Теоретические основы метода масс-спектрометрии

Масс-спектрометрия представляет собой метод исследования веществ, основанный на определении массы и относительного количества ионов, образованных из молекул, подвергнутых ионизации. Приборы, позволяющие получить масс-спектры, называются масс-спектрометрами.

Каждый масс-спектрометр независимо от деталей конструкции состоит из следующих основных элементов:

1) системы введения вещества в прибор;

2) источника ионов, предназначенного для получения ионов из анализируемых веществ;

3) масс-анализатора, предназначенного для разделения ионов по массам;

4) детектора и регистрирующего устройства, предназначенного для регистрации количества образующихся ионов различной массы;

5) вакуумной системы, обеспечивающей необходимый вакуум в приборе.

Прежде всего исследуемое вещество надо ионизировать. Наиболее распространенным методом ионизации в органической масс-спектрометрии является бомбардировка вещества электронами в газовой фазе. Система введения вещества в прибор необходима для перевода исследуемого соединения в газовую фазу и непрерывной подачи его с постоянной скоростью (так называемое мономолекулярное натекание) в источник ионов, где происходит ионизация. В источнике ионов в условиях глубокого вакуума электроны получают за счет ускорения между заряженными пластинами определенную энергию. Проходя через разреженный газ, эти электроны сталкиваются с молекулами исследуемого вещества. Как только энергия электронов окажется несколько выше потенциала ионизации, становится возможным сам процесс ионизации.

Например, при этой энергии процесс взаимодействия электрона с молекулой метана можно изобразить так

СН₄ + е- → СН₄ + 2е^-

Ион СН₄ масса которого с точностью до одного электрона равна молекулярной массе метана, называется молекулярным ионом (М +).

При энергиях бомбардирующих электронов происходит не только ионизация, но и разрыв химических связей в бомбардируемой молекуле с образованием положительно заряженных ионов и нейтральных осколков.

Совокупность всех процессов, приводящих к образованию ионов различного вида, называется диссоциативной ионизацией.

Таким образом, в результате диссоциативной ионизации в источнике ионов образуются положительные ионы с разной массой. Все эти ионы выталкиваются электрическим полем из камеры, формируются в пучок и, ускоряясь разностью потенциалов, вылетают в масс-анализатор, в котором тем или иным способом делятся на группы или пучки ионов так, что в каждой из групп содержатся только ионы одной и той же массы.

Изменяя напряженность магнитного поля при постоянном ускоряющем напряжении, можно последовательно подавать на коллектор регистрирующего устройства ионы с той или иной массой. Таким образом осуществляется развертка спектра.