< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Мас-спектрометрія (МС)

Техніка розділення іонізованих молекул і атомів відповідно до їх маси, яка базується на дії магнітних і електричних полів на пучки іонів у вакуумі, називається мас-спектромегрією. Мас- спектрометр складається з системи підготовки речовини, в якій вона перетворюється на газ; пристрою для іонізації молекул газу; засобу виділення іонів певного знака з плазми та їх прискорення у цьому напрямку; дисперсійного елемента, здатного розділити у просторі або у часі іони певного відношення m/q; детектора, який може кількісно оцінювати іони цього масового числа (сумарної кількості нейтронів і протонів), що проходять крізь вхідну апертуру; вакуумної установки; системи обробки, аналізу і реєстрації інформації.

Принцип дії мас-спектрометра пояснюється на рис. 18.3.

Принцип дії мас-спектрометра

Рис. 18.3. Принцип дії мас-спектрометра

Відомо, що якщо частинка з зарядом q проходить крізь однорідне поле, то на неї діє сила Лоренца. Під впливом відцентрової сили та магнітного поля частинка буде рухатися по криволінійній траєкторії. Баланс сил має вигляд:

(18.1)

де т – маса частинки, кг; о – швидкість руху частинки, м/с; г – радіус кривизни траєкторії, м; q – заряд частинки, Кл; В – магнітна індукція, Тл.

Іони, які проходять послідовно крізь системи магнітного та електричного відхилення, розділяються у просторі відповідно до величини відношення m/q.

Перевагами методу мас-спектрометрії є висока чутливість та точність вимірювань.

Комбінація методів хроматографії та мас-спектрометрії (ГХ/МС)

Поєднання газової хроматографії та мас-спектрометрії дозволяє забезпечити як хроматографічне розділення компонентів суміші, так і мас-спектрометричну ідентифікацію окремих компонентів (рис. 18.4).

Хроматографічне розділення компонентів суміші з мас-спектрометричною ідентифікацією окремих компонентів під час застосування ГХ/МС методу

Рис. 18.4. Хроматографічне розділення компонентів суміші з мас-спектрометричною ідентифікацією окремих компонентів під час застосування ГХ/МС методу

Поєднання газової хроматографії з мас-спектрометрією дає можливість реалізувати інжекцію газової суміші, що аналізується, у колонку газового хроматографа, де компоненти розділяються внаслідок взаємодії з колонкою. Розділені компоненти подаються на вхід мас-спектрометра, який реєструє мас-спектр кожного компонента [Masucci, 2004].

Таким чином, інформація, яку надає система ГХ/МС, більш багата. Для аналізу компонентів, що аналізуються, у пам'яті комп'ютера є електронна бібліотека, що містить дані щодо кількох тисяч можливих компонентів.

Загальним недоліком ГХ, МС та ГХ/МС систем є висока вартість обладнання, тоді як техніка вимірювань вимагає кваліфікованого персоналу.

Метод оптико-акустичної спектроскопії (ОАС)

Цей метод базується на перетворенні поглинутого випромінювання у звукові коливання. Процедура вимірювань полягає у модуляції оптичного (лазерного) випромінювання, яке подається на зразок, розміщений у камері з прозорим вікном. Модульоване випромінювання частково поглинається зразком, а частково витрачається на тепло, яке розсіюється в навколишній простір. Причому, теплове випромінювання змінюється з частотою модуляції. Якщо в камері знаходиться газ, тиск газу буде також змінюватися з тією ж самою частотою, тобто утворювати акустичні коливання. Зміни тиску можна зареєструвати за допомогою мікрофона (рис. 18.5) [Sheehy, 1985].

Схема оптико-акустичного спектрометра

Рис. 18.5. Схема оптико-акустичного спектрометра

Таким чином, концентрація газу, зміни тиску газу та рівень акустичних коливань тісно зв'язані між собою. Змінюючи частоту оптичного випромінювання, що подається на зразок, можна отримати оптико-акустичний спектр останнього. Цілком зрозуміло, що якщо газовий режим поблизу поверхні зразка зміниться, це викличе зміни тиску і відповідні зміни оптико-акустичного спектра.

Оптико-акустичний спектрометр характеризується високою чутливістю, неруйнівною дією, селективністю, простотою обладнання.

Техніка мас-спектрометрії на основі реакцій переносу протона (РПП/МС)

Цей метод ґрунтується на "м'якій" іонізації, пов'язаній з утворенням молекулярних іонів шляхом додавання або відбирання протона [Hansel, 2004; Kato et al., 2004; Lindinger et al., 2005].

Більшість молекул іонізуються при додаванні протону # В основі реакції переносу протона лежить процес заряджання молекули води, що супроводжується утворенням іона Н3О, з подальшою передачею заряду летким органічним компонентам V, які аналізуються. При цьому відбувається реакція переносу протона:

(18.2)

Схему РПП/МС-системи наведено на рис. 18.6

Схема РПП/МС системи: 1 – вхід водяної пари; 2 – система утворення іонів; 3 – вхід повітря з ЛОС; 4 – дрейфова камера; 5 – мас-спектрометр; 6 – насос

Рис. 18.6. Схема РПП/МС системи: 1 – вхід водяної пари; 2 – система утворення іонів; 3 – вхід повітря з ЛОС; 4 – дрейфова камера; 5 – мас-спектрометр; 6 – насос

Водяна пара під тиском 150 Па подається на вхід 1 системи 2 утворення іонів. Близько 98 % пари Н2О перетворюється в іони Н3О+. Повітря з леткими речовинами V, що аналізуються, подається через вхід 3 у дрейфову камеру 4, куди потрапляють завдяки прикладеному слабкому електричному полю іони Н3О+. У дрейфовій камері відбувається реакція переносу протона, що супроводжується утворенням іонів VH+. Ці іони дрейфують до входу мас- спектрометра 5, де аналізуються. Всі камери системи зв'язані з насосом б.

Перевагами РПП/МС-системи є висока (близько 1 нл/л) чутливість, можливість вимірювань у реальному часі, швидкодія, простота конструкції, поліпшена ідентифікація компонентів, що аналізуються.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >