Разделение ионов

Для разделения ионов по массам или, точнее, в соответствии с отношением их массы к заряду используют чаще всего магнитные, электростатические и квадрупольные анализаторы. Тип используемого анализатора в значительной степени определяет одну из важнейших характеристик масс-спектрометров – разрешающую способность, определяющую точность, с которой может быть установлена масс иона.

В общем случае разрешающую способность (R) масс-спектрометра определяют как отношение измеряемой массы к разности масс между двумя соседними идентифицируемыми ионами:

R = M/ ∆ M.

Обычно говорят о разрешении на какой-то высоте между пиками, например 5 или 10% (рис. 1.3). Из формулы следует, что если разрешающая способность масс-спектрометра равна 600, то пики с массовыми числами 600 и 601 или 599 и 600 (∆ M = 1) полностью разделяются и перекрываются лишь на уровне 5 или 10%.

В зависимости от разрешающей способности масс-спектрометры условно делят на два типа: низкого и среднего разрешения (R = 500: 1500) и высокого разрешения (R >15000). Приборы первого типа наиболее часто используют для определения только целочисленной массы ионов. Все элементы и изотопы из-за дефектка масс имеют нецелочисленную массу. Дробную масс имеют и частицы, составленные из них. Ионы, которые образуются из молекул, содержащих различные элементы, и имеют одинаковую целочисленную массу (изобарные ионы), как правило, различаются в дробной части.

Иллюстрацией этого служит сравнение молекул азота, оксида углерода и этилена, которые имеют целочисленную массу 28, но различаются в дробной части (N₂:28,0061;CO:27,9949;C₄H₄:28,031). На приборах низкого разрешения ионы этих трех молекул проявляются виде одного пика с m/z (рис. 1.4, а). Однако на приборе высокого разрешения каждый из этих ионов дает собственный пик (рис. 1.4, б). Используя приведенную выше формулу и точные массы ионов, можно рассчитывать минимальную разрешающую способность прибора, необходимую для разделения любой пары соседних пиков ионов с одинаковой целочисленной массой. Чем больше целочисленная масса ионов и меньше разница в нецелочисленных значениях, тем необходима большая разрешающая способность прибора.

Масс-спектрометр высокого разрешения позволяет определять точную массу иона. Для этого в прибор вместе с анализируемым веществом вводят образец соединения сравнения (эталон). Это соединение в измеряемом диапазоне масс имеет ряд характеристических ионов с известным точным значением масс (таким веществом чаще всего является перфторкеросин). Точную массу определяемого иона находят путем сравнения с точным значением массы ближайшего характеристического иона – эталона.

Установив точную массу иона, находят его элементный состав. Чем выше точность определения массы, тем выше вероятность различения изобарных ионов и точность определения их элементного состава. Таким образом, масс-спектрометрия высокого разрешения может служить эффективным методом элементного анализа органических соединений.

Дата добавления: 2015-11-16