Масс-спектрометрия. (Лекция 6)

Июль 22, 2022

Главная
Физика
Масс-спектрометрия. (Лекция 6)

Содержание

2. метод масс-спектрометрии 1. Превратить нейтральные частицы – атомы или молекулы в частицы заряженные – ионы. 2.
3. Как получают ионы Электронный удар
4. Как разделяют образовавшиеся ионы по массам Кинетическая энергия иона после выхода из ионизационной камеры: Сила Лоренца:
5. Другие способы разделения ионов по массе Комбинированное высокочастотное (несколько мегагерц) переменное и постоянное электрическое напряжение вида
6. Времяпролётный масс-спектрометр кратковременный импульс постоянного электрического поля (рис. 3).
7. масс-спектрометр ион-циклотронного резонанса ион движется под действием сразу двух полей: сильного постоянного магнитного и переменного электрического
8. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЕЙ Определение изотопного состава элементов и массовых чисел новых элементов. Cl35
9. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЕЙ Разделение изотопов Точное определение масс и идентификация вещества. ( 6С12)
10. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЕЙ Определение состава вещества – качественный и количественный анализ. Так, при
11. Ионизация электронным ударом – зависимость интенсивности пика молекулярного иона от величины энергии ионизации: Масс-спектр электронного удара
12. Ионизация электронным ударом ПРЕИМУЩЕСТВА ЭЛЕКТРОННОЙ ИОНИЗАЦИИ 1. Наиболее распространенный и простой в реализации метод ионизации 2.
13. Ионизация электронным ударом ВАЖНО!!! Энергия в 70 эВ для ионизирующих электронов в настоящее время принята за
14. Определение структуры молекулы и энергетических характеристик. химическая ионизация С помощью обычного электронного удара ионизируют не исследуемый
15. Химическая ионизация (CI, Chemical Ionization) Химическая ионизация – второй по распространенности метод ионизации в настоящее время.
16. Химическая ионизация Достоинства: 1. Мягкий метод ионизации, молекуле образца передается около 5 эВ избыточной энергии, что
17. хромато-масс-спектрометрический метод анализа
18. Рис. Масс-спектрометр высокого разрешения Thermo Electron DFS с газовым хроматографом Thermo Electron Trace GC Ultra НИОХ
20. Скачать презентацию

Слайд 2

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.

Слайд 3

Как получают ионы
Электронный удар

Слайд 4

Как разделяют образовавшиеся ионы по массам
Кинетическая энергия иона после выхода

из ионизационной камеры:

Сила Лоренца:

Центростремительная сила:

Приравнивая:

Итог:

Слайд 5

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.

Все ионы с отличными массами будут двигаться с нарастающими амплитудами колебаний, что приводит к их нейтрализации на стенках электродов. Путем изменения амплитуды высокочастотного напряжения U0 или его частоты ω масс-анализатор настраивают на регистрацию ионов той или иной требуемой массы.

Слайд 6

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

Слайд 7

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.

При равенстве частот ωЕ и ωВ (последняя зависит от массы иона) наступает резонанс, проявляющийся в заметном поглощении энергии электрического поля.

Слайд 8

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.

Слайд 9

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)

Слайд 10

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)

Слайд 11

Ионизация электронным ударом – зависимость интенсивности пика молекулярного иона от величины

энергии ионизации:

Масс-спектр электронного удара этилпропионата CH3-CH2-C(=O)-O-CH2-CH3
(молекулярная масса 102) при энергиях ионизирующих электронов 70, 20 и 14 эВ – чем меньше энергия ионизации, тем выше пик молекулярного иона

Слайд 12

Ионизация электронным ударом
ПРЕИМУЩЕСТВА ЭЛЕКТРОННОЙ ИОНИЗАЦИИ
1. Наиболее распространенный и простой в реализации

метод ионизации
2. Богатый фрагментами масс-спектр соединений, что позволяет проводить структурные исследования
3. Наличие больших баз данных масс-спектров, позволяющих быстро производить идентификацию соединений
НЕДОСТАТКИ
1. Не всегда можно получить молекулярный ион
2. Большая фрагментация образца, иногда трудно по фрагментации проследить направление превращения иона под
3. Невозможность работы с образцами, которые нельзя перевести в пары.

Слайд 13

Ионизация электронным ударом
ВАЖНО!!!
Энергия в 70 эВ для ионизирующих электронов в настоящее

время принята за стандарт, приборы с электронной ионизацией образца, выпускаемые промышленностью, как правило, имеют именно эту величину энергии ионизации, либо позволяют ее установить. Также базы данных масс-спектров содержат масс-спектры, записанные на приборах с электронной ионизацией образца и энергией ионизации в 70 эВ. Масс-спектры в научных изданиях (журналах, монографиях, сборниках трудов конференций) приводятся, как правило, именно с энергией ионизации образца в 70 эВ (исключения редки).

Слайд 14

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

Слайд 15

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.

Слайд 16

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).

Слайд 17

хромато-масс-спектрометрический метод анализа

Слайд 18

Рис. Масс-спектрометр высокого разрешения Thermo Electron DFS с газовым хроматографом Thermo

Electron Trace GC Ultra

НИОХ СО РАН имеет в своей Лаборатории Физических Методов Исследования два прибора высокого разрешения – классический масс-спектрометр с двойной (электрической и магнитной) фокусировкой Thermo Electron DFS (Double Focusing System) и времяпролетный масс-спектрометр Bruker micrOTOFQ. Основные выполняемые задачи – установление элементного состава соединений.

Масс-спектрометрия. (Лекция 6)

Содержание

метод масс-спектрометрии 1. Превратить нейтральные частицы – атомы или молекулы в

Как получают ионы Электронный удар

Как разделяют образовавшиеся ионы по массам Кинетическая энергия иона после выхода

Другие способы разделения ионов по массе Комбинированное высокочастотное (несколько мегагерц) переменное

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

масс-спектрометр ион-циклотронного резонанса ион движется под действием сразу двух полей: сильного

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЕЙ Определение изотопного состава элементов и массовых

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЕЙРазделение изотоповТочное определение масс и идентификация вещества.

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЕЙОпределение состава вещества – качественный и количественный