Бомбардировка ускоренными ионами или атомами

(МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ ВТОРИЧНЫХ ИОНОВ)

Бомбардировка ускоренными атомами или ионами – также «мягкий» и довольно универсальный метод анализа труднолетучих, полярных и термически лабильных соединений. В основу метода положен следующий принцип. Пучок быстро движущихся атомов или ионов ударяется под углом 60-70° о металлическую поверхность, покрытую образцом, передавая большую часть своей высокой кинетической энергии молекулам образца. Образец при этом интенсивно разогревается, молекулы частично отрываются от его поверхностных слоев, переходя в газообразное состояние. При этом происходит также образование положительных и отрицательных ионов. Нейтральные молекулы образца могут ионизироваться в плазме над поверхностью.

Устройство ионного источника для вторично-ионной масс-спектрометрии довольно простое (рис.2.9). Он содержи пушку (4), генерирующую быстрые атомы или ионы, шток (1) с металлическим (обычно медным) скошенным наконечником (2), на который наносится образец (3), и систему фокусировки и ускорения образующихся вторичных ионов (6). Изменяя заряд мишени относительно выходной щели источника, в масс-анализатор можно подавать или положительно, или отрицательно заряженные ионы.

В зависимости от характера ионизирующего излучения (ионы, атомы) различают вторично-ионную масс-спектрометрию и масс-спектрометрию с бомбардировкой ускоренными атомами. В первом случае в качестве ионизирующего излучения применяют пучок первичных ионов, получаемых либо ионизацией в разряде инертного газа (Ar⁺, Xe⁺), либо разложением солей (Cs⁺) и ускорением их до энергии 6-8 кэВ. Во втором случае используют ускоренные атомы, которые образуются путем предварительной ионизации в разряде молекул благородного газа (Ar, Xe), ускорения возникающих ионов и последующей их перезарядки:

Быстрые атомы Хе сохраняют большую часть исходной кинетической энергии ионов и направление движения последних.

Вторично-ионную масс-спектрометрию часто используют для изучения поверхности нанесенного конденсированного образца. Хотя в результате нагрева в этом случае может происходить разрушение образца, что приводит к уменьшению выхода вторичных ионов, метод имеет свои преимущества при решении именно подобных задач. Более удобным является растворение исследуемого образца в жидкой матрице типа глицерина, поскольку быстрая диффузия в жидкости обеспечивает постоянное восстановление поверхности.

Бомбардировка быстрыми атомами применяют только для тех веществ, которые способны растворятся в жидкой матрице. Наряду с глицерином для этой цели используют а -тиоглицерин, тригол, тетракол, ди- и триэтанолмаины, полиэтиленгликоль. Необходимо отметить, что масс-спектры, зарегистрированные при ионизации быстрыми атомами и ионами, довольно близки. Однако бомбардировка атомами нашла большее применение в исследовательской практике, особенно при изучении сложных биоорганических молекул.

По существу, бомбардировку быстрыми атомами нельзя рассматривать как «мягкий» метод ионизации, поскольку высокоэнергетические атомы передают молекулам образца значительную энергию, вследствие чего образующиеся родоначальные ионы способны к фрагментации. По характеру же такие спектры близки к спектрам, которые получают при ХИ: они содержат ионы [M+Na]^+∙ или [M-Н]⁻, но не M^+∙ и М^−∙.

Метод бомбардировки ускоренными атомами особенно удобен при исследовании соединений, содержащих кислотные или основные центры, а также имеющих ионные центры (кислоты, аммониевые и другие соли). Для увеличения интенсивности пиков к матрице часто добавляют кислоты, гидроксиды или соли. В случае пептидов, например, добавление НСI резко увеличивает интенсивность пиков ионов [M + H]⁺ . Добавление NaCl применяется при исследовании олигосахаридов и некоторых других соединений, поскольку при этом образуются интенсивные ионы[M+Na]^+∙. Добавку NH₄OH, NaOH или Ca(OH)₂ используют для увеличения выхода отрицательных ионов.

Таким образом, методом бомбардировки ускоренными атомами можно исследовать довольно сложные высокомолекулярные и нелетучие соединения: олигопептиды, олигосахариды, нуклеотиды, витамины, антибиотики. Однако для изучения неполярных соединений этот метод практически непригоден.

В конце 1980-х годов появилась еще одна разновидность этого метода, обеспечивающая бомбардировку быстрыми атомами непрерывного потока. Схема ионного источника в этом случае та же, что и для статического варианта. Отличие заключается лишь в том, что шток содержит капиллярное отверстие, находящееся против мишени. По этому капилляру подается раствор, который вытекает из отверстия на мишень, где и бомбардируется атомами. Метод интересен для исследования смесей биополимеров, разделяемых тем или иным методом (жидкостная хроматография, электрофорез). Растворитель, одновременно являющийся матрицей, обычно состоит из воды (более 90%), глицерина и ацетонитрила.

Дата добавления: 2015-11-16