Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Аналитическая химия

Средства измерений

По способу разделения «ионизированного газа» на пучки ионов с равными массами различают магнитные, квадрупольные, времяпролетные масс-спектрометры, а также приборы ион-циклотронного резонанса. Из первых трех типов наибольшее распространение получили приборы с магнитными анализаторами, однако в последние годы появились хорошо работающие квадрупольные масс-спектрометры, важным достоинством которых является возможность миниатюризации масс-спектрометра (появились даже настольные приборы такого типа). Как магнитные, так и квадрупольные масс-спектрометры широко используются в органической химии для решения разнообразных структурно-аналитических проблем. Третий тип приборов — время-пролетные масс-спектрометры — вследствие низкой разрешающей силы применяется лишь при исследовании некоторых чрезвычайно быстро текущих процессов.

Наконец, масс-спектрометры ион-циклотронного резонанса (в большинстве своем оригинальные, непромышленные конструкции) позволяют получать относительно долгоживущие ионы, в связи с чем успешно используются при изучении структуры ионов и разнообразных ион-молекулярных реакций.

По типу регистрации ионных токов различают масс-спектрографы и масс-спектрометры. В спектрографах масс-спектр регистрируется на фотопластинке в виде линий с различной степенью почернения, тогда как во втором типе приборов, более распространенном, осуществляется регистрация пучков ионов в виде электрических импульсов, записываемых с помощью многоканального осциллографа на фотобумаге или же передаваемых в память ЭВМ (рис. 5.73).

Приборы, в которых система ввода соединена с выходом газожидкостного хроматографа, называются хромато-масс-спектроме- трами (сокращенно «хромасс»). Таким образом, в зависимости от свойств анализируемого вещества и характера поставленной в исследовании задачи можно выбрать тот или иной тип прибора.

Схема основных узлов масс-спектрометра приведена на рис. 5.74. Масс-спектрометр состоит из устройства для ввода пробы 7, в которое газы вводят непосредственно, а жидкости испаряют заранее или непосредственно в приборе в таком количестве, чтобы обеспечить давление паров в ионном источнике 2 на уровне 10-2— 10-7 Па. Вещество в парообразном состоянии поступает в ионный источник (ионизационную камеру), где молекулы подвергаются бомбардировке ускоренными электронами (получаемыми, например, с помощью электронного удара) и ионизируются, т.е. превращаются преимущественно в положительно заряженные ионы, которые отделяются электрическим полем от электронов. Образовавшиеся ионы

Блок-схема масс-спектрометра

Рис. 5.74. Блок-схема масс-спектрометра:

1 — устройство для ввода пробы; 2 — ионный источник; 3 — узел ускорения и фокусировки ионов; 4 — масс-анализатор; 5 — приемник (детектор); б — усилитель; 7 — регистрирующее устройство

выводятся из зоны ионизации, ускоряются электрическим полем и одновременно фокусируются в пучок в узле ускорения и фокусировки ионов 3.

Нейтральные молекулы удаляются вакуумным насосом. Вообще, основные узлы прибора 2—5 находятся под высоким вакуумом (10-4- 10-8 мм рт. ст.), который необходим, чтобы ионы по пути к детектору практически не претерпевали столкновений. При больших давлениях происходит расширение направленного пучка ионов и наблюдается потеря разрешения и интенсивности.

Затем поток ускоренных ионов после прохождения входной диафрагмы попадает в систему магнитной сепарации 4 — масс-анали- затор. В нем под действием магнитного поля в большинстве приборов происходит разделение ионов по величине их отношения m/z. Магнит устанавливают так, чтобы силовые линии поля были перпендикулярны траектории ионного пучка. Вследствие действующей на ионы центробежной силы они описывают дугу с радиусом

где В — магнитная индукция; U — ускоряющее напряжение; т — масса иона; z — заряд иона.

Траектория движения иона определяется устройством масс-ана- лизатора (рис. 5.75). При заданных магнитной индукции В и ускоряющем напряжении Uпо ней движутся только те ионы, для которых величина отношения m/z соответствует уравнению (5.70). Все ионы с другими отношениями m/z движутся по траекториям с меньшими или большими радиусами и поэтому не могут пройти через выходную

Схема масс-анализатора с однородным магнитным полем

Рис. 5.75. Схема масс-анализатора с однородным магнитным полем:

Н — напряженность магнитного поля; S, — входная диафрагма; 52 — выходная щель

Источник: Золотов Ю.А., Дорохова Е.Н., Фадеева В.И. и др. Основы аналитической химии: В 2 кн. Кн. 2 Методы химического анализа / Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высшая школа, 2004. С. 362

щель Sr Однако, изменяя В, можно выполнить условие, определяемое уравнением (5.70) для ионов с любым отношением m/z- Тогда все ионы, имеющиеся в ионном источнике, проходят выходную щель S2 при непрерывном изменении магнитной индукции в соответствии

с условием В ~ и разделяются в зависимости от отношения m/z.

Из уравнения (5.70) следует, что U~ 1 (m/z).

Последовательного поступления ионов с различными значениями m/z в детектор можно достигнуть также изменением ускоряющего напряжения U. Однако этот принцип используют только в приборах относительно небольших размеров.

После прохождения системы масс-анализатора разделенные пучки ионов попадают в детектор 5. Отдаваемый ими заряд через высокоомное сопротивление отводится в землю. Падение напряжения на этом сопротивлении пропорционально числу ионов. После достаточного усиления 6 его можно измерить подходящим регистрирующим устройством 7, которым могут быть компенсационный самописец, аналоговый цифровой преобразователь и др. При выполнении качественных исследований (когда часто необходимо измерять очень малые ионные токи) для предварительного усиления в основном используются электронные умножители. По сравнению с простыми детекторами чувствительность, благодаря этому, повышается на несколько порядков. Однако коэффициент усиления в определенной степени зависит от массы и структуры детектируемых ионов.

Современные масс-спектрометры обладают высокой разрешающей способностью, которую выражают отношением массы иона к наименьшей различимой разнице масс. Различающая способность простейших приборов лежит в пределах 200—2000. Масс-спектрометры высокого разрешения (работающие по принципу двойной фокусировки в электрическом и магнитном полях) обладают разрешающей способностью 20000—200000 и выше. В таких приборах результаты измерений, полученные с помощью высокоскоростного детектора, вводятся непосредственно в ЭВМ, а не фиксируются самописцем. Масс-спектр представляет собой зависимость количества полученных ионов (ионного тока) от отношения m/z.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы