$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Масс-спектрометрия — это аналитический метод, который позволяет идентифицировать и количественно оценить неизвестные соединения в образце, а также определить их структуру.
В масс-спектрометрии ионы газовой фазы образуются из атомов или молекул в образце. Затем ионы разделяются на основе их отношения массы к заряду, обозначаемого m/z.
Это разделение позволяет определить количественную и качественную информацию об образце, такую как его масса и структура.
В этом видео будут представлены основные понятия и инструменты масс-спектрометрии, а также продемонстрировано их использование в количественном определении элементов.
Масс-спектрометр состоит из источника ионизации, масс-анализатора и детектора. В источнике ионизации соединения ионизируются, как правило, до одного положительного заряда.
Ионы могут быть сгенерированы с помощью различных методов, таких как удар электронным пучком, плазмой или лазерами, каждый из которых приводит к ряду фрагментаций, которые помогают в определении молекулярной структуры. Эти методы в общих чертах сгруппированы на «жесткую» и «мягкую» ионизацию.
Методы жесткой ионизации вызывают обширную фрагментацию, что приводит к большему количеству фрагментов меньшей массы.
Методы мягкой ионизации приводят к уменьшению фрагментации или почти ее отсутствию при высоком диапазоне молекулярных масс.
Если фрагментация слишком велика, ценная информация о структуре может быть потеряна. Если его слишком мало, малые молекулы не будут эффективно ионизироваться. Таким образом, выбор метода ионизации зависит от исследуемого аналита и желаемой степени фрагментации.
Затем ионы ускоряются в электрическом поле, когда они поступают в масс-анализатор, где они будут разделены.
Самый простой масс-анализатор представляет собой магнитный сектор, который состоит из изогнутого магнита, создающего однородное магнитное поле. Сила притяжения магнита в сочетании с центробежной силой ускоряющихся ионов заставляет их двигаться по круговой траектории через кривую.
Радиус кругового пути ионов зависит от ускоряющего напряжения, приложенного магнитного поля и отношения массы к заряду.
Напряжение и магнитное поле могут быть выбраны таким образом, чтобы через изогнутую траекторию можно было пропускать только определенные виды отношения массы к заряду. Другие ионы врезаются в стороны магнитного пути и теряются. Сканируя напряженность магнитного поля, нужные ионы достигают детектора в разное время, тем самым точно идентифицируя каждый вид.
Еще одним типом масс-анализаторов является квадрупольный масс-фильтр. Квадруполь состоит из двух пар параллельных металлических стержней, каждая пара противоположных стержней соединена электроприводом.
На пары стержней подается напряжение постоянного тока, и их потенциалы постоянно чередуются, поэтому пары всегда находятся в противофазе друг с другом.
Затем ионный пучок направляется через центр четырех стержней. Ионы движутся по штопорообразной траектории из-за постоянного притяжения и отталкивания от стержней. В зависимости от отношения массы ионов к заряду, ион либо пройдет весь путь квадруполя и достигнет детектора, либо врежется в стержни.
Теперь, когда основы масс-спектрометра описаны, давайте рассмотрим его использование в лаборатории.
Масс-спектрометр, используемый в этом эксперименте, представляет собой ионизатор с индуктивно связанной плазмой, или ICP, с квадрупольным фильтром. Прибор будет использоваться для обнаружения и количественного определения металлического компонента в образце.
Чтобы начать эксперимент, заполните все полипропиленовые пробирки 5 мл 0,1 М соляной кислоты, чтобы удалить любые загрязняющие следы железа. Поместите пробирки на водяную баню на 1 ч при 50 °C.
После инкубации промойте пробирки 5 мл деионизированной воды и высушите пробирки в духовке или химической вытяжке.
В чистые пробирки добавьте 1,8 мл концентрированной азотной кислоты и 200 ? L образца, содержащего интересующий изотоп.
Соблюдайте технику безопасности при использовании концентрированной кислоты.
Поместите трубки на водяную баню на ночь. При необходимости температуру можно увеличить, чтобы сократить время переваривания.
После того, как образец будет переварен, дайте пробиркам остыть до комнатной температуры.
Далее добавьте 8 мл деионизированной воды, чтобы разбавить образцы, и получить концентрацию азотной кислоты ниже 20%. Итоговое разведение пробы составляет 1/50. Идеальная концентрация для ПМС находится в диапазоне частей на миллиард. Центрифугируйте пробирки, чтобы удалить оставшиеся макроскопические остатки.
ICP — это метод жесткой ионизации, в котором используется связанная аргоновая плазма при температуре около 10 000 ? C, который обладает электропроводящими свойствами для ионизации молекул образца.
Начните настройку прибора с осмотра резака ICP, чтобы убедиться в его чистоте.
Затем осмотрите пробоотборник и конусы скиммера, чтобы убедиться, что они также чистые. Эти конусы позволяют отбирать только внутреннюю часть ионного пучка, генерируемого факелом ИСП, и действуют как барьер для высокого вакуума масс-спектрометра.
Проверьте давление аргона и запустите чиллер. Запустите поступление плазмы и жидкости в систему. Подождите 20 минут, чтобы система полностью прогрелась.
Далее отсасывайте стандартный тестовый раствор, который содержит различные известные элементарные стандарты. Испытуемый раствор должен быть выбран таким образом, чтобы охватывать ожидаемый диапазон масс раствора аналита.
Когда поток раствора будет установлен, инициализируйте и протестируйте прибор в соответствии с рекомендациями производителя.
Чтобы запустить прибор, сначала выберите интересующие элементы и изотопы. Затем установите режим сканирования на пиковые скачки.
Выберите пять повторений для каждого измерения. Настройте каждую репликацию так, чтобы она содержала 40 измерительных разверток, каждая из которых должна иметь время задержки 50 мс. Общее время интеграции составляет 2 000 мс на репликацию.
Подготовьте калибровочную кривую для выбранных элементов путем измерения предварительно подготовленных стандартных растворов.
Наконец, прогоните образец, в данном случае наночастицы оксида железа. Определите концентрацию железа с помощью кривой калибровки железа.
Масс-спектрометрия используется в широком спектре приложений с использованием различных методов ионизационного и массового анализа.
В этом примере для анализа высокомолекулярных белков был использован тип масс-спектрометрии мягкой ионизации, называемый матричной лазерной десорбцией ионизации времени пролета, или MALDI-TOF. При использовании MALDI молекулы стабилизируются с помощью матрицы, чтобы уменьшить фракционирование при ионизации крупных молекул.
Белковый раствор и матрикс были обнаружены на чистой пластине MALDI и высушены. Пластина MALDI была вставлена в прибор, и образец был проанализирован.
Анализ летучих и чувствительных к окислению соединений был измерен с помощью электронно-ионизационной масс-спектрометрии, метода жесткой ионизации.
Во-первых, была спроектирована система запираемых трубок для обеспечения полного опорожнения пробирки с последующей загрузкой образца под охлаждение жидким азотом.
Пробирка для отбора проб была подключена к входному порту, и образец загружался в прибор. Затем был проанализирован масс-спектр образца, в данном случае трис(трифторметил)фосфата.
Молекулярно-лучевой масс-спектрометр в сочетании с синхротронным излучением был использован для исследования электронной структуры молекул и кластеров газовой фазы.
Молекулярный пучок, интегрированный с синхротронным излучением, обеспечил метод селективной ионизации для зондирования молекул в газовой фазе.
Образец загружался в сопло, сопло перезагружалось в прибор, и пучок фотонов позволял войти в камеру.
Затем масс-спектр был собран и сравнен с данными об эффективности фотоионизации с целью определения электронной структуры молекул.
Вы только что посмотрели введение JoVE в масс-спектрометрию. Теперь вы должны понять основные инструменты масс-спектрометрии и то, как проводить базовый анализ, основанный на масс-спектрометрии.
Спасибо за просмотр!
