Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / КУРСОВАЯ РАБОТА, ХИМИЯ

Идентификация вещества методом хромато-масс-спектрометрии.

irina_k200 240 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 20 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 12.09.2020
Целью данной работы является изучение хромато-масс-спектрометрии как метода физико-химического анализа, принципа его работы, а также рассмотрение преимуществ и недостатков этого метода. Задачи работы заключаются в следующем: 1) изучить принцип работы и устройство метода хромато-масс-спектрометрии; 2) понять, что позволяет определять данный метод; 3) узнать области применения метода; 4) изучить процесс исследования вещества при помощи масс-спектрометрии; 5) показать достоинства и недостатки данного метода.
Введение

Одним из самых распространенных методов физико-химического анализа является метод хромато-масс-спектрометрии, который основан на ионизации атомов и молекул вещества и последующем разделении образующихся ионов в соответствии с их массовым числом в электрическом или магнитном поле. Это один из мощнейших способов качественной идентификации веществ, допускающий также и их количественное определение. Первые масс-спектры были получены в Великобритании Дж. Дж. Томсоном в 1910 году. Первыймасс-спектрометр построен А. Демпстером в 1918году, а первый масс-спектрограф создал Ф. Астон в 1919г. Первый серийный масс-спектрометр создан А. Ниром в 1940; его работы положили начало изотопной масс-спектрометрии. В середине 1950-х – Вольфганг Пол разработал квадрупольный масс-анализатор (Нобелевская премия по физике 1989 года). И в 1985 г. – Коити Танака разработал метод мягкой лазерной десорбции (Нобелевская премия по химии 2002 года). Сегодня хромато-масс-спектрометрия является признанным методом идентификации компонентов смесей различных соединений благодаря высокой чувствительности и большой библиотеки эталонных масс-спектров (около 150 тысяч), для сравнения с которыми применяют автоматизированные системы поиска.
Содержание

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………….…….……3 1. СИСТЕМА ВВОДА ОБРАЗЦА………………………….…………4 1.1 Баллон напуска……………………………………………….……….4 1.2 Прямой ввод………………………………………………….………..4 1.3 Мембранный ввод…………………………………………………….4 1.4 Хроматографическое разделение……………………………………5 2. ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИ...6 2.1 Хромато-масс-спектрометр………………………………...………..6 2.2 Аналитическая чувствительность……………....…………...………6 2.3 Скорость записи……………………………………………...……....7 3. МАСС-СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИХ УСТРОЙСТВО..…8 3.1 Ионный источник…………….…………………………..…………..8 3.2 Масс-анализаторы…………………………………………………..10 3.3 Детекторы……………………………………………………………12 4. ПРИМЕНЕНИЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ……………………13 5. ПРИМЕНЕНИЕ В НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ……………...15 6. ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ………………………………..16 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….18 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………19 ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………20
Список литературы

• Введение в хромато-масс-спектрометрию, пер. с англ. / Карасек Ф., Клемент Р. - М., 1993. • Масс-спектрометрия органической химии / А. Т. Лебедев. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. - 493 с. • Современная масс-спектрометрия, пер. с англ. / Барнард Дж. - М., 1957. • Хромато-масс-спектрометрия / Хмельницкий Р. А., Бродский Е. С. - М., 1984. • Химические методы вмасс-спектрометрииорганических соединений / Заикин В. Г., Микая А.И. - М., 1987. • Хромато-масс-спектрометрия / Мета-Хром; URL: https://www.meta-chrom.ru/company/articles/khromato-mass-spektrometriya/ • YouTube / Масс-спектрометр ICP-MS. Химия – Просто; URL: https://www.youtube.com/watch?v=E1E5urXOfRA&t=289s • Analytical sciences - Mass Spectrometry Imaging: Applications to Food Science, 197-203с.
Отрывок из работы

1. СИСТЕМА ВВОДА ОБРАЗЦА Для того чтобы избежать нежелательных химических реакций результате взаимодействия молекул ионов, источнике масс-спектрометра, как правило, поддерживается высокий вакуум (10-5-10-6 мм рт. ст.). Поэтому уже сам ввод образца является самостоятельной технической задачей. 1.1 Баллон напуска Одной из первых систем ввода, практически не используемой в настоящее время, служил баллон напуска. Анализируемое вещество находилось в газообразном состоянии (давление около 10-2 ММ рт. ст.) в баллоне объемом 50-2000 см3 внутренняя поверхность которого была остеклена для предотвращения нежелательных химических реакций на стенках сосуда. 1.2 Прямой ввод Развитие техники позволило в 60-х годах ХХ века перейти на более совершенную систему ввода, которая является общепринятой и широко распространенной в настоящее время. Это - прямой ввод вещества в область ионизации. Твердый образец помещается в специальную микрокапсулу (стекло, кварц, керамика, металл), которая штоком вводится непосредственно в ионный источник, т. е. испарение осуществляется прямо в источнике ионов в условиях глубокого вакуума. Важной характеристикой прямого ввода является существенное уменьшение количества образца, необходимого для получения масс-спектра. В данном случае следует опасаться ввести слишком много вещества. Считается, что твердый образец в капилляре на конце штока должен быть едва различим тазом. Избыточное количество образца может привести к искажению масс-спектра из-за протекания ионно-молекулярных реакций и вызвать быстрое загрязнение источника ионов. 1.3 Мембранный ввод Достаточно перспективным является мембранный ввод пробы. Мембрана изготавливается из органического материала и пропускает в источник масс-спектрометра соединения, растворимые или адсорбируемые материалом мембраны и обладающие высоким коэффициентом диффузии в нем. Анализируемое соединение должно быть достаточно летучим, чтобы испаряться на вакуумированной стороне мембраны. Достоинством такого ввода является селективность в пропускании веществ разной природы. Поскольку мембрана не пропускает воду, неорганические газы и соли, она может использоваться для эффективного мониторинга загрязнения воздуха или воды органическими соединениями, а также для контроля биохимических процессов. 1.4 Хроматографическое разделение Стыковка газового хроматографа и масс-спектрометра, оба метода используются для анализа смесей органических соединений в газовой фазе и обладают приблизительно равной чувствительностью. Газовый хроматограф работает при атмосферном давлении, а масс-спектрометр - в условиях глубокого вакуума. Метод прежде всего предназначен для анализа смесей органических соединений и заключается в их разделении на колонке хроматографа с последовательным выходом компонентов из колонки в ионный источник масс-спектрометра, где происходит их ионизация. Масс-спектрометр должен проводить запись спектра (сканирование) с достаточной частотой, чтобы зарегистрировать масс-спектр каждого соединения несколько раз. Это условие является важнейшим, поскольку концентрация вещества очень быстро изменяется. В зависимости от того, на восходящей или нисходящей стороне хроматографического пика будет записан масс-спектр, будут дискриминированы или низкие, или высокие массы. Преимущество метода - Хромасс добавляет к масс-спектрометрической информации еще один очень важный параметр- время удерживания. Именно благодаря этому параметру появляется возможность во многих случаях проводить качественный и количественный анализ изомеров, масс-спектры которых практически неразличимы. Хромасс позволяет также детектировать ультрамикрокомпоненты на фоне высоких концентраций других соединений. В настоящее время сочетание газовой и жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии (ГХ-МС, ЖХ-МС) в режиме on-line используют для рутинного анализа во многих областях аналитической химии. 2. ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ Хромато-масс-спектрометрия — аналитический метод, основанный на сочетании возможностей хроматографа и масс-спектрометра, использующийся для количественного и качественного определения отдельных компонентов в сложных смесях. 2.1 Хромато-масс-спектрометр Прибор, с помощью которого проводится исследование, получил название хромато-масс-спектрометра или ХМС. Проходя через хроматограф, проба разделяется на компоненты, а масс-спектрометр отвечает за их идентификацию и анализ. В зависимости от особенностей исследуемого состава и требований к точности результата, используется одна из двух методик: или высокоточная жидкостная хроматография, или газовая хроматография с масс-спектрометрическим детектированием ГХ-МС. Исследуемый состав вводится в испаритель хроматографа и моментально переводится в газообразную форму, смешивается с инертным газом-носителем и под давлением подается в колонку. Проходя через хроматографическую колонку, проба разделяется на компоненты, которые подаются в МС и пропускаются через спектрометрическую составляющую устройства. Для получения спектра, молекулы компонентов пробы ионизируются, специальный датчик считывает изменение ионного тока, на основании чего записывается хроматограмма. Программное обеспечение для обработки хроматограмм позволяет сверить полученные пики с зарегистрированными ранее, и тем самым, проводя их точное качественное и количественное определение. Одновременно с этим делается снимок масс-спектра, дающий представление о строении компонентов, в том числе и не идентифицированных ранее. 2.2 Аналитическая чувствительность Эффективность и результативность хромато-масс-спектрометрии задается чувствительностью ХМС, которые постоянно совершенствуются, что позволяет расширять применение системы ГХ-МС. Высокую точность показывает селективное детектирование. Его суть сводится к записи показаний не по всему объему поступающего ионного тока, а по максимальным для предполагаемых молекул ионам. Это удешевляет метод и позволяет обнаруживать минимальное содержание заданного вещества в любых составах. Поэтому хромато-масс-спектрометрия активно применяется в медицине и фармакологии для поиска конкретных маркеров: например, гормонов или наркотиков в биологических жидкостях. 2.3 Скорость записи На качество результата влияет еще и скорость записи масс-спектра, которая должна быть значительно выше, чем построение хроматографического пика. Если скорость снижается, появляются пиковые наложения и искажения результата анализа. Этот параметр зависит от установленного масс-анализатора. Оптимальной в настоящее время является квадрупольная система, функционирующая по следующему принципу. Поток проходит через четыре магнита, создающих высокочастотное поле. Попадая в него, частицы с определенным отношением массы и заряда попадают в уловитель, все остальные «отсеиваются». МС через равные промежутки времени сканирует спектры анализируемых веществ. Затем каждый статистический снимок обрабатывается, и суммарная величина дает представление о совокупности спектров в каждый момент времени. 3. МАСС-СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИХ УСТРОЙСТВО Для разделенияионовисследуемого вещества по величинам m/z, измерения этих величин и токов разделенныхионовиспользуют масс-спектральные приборы. Приборы, в которых регистрация осуществляется электрическими методами, называетсямасс-спектрометрами, а приборы с регистрациейионовнафотопластинках- масс-спектрографами. Масс-спектральные приборы состоят из системы вводапробы(система напуска), ионного источника, разделительного устройства (масс-анализатора), детектора (приемникаионов),вакуумных насосов, обеспечивающих достаточно глубокийвакуумво всей вакуумной системе прибора, и системы управления и обработки данных. Иногда приборы соединяют с ЭВМ. Масс-спектральные приборы характеризуются чувствительностью, которая определяется как отношение числа зарегистрированныхионовк числуатомоввведеннойпробы. За абсолютный порог чувствительности принимают минимальное кол-во исследуемого вещества (выраженное в г,молях), за относительный - минимальную массовую или объемную долю вещества (выраженную в %), которые обеспечивают регистрацию выходного сигнала при отношении сигнал-шум 1:1. 3.1 Ионный источник Ионный источникпредназначен для образования газообразныхионовисследуемого вещества и формирования ионного пучка, который направляется далее в масс-анализатор. наиболее универсальный метод ионизации вещества - электронный удар. Впервые осуществлен П. Ленардом в 1902г. Современные источники такого типа построены по принципу источника А. Нира. Для ионизациимолекулобычно используютэлектроныс энергиями 70-100 эВ, которые движутся со скоростью 108см/с и проходят путь, равный диаметрумолекулыорганических соединений за 10-16с. Этого времени достаточно для удаленияэлектронаизмолекулывещества и образования молекулыиона- положительно заряженногоион-радикалаМ+', имеющего энергию 2-8 эВ.Ионыс минимальным запасом энергии достаточно устойчивы и достигают приемника. Ионыс большим запасом внутренней энергии распадаются на пути движения на ионыс меньшей молекулярной массой (так называемые осколочные ионы), характерные для вещества определенного строения. Для ионизациимолекулэнергия электронного пучка должна превышать некоторую критическую для вещества величину, называемуюпотенциалом ионизации.Потенциалы ионизациилежат в пределах 3,98 эВ (Fr) - 24,58 эВ (Не), для большинства органических соединений 7-11 эВ. Используя моноэнергетические пучки электронови снижая их энергию до пороговых значений, можно определятьпотенциалы ионизациивеществ и потенциалы появленияионов- критическую энергиюэлектронов, при которой в спектре появляются линии соответствующих осколочных ионов. При ионизации электронным ударом происходит перераспределение энергии возбуждения по колебательным степеням свободы молекулу иона, прежде чем этотион распадается. Предположение о квазиравновесном распределении энергии возбуждения позволяет полуэмпирическим путем рассчитать масс-спектры некоторых веществ, согласующиеся с экспериментальными данными. Однако во многих случаях, особенно для длинных молекул, эта теория не подтверждается. Для двухатомныхмолекулизменения колебательного состояний объясняются, исходя из принципа Франка - Кондона (Квантовые переходы). При взаимодействии низкоэнергетическихэлектронов(менее 10 эВ) с вещевом могут осуществляться процессы резонансного захватаэлектроновмолекуламис образованием отрицательно заряженныхионовМ-. Масс-спектрометрия электронного удара - высокочувствительный метод анализа, позволяет анализировать пикомольные количества вещества, ее предпочитают для исследования структуры соединений. Существуют "библиотеки" масс-спектров, содержащие спектры более 70000 органических соединений, по которым можно проводить ихидентификацию с применением ЭВМ. Недостатки метода: молекулярные ионыобразуются лишь у 20% органических соединений; метод применим только для определения легколетучих термически стабильных соединений; в значениях полного ионного тока наионыс большими значениями m/z, дающие информацию о молекулярной массе и наличии функциональных групп, приходится меньшая часть; отрицательно заряженные ионы, имеющие большое значение вструктурном анализе, образуются в очень небольшом количестве и ограниченным числом органических соединений. Химическая ионизация осуществляется при столкновении молекулисследуемого вещества сионамиреагентногогаза, в качестве которого могут быть индивидуальные вещества или их смеси. Реагентныйгазнаходится в источнике поддавлением65-130 Па, парциальноедавлениеисследуемого вещества 0,1-0,01 Па. При бомбардировке такой смесиэлектронами с энергией 70-500 эВ ионизируются молекулыреагентногогаза; образовавшиеся положительно заряженныеионыв результате ионно-молекулярных столкновений с неионизированнымимолекуламиреагентногогаза преобразуются в реактантныеионы, которые в свою очередь взаимодействуют смолекуламиисследуемого вещества и ионизируют их, образуяионыМН+. Химическая ионизация с образованием положительно заряженных ионов может осуществляться также в результате переноса заряда с реактантныхионов. Полевая ионизация осуществляется в сильном электрическом поле, образующемся в пространстве между полевым анодом (острие или тонкая вольфрамовая проволока) и противоэлектродом (катодом), разность потенциалов между которыми 10 кВ. Многофотонная ионизация газообразных веществ происходит в результате одновременного поглощения молекулойнескольких фотонов. Такие процессы наблюдаются при взаимодействии с веществом достаточно интенсивного пучка лазерного излучения, энергия квантов которого меньше потенциала ионизации. Для этой цели используют перестраиваемыелазерынакрасителях, образующие излучения с длинами волн 250-700 нм. Для ионизации большинствамолекулдостаточно поглощение 2-3 фотонов с энергией 1,77-4,96 эВ. Десорбционная ионизация основана на бомбардировке труднолетучего вещества, помещенного вматрицу(глицерин, монотиоглицерин,полиэтиленгликоли,этаноламиныи др.жидкости), пучками ускоренных частиц. Для элементного иизотопного анализовнаходят применение ионные источники с ионизацией образца в индуктивно-связаннойплазмеAr при атм. давлении. Поверхностная ионизация - основной метод в изотопной масс-спектрометрии. Вещество наносится на поверхность ленты из Re, W или Та, которая нагревается до 2000-2500 К. Еслипотенциал ионизациивещества меньше работы выхода электронаизметаллаленты, то частьмолекулилиатомовпокидает ее поверхность в ионизированном состоянии. В некоторых случаях молекуламожет захватыватьэлектронизметаллаи образовывать отрицательно заряженныеионы. 3.2 Масс-анализаторы Масс-анализаторы- устройства для пространств. или временного разделенияионов с различных значениями m/z в магнитном или электрическом полях или их комбинациях. Различают статические и динамические анализаторы. В статических ионыразделяются в постоянных или практически неизменяющихся за время их движения через анализатор магнитных полях. Ионы с различных значениями m/z движутся в таком анализаторе по разным траекториям и фокусируются либо в разных местах фотопластинки, либо последовательно на щель детектора в результате плавного изменения напряженности электрического и магнитного полей анализатора. В динамических анализаторах разделение ионовпроисходит под воздействием импульсных или радиочастотных электрических полей с периодом изменения меньшим или равным времени пролета ионовчерез масс-анализатор.Ионы с различных значениями m/z, как правило, разделяются по времени пролета определенного расстояния. Давлениев анализаторах должно быть достаточно низким (~10-5Па), чтобы избежать рассеянияионовнамолекулахостаточныхгазов.Основная характеристика масс-анализатора - его разрешающая способность, или разрешающая сила R. Она характеризует способность анализатора разделятьионы с незначительно отличающимися друг от друга массами и определяется отношением значения массыионаМ к ширине его пика DМ (выраженной ватомных единицах массы) на определенном уровне высоты пика (обычно 50 или 10%): R = М/DМ. Например, R = 10000 означает, что масс-анализатор может разделятьионыс массами 100,00 и 100,01.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg