Іонізація - Студопедія
Найбільш старий і найбільш широко застосовується в сучасній мас-спектрометріїметод іонізації молекул органічних сполук - це, так званий,електронний удар (ЕУ, англійською EI - Electron Impact). Для того, щоб іонізувати органічну речовину, його потрібно спочатку з конденсованої фази (рідина, тверде тіло) перевести якимось чином в газову фазу, наприклад, нагріти (цього не потрібно робити з газами). Потім, їх потрібно ввести в так зване джерело іонів, де вони бомбардуються пучком електронів, який можна отримати нагріваючи, наприклад, металеву стрічку (катод). Можна помістити речовину в конденсованій фазі джерело іонів і там його випарувати. Електрони - легкі проти молекулами негативно заряджені частинки - зіштовхуючись із молекулами виривають з електронних оболонок електрони і перетворюють молекули на іони. При цьому молекули часто розвалюються на заряджені фрагменти за певним для кожного з'єднання механізмом. Саме в результаті цього процесу в кінцевому підсумку вийде мас-спектр - набір розсортованих за масами іонів - несучий інформацію про структуру молекули і, часто, настільки характерний для певного органічного з'єднання, що його називають "відбитком пальців", тобто настільки ж індивідуальний як малюнок на пальцях людини. Все це має відбуватися у вакуумі, інакше електрони занадто швидко зарядять молекули, що становлять компоненти повітря, а іони, що утворилися з тієї сполуки, яка нас цікавить, надто швидко знову перетворяться на нейтральні молекули.
Інший спосіб іонізації - це іонізація в іонно-молекулярних реакціях, звана хімічною іонізацією (ХІ, CI - Chemical Ionization). При цьому способі джерело іонів заповнюється будь-якимгазом при підвищеному тиску (типово використовується метан або ізобутан, дуже рідко аміак та інші гази), який іонізується тим самим електронним ударом, а в результаті великої популяції молекул у джерелі починають відбуватися іонно-молекулярні реакції, що ведуть до утворення іонів-реагентів, які , своєю чергою взаємодіють із молекулами речовини, ведучи до їх іонізації. У цьому відбувається протонування, тобто. освіту позитивно заряджених іонів. З'єднання, що вводяться в джерело іонів, також можуть реагувати з "повільними" ("термічними") електронами, які охоче утворюються і блукають у плазмі джерела працюючого в режимі хімічної іонізації. У цьому взаємодії відбувається дисоціативний резонансний захоплення електронів, провідний до того що, що утворюється іон з " надлишковим " електроном, тобто. негативно заряджений.
Така іонізація в газовій фазі є "м'якою", тобто іони, що утворилися, не розвалюються на дрібні фрагменти, а швидше залишаються великими шматками або трохи менше, ніж вихідна молекула, або навіть більше її за рахунок приєднання інших іонів. Цей метод дає менше інформації про те, як влаштовано структуру молекули, зате з його допомогою легше визначити її молекулярну масу. Це стосується переважно позитивно заряджених іонів.
Великимперевагою хімічної іонізації з утворенням негативних іонів є значне поліпшення чутливості та селективності щодо обраних сполук (з'єднань з великою спорідненістю до електрона, наприклад, що містять атоми галогенів). Межа виявлення таких сполук може бути знижено до трьох порядків.
Для ряду застосувань дуже зручним може бути метод PPNICI (Імпульсна поперемінна реєстрація позитивних іонів та негативних іонів при хімічнійіонізації), що реалізується на ГХ/МС марки FINNIGAN. У цьому методі від однієї зйомки зразка виходять дві хроматограми (і відповідно дві сукупності мас-спектрів): одна за позитивно зарядженими іонами, інша - по негативно. Тандемна мас-спектрометрія (або багатостадійна або багатовимірна) корисна для того, щоб використовувати інформаційно значущі іони, що утворилися при хімічній іонізації, і піддати додаткової фрагментації, що дозволяє виявити структури фрагментів молекули.
Багато органічних речовин неможливо випарувати без розкладання, тобто перевести в газову фазу. А це означає, що їх не можна іонізувати електронним ударом. Але серед таких речовин майже все, що становить живу тканину (білки, ДНК тощо), фізіологічно активні речовини, полімери, тобто все те, що сьогодні становить особливий інтерес. Мас-спектрометрія не стояла дома і останні роки було розроблено спеціальні методи іонізації таких органічних сполук. Сьогодні використовуються, в основному,методи іонізації при атмосферному тиску - іонізація в електроспреї (ESI) або -хімічна іонізація при атмосферному тиску - APCI (і її підвид з додатковою фотоіонізацією - APPI), а такожіонізація лазерною десорбцією за сприяння матриці.
У першому випадку рідина (що цікавлять нас сполуки з розчинником) виривається під тиском разом з коаксіально подається розігрітим газом (азотом) з вузького капіляра (насправді, голки, яка знаходиться під підвищеним потенціалом - 5 - 10 кВ) з величезною швидкістю і прямо в цьому струмені дрібнодисперсного туману з оболонок молекул зриваються електрони, перетворюючи їх на іони. Більшість розчинника під час руху цього струменя перетворюється на газову фазу і потрапляє у отвір вхідного конуса джерелаіонів API.
У режимі хімічної іонізації при атмосферному тиску потенціал прикладається не до голки, через яку надходить рідина, а до електрода в області розпилення, що призводить до утворення коронного розряду. У цьому випадку фрагментація значно менша, ніж у попередньому - електроспреї (ESI).
У методі MALDI лазерний промінь вириває іони з поверхні мішені, на яку нанесений зразок із спеціально підібраною матрицею.
Для іонізації неорганічних матеріалів (метали, сплави, гірські породи тощо) потрібне використання інших методів. Енергії зв'язку атомів у твердому тілі набагато більші і значно жорсткіші методи необхідно використовувати для того, щоб розірвати ці зв'язки та отримати іони. Багато способів іонізації були випробувані і на сьогоднішній день лише кілька з них застосовуються в аналітичній мас-спектральній практиці.
Перший метод, найпоширеніший,іонізація в індуктивно-пов'язаній плазмі. Індуктивно-пов'язана плазма (ІСП, ICP) утворюється всередині пальника, в якому горить, як правило, аргон. Аргон, взагалі кажучи, інертний негорючий газ, тому щоб змусити його горіти, в нього закачують енергію, поміщаючи пальник в індукційну котушку. Коли в плазму аргонового пальника потрапляють атоми та молекули, вони миттєво перетворюються на іони. Для того, щоб ввести атоми і молекули матеріалу, що цікавить, в плазму їх зазвичай розчиняють у воді і розпорошують у плазму у вигляді дрібної суспензії. Інший метод полягає в тому, щоб перетворити речовину на газ. Наприклад, це роблять за допомогою потужного лазерного променя, який "вибухає" кратер у підставленому під нього шматочку матеріалу, переводячи невелику його частину в газоподібний стан (лазерна абляція).
Інший спосіб -термоіонізація або поверхневаіонізація. Аналізована речовина наноситься на тяганину з тугоплавкого металу, по якій пропускається струм, що розігріває її до високої температури. За рахунок високої температури нанесена речовина випаровується та іонізується. Цей метод зазвичай використовується в ізотопній мас-спектрометрії.
Починаючи від іонного джерела і до детектора мас-спектрометр є вакуумним приладом. Досить глибокий вакуум забезпечує безперешкодний рух іонів усередині мас-спектрометра, а за його відсутності іони просто розсіятися і рекомбінуються (перетворяться назад на незаряджені частки).
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: