4)включить форвакуумный насос для отведения газа из прибора;

5)включить источник азота (генератор или баллон с газом);

6)на регуляторе потока PORTER установить поток 1,6 л/мин для линии отведения газа;

2.Включить модуль отслеживания температуры и влажности

влинии напуска газа ИВА-6Б.

3.Задание потенциала на конце трубы дрейфа:

установить напряжение 127 В на источнике питания «Актаком АТН-1301».

4.Включение потенциала на апертурной сетке:

подключить кабель модуля батарейного питания к разъему

внижней части конца трубы дрейфа.

5.Включить осциллограф Tektronix TDS5054B-NV-AV.

6.Подключение схемы усилителя сигнала:

1)включить источники питания «Актаком APS-1721L» и «Актаком APS-1721» для обеспечения двуполярного питания модулю усилителя сигнала. Установить напряжение 15 В на каждом из источников питания;

2)подключить черный коаксиальный кабель с BNC-на- конечником к одному из входов осциллографа для регистрации и визуализации усиленного сигнала.

7.Включение и настройка генератора импульсов для отпирания ионного затвора:

1)включить генератор импульсов Г5-54;

2)подключить выход генератора через тройник к одному из входов осциллографа и блоку высоковольтной электроники, входящему в конструкцию времяпролетного масс-спектрометра;

41

3)задать длительность импульса 400 мкс;

4)заданием частоты повторения импульса на генераторе установить период повторения 50 мс;

5)получаемый сигнал можно наблюдать и корректировать с использованием осциллографа.

8.Управление блоком высоковольтной электроники:

1)включить блок высоковольтной электроники, входящий в конструкцию времяпролетного массспектрометра;

2)включить компьютер и запустить находящуюся на рабочем столе программу MS-TOF_ControllPanell.exe;

3)в левой части поля IMS задать напряжение в интервале 5000–6000 В;

4)в поле Ion Source задать напряжение в интервале 7000–8000 В, плавно повышая его от исходного значения из интервала 5000–6000 В;

5)без длительной задержки последовательно включить подачу заданных ранее напряжений нажатием на темно-зеленые кнопки.

9.Включение и настройка шприцевого насоса Cole Parmer и подача пробы:

1)включить насос;

2)задать диаметр шприца с пробой, который будет использован в эксперименте;

3)задать скорость подачи пробы 300 мкл/мин;

4)соединить капилляром источник ионизации и шприц с пробой.

5)установить шприц с пробой в шприцевой насос, поджав его шток подвижным упором.

42

Проведение анализа со спектрометром ионной подвижности

1.Используя пользовательский интерфейс осциллографа, настроить запись сигнала в режиме усреднения.

2.Дождаться формирования усредненного спектра.

3.Сохранить полученный спектр (Save → Measurement).

4.Загрузить сохраненные спектры на внешний носитель для дальнейшей обработки.

Завершение работы на спектрометре ионной подвижности

1.Изъятие пробы:

1)выключить шприцевой насос;

2)сместить источник ионизации в крайнее правое положение;

3)слить остатки пробы в шприце в подготовленную для этого емкость;

4)набрать в шприц растворитель и слить в подготовленную для этого емкость;

5)набрать в шприц растворитель и, подключив вновь к капилляру источника ионизации, промыть капилляр, выдавив растворитель в него.

2.Выключение блока высоковольтной электроники:

1)плавно снизить напряжение в поле Ion Source от заданного до 5000 В;

2)без длительной задержки последовательно выключить подачу заданных ранее напряжений нажатием на светло-зеленые кнопки в полях Ion Source и IMS;

3)закрыть программу IMS-TOF_ControllPanell.exe;

43

4)выключить блок высоковольтной электроники, входящий в конструкцию времяпролетного массспектрометра;

5)выключить компьютер.

3.Выключить генератор импульсов.

4.Выключить питание усилителя сигнала.

5.Выключить блок питания, задающий напряжение в конце трубы дрейфа.

6.Выключить источник азота.

7.Выключить регулятор расхода газа.

8.Выключить осциллограф.

9.Выключить форвакуумный насос.

Порядок выполнения работы

1.Включить и подготовить спектрометр ионной подвижности к измерениям.

2.Записать температуру в линии напуска газа.

3.Записать давление в трубе дрейфа.

4.Записать характеристики отпирающего затвор импульса.

5.Записать установленные напряжения.

6.Зарегистрировать фоновый спектр подвижности.

7.Записать спектры времени дрейфа при различных длительностях отворения ионного затвора. Необходимо записать не менее 10 усредненных спектров с различными временами открытия ворот в режиме накопления.

8.Завершить работу на спектрометре ионной подвижности.

44

9.Произвести расчет разрешающей способности по получаемым спектрам по формуле (3.4) и, исходя из теории, по формуле (3.5), учитывая время открытия ионного затвора согласно формуле (3.6).

10.Определить сечение столкновений компонентов раствора в азоте, используя формулу (3.2).

11.Провести статистическую обработку результатов измерений.

Требуется определить подвижность компонентов раствора, рассчитать отношение сигнал/шум и разрешающую способность прибора для каждого спектра. Также требуется рассчитать разрешающую способность теоретически для соответствующих полученным спектрам времен открытия ворот и подвижностей. Далее произвести сравнение теоретически и экспериментально полученных разрешающих способностей. Определить достоверность полученных результатов.

Сделать вывод о зависимости чувствительности прибора от его разрешающей способности и времени накопления спектров.

Сделать вывод о полученной в ходе эксперимента подвижности компонентов выданного раствора и точности определения этих параметров на данном образце СИП.

Результаты обработки по каждому спектру заносятся в таблицу. Рекомендуется составить таблицу со следующими графами:

1.Время открытия ворот.

2.Количество единичных спектров.

3.Положение пика.

4.Нижний уровень шума.

5.Верхний уровень шума.

6.Средний уровень шума.

45

7.Высота пика.

8.Ширина пика на полувысоте.

9.Отношение сигнал/шум.

10.Разрешающая способность по спектру.

11.Разрешающая способность теоретическая.

Оформление результатов

В отчете о лабораторной работе должны быть приведены следующие данные:

1.Схема СИП и условия эксперимента.

2.Экспериментальная зависимость разрешающей способности от длительности отворения ионного затвора.

3.Теоретическая зависимость разрешающей способности от длительности отворения ионного затвора.

4.Экспериментальная зависимость отношения сигнал/шум от длительности отворения ионного затвора.

5.Экспериментальная зависимость отношения сигнал/шум от числа сложенных спектров.

6.Выводы.

Контрольные вопросы

1.Объясните принцип работы спектрометра ионной подвижности.

2.Перечислите факторы, влияющие на разрешающую способность и чувствительность спектрометра ионной подвижности.

46

3.Рассмотрите структурную схему спектрометра ионной подвижности и объясните назначение ее отдельных элементов.

4.Объясните принцип действия ионного затвора.

5.Какие источники ионов применяются в спектрометре ионной подвижности?

6.В чем отличие между спектрометром ионной подвижности и масс-спектрометром?

7.Какие параметры влияют на подвижность ионов?

Список рекомендуемой литературы

1.Hill Jr H.H., Siems W.F., St. Louis R.H. Ion mobility spectrometry //Analytical Chemistry. 1990. V. 62. №. 23. Pp. 1201A–1209A.

2.Буряков И.А. Обнаружение взрывчатых веществ методом спектрометрии ионной подвижности //Журнал аналитической химии. 2011. Т. 66. № . 8. С. 788–809.

3.Светозаров В.В. Основы статистической обработки результатов измерений: Учеб. пособие. М.: МИФИ, 2005.

47

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Порядок включения и отключения вакуумной системы тандемного масс-спектрометра:

1.Осмотр вакуумных соединений.

2.Включение питания датчиков давления.

3.Включение форвакуумного насоса.

ВНИМАНИЕ! Следующий шаг производится при условии, что давление в интерфейсе дифференциальной откачки (см. лабораторную работу № 1) достигает значения ≤ 2 торр.

4.Включение турбомолекулярного насоса.

5.Проведение анализа, работ, эксперимента.

6.Выключение турбомолекулярного насоса.

ВНИМАНИЕ! Следующий шаг производится при полной остановке турбомолекулярных насосов, т.е. частота вращения составляет 0 Гц.

7. Выключение форвакуумного насоса.

48

Приложение 2

Режимы сканирования ТТМС

Получение масс-спектра. Квадруполь 1 обеспечивает сканирование, т.е. он работает в режиме пропускания ионов с определенным отношением / , которое меняется с заданным шагом в заданном диапазоне / . Гексаполь 2 и квадруполь3 работают в режиме фокусировки, т.е. пропускают все ионы в широком диапазоне масс. Высокочастотное напряжение на 2 и 3 меняется синхронно с перестройкой квадруполя 1 для максимизации транспорта ионов. Газ в ячейке 2 отсутствует. Получаемый масс-спектр может служить основой для выбора следующих режимов сканирования ТТМС и их параметров.

Получение масс-спектра ионов-продуктов. Квадруполь

1 пропускает ионы с определенным отношением / (ионыпредшественники, материнские ионы). Гексаполь 2 работает в режиме фокусировки с напуском газа в ячейку. При этом контролируется и устанавливается транспортная кинетическая энергия ионов. В ячейке гексаполя происходит столкновительная диссоциация материнских ионов. Квадруполь 3 обеспечивает сканирование по ионам-продуктам (дочерним ионам), т.е. пропускает ионы с определенным отношением / , которое меняется с заданным шагом в заданном диапазоне / . Полученные спектры ионов-продуктов используют для идентификации веществ сложной смеси. Масс-спектр ионов-продуктов (соотношение интенсивностей пиков) зависит от условий работы ячейки столкновений: давления газа, потенциала оси квадруполя 2, а также от режима работы источника ионов.

Получение масс-спектра ионов-предшественников.

Квадруполь 1 производит сканирование, т.е. пропускает ионы с определенным отношением / , которое меняется с заданным шагом в заданном диапазоне / . Гексаполь 2 работает в режиме фокусировки с напуском газа в ячейку. Квадруполь3 пропускает ионы с определенным отношением / . Этот режим используют при структурном анализе молекул определенного класса соединений, ионы которых при фрагментации дают

49

общий структурный кластер.

Обнаружение нейтральных потерь. Обнаружение сложных химических соединений в анализируемой пробе может осуществляться по отделению нейтральных фрагментов, характерных для искомого соединения, в процессе фрагментации. Например, олигосахариды могут терять молекулы сахара; фосфорилиновые пептиды и другие биомолекулы могут терять фосфатную группу; пептиды, содержащие остатки серина, треонина или аспарагина, могут терять молекулы воды или аммиака. Квадруполь 1 пропускает ионы с определенным отношением / . Гексаполь 2 работает в режиме фокусировки с напуском газа в ячейку, обеспечивая фрагментацию иона-предшественника в результате столкновительной диссоциации. Квадруполь 3 пропускает ионы с определенным отношением / , которое соответствует иону-предшественникку после потери нейтрального фрагмента в результате фрагментации. Затем происходит изменение параметров квадруполей на новую пару иона-предшественника и иона-продукта с заданной разницей масс, и измерение повторяется. Таким образом, если в смеси есть соединения, способные терять нейтральный фрагмент заданной массы, они будут зарегистрированы в виде пар ионов-предшественников и ионовпродуктов, различающихся на эту массу. Это позволяет идентифицировать соединения даже без знания их точной структуры. Для данного режима необходимо предварительное знание о возможных нейтральных потерях искомых соединений. Данный режим используют для избирательной идентификации близкородственных соединений в смеси.

Мониторинг выбранной реакции. Данный режим работы используют для контроля ион-молекулярных реакций. Это позволяет обнаруживать только определенный ион-продукт от определенного иона-предшественника. Данный режим обеспечивает повышенную чувствительность. Квадруполь 1 пропускает ионы-предшественники с определенным отношением / . Гексаполь 2 работает в режиме фокусировки с напуском газа в ячейку. Квадруполь 3 пропускает ионы-продукты с определенным отношением / .

50