Масс спектрометр

Масс-спектрометр позволяет определять массу молекулы, измеряя отношение массы к заряду (m/z) получаемого в результате ионизации иона. Ионы генерируются в результате процесса ионизации путем потери или получения заряда нейтральными частицами. После образования ионов, они при помощи электростатических и магнитных полей направляются в анализатор массы, где разделяются соответственно величине m/z. Наиболее распространенным является квадрупольный масс-анализатор, который представляет из себя четыре параллельно и симметрично расположенных электрода (см. рис.1). К электродам попарно в противоположной полярности подаётся определённая комбинация постоянного и высокочастотного напряжения U₀ = U + Vcosωt, где U- напряжение постоянного тока, Vcosωt — радиочастотная компонента.

П од действием небольшого ускоряющего напряжения (10-20 В) ионы влетают параллельно осям стержней электродов. Под действием осцилирующего поля, задаваемым электродами, они начинают колебаться вдоль осей x и y. При этом амплитуда колебаний возрастает без изменения направления движения. Ионы, чьи амплитуды достигают высоких значений нейтрализуются при столкновении с электродами. Фиксированную амплитуду приобретают только те ионы, чьи значения m/z будут отвечать определенному соотношению U/V. Последнее позволяет им достичь детектора, в то время как остальные ионы элиминиуруются на стенках электродов. Таким образом, масс-спектр регистрируется путем взаимного изменения значений величин U₀ и V. Далее ионы детектируются из коллектора ионов. Результатом ионизации молекул, разделения ионов и детектирования ионов является спектр, по которому можно определить молекулярные массы молекулы и ее фрагментов, что позволяет судить о возможном строении вещества.

Рис.1. Схема устройства масс-спектрометра с квадрупольным масс-анализатором.

Метод ямр

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса, основана на резонансном поглощении электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, обусловленным переориентацией магнитных моментов ядер. Образец, помещают в стеклянную ампулу диаметром около 5 мм, фиксируют между полюсами сильного электромагнита. Затем, для улучшения однородности магнитного поля, ампула начинает вращаться, а магнитное поле, действующее на нее, постепенно усиливают. В качестве источника излучения используется радиочастотный генератор высокой добротности. Под действием усиливающегося магнитного поля начинают резонировать ядра, на которые настроен спектрометр. Поглощение энергии фиксируется радиочастотным мостом и затем записывается самописцем. Частоту увеличивают до тех пор, пока она не достигнет определенного предела, выше которого резонанс невозможен. Так как идущие от моста токи весьма малы, снятием одного спектра не ограничиваются, а делают несколько десятков экспериментов. Все полученные сигналы суммируются на итоговом графике.[7]

Традиционный метод ЯМР-спектроскопии имеет множество недостатков. Во-первых, он требует большого количества времени для построения каждого спектра. Во-вторых, он очень требователен к отсутствию внешних помех, и как правило, получаемые спектры имеют значительные шумы. В-третьих, он непригоден для создания спектрометров высоких частот (300, 400, 500 и более МГц). Поэтому в современных приборах ЯМР используется метод так называемой импульсной спектроскопии (PW), основанной на фурье-преобразованиях полученного сигнала. В настоящее время все ЯМР-спектрометры строятся на основе мощных сверхпроводящих магнитов с постоянной величиной магнитного поля. Преимущество данного метода заключается в том, что

• сигналы ядер атомов, входящих в определенные функциональные группы, лежат в строго определенных участках спектра;

• интегральная площадь, ограниченная пиком, строго пропорциональна количеству резонирующих атомов;

• ядра, лежащие через 1-4 связи, способны давать мультиплетные сигналы.

Положение сигнала в спектрах ЯМР характеризуют химическим сдвигом их относительно эталонного. В качестве последнего в ЯМР ¹Н и ¹³С применяют тетраметилсилан Si(CH₃)₄. Единицей химического сдвига является миллионная доля (м.д.) частоты прибора. Наряду с ЯМР, можно использовать инфракрасную спектроскопию (IR), чтобы идентифицировать функциональные группы, но анализ спектра ЯМР обеспечивает нас информацией в том числе и о типе атомов в молекуле.[8] Поэтому ЯМР обеспечивает нас более подробной информацией о неизвестном веществе, чем метод ИК.