Масс-спектрометрический метод анализа (стр. 1 из 9)
ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Химический факультет
Курсовая работа на тему
«Масс-спектрометрический метод анализа»
Выполнил: студент группы Х-202
Меньшенин А.Н.
Проверила: Данилина Е.И.
Челябинск
2007
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Основы масс-спектрометрии
Принципиальное устройство масс-спектрометра
Способы ввода образца
Механизмы ионизации
Протонирование
Депротонирование
Катионизация
Прямой перенос заряженной молекулы в газовую фазу
Отрыв электрона
Захват электрона
Способы ионизации
Ионизация электроспрея (ESI)
1. Растворители для электроспрея
2. Устройство прибора ионизации электроспрея
Ионизация наноэлектроспрея (nanoESI)
Химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI)
Фотоионизация при атмосферном давлении (APPI)
Лазерная десорбция/ионизация при помощи матрицы (MALDI)
3. Преимущества и недостатки метода лазерной десорбции/ионизации при помощи матрицы (MALDI).
Десорбция/ионизация на кремнии (DIOS)
Бомбардировка быстрыми атомами/ионами (FAB)
Электронная ионизация (EI)
Химическая ионизация (CI)
Сравнение основных характеристик способов ионизации
Анализаторы масс
Анализ масс
Краткий обзор принципов работы анализаторов
Рабочие характеристики анализаторов
4. Точность
5. Разрешение (разрешающая сила)
6. Диапазон масс
7. Тандемный анализ масс (MS/MS или MSn)
8. Скорость сканирования
Конкретные виды анализаторов
Квадрупольный анализатор
Квадрупольная ионная ловушка
Линейная ионная ловушка
9. Ограничения ионной ловушки
Двуфокусирующий магнитный сектор
Квадрупольная-времяпролётная тандемная масс-спектрометрия
10. MALDI и времяпролётный анализ
Квадрупольная времяпролётная масс-спектрометрия
Масс-спектрометрия с Фурье-преобразованием (FTMS)
Общее сравнение анализаторов масс, обычно используемых совместно с ES
Детекторы
Электронный умножитель
Цилиндр Фарадея
Фотоумножитель с преобразующим динодом
Матричный детектор
Зарядовый (индуктивный) детектор
Общее сравнение детекторов.
Вакуум масс-спектрометра
Список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ
Масс-спектрометрию описывали как мельчайшие весы в мире, не из-за размера масс-спектрометра, но из-за того, что он взвешивает – молекулы. За последнее время масс-спектрометрия претерпела потрясающий технологический подъём, позволяющий применять её для белков, пептидов, углеводов, ДНК, лекарств и многих других биологически активных молекул. Благодаря таким способам ионизации, как ионизация электроспрея (ESI) или лазерная десорбция/ионизация из матрицы (MALDI), масс-спектрометрия стала незаменимым инструментом для биохимических исследований.
Основы масс-спектрометрии
Масс-спектрометр определяет массу молекулы, измеряя отношение массы к заряду (m/z) её иона. Ионы генерируются при потере или получении заряда нейтральными частицами. После образования ионы электростатически направляются в анализатор массы, где они разделяются соответственно своему m/z и, наконец, детектируются. Результатом ионизации молекул, разделения ионов и детектирования ионов является спектр, по которому можно определить молекулярную массу и даже некоторую информацию о строении вещества. Можно провести аналогию между масс-спектрометром и призмой, как показано на рис. 1.1. В призме свет разделяется на компоненты по длинам волн, которые затем определяются оптическим рецептором. Точно так же, в масс-спектрометре сгенерированные ионы разделяются в анализаторе массы, подсчитываются и определяются в детекторе ионов (таких, как, например, электронный умножитель).
 |
Принципиальное устройство масс-спектрометра
Четыре базовых компонента являются стандартными для большей части масс-спектрометров (рис. 1.2): система ввода образца, устройство иониза-
 |
ции, анализатор массы и детектор ионов. Некоторые приборы комбинируют ввод образца и ионизацию, в других объединены анализатор массы и детектор. Однако все молекулы образца претерпевают одинаковые воздействия независимо от конфигурации прибора. Молекулы образца вводятся через систему впуска. Попав внутрь прибора, молекулы преобразуются в ионы в устройстве ионизации, а затем электростатически переносятся в анализатор массы. Ионы затем разделяются соответственно их m/z. Детектор преобразует энергию ионов в электрические сигналы, которые затем поступают в компьютер.
Способы ввода образца
Ввод образца был одной из первых проблем в масс-спектрометрии. Для проведения анализа масс образца, который первоначально находится при атмосферном давлении (760 Торр), он должен быть введён в прибор таким образом, чтобы вакуум внутри последнего остался практически неизменным (~10-6 Торр). Основными методами ввода образца являются прямое введение
зонда или подложки, обычно используемое в MALDI-MS, или прямое вливание или впрыскивание в устройство ионизации, как в методе ESI-MS. [1]
Прямое введение: использование прямого введения зонда/подложки (рис. 1.3) – очень простой способ доставки образца в прибор. Образец сначала размещается на зонде, а затем вводится в ионизационную зону масс-спектрометра, обычно через вакуумный клапан. Образец после подвергается необходимым процедурам десорбции, таким как лазерная десорбция или прямое нагревание, чтобы обеспечить испарение и ионизацию.
Прямое вливание или впрыскивание: простой капилляр или капиллярная колонка используется для помещения образца в газообразной форме или в растворе. Прямое вливание также удобно, потому что оно позволяет эффективно вводить малые количества вещества в масс-спектрометр без нарушения вакуума. Капиллярные колонки обычно используются для разграничения систем разделения и устройства ионизации масс-спектрометра. Эти системы, включая газовую хроматографию (ГХ) и жидкостную хроматографию (ЖХ), также служат для разделения различных компонентов раствора, важных для анализа масс. В газовой хроматографии разделение различных компонентов происходит в стеклянной капиллярной колонке. Как только пары образца покидают хроматограф, они направляются прямиком в масс-спектрометр.
В 1980-х годах невозможность совместного использования жидкостной хроматографии (ЖХ) с масс-спектрометрией была обусловлена, большей частью, неспособностью устройств ионизации справляться с непрерывным по-
током ЖХ. Однако, ионизация электроспрея (ESI), химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI) и фотоионизация при атмосферном давлении (APPI) сейчас позволяют совмещать ЖХ и масс-спектрометрию в повседневных анализах.
Механизмы ионизации
Протонирование – механизм ионизации, при котором к молекуле присоединяется протон, сообщая ей заряд 1+ на каждый присоединённый протон. Положительные заряды обычно локализуются на основных частях молекулы, таких, как амины, с образованием стабильных катионов. Пептиды часто ионизируются при помощи протонирования. Протонирование осуществляется при MALDI, ESI и APCI.
Депротонирование– механизм ионизации, при котором отрицательный заряд 1- получается при отрыве протона от молекулы. Такой механизм ионизации обычно осуществляется при MALDI, ESI и APCI и очень полезен для определения кислотных образцов, включая фенолы, карбоновые кислоты и сульфоновые кислоты. Спектр отрицательных ионов сиаловой кислоты показан на рис 1.2.
Катионизация– механизм ионизации, в котором заряженный комплекс образуется при координационном присоединении положительно заряженного иона к нейтральной молекуле. В принципе, пртонирование тоже подпадает под это определение, поэтому катионизацией считается присоединение иона, отличного от протона, например щелочного металла или аммония. Кроме того, катионизация применима к молекулам, которые неспособны к протонированию. Связь катионов, в отличие от протонов, с молекулой менее ковалентна, поэтому заряд остаётся локализован на катионе. Это минимизирует размывание заряда и фрагментацию молекулы. Катионизация также может быть произведена при MALDI, ESI и APCI. Углеводы – лучшие вещества для такого механизма ионизации, с Na+ как обычным присоединённым катионом.
Прямой перенос заряженной молекулы в газовую фазу
Перенос соединений, уже заряженных в растворе, легко достигается при использовании десорбции или выбрасыванием заряженных частиц из конденсированной фазы в газовую. Обычно это осуществляется с использованием MALDI или ESI.
Отрыв электрона
Как видно из названия механизма, отрыв электрона придаёт молекуле 1+ положительный заряд при выбивании электрона, так что при этом часто образуются катион-радикалы. Наблюдаемый, в основном, при электронной ионизации, отрыв электрона обычно применяется для относительно неполярных соединений с низкой молекулярной массой. Также известно, что он часто приводит к образованию значительных количеств фрагментарных ионов.
Захват электрона
При захвате электрона, отрицательный заряд 1- сообщается молекуле при присоединении электрона. Этот механизм ионизации в первую очередь наблюдается для молекул с большим сродством к электрону, таких как галогенсодержащие соединения.