Масс-спектрометрия (МС) является аналитической лабораторной техникой для разделения компонентов образца по их масса и электрический заряд. Прибор, используемый в МС, называется масс-спектрометром. Он производит масс-спектр, который отображает отношение массы к заряду (m / z) соединений в смеси.
Как работает масс-спектрометр
Три основные части масс-спектрометра ион источник, масс-анализатор и детектор.
Шаг 1: Ионизация
Исходный образец может быть твердым, жидким или газообразным. Образец испаряется в газ и затем ионизируется источником ионов, обычно теряя электрон, чтобы стать катионом. Даже частицы, которые обычно образуют анионы или обычно не образуют ионы, превращаются в катионы (например, галогены, такие как хлор, и благородные газы, такие как аргон). Ионизационная камера находится в вакууме, поэтому вырабатываемые ионы могут проходить через прибор, не попадая в молекулы из воздуха. Ионизация происходит от электронов, которые образуются при нагревании металлической катушки, пока она не выпустит электроны. Эти электроны сталкиваются с молекулами образца, сбивая один или несколько электронов. Поскольку для удаления более одного электрона требуется больше энергии, большинство катионов, образующихся в ионизационной камере, несут заряд +1. Положительно заряженная металлическая пластина выталкивает ионы образцов в следующую часть машины. (Примечание. Многие спектрометры работают либо в режиме отрицательных ионов, либо в режиме положительных ионов, поэтому важно знать настройку для анализа данных.)
Шаг 2: Ускорение
В масс-анализаторе ионы затем ускоряются через разность потенциалов и сосредоточены в луче. Цель ускорения - дать всем видам одинаковую кинетическую энергию, как начать гонку со всеми бегунами на одной линии.
Шаг 3: прогиб
Ионный пучок проходит через магнитное поле, которое изгибает заряженный поток. Более легкие компоненты или компоненты с большим ионным зарядом будут отклоняться в поле больше, чем более тяжелые или менее заряженные компоненты.
Существует несколько различных типов анализаторов массы. Анализатор времени пролета (TOF) ускоряет ионы до того же потенциала, а затем определяет, сколько времени им нужно, чтобы попасть в детектор. Если все частицы начинают с одинакового заряда, скорость зависит от массы, причем более легкие компоненты достигают детектора первыми. Другие типы детекторов измеряют не только то, сколько времени требуется частице для достижения детектора, но насколько оно отклоняется электрическим и / или магнитным полем, давая информацию, кроме просто масса.
Шаг 4: Обнаружение
Детектор подсчитывает количество ионов при разных отклонениях. Данные представлены в виде графика или спектра разные массы. Детекторы работают, регистрируя наведенный заряд или ток, вызванный ионом, ударяющимся о поверхность или проходящим мимо. Поскольку сигнал очень мал, можно использовать электронный умножитель, чашку Фарадея или ионно-фотонный детектор. Сигнал сильно усиливается для получения спектра.
Масс-спектрометрия использует
МС используется как для качественного, так и для количественного химического анализа. Он может использоваться для идентификации элементов и изотопов образца, для определения массы молекул и в качестве инструмента, помогающего идентифицировать химические структуры. Он может измерять чистоту образца и молярную массу.
Плюсы и минусы
Большое преимущество массовой спецификации перед многими другими методами заключается в том, что она невероятно чувствительна (частей на миллион). Это отличный инструмент для идентификации неизвестных компонентов в образце или подтверждения их наличия. Недостатки массовых характеристик заключаются в том, что он не очень хорошо идентифицирует углеводороды, которые производят сходные ионы, и не способен отличить оптические и геометрические изомеры. Недостатки компенсируются комбинированием MS с другими методами, такие как газовая хроматография (ГХ-МС).