Масс-спектрометрия. (Лекция 6) презентация

МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТР НА СЛУЖБЕ У ФИЗИКОВ И ХИМИКОВ

метод масс-спектрометрии 1. Превратить нейтральные частицы – атомы или молекулы в частицы заряженные – ионы. 2. Разделить образовавшиеся ионы в пространстве в соответствии с их массой посредством электрического или магнитного поля. 3. Измеряя электрический ток, образуемый направленно движущимися ионами, можно судить об изотопном, атомарном и молекулярном составе анализируемого вещества как на качественном, так и на количественном уровне.

Как получают ионы Электронный удар

Как разделяют образовавшиеся ионы по массам

Другие способы разделения ионов по массе Комбинированное высокочастотное (несколько мегагерц) переменное и постоянное электрическое напряжение вида U =V+U0cos ωt, подаваемое на систему четырех электродов (рис. 2), вынуждает ионы совершать колебательное движение в такт с частотой ω этого поля.

Времяпролётный масс-спектрометр кратковременный импульс постоянного электрического поля (рис. 3).

масс-спектрометр ион-циклотронного резонанса ион движется под действием сразу двух полей: сильного постоянного магнитного и переменного электрического (рис. 4). Под действием магнитного поля ион движется по окружности с циклической частотой определяемой массой иона и магнитной индукцией.

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЕЙ Определение изотопного состава элементов и массовых чисел новых элементов. Cl35 (76%) и Cl37 (24%), вследствие чего его средняя атомная масса, приводимая в справочниках, нецелочисленна и равна 35,5 а.е.м. Элемент бром представлен двумя изотопами – 35Br79 и 35Br81 с практически одинаковой распространенностью – 51 и 49%. В результате в расчетах мы как бы используем массу несуществующего стабильного изотопа бром-80.

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЕЙ Разделение изотопов Точное определение масс и идентификация вещества. ( 6С12) а.е.м., E св = с 2 ∆m я . Так, иод имеет единственный стабильный изотоп 53I127 . Точное значение его массы 126, 904 а.е.м. Суммирование масс покоя 53 протонов и 74 нейтронов дает 128, 027 а.е.м., то есть дефект массы ядра в данном случае составляет 1,152 а.е.м. Например, ион CO+ совпадает по массе с ионом молекулы азота N2+ , 28 а.е.м. (27,994 а.е.м. для СО и 28,006 для N2)

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЕЙ Определение состава вещества – качественный и количественный анализ. Так, при ионизации диэтилового эфира помимо молекулярного иона СН3СН2ОСН2СН3+ образуются осколочные ионы. Наличие в масс-спектре ионов с массой, меньшей молекулярного на 15 а.е.м., говорит о содержании в молекуле метильных групп СН3. Ион с массой 45 является фрагментом, образовавшимся при отрыве этильной группы С2Н5 (m/q = 29)

Ионизация электронным ударом – зависимость интенсивности пика молекулярного иона от величины энергии ионизации:

Ионизация электронным ударом

Ионизация электронным ударом

Определение структуры молекулы и энергетических характеристик. химическая ионизация С помощью обычного электронного удара ионизируют не исследуемый газ, а газ-реагент (метан, изобутан, аммиак). Последующие реакции между положительно заряженными ионами-реагентами ХН+ и молекулами М образца идут в основном по пути протонирования (переноса протона): М + ХН+ МН+ + Х

Химическая ионизация (CI, Chemical Ionization) Химическая ионизация – второй по распространенности метод ионизации в настоящее время. Ионизация образца происходит не пучком электронов, как в случае электронной ионизации, а пучком предварительно ионизированных молекул газа, например, метана или аммиака. Ионизация молекул газа происходит при помощи электронной ионизации при 150-200 эВ и дальнейшего химического превращения газа-ионизатора. На примере метана: CH4  CH4+ CH4+ + CH4  CH5+ + CH3 Сталкиваясь с молекулами образца, ионизированные молекулы газа передают свой заряд в виде протона: M + CH5+  MH+ + CH4 Далее протонированная молекула образца выталкивается электрическим полем в сторону масс-анализатора.

Химическая ионизация Достоинства: 1. Мягкий метод ионизации, молекуле образца передается около 5 эВ избыточной энергии, что препятствует процессам фрагментации и позволяет подвергать анализу нестойкие молекулы. 2. Интенсивный пик молекулярного иона. Недостатки: 1. Отсутствие фрагментации, что не позволяет судить о структуре вещества и сравнить спектр с базами масс-спектральных данных. 2. Возможно провести анализ только тех соединений, которые можно перенести в газовую фазу (испарить).

хромато-масс-спектрометрический метод анализа