Навигация:
- Хромато-масс-спектрометр
- Квадрупольный масс-спектрометр
- Магнитный масс-спектрометр
- Времяпролетный масс-спектрометр
- Масс-спектрометры Agilent
Масс-спектрометр – это прибор, который методом масс-спектрометрии определяет состав, структуру вещества и другие его характеристики на молекулярном уровне. Это отличительная черта масс-спектрометрического метода по отношению к другим методам, вроде рентгеновского, оптического и прочих.
Масс-спектрометр основан на принципе работы анализа заряженных частиц пробного образца: определение массы молекул, их структуры, заряда, изотопного состава. Исследованию поддаются любые материалы, которые поддаются ионизации.
Самые распространенные типы масс-спектрометров:
- Хромато-масс-спектрометр.
- Квадрупольный масс-спектрометр.
- Магнитный масс-спектрометр.
- Времяпролетный масс-спектрометр.
Устройство масс-спектрометра можно условно представить в виде блок-схемы.
Анализируемое вещество 1 ионизируется ионным источником 2. Получаемые в результате пучок ионов попадает в камеру масс-спектрометра, так называемый масс-анализатор 3, где ионы разделяются по значению отношения массы иона к его заряду. Приемник ионов (детектор масс-спектрометра) 4 преобразует ток в электрический сигнал, который усиливается с помощью усилителя 5. Этот усиленный сигнал, в котором имеется информация о количестве и массе ионов, принимает регистрирующее устройство 6. Некоторые модели потом выводят дополнительно все полученные результаты на ЭВМ 7.
Для создания и поддержания вакуума, в котором происходит процесс анализа (на блок-схеме эта область обозначена пунктирными линиями), масс-спектрометр снабжен системой питания 8 и вакуумным насосом 9.
В результате всего этого процесса получаются данные в виде масс-спектров.
Каждый материал имеет неповторимый вид масс-спектра, который зависит от структуры и массы молекул. Сложные молекулы могут распадаться не на один, а на несколько ионов или иметь несколько зарядов, поэтому метод масс-спектрометрии имеет очень широкие возможности изучения веществ.
Примечание. В масс-спектрометре может устанавливаться два масс-анализатора, такой прибор получил название тандемный масс-спектрометр.
Хромато-масс-спектрометр
Хромато-масс-спектрометр – это разновидность масс-спектрометра, в котором соединены два метода исследования: хроматография и масс-спектрометрия. Причем газовый хроматограф и масс-спектрометр работают абсолютно независимо друг от друга.
Применяется газовый масс-спектрометр во многих областях производства, где необходимо исследование органических и других сложных веществ, это:
- медицина и фармацевтика;
- биология;
- химия;
- экологический контроль;
- криминалистические лаборатории;
- парфюмерное производство;
- пищевая индустрия и прочее.
Существует два вида хромато-масс-спектрометров: газовый и жидкостный.
Все хромато-масс-спектрометры имеют общую схему устройства, которая позволяет исследовать, как газообразные, так жидкие вещества.
Примечание. Хромато-масс-спектрометр позволяет изучить очень сложные материалы, в состав которых входит до 400 компонентов.
Газовый хромато-масс-спектрометр на первом этапе анализирует весь диапазон масс, потом проводится качественный анализ отдельных видов ионов. И конечным этапом является объединение всех данных на диаграмме со шкалой время. Получается такая хроматограмма всех ионов пробного образца.
Газовая хроматография хорошо сочетается с процессами ионизации методом электронного удара или химической ионизацией. Для жидкостной хроматографии применяются методы ионизации электроспрей и химическая ионизация при обычном давлении.
Квадрупольный масс-спектрометр
Квадрупольный масс-спектрометр характеризуется очень высокой чувствительностью, производительностью и простотой использования, поэтому широко используется в разных областях производства.
Большинство моделей имеют автоматическую систему контроля давления и могут включаться и выключаться автоматически. А также блок управления и программное обеспечение для контроля за процессом исследования в режиме реального времени.
Принцип работы квадрупольного масс-спектрометра состоит в следующем.
Полученные во время ионизации ионы разгоняются в электрическом поле и проходят через квадрупольный анализатор, который представляет собой четыре стержня. Стержни находятся под таким напряжением постоянного или переменного тока, что в определенное время сквозь них могут проходить ионы какого-то одного значения отношения массы к заряду. Таким образом, меняя напряжение сканируются различные ионы с разными показателями.
Распознавание ионов происходит цилиндром Фарадея или вторично-электронным умножителем. Все результаты исследования в конечном итоге поступают на компьютер.
Примечание. Квадрупольный масс-спектрометр может работать в большом диапазоне давления: от атмосферного до сверхвысокого, что является большим преимуществом данного прибора.
Преимущества квадрупольного масс-спектрометра:
- компактность;
- большая скорость анализа;
- разрешение масс-спектрометра меньше 1 а.е.м.;
- простота в обслуживании.
Это дает возможность эффективно его использовать для анализа газов, течеискания и контроля процессов, которые происходят в вакууме.
Магнитный масс-спектрометр
Магнитный масс-спектрометр использует в процессе исследования анализ траектории движения ионов в магнитном поле.
Принцип работы магнитного масс-спектрометра состоит в следующем.
Ионы из ионизатора ускоряются и проходят через магнитное поле, которое образуется перпендикулярно перемещению частиц. В результате направление передвижения ионов меняется: частицы с разным значением отношения массы к заряду по-разному реагируют на магнитное поле. Масс-анализатор меняет силу поля и регистрирует ионы только одной массы по очереди. Существуют многоканальные детекторы, которые могут регистрировать сразу все значения масс.
Примечание. Часто магнитный масс-спектрометр применяется для исследования окружающей среды, пищевых продуктов и прочее.
Преимуществом магнитного масс-спектрометра является очень высокая чувствительность, высокое разрешение и стабильность работы.
Времяпролетный масс-спектрометр
Времяпролетный масс-спектрометр наряду с обычными образцами может работать с образцами, которые термически нестабильные различного происхождения.
Отличительной характеристикой принципа работы времяпролетного масс-спектрометра является то, что ионы от импульса высокого напряжения или ионизирующего лазера начинают движение одновременно. После этого происходит регистрация всех частиц одновременно, поэтому скорость анализа составляет несколько микросекунд.
Примечание. Времяпролетный масс-спектрометр может работать совместно с жидкостным хроматографом. В результате суммируется общая интенсивность тока в каждом масс-спектре, поэтому для исследования достаточно веса вещества равное единицам пикограмм.
Примером применения времяпролетного масс-спектрометра является использование его для анализа белковых взаимодействий в генной инженерии, поиска патологий клеток и маркеров болезней.
Масс-спектрометры Agilent
Лидером в области масс-спектрометрического оборудования являются масс-спектрометры Аgilent (США).
Кроме изученных и признанных моделей масс-спектрометров, цена которых зависит от комплектации оборудования, компания Аgilent постоянно занимается поиском новых решения для модернизации и улучшения приборов. Например, хромато-масс-спектрометр Аgilent 5975С обладает возможностью стабилизировать термически нестабильные материалы и произвести их исследование с максимальной точность. Масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой 7700 оснащен новой конструкцией ионных линз для увеличения чувствительности и снижения уровня фона, а также новым радиочастотным генератором, нечувствительным к высоколетучим органическим растворителям.
Устройство и принцип работы масс-спектрометров, которые можно купить у официальных дистрибьюторов компании, позволяют применять масс-спектрометры с разными разделительными приборами. Это позволяет значительно уменьшить стоимость и увеличить производительность масс-спектрометров, что с достоинством может оценить покупатель. А новые программные обеспечения и улучшения конструктивных особенностей масс-спектрометров Agilent обеспечивает надежность и получение достоверных результатов.