Метод хромато-масс-спектрометрии

Данный метод очень схож на принцип работы обычного спектрометра. Но все-таки не стоит забывать, что это гибридная технология, которая связана с принципом работы хроматографа. Данный метод в определенных аспектах опережает даже более дорогостоящие агрегаты. Причем делает это весьма успешно.

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.

Масс-спектроскопия, масс-спектральный анализ — метод анализа веществ путем опреде­ления массы  (чаще отношения массы к заряду m/z) и относительного количества ионов, получаемых при ионизации исследуемых веществ или уже присутствующих в изучае­мой смеси. Совокупность значений m/z и относительных величин токов этих ионов пред ставляет собой график, который называют масс-спектром вещества.

С помощью масс-спектрометрии можно измерить точную молекулярную массу ор­ганического соединения, рассчитать элементный состав, установить химическое и пространственное строение, изотопный состав, провести качественный и количественный, анализ сложной смеси.

При ионизации органической молекулы образуется ион, в котором далее происходят процессы гетеро- и гемолитического разрыва связей с образованием осколочных ионов, которые также подвергаются дальнейшему распаду. Направление распада — важная характеристика каждого класса соединений. Совокупность всех направлений распада составляет характерную для каждого органического соединения схему фрагментации. Если масс-спектр прост, схема фрагментации сводится к одному пути распада. Например, при  распаде иона СН₃ОН⁺ последовательно образуются ионы СН₂=ОH⁺ и Н-С=O⁺. В случае сложных масс-спектров схема фрагментации отвечает многим, часто перекрывающимся: направлениям распада.

Полученный масс-спектр сравнивают со спектром из каталога. Это быстрый, простой способ структурного анализа и идентификации веществ. Он используется для определе­ния загрязнений окружающей среды, контроля продуктов питания, при изучении про­цессов метаболизма, в криминалистике, а также при анализе биологических объектов на неизвестное ядовитое соединение.

В настоящее время используется сочетание хроматографического и масс- спектрометрического методов. Этот метод получил название хроматомасс-спектрометрии. С помощью хроматографии происходит разделение смеси на отдельные компоненты c помощью масс-спектрометрии проводят обнаружение и количественное определение разделенных веществ смеси.

Хроматомасс-спектрометры выпускаются в двух вариантах — в комбинации с газовым или газожидкостным хроматографом  (соответственно ГХ или ГЖХ) для анализа веществ, находящихся в газовой фазе или в комбинации с высокоэффективным жидкостным хро­матографом для анализа труднолетучих, полярных и термолабильных веществ.

Если в лаборатории имеется только комплект ГХ — масс-спектрометр, то при ана­лизе малолетучих  (барбитураты и др.), полярных соединений и их метаболитов  (опиа­ты и др.) для использования метода необходима дериватизация исследуемых веществ, Дериватизация позволяет исключить потери веществ из-за низкой летучести или сильной полярности. При анализе полярных соединений за счет дериватизации вещества пре­вращаются в менее полярные и более летучие.

Дериватизацию проводят в герметически закрытых сосудах, снабженных завинчиваю­щимися крышками, или в сосудах с пробками, которые герметично запечатывают с по­мощью алюминиевых колпачков. В этих сосудах экстракт из мочи упаривают или в них переносят сухой остаток с помощью небольшого объема органического растворителя, который также упаривают досуха. К сухому остатку, содержащему исследуемые веще­ства, добавляют реагент, не допуская попадания воды, чтобы исключить гидролиз де­риватов. Реакция проходит обычно в течение 5-60 мин при температуре менее 100°С. После охлаждения сосуды вскрывают и 1-2 мкл реакционной смеси вносят в инжектор хроматографа.

Наиболее устойчивыми являются ацетилированные производные  (реагент: уксусный ангидрид — пиридин, 1:1). Они сохраняют стабильность в реакционной среде при ком­натной температуре 48-72 ч. В результате дериватизации появляется возможность более точного определения площадей пиков, форма которых становится более симметричной, н повышается чувствительность определения.

Хроматомасс-спектрометр представляет собой сложный прибор, включающий ионо­оптическую, высоковакуумную системы, электронную аппаратуру для усиления и изме­рения ионных токов, а также хроматографический узел для разделения смеси. Блок-схема хроматомасс-спектрометра показана на рисунке 20.

Исследуемую пробу вводят в хроматограф, где происходит разделение смеси веществ. Поток разделенных веществ с газом-носителем проходит через специальный сепаратор, который отделяет газ-носитель от вещества. Затем исследуемое соединение попадает в ионизационную камеру масс-спектрометра. В этой камере частицы веществ иони­зируются и поступают в масс-анализатор, где они делятся по массам. Относительные значения сил токов, возникающих за счет ионов с разной массой, измеряются системой регистрации. Масс-спектр смеси веществ представляет собой ряд последовательно рас­положенных пиков веществ. Деление веществ по массам в анализаторе осуществляется под действием магнитного поля  (чаще однородного). При прохождении пучка ионов че­рез магнитное поле ионный пучок фокусируется на щель приемника. В процессе фо­кусировки пучок ионов с массой ш отделяется от ионов с массой т+Аш. Этот процесс происходит в плоскости щели приемника на расстояние, которое определяется величиной дисперсии  (или разделяющей способности) прибора.

Таким образом, разрешающая сила хроматомасс-спектрометра — это мера его способности разделять два иона с определенной разницей их  масс.

Детектор  (регистрирующее устройство) в приборе осуществляет регистрацию элек­трических сигналов в определенной последовательности. В современных приборах цифровая регистрация и обработка информации проводится с помощью ЭВМ. Прибор записывает полный спектр и проводит обработку нескольких десятков, а иногда и сотен масс-спектров с сотней пиков в каждом из них с одновременной расшифровкой самого спектра. Непрерывная запись полного ионного тока в течение всего времени хроматогра­фического разделения представляет собой хроматограмму смеси. В момент появленш; максимумов на хроматограмме масс-спектрометр быстро записывает полный масс-спектр каждого компонента с интервалом в 1-2 с. Масс-спектр является качественной хе рактеристикой разделяемой смеси и позволяет идентифицировать ее компонента  (предел обнаружения веществ 10 ^-12 г/мл).

Идентификация веществ, выделенных из биологического объекта, проводится по времени удерживания и соответствующему каждому пику на хроматограмме масс-спектр с определенной величиной отношения массы иона к его заряду. Например, в процессе анализа гашиша при определении каннабиноидов из масс-спектра были выделены характерные отношения масса/заряд 231, 314 и 299. В результате обнаружены 2 вещества, имеющие время удерживания 7,55 и 8,31 мин. Эти вещества были идентифицированы по атласу известных масс-спектров как каннабидиол и тетрагидроканнабинол соответ 1 ственно  (Еремин С.К.)

Хроматомасс-спектрометрия является универсальным методом, позволяющим работать с весьма сложными смесями, содержащими всего 10^-10 — 10^-14 г/мл определяемого компонента, что в миллиарды раз меньше требуемых количеств вещества для обычных1 масс-спектрометров. Это особенно ценно для определения следовых количеств ядовитых веществ в биологических жидкостях, волосах и в трупном материале.

8. Пробоподготовка биологического материала к анализу методом хромато-масс-спектрометрии

9. Химико-токсикологический анализ на содержание каннабиноидов.

10. Химико-токсикологический анализ на содержание фенилалкиламинов.

11. Химико-токсикологический анализ на содержание алкалоидов группы опия.

12. Химико-токсикологический анализ на содержание амитриптилина и димедрола.

13. Химико-токсикологический анализ на содержание кокаина.

14. Виды допинга. Классификация. Основные группы и методы.

15. Методика взятия допинг-проб. Ответственность сторон.