Билет 11 Спектрометрия и классификация методов спектрометрии
Спектроскопия – это изучение взаимодействия между веществом и излученной энергией.
Спектроскопическими методами анализа называются методы, основанные на взаимодействии вещества (в данном случае – анализируемого образца) с электромагнитным излучением.
Электромагнитное излучение представляет собой вид энергии, которая распространяется в вакууме со скоростью около 300 000 км/с и которая может выступать в форме света, теплового и ультрафиолетового излучения, микро- и радиоволн, гамма- и рентгеновских лучей.
Диапазон электромагнитного спектра простирается от наиболее длинноволнового излучения — радиоволн с длинами волн более 0,1см — до наиболее высокоэнергетического γ-излучения с длинами волн порядка 10-11 м
Теоретической основой спектроскопии является явление резонанса на соответствующей частоте.
К существенным преимуществам спектроскопии можно отнести возможность диагностики in situ, то есть непосредственно в «среде обитания» объекта, бесконтактно, дистанционно, без какой-либо специальной подготовки объекта. Поэтому она получила широкое развитие, например, в астрономии.
К приборам, измеряющим спектры веществ, относятся: спектрометры, спектрофотометры, спектрографы (или спектральные анализаторы).
Классификация методов:
Методы атомной спектроскопии
Атомно-абсорбционная
Атомно-эмиссионная
Рентгеновская и электронная
Методы оптической молекулярной спектроскопии
Инфракрасная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния
УФ-видимая спектроскопия
Флуоресцентная и фосфоресцентная
ЯМР
Масс-спектрометрия
Методы, основанные на радиоактивности
Масс-спектрометрия биологических объектов
Метод масс-спектрометрии основан на распаде и превращении анализируемых молекул в ионизированные частицы и разделении их ионов в соответствии с их массовыми числами — отношениями массы (m) к заряду (z).
Строго говоря, масс-спектрометрию не следовало бы относить к спектроскопическим методам, поскольку в ее основе не лежат процессы взаимодействия вещества с электромагнитным излучением. Масс-спектр характеризует результат разделения ионов в электрическом или магнитном поле. По традиции ее относят к спектроскопическим методам, с которыми она действительно имеет много общего.
Масс-спектр представляет собой зависимость интенсивности сигнала детектора (относительной меры количества данного иона) от отношения массы иона к его заряду (m/z). Это представляется в виде ряда пиков или линий, расположенных в соответствии с m/z получающихся осколочных ионов.
Главными узлами масс-спектрометра являются система напуска, источник ионизации (ионизатор) с ускорителем ионов, масс-анализатор (устройство для разделения ионов) и детектор в сочетании с регистрирующим устройством. Чтобы по возможности исключить соударение ионов с другими атомами и молекулами, анализ производят в вакууме. Это уменьшает потери ионов и образование побочных продуктов.
Количество вводимой пробы не должно превышать нескольких микромолей, чтобы не нарушить вакуум внутри прибора.
Общая схема устройства масс-спектрометра:
Органические молекулы обычно ионизируют, бомбардируя их пучком электронов в вакууме (электронная бомбардировка). Можно ионизировать вещество, поместив его в сильное электрическое поле (полевая ионизация) или облучая УФ-светом (фотоионизация).
Десорбционные методы ионизации незаменимы при исследовании бнооргачческчх веществ с молярными массами порядка 10000. В этих методах ионизации подвергается непосредственно твердая или жидкая проба без ее предварительного испарения. Масс-спектры крайне просты и в предельном случае вообще состоят только из молекулярного пика. В настоящее время для ионизации все шире используют лазеры, например, УФ-лазер с длиной волны 337 нм. При анализе биологических образцов к пробе часто добавляют матрицу, играющую роль переносчика энергии.
Масс-спектрометрия используется для:
определения изотопного состава;
качественного и количественного анализа сложных смесей органических и неорганических соединений с высокой чувствительностью и разрешающей способностью;
установления структуры органических соединений, включая определение молярной массы.
Часто масс-спектрометры используют в связке с газожидкостным хроматографом. Смесь веществ попадает на хроматограф, где эти вещества разделяются, а затем поступают в масс-спектрометр. Таким образом, обеспечивается более правильная интерпретация данных.