МАС-СПЕКТРОСКОПІЯ

МАС-СПЕКТРОСКОПІЯ (лат. spectrum — видиме, видіння + грец. skopeo — дивлюся) — комбінований метод дослідження структури і складу речовини, що базується на іонізації та руйнуванні молекул за допомогою різноманітних видів впливів на речовину, розподілу у просторі утворених фрагментів за параметром m/q (m — маса, q — заряд частки) у різних силових полях (електричному, магнітному або їх комбінації) з наступним визначенням мас цих уламків. Сила взаємодії заряджених часток з електричним E і магнітним B полем (сила Лоренца) має вигляд:

534534

випливає, що в принципі іони можна розподіляти за масами (точніше за параметром m/q) як за допомогою електричного, так і магнітного полів. Якщо використати, напр. магнітне поле, спрямоване перпендикулярно до швидкості іонів, які рухаються по колу радіуса r, то останнє рівняння буде мати вигляд: mv2/r = qvB, звідки радіус траєкторії r = mv/qB. Швидкість v іони можуть отримати в електричному полі з різницею потенціалів U:

2235

Таким чином, залежно від m, q, B і U іони рухаються за різними траєкторіями різноманітних радіусів, тобто просторово розподіляються. Сукупність значень мас-часток та їх відносний вміст називається мас-спектром. У мас-спектрометрі пари досліджуваної речовини невеликими порціями крізь спеціальну систему напуску вводяться в іонізаційну камеру, де утворюється і підтримується глибокий вакуум (P~10–4Па). Тут молекули речовини іонізуються потоком електронів, які випромінюються розжареним катодом (іонізація електронним ударом). Утворені, як правило, позитивні іони прискорюються і фокусуються у сильному постійному електричному полі, набуваючи необхідної швидкості, та потрапляють у слабкозмінне магнітне поле. У формулі (2) показано, що якщо U=const, то при зміні магнітного поля на одну й ту ж траєкторію з певним радіусом кривизни r будуть потрапляти різні за параметром m/q частки. Таким чином, на вхідну щілину детектора іонів, яка лежить на цій траєкторії, змінюючи величину магнітного поля В, можна посилати різні іони з певним значенням параметра m/q, що, власне, і формує іонний мас-спектр. Реєструвальний прилад мас-спектрометра буде видавати розподільні сигнали, які відповідають цим часткам, у вигляді залежності іонного струму I від параметра m/q. Враховуючи те, що молекулярні уламки, як правило, однократно іонізовані (дуже рідко q≥2), величину m/q можна вважати мірою маси частки і, отже, функцію I(m) — мас-спектром досліджуваної речовини. У мас-спектрі кожен позитивно заряджений іон проявляється у вигляді окремого сигналу (піку), положення якого на залежності I(m) визначається масою іона, а його інтенсивність — кількістю часток з даною масою. У сучасних мас-спектрометрах сам експеримент і обробка даних мас-спектра будь-якої складності проводяться за допомогою комп’ютера надзвичайно швидко (аж до часток секунди), причому дуже висока чутливість приладу дозволяє з метою одержання мас-спектра у стандартних умовах задовольнятися дуже малою кількістю речовини, що аналізується, — близько мільярдних часток грама.

Мас-спектральний аналіз, особливо у поєднанні з хроматографією (мас-спектрометр з хроматографом на вході — хромас) — один із найбільш інформативних сучасних методів дослідження речовини. М.-с. широко використовується для визначення ат. м. та мол. м. речовини, структури молекул за характерними мас-спектрами утворених фрагментів для тих чи інших ізомерів, для визначення ізотопного складу речовини, а також для кількісного аналізу сумішей, включаючи визначення мікродомішок. Крім цього, М.-с. застосовується для дослідження різноманітних фізико-хімічних процесів: визначення енергії іонізації, теплоти випаровування, енергії зв’язку атомів у молекулах тощо. У медицині та фармації М.-с. з успіхом застосовується для порівняльного аналізу речовин, які утворюються в організмі у нормі та при різноманітних захворюваннях, а також для визначення ступеня чистоти лікарських речовин.

Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. — М., 2003; Вульфсон Н.С., Заикин В.Г., Микая А.И. Мас-спектрометрия органических соединений. — М., 1986.