Хромато-масс-спектрометрия

Уже давно масс-спектрометр рассматривают как отличный детектор для газовой хроматографии. Как газовый хроматограф, так и масс- спектрометр представляют собой в принципе относительно несложные приборы, а получаемые с помощью каждого из них аналитические данные просты для понимания и использования. Когда эти два прибора напрямую соединяют в единую хромато-масс-спектрометрическую систему, возможности такой системы не равны просто сумме возможностей каждого прибора; аналитические возможности увеличиваются значительно. Для того, чтобы реализовать весь потенциал, заключенный в громадном количестве данных, генерируемых хромато-масс-спектрометром, необходим специализированный компьютер. С подключением компьютера к прибору становятся возможными многие операции с данными, увеличивающие их аналитическую ценность. Полученные с помощью масс-спектрометрического детектора спектры, дают такую информацию о качественном составе пробы, какую не могут дать иные газохроматографические детекторы. Масс-спектрометрический детектор обладает большей чувствительностью, кроме того, он разрушает пробу, дает информацию о массе и различает скорее гомологи, чем изомеры.
Принципиальная схема масс-спектрометра в комбинации с газовым хроматографом представлена на рис. 24.

Рис. 24 - Принципиальная схема магнитного масс-спектрометра в комбинации с газовым хроматографом.

Первым шагом при хромато-масс-спектрометрическом анализе является обычно сканирование по всему диапазону масс (рис. 25). Идентификацию проводят с помощью библиотеки спектров, чаще всего заложенной в память ЭВМ, которая одновременно и управляет работой детектора. Изучение характеристических пиков и молекулярных ионов играет важную роль при идентификации соединения.

Рис. 25 -Масс-спектр соответствует полному сканированию.
В определенном диапазоне измерены все отношения масса/заряд.

Следующим шагом является качественный анализ, для чего используют метод регистрации отдельных ионов (SIM). Для этого применяют фильтр, чтобы исследовать только несколько видов ионов и тем самым повысить чувствительность.

Наконец, суммируют все осциллограммы по отдельным ионам и наносят на диаграмму с единым масштабом времени (рис. 26), чтобы получить хроматограмму по всем ионам в пробе (TIC).

Рис. 26 - Пример хроматограммы по всем ионам.

Дальнейшее развитие ГХ/МС-методов и широкое применение компьютерной техники привело к тому, что масс-спектрометрия стала доступной не только специалистам, но активно используется в качестве стандартного метода детектирования в газовой хроматографии. Компьютер управляет системой в целом, записывает данные, накапливает массовые спектры. Накопление большого количества масс-спектров за секунду требует большого объема памяти и высокого быстродействия машины.

В наши дни масс-спектрометры выпускают только в комплекте с компьютером. Большую помощь при идентификации оказывает банк масс-спектральных данных, который заказчик получает вместе с прибором. По мере выполнения масс-спектрометрических анализов новые результаты непрерывно вводятся в память компьютера, пополняя банк данных. При необходимости воспользоваться банком аналитик посылает в ЭВМ запрос, и компьютер сам находит в памяти спектр, который лучше других соответствует регистрируемому в данный момент спектру. Оба спектра появляются на экране, и теперь остается только сопоставить две спектральные картины. Сравнение спектров, то есть своеобразное опознание по «отпечаткам пальцев», значительно проще для идентификации неизвестных веществ, чем реконструкция молекул по отдельным фрагментам. Единственное необходимое условие для такой идентификация-наличие в банке данных спектра того самого вещества, которое поступило для анализа.

Хромато-масс-спектрометрия нашла широкое применение в различных областях химии, медицины, фармацевтического производства, экологического мониторинга и технологического контроля в промышленности.

Контрольные вопросы к теме 1.5.

1. Теоретические основы хроматографии. Классификация методов хроматографии.

2. Классификация и сущность хроматографических методов анализа.

3. Газовая хроматография. Практическое применение.

4. Газожидкостная распределительная хроматография.

5. Жидкостная адсорбционная и распределительная хроматография. Практическое применение хроматографических методов анализа.

6. Сущность ионообменной хроматографии.

7. Физические основы хромато-масс-спектрометрии.

8. Качественный анализ органических соединений методом хромато-масс-спектрометрии.

Заключение

В учебном пособии рассмотрены основные задачи и методы качественного и количественного технического анализа химических производств, а также основы методологии построения систем автоматизированного контроля и управления химико-тех­но­ло­ги­чес­ки­ми процессами.

Автор конспекта надеется, что студенты получат представление о сущности основных общедоступных методов химического анализа и современных методов физико-химического анализа, используемыми в промышленности. Кроме того, ознакомившись с основными методиками автоматизированного контроля и регулирования производственных процессов, у читателей появится желание более глубоко изучить затронутые в конспекте вопросы, например, воспользовавшись литературными источниками, приведенными в библиографическом списке.

Усвоение данной дисциплины позволит будущему экономисту-ме­не­дже­ру осуществлять осознанный, научно обоснованный подход к оценке экономических показателей различных возможных технологических схем того или иного процесса, способствовать тем самым выбору оптимального наиболее эффективного технического решения для выпуска высококачественной продукции, отвечающей соответствующим техническим требованиям.

Список литературы к разделу 1.1.-1.3.

Основная литература

1. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 кн. – Кн. 2: Физико-химические методы анализа: Учеб. для студ. вузов. – 3-е изд. – М.: Дрофа, 2000. – 384с.

2. Васильев В.П.,Морозова Р.П., Кочергина Л.А. Аналитическая химия. Лабораторный практикум: Пособие для вузов/ Под ред. В.П. Васильева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа, 2004. - 416 с.

3. Аналитическая химия. Сборник вопросов, упражнений и задач: Пособие для вузов / Под. ред. В.П.Васильева. – М.: Дрофа, 2004.

4. Электроаналитические методы. Теория и практика / Под ред. Ф. Шольца; Пер. с англ. под ред. В.Н. Майстренко. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 326 с.

5. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). В 2 кн. Кн. 1 Общие теоретические основы. Качественный анализ.– М.: Высш. шк., 2001.– 615 с.

6. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). В 2 кн. Кн. 2 Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа.– М.: Высш. шк., 2001. – 559 с.

Дополнительная литература

1. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2ч. Ч.1. Гравиметрический и титриметрический методы анализа: Учеб. для химико-технол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1989. – 320с.

2. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2ч. Ч.2. Физико-химические методы анализа: Учеб. для химико-технол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1989. – 320с.

3. Мухина Е.А. Физико-химические методы анализа. – М.: Химия, 1995.- 416 с.

4. Коренман Я.И. Практикум по аналитической химии. Титриметрические методы анализа.– Воронеж: Изд-во ВГУ, 1986. –244 с.

5. Коренман Я.И. Практикум по аналитической химии. Электрохимические методы анализа.– Воронеж: Изд–во ВГУ, 1992.–244 с.

Список литературы к разделу 1.4.-1.5.

Рекомендуемая литература к первому разделу дисциплины

Основная литература:

1. Алексеев В. Н. Количественный анализ. 5-е изд., перераб. и доп. Под ред. д-ра хим. наук П. К. Агасяна. М.: Химия, 1973.

2. Васильев В. П. Аналитическая химия: в 2 ч. М.: Высш. шк., 1989.

3. Кунце У., Шведт Г. Основы качественного и количественного анализа: Пер. с нем. М.: Мир, 1997.

4. Толстоусов В. Н., Эфрос С. М. Задания по количественному анализу: Учеб. пособие для вузов. Л.: Химия, 1986.

Дополнительная литература:

5. Агасян П. К., Николаева Е. Р. Основы электрохимических методов анализа: Учеб. пособие. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986.

6. Айвазов Б. В. Основы газовой хроматографии. М.: Высш. школа, 1977.

7. Брицке М. Э. Атомно-абсорбционный спектрохимический анализ. М.: Химия, 1982.

8. Дроздов В. В. и др. Введение в физико-химические методы ана­лиза: Учеб. пособие. М.: МХТИ, 1980.

9. Казицына Л. А., Куплетская Н. Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии: Учеб. пособ. для вузов. М.: Высш. школа, 1971.

10. Крешков А. П. Основы аналитической химии. М.: Химия, 1977.

11. Купцов А. Х., Жижин Г. Н. Фурье-КР и Фурье-ИК спектры полимеров. М.: Физматлит, 2001.

Методические материалы:

12. Технический анализ, контроль и основы автоматизации химико-технологических процессов: Метод. указ. к контр. работам / Сост. К. А. Карпов. СПб.: СПбГИЭУ, 2003. (Заочное обучение / СПбГИЭУ).

13. Технический анализ, контроль и основы автоматизации химико-технологических процессов: Метод. указ. к лабораторной работе «Определение бензола в бензинах методом ИК-спектроскопии» для студ. всех форм обуч. / Сост. В. В. Васильев. СПб.: СПбГИЭУ, 2004.

14. Технический анализ, контроль и основы автоматизации химико-технологических процессов: Метод. указ. к лабораторной работе на тему: «Контроль загрязнений воздушной среды в рабочей зоне методом ИК-спектроскопии» / Сост. В. В. Васильев. СПб.: СПбГИЭУ, 2005.