Что такое масс-спектрометрия?

Масс-спектрометрия – это инструмент, используемый для быстрого анализа молекулярного состава образца, помогающий ученым определить химическую структуру. Процесс состоит из нескольких этапов, которые служат для разделения молекул и различения их размера и заряда.

Многие области науки используют масс-спектрометрию для анализа неизвестных веществ. Из данных можно определить химическую формулу и структуру неизвестных молекул. Кроме того, масс-спектрометрия с высоким разрешением, которая содержит самое современное оборудование для ионизации и обнаружения, может точно определить формулу и структуру практически любого соединения. Кроме того, масс-спектрометрия используется не только в таких науках, как химия и биология, для идентификации веществ, но и в криминалистика, чтобы идентифицировать почти любое вещество, с которым встречаются.

Как работает масс-спектрометрия

Следующие шаги показывают, как работают типичные масс-спектрометрические машины. Вы можете увидеть ниже для других процедур, которые похожи на масс-спектрометрию.

Ионизация образца

Первым процессом масс-спектрометрии является ионизация. Магнитное поле влияет только на заряженные молекулы, которые сначала должны быть созданы. Однако для создания ионов вещество должно быть сначала испарено. Затем образец помещается в камеру масс-спектрометра. Пар создается при нагревании камеры.

Этот пар в конечном итоге будет двигаться через электрическое поле, через которое проходят электроны. Этот процесс активно создает ионы из образца. Однако ионы также могут быть созданы с использованием химических методов. Иногда удаление и перераспределение электронов приводит к образованию различных видов молекулы. Это фракции исходной молекулы. Они будут видны на конечном выходе из масс-спектрометрии, и дадут жизненно важные ключи к структуре молекулы. Наконец, ионный пар готов к ускорению и анализу.

Сортировка ионов

После ионизации ионы быстро ускоряются между двумя отрицательными пластинами. Можно обнаружить положительные катионы, хотя отрицательные ионы выходят через вакуумную трубку. Затем положительные ионы движутся вниз по изогнутой трубе. Чтобы изогнуть путь ионов, большой электромагнит окружает трубку. Кроме того, изменение напряжения на магните помогает «направить» молекулы к концу трубки. На выходном экране устройства будет отображен график, показывающий содержание и отношение массы к заряду для каждого фрагмента.

Затем компьютер распознает общее количество молекул, которые проходят через щель. Это позволяет оператору эффективно сортировать и анализировать любой образец, обрабатывая его с помощью масс-спектроскопии. Однако поскольку молекулы должны быть ионизированы, образуются также дробные частицы. Это может помочь в идентификации структуры молекулы, но также может значительно усложнить идентификацию. Некоторые молекулы могут производить десятки разных вершин по мере их распада!

Обнаружение ионов

Наконец, чувствительный экран за щелью обнаруживает эти молекулы по мере их прохождения. Компьютер, анализирующий этот экран, отслеживает их относительное содержание при каждом соотношении массы к заряду. В конце концов, он будет отображать результаты в виде графика, аналогичный приведенному ниже для двуокиси углерода.

Как читать масс-спектрометрию

Масс-спектрометрия анализируется путем изучения графика, созданного масс-спектрометром. В общем, машина будет производить график с несколькими барами. Самый высокий бар достигнет вершины графика. В данном случае это был самый распространенный вид, а все остальное сравнивается в изобилии с этим основным видом. Отношение массы к заряду этого вида может примерно сказать вам молекулярный вес исходной молекулы.

Пики могут многое рассказать о молекуле. Базовый пик является наиболее распространенным и также представляет собой наиболее стабильный вид, образовавшийся после ионизации образца. Взять, к примеру, следующий анализ масс-спектрометрии гексаналя. Вы можете увидеть химическую структуру этой молекулы, представленную на графике отношения массы к заряду в зависимости от содержания ниже.

Во-вторых, пик на 44 представляет собой долю молекулы, созданную кислородом, двумя атомами углерода и двумя атомами водорода. Наконец, пик на 57 представляет большую часть присоединенных атомов углерода. Таким образом, сильная электроотрицательность кислорода, двойно связанного с углеродом, делает его высокостабильным веществом, что делает его наиболее распространенным ионом. Все эти подсказки на графике могут привести нас к выводу, что наш образец содержал гексаналь.

Лабораторные методы, такие как масс-спектрометрия

Ниже приведены несколько других лабораторных методик. аналогичный к регулярной масс-спектрометрии:

  • Газовая хроматография – метод, который смешивает неизвестный образец с различными газами и пропускает газ через детектор. Он может быть использован для разделения веществ или идентификации неизвестных молекул.
  • Жидкостная хроматография – аналогично газовой хроматографии, используется только жидкость. Различные абсорбирующие материалы собирают разные части образца, которые затем могут быть измерены или проанализированы с использованием другой методики. Отлично подходит для разделения смешанного вещества.
  • Вторичная ионная масс-спектрометрия – версия масс-спектрометрии, которая используется для анализа твердых поверхностей и тонких пленок. Ионы снимаются на поверхности, и образующиеся вторичные ионы, которые образуются, используются для определения свойств материала.
  • Тандемная масс-спектрометрия – обычно используемый для идентификации белков и биологических молекул, этот процесс использует две последовательные масс-спектрометрические машины для ионизации образца, а затем разбивает его дальше для еще лучшего анализа.
  • Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой – использование другого метода для испарения образца позволяет этому типу масс-спектрометрии быть очень чувствительным к небольшим количествам металлов в образце, что делает его полезным для анализа качества воды.

викторина

Список используемой литературы

Брюс, П. Ю. (2011). Органическая химия (6-е изд). Бостон: Прентис-Холл.

Lodish, H.F. (Ed.). (2008). Молекулярно-клеточная биология (6-е изд). Нью-Йорк: W.H. Freeman.

Silberberg, M.S. & Weberg, E.B. (2009). Химия: молекулярная природа вещества и изменения (5-е изд). Бостон: Макгроу-Хилл.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *