga, masalan, oqsillar, nuklein kislotalar va polimerlarga nisbatan namoyon bo'ladi. Ba'zi ionlash turlari (masalan, elektron zarba) bilan molekula noma'lum moddalar tuzilishini aniqlash va tadqiq qilish uchun qo'shimcha imkoniyatlar beruvchi bir necha xarakterli qismlarga bo'linishi mumkin.

Mass-spektrometr oqim sxemasi

1-namuna kiritish tizimi

2-ion tezlatgichi bilan ionlashtiruvchi manba

3 – mass-analizator (ionlarni ajratish qurilmasi)

4-detektor

5 – o'lchov yoki ro'yxatga olish qurilmasi

Shartli ravishda, organik moddalarni ionlash usullari ionlashdan oldin moddalar mavjud bo'lgan bosqichlarga ko'ra tasniflanishi mumkin.

1.Gaz fazasi

-elektron ionlanish (EI)

-kimyoviy ionlash (CI)

-Elektronni qo'lga kiritish bilan ionlash (ingliz.)rus. (EC)

-elektr maydonida ionlash (FI)

2.Suyuq faza

-termospray

-atmosfera bosimida ionlash (AP)

-elektr sprey (APESI)

-atmosfera bosimida kimyoviy ionlanish (APCI)

-atmosfera bosimida fotosintez (APPI)

3.Qattiq faza

-to'g'ridan-to'g'ri lazer desorbsiyasi-massa spektrometri ( LDMS)

-matritsa faollashtirilgan lazer desorbsiyasi/ionlash (MALDI)

-ikkilamchi ionlarning massa spektrometri (SIMS)

-tez atomlar bilan bombardimon qilish (FAB)

-elektr maydonida desorbsiya (FD)

-plazma chiqib ketish (PD)

Noorganik kimyoda element tarkibini tahlil qilish uchun qattiq ionlash usullari qo'llaniladi, chunki qattiq tanadagi atomlarning bog'lanish energiyasi bu aloqalarni buzish va ionlarni olish uchun juda katta va juda qattiq usullarni qo'llash kerak.

-indüktif bog'liq plazmadagi ionlanish (ICP)

-termoiyonizatsiya yoki sirt ionizatsiyasi

-yaltiroq oqim va uchqun ionlashida ionlanish (uchqun toifasiga qarang)

-lazer ablasyon jarayonida ionlanish

Tarixiy jihatdan, birinchi ionlash usullari gaz fazasi uchun ishlab chiqilgan.

Afsuski, ko'plab organik moddalarni bug'lash mumkin emas, ya'ni gaz fazasiga aylantirilmaydi. Bu degani, ular elektron zarba bilan ionlashtirilmaydi. Ammo bunday moddalar orasida deyarli hamma narsa tirik to'qima (oqsillar, DNK va boshqalar), fiziologik faol moddalar, polimerlar, ya'ni bugungi kunda alohida qiziqish uyg'otmoqda. Mass-spektrometriya hali ham to'xtamaydi va so'nggi yillarda bunday organik birikmalarni ionlashtirishning maxsus usullari ishlab chiqildi. Bugungi kunda, asosan, ulardan ikki ishlatiladi — atmosfera bosimi ionlanish va uning pastki — elektrosprey, atmosfera bosimi (APCI) va atmosfera bosimi (APPI) da fotoiyonizasyon kimyoviy ionlash, shuningdek, matritsa (MALDI) yordamida lazer desorbsiyasi bilan ionlash.

Mass-analizatorlar

Ionlash natijasida olingan ionlar elektr maydonidan foydalanib, mass-analizatorga o'tkaziladi. Mass - spektrometrik tahlilning ikkinchi bosqichi boshlanadi-massa tomonidan ionlarni saralash — aniqrog'i, massaga nisbatan yoki m/z). Quyidagi mass-analizatorlar mavjud:

-Magnit va elektrostatik sektor mass-analizator (eng. Sector instrument)

-Kvadrat mass-analizator (ingliz tili. Quadrupole mass analyzer)

-Pulse mass-analizatorlari

-Time-of-flight bilan mass-analizator

Uzluksiz va impuls mass-analizatorlar o'rtasidagi farq, birinchi ionlar doimiy oqim bilan, ikkinchidan, muayyan vaqt oralig'ida bo'ladi.

Mass-spektrometrda ikkita mass-analizator bo'lishi mumkin. Bunday massa spektrometri tandem deb ataladi. Tandem massalari spektrometrlari, qoida tariqasida, tahlil qilingan molekulalarning (molekulyar ionlarning) ionlarining parchalanishiga olib kelmaydigan "yumshoq" ionlash usullari bilan birgalikda qo'llaniladi. Shunday qilib, birinchi massa analizatori molekulyar ionlarni tahlil qiladi. Birinchi massa analizatorini tark etgach, molekulyar ionlar inert gaz molekulalari yoki lazer nurlari bilan to'qnashuv ta'sirida parchalanadi, undan keyin ularning qismlari ikkinchi massa analizatorida tahlil qilinadi. Spektrometrlarning tandem massasining eng keng tarqalgan konfiguratsiyasi quadrupol-quadrupol va quadrupol-vaqt.

Yassi detektorlari

Shunday qilib, soddalashtirilgan mass-spektrometrning oxirgi elementi zaryadlangan zarrachalarning detektori hisoblanadi. Birinchi massa spektrometrlari fotosintez detektori sifatida ishlatilgan. Endi ion, birinchi dinozavr olish, o'z navbatida, keyingi dinozavr olish elektronlar bir guruh, uni taqillatib, va hokazo yana bir variant, undan chiqib taqillatib qaysi ikkilamchi-elektron multiplikatorlar, ishlatiladi - .. luminophorus ionlari bilan bombardimon paytida yuzaga keladigan nurni qayd etuvchi fotomagnitorlar. Bundan tashqari, mikrokanal multiplikatorlar, diodli matritsalar va kollektorlar kabi tizimlar ishlatiladi, ular ma'lum bir joyga (Faraday kollektorlari) tushgan barcha ionlarni yig'adilar.