Вакуумная система
Масс-спектрометр требует создания в нем очень чистого вакуума. Давление остаточного газа в приборе обычно составляет около 10-7 – 10-10 мм.рт.ст. Для создания такого вакуума применяются, как правило системы состоящие из двух насосов: форвакуумного (например, пластинчато-роторного) и высоковакуумного (например, диффузионного или турбомолекулярного). Высокий вакуум необходим для создания пространства без молекул с которыми бы могли сталкиваться анализируемые ионы и нейтрализоваться, не долетая до детектора. Во всех масс-спектрометрах вакуумируется масс-анализатор и система детектирования. В МСД для газовой хроматографии вакуумируется еще и система ионизации. В ВЭЖХ вакуумирование системы ионизации зависит от типа ионизации.
Виды регистрирующих устройств
Третья обязательная деталь масс-спектрометра – регистрирующее устройство, с помощью которого можно определить количество ионов с данным m/z. Первые масс-спектрографы использовали в качестве детектора фотопластинку. Сейчас используются динодные вторично-электронные умножители, в которых ион, попадая на первый динод, выбивает из него пучок электронов, которые в свою очередь, попадая на следующий динод, выбивают из него еще большее количество электронов и т.д. Другой вариант – фотоумножители, регистрирующие свечение, возникающее при бомбардировке ионами люминофора. Кроме того, используются микроканальные умножители, системы типа диодных матриц и коллекторы, собирающие все ионы, попавшие в данную точку пространства (коллекторы Фарадея). В современном приборе регистрирующее устройство непосредственно связано с компьютером, который производит обработку результатов и управляет экспериментом.
Объекты исследования
Масс-спектрометрия в настоящее время является одним из наиболее информативных, чувствительных и надежных аналитических методов. Масс-спектрометрия способна обнаруживать примеси на уровне 0,0001% и ниже, что актуально при анализе биологического материала на содержания токсикантов.
Области использования:
фармацевтика: создание новых лекарств, контроль их производства, биохимия, генная инженерия, анализ токсичных препаратов и контроль за распространением наркотических и психотропных веществ;
медицина: диагностика инфекций, определение наличия в крови спортсменов допинга;
безопасность страны: поиск террористов через определение происхождения взрывчатого вещества, борьба с наркотрафиком, защита экономической безопасности страны через проверку товара на границе;
нефтегазовая промышленность: поиск новых нефтяных полей, оптимизация процессов добычи, поиск виновных в экологических катастрофах;
ядерная энергетика: определение степени обогащения материалов, а также их чистоты.
И это — далеко не всё. Невозможно назвать хоть одну область хозяйственной, прикладной или научной деятельности человека, где не использовалась бы масс-спектрометрия и масс-спектрографы различных видов.
Плюсы и минусы
Большим преимуществом масс-спектрометрии перед многими другими методами является что он невероятно чувствителен (частей на миллион). Это отличный инструмент для выявления неизвестных компонентов в образце или подтверждения их присутствия. Недостатки масс-спектрометрии заключаются в том, что он не очень хорошо идентифицирует углеводороды, производящие похожие ионы, и не может отличить оптические и геометрические изомеры. Недостатки компенсируются сочетанием МС с другими методами, такими как газовая хроматография (ГХ-МС).
Перспективы развития метода
В настоящее время масс-спектрометрия считается наиболее востребованным и чувствительным методом анализа органических молекул, чему способствовало интенсивное развитие физики элементарных частиц и открытие за последние тридцать лет новых методов ионизации молекул. Кроме того, по данным масс-спектра можно сделать вывод относительно размера и структуры углеродных заместителей, что трудно установить другими методами.
Проблема загрязнения воды в наше время является одной из важнейших проблем человечества. я, в сточные воды сбрасывается так много антибиотиков и других фармацевтических препаратов, что они не успевают разлагаться и возвращаются в питьевую цепь. Еще одна новая проблема – загрязнение наночастицами. Наноиндустрия развивается, но никто не знает ее последствий, например, воздействия на человеческий организм техногенной пыли, которая возникает в различных технологических процессах при производстве новых материалов. Этот вопрос, несомненно, надо исследовать, и здесь масс-спектрометрия будет играть решающую роль.
Четко прослеживается тенденция создания портативных приборов
Также имеют место быть идеи о получение изображений живой ткани с помощью масс-спектрометрии. Это важнейшее направление, которое интересует гистологов, хирургов. Одно из интереснейших, перспективных применений метода – это масс-спектрометрическое сопровождение хирургических операций. Сейчас роботизированные операции проводятся с точностью позиционирования скальпеля от 1 до 0,5 мм. Когда нейрохирург делает операцию, он сначала использует магнитно-резонансную томографию, чтобы определить участки опухоли, которые надо удалить и при этом не затронуть жизненно-важные центры мозга. Хирург должен точно знать, какая ткань находится под скальпелем. Современные методы масс-спектрометрии позволяют получать достаточно информации, чтобы идентифицировать ткань. В результате операция проводится не вслепую, когда за кровью и жидкостью на операционном поле ничего не видно, а на основе объективной информации, где находится скальпель. И это только отдельные перспективные направления дальнейшего развития масс-спектрометрии.