Мас-спектрометрія (англ. mass spectrometry) — метод визначення хімічного, фазового складу і молекулярної структури речовини, що базується на реєстрації спектра мас йонів, утворених внаслідок іонізації атомів і (або) молекул проби. Маса іона визначається за його відхиленням у магнітному полі.
Мас-спектрометрія | |
Мас-спектрометрія у Вікісховищі |
Загальний опис
Іонізацію здійснюють пучком електронів або йонів, лазерним випромінюванням тощо. Рідини перед іонізацією часто випаровують. Мас-спектроскопія належить до найінформативніших методів і відрізняється високими аналітичними характеристиками, дозволяє провести аналіз твердих, рідких і газоподібних речовин. Число хімічних елементів, що одночасно визначаються у природних об'єктах — до 40; одночасно з елементним складом (з точністю до 1% при наявності стандартних зразків і до 30% при безеталонному аналізі) визначається ізотопний склад (з точністю до 10−1−10−2%) речовини. Межі виявлення: відносна 10−4−10−8 %, абсолютна 10−10−10−19 г.
Закінчення «-метрія» у назві методу з'явилося після повсюдного переходу від детектування заряджених частинок за допомогою фотопластинок до електричних вимірів іонних струмів.
Особливо широке застосування мас-спектрометрія знаходить в аналізі органічних речовин, оскільки забезпечує впевнену ідентифікацію як щодо простих, так і складних молекул. Єдина загальна вимога — щоб молекула піддавалася іонізації. Однак до теперішнього часу придумано стільки способів іонізації компонентів проби, що мас-спектрометрію можна вважати практично всеосяжним методом.
Майже всі мас-спектрометри — це вакуумні прилади, оскільки іони дуже нестабільні в присутності сторонніх молекул.
Мас-спектр — це залежність інтенсивності іонного струму (кількості речовини) від відношення маси до заряду (природи речовини). Оскільки маса будь-якої молекули складається з мас атомів, що входять до її складу, мас-спектр завжди дискретний, хоча при низькій роздільності мас-спектрометра піки різних мас можуть перекриватися або навіть зливатися. Природа аналізованої речовини, особливості методу іонізації і вторинні процеси в мас-спектрометрі можуть впливати на мас-спектр (див. метастабільні іони, градієнт прискорювальної напруги за місцями утворення іонів, непружне розсіювання). Так, іони з однаковими відношеннями маси до заряду можуть виявитися в різних частинах спектра і навіть зробити частину його неперервним.
Більшість невеликих молекул при іонізації набуває тільки одного додатного або від'ємного заряду. Що більша молекула, то більша ймовірність того, що під час іонізації вона перетвориться на багатозарядний іон. Тому особливо сильно цей ефект проявляється стосовно вкрай великих молекул, наприклад, білків, нуклеїнових кислот і полімерів. За деяких видів іонізації (наприклад, електронному ударі) молекула може розпадатися на декілька характерних частин, що дає додаткові можливості ідентифікації і дослідження структури невідомих речовин.
Точне визначення маси аналізованої молекули дозволяє визначити її елементний склад (див.: елементний аналіз). Мас-спектрометрія також дозволяє отримати важливу інформацію про ізотопний склад аналізованих молекул (див.: ізотопний аналіз).
Історія мас-спектрометрії
- 1912 рік — Джозеф Дж. Томсон створює перший мас-спектрограф і отримує мас-спектри молекул кисню, азоту, чадного газу, вуглекислого газу і фосгену.
- 1913 рік — за допомогою мас-спектрографа Дж. Дж. Томсон відкриває ізотопи неону: неон-20 і неон-22.
- 1918 рік — [ru] будує перший мас-спектрограф.
- 1919 рік — Френсіс Астон, незалежно від Демпстера, будує свій перший мас-спектрограф і починає дослідження ізотопів. Цей прилад мав роздільну здатність близько 130.
- 1923 рік — Астон вимірює за допомогою мас-спектрометра дефект маси.
- 1932 рік — Кеннет Бейнбридж будує мас-спектрометр із роздільною здатністю 600 і чутливістю 1 частина на 10 тис.
- 1936 рік — Артур Демпстер, Кеннет Бейнбридж і [en] конструюють мас-спектрограф із подвійним фокусуванням. Демпстер розробляє іскрове джерело іонізації.
- 1940 рік — Альфред Нір створює перше надійне джерело електронного удару, застосувавши іонізаційну камеру.
- 1942 рік — Лоуренс запускає «калютрон» — промислову установку з розділення ізотопів урану, засновану на магнітно-секторному мас-спектрометрі.
- 1948 рік — Камероном (англ. A. E. Cameron) і Еггерсом (D. F. Eggers Jr) створено перший мас-спектрометр з [ru].
- 1952 рік — [ru] і А. К. Любимова вперше спостерігають сигнал метонію CH5+ в іонному джерелі електронного удару при підвищеному тиску метану в іонізаційній камері (в 1966 році Мансон і Філд застосують це відкриття для аналітичних цілей та створять іонне джерело з хімічною іонізацією).
- 1953 рік — Вольфганг Пауль патентує [ru] та іонну пастку.
- 1956 рік — [en] і Роланд Голке (англ. Roland Gohlke) створюють перший газовий хромато-мас-спектрометр.
- 1966 рік — Мансон і Філд створюють іонне джерело з хімічною іонізацією.
- 1972 рік — Каратаєв і [ru] винаходять час-пролітний мас-аналізатор з фокусуванням, який значно поліпшує роздільність аналізатора.
- 1974 рік — Перший рідинний хромато-мас-спектрометр створений Арпіно, Болдуїном і МакЛафферті.
- 1981 рік — Барбер, Бордолі, Седжвік і Тайлор створюють іонізатор з [en] (FAB).
- 1983 рік — Бланкі та Бестал винаходять [en].
- 1987 рік — Карас, Бахман, Бар і Хілленкамп винаходять [ru] (MALDI).
- 1999 рік — [ru] винаходить електростатичну іонну пастку [en]».
Види мас-спектрометрії
У геології, геохімії, космохімії використовують три основні напрямки мас-спектрометрії: ізотопний, молекулярний і елементний аналізи.
Ізотопний аналіз (вимірювання поширеності ізотопів різних елементів у земних і космічних об'єктах та їх варіацій) дозволяє:
- отримувати інформацію про первинний ізотопний склад елементів, пов'язаний з процесами, що відбувалися під час формування Сонячної системи або в період, що передував (процеси нуклеосинтезу);
- встановлювати розповсюдженість радіогенних ізотопів;
- визначати абсолютний вік порід, мінералів і рудних тіл;
- вимірювати варіації розповсюдженості стабільних ізотопів в земній корі, її надрах і космічних об'єктах;
- вивчати роль біосфери в процесах формування родовищ горючих корисних копалин (вугілля, нафти і газу).
Молекулярний аналіз (аналіз складних сумішей органічних сполук і визначення їх структури) використовується для визначення складу органічних сполук у ґрунтах, реєстрації органічного забруднення вод, для вивчення складу нафт і їх фракцій з метою оптимізації процесів їх переробки, а також у протеоміці для визначення протеому.
Метод (час-пролітної матрично-активованої лазерної десорбції/іонізації) (з англ. MALDI-ToF — Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization time of flight), використовується для дослідження протеїнів, пептидів, нуклеотидів та ін. та одержання так званих «фінгерпринтів» (відбитків пальців) мас-спектрів зі співвідношенням маси до заряду m/z. Метод базується на бомбардуванні лазерним випромінюванням в імпульсоному режимі суміші матриця-досліджувана речовина на сталевій підложці у вакуумі.
Елементний аналіз дозволяє визначати склад домішок порід, мінералів і рудних утворень і дослідити розподіл елементів у мікрооб'ємах природних об'єктів, пов'язаний з магматичними і осадовими процесами.
Принцип роботи і будова мас-спектрометра
Джерела іонів
Перше, що треба зробити для того, щоб отримати мас-спектр, — перетворити нейтральні молекули й атоми, що складають будь-яку органічну чи неорганічну речовину, на заряджені частинки — іони. Цей процес називається іонізацією і по-різному здійснюється для органічних і неорганічних речовин. Другою необхідною умовою є переведення іонів у газову фазу у вакуумній частині мас-спектрометра. Глибокий вакуум забезпечує безперешкодний рух іонів всередині мас-спектрометра, а за його відсутності іони розсіюються і рекомбінують (перетворюються знову на незаряджені частинки).
Умовно способи іонізації органічних речовин можна класифікувати за фазами, в яких перебувають речовини перед іонізацією.
- Газова фаза
- електронна іонізація (EI)
- хімічна іонізація (CI)
- [en] (EC)
- [ru] (FI)
- Рідка фаза
- (AP)
- (APESI)
- (APCI)
- (APPI)
- Тверда фаза
- (LDMS)
- (MALDI)
- (SIMS)
- (FAB)
- десорбція в електричному полі (FD)
- (PD)
У неорганічної хімії для аналізу елементного складу застосовуються жорсткі методи іонізації, оскільки енергії зв'язку атомів у твердому тілі значно більше і значно жорсткіші методи необхідно використовувати для того, щоб розірвати ці зв'язки і отримати іони.
- іонізація в (ICP)
- термічна іонізація або поверхнева іонізація
- іонізація в тліючому розряді і іскрова іонізація (див. іскровий розряд)
- іонізація в процесі лазерної абляції
Історично перші методи іонізації були розроблені для газової фази. На жаль, дуже багато органічних речовин неможливо випарувати, тобто перевести в газову фазу, без розкладання. А це означає, що їх не можна іонізувати електронним ударом. Але серед таких речовин майже все, що становить живу тканину (білки, ДНК тощо), фізіологічно активні речовини, полімери, тобто все те, що сьогодні являє особливий інтерес. Мас-спектрометрія не стояла на місці і в останні роки[] були розроблені спеціальні методи іонізації таких органічних сполук. Сьогодні використовуються, в основному, два з них — іонізація при атмосферному тиску і її підвиди — електроспрей, хімічна іонізація при атмосферному тиску і фотоіонізація при атмосферному тиску, а також іонізація лазерною десорбцією за сприяння матриці.
Мас-аналізатори
Отримані при іонізації іони за допомогою електричного поля переносяться в мас-аналізатор. Там починається другий етап мас-спектрометричного аналізу — сортування іонів за масами (точніше за відношенням маси до заряду, або m/z). Існують такі типи мас-аналізаторів:
- безперервні мас-аналізатори
- Магнітний і/або електростатичний [en] (англ. Sector instrument)
- [ru] (англ. Quadrupole mass analyzer)
- імпульсні мас-аналізатори
- (англ. Time-of-flight mass spectrometry)
- Іонна пастка (англ. Ion trap)
- Квадрупольна лінійна пастка (англ. Quadrupole ion trap)
- (англ. Fourier transform ion cyclotron resonance)
- (англ. Orbitrap)
Різниця між безперервними й імпульсними мас-аналізаторами полягає в тому, що в перших іони надходять безперервним потоком, а в других — порціями, через певні інтервали часу.
Мас-спектрометр може мати два мас-аналізатори. Такий мас-спектрометр називають тандемним. Тандемні мас-спектрометри застосовуються, як правило, разом із «м'якими» методами іонізації, за яких не відбувається фрагментація іонів аналізованих молекул (молекулярних іонів). Таким чином, перший мас-аналізатор аналізує молекулярні іони. Залишаючи перший мас-аналізатор, молекулярні іони фрагментуються під дією зіткнень із молекулами інертного газу або випромінювання лазера, після чого їх фрагменти аналізуються у другому мас-аналізаторі. Найпоширенішими конфігураціями тандемних мас-спектрометрів є квадруполь-квадрупольна і квадруполь-час-пролітна.
Детектори
Отже, останнім елементом описуваного нами спрощеного мас-спектрометра, є детектор заряджених частинок. Перші мас-спектрометри використовували в якості детектора фотопластинку. Зараз використовуються динодні вторинноелектронні помножувачі, в яких іон, потрапляючи на перший [ru], вибиває з нього пучок електронів, які, у свою чергу, потрапляючи на наступний динод, вибивають з нього ще більшу кількість електронів і т. д. Інший варіант — фотопомножувачі, що реєструють світіння, яке виникає під час бомбардування іонами люмінофору. Крім того, використовуються мікроканальні помножувачі, системи типу діодних матриць і колектори, що збирають усі іони, які потрапили в дану точку простору ().
Хромато-мас-спектрометрія
Мас-спектрометри використовуються для аналізу органічних і неорганічних сполук.
Органічні зразки в більшості випадків являють собою складні суміші індивідуальних речовин. Наприклад, показано, що запах смаженої курки становлять 400 компонентів (тобто, 400 індивідуальних органічних сполук). Завдання аналітики полягає в тому, щоб визначити скільки компонентів складають органічну речовину, дізнатися які це компоненти (ідентифікувати), і дізнатися скільки кожного з'єднання міститься в суміші. Для цього ідеальним є поєднання хроматографії з мас-спектрометрією. Газова хроматографія дуже добре підходить для поєднання з іонним джерелом мас-спектрометра з іонізацією електронним ударом або хімічною іонізацією, оскільки в колонці хроматографа сполуки вже знаходяться в газовій фазі. Прилади, в яких мас-спектрометричний детектор скомбінований з газовим хроматографом, називаються хромато-мас-спектрометрами («Хромасс»).
Багато органічних сполук неможливо розділити на компоненти за допомогою газової хроматографії, але можливо за допомогою рідинної хроматографії. Для поєднання рідинної хроматографії з мас-спектрометрією сьогодні використовують джерела іонізації в електроспреї і хімічної іонізації при атмосферному тиску, а комбінацію рідинних хроматографів з мас-спектрометрами називають РХ/МС (англ. LC/MS). Найпотужніші системи для органічного аналізу, затребувані сучасною протеомікою, будуються на основі надпровідного магніту і працюють за принципом іонно-циклотронного резонансу. Вони також носять назву FT/MS, оскільки в них використовується перетворення Фур'є сигналу.
Характеристики мас-спектрометрів і мас-спектрометричних детекторів
Найважливішими технічними характеристиками мас-спектрометрів є чутливість, динамічний діапазон, роздільність, швидкість сканування.
Найважливіша характеристика при аналізі органічних сполук — це чутливість. Для того щоб досягти якомога більшої чутливості при поліпшенні відношення сигналу до шуму, вдаються до детектування за окремими вибраними іонами. Виграш у чутливості та селективності при цьому колосальний, але при використанні приладів низької роздільності доводиться приносити в жертву інший важливий параметр — достовірність. Адже якщо записано тільки один пік з усього характеристичного мас-спектру, знадобиться ще багато попрацювати, щоб довести, що цей пік відповідає саме тому компоненту, який вас цікавить. Як вирішити цю проблему? Використовувати високу роздільність на приладах з подвійним фокусуванням, де можна досягти високого рівня достовірності не жертвуючи чутливістю. Або використовувати тандемну мас-спектрометрію, коли кожен пік, відповідний материнському іону, можна підтвердити мас-спектром дочірніх іонів. Отже, найкращим за чутливістю є органічний хромато-мас-спектрометр високої роздільної здатності з подвійним фокусуванням.
За характеристикою поєднання чутливості з достовірністю визначення компонентів слідом за приладами високої роздільності йдуть іонні пастки. Класичні квадрупольні прилади нового покоління мають поліпшені характеристики завдяки ряду інновацій, застосованих у них, наприклад, використання викривленого квадрупольного префільтру, що запобігає попаданню нейтральних частинок на детектор і, отже, знижує шум.
Застосування мас-спектрометрії
Розробка нових лікарських засобів для порятунку людини від раніше невиліковних хвороб і контроль виробництва ліків, генна інженерія і біохімія, протеоміка. Без мас-спектрометрії немислимий контроль над незаконним розповсюдженням наркотичних та психотропних засобів, криміналістичний і клінічний аналіз токсичних препаратів, аналіз вибухових речовин.
З'ясування джерела походження дуже важливе для вирішення цілого ряду питань: наприклад, визначення походження вибухових речовин допомагає знайти терористів, наркотиків — боротися з їх поширенням і перекривати шляхи їх трафіку. Економічна безпека країни надійніша, якщо митні служби можуть не тільки підтверджувати аналізами в сумнівних випадках країну походження товару, але і його відповідність заявленому виду і якості. Аналіз нафти і нафтопродуктів потрібен не тільки для оптимізації процесів переробки нафти або геологам для пошуку нових нафтових полів, але й для того, щоб визначити винних у розливах нафтових плям в океані або на землі.
В епоху «хімізації сільського господарства» досить важливим стало питання про присутність слідових кількостей застосовуваних хімічних засобів (наприклад, пестицидів) у харчових продуктах. В мізерних кількостях ці речовини здатні завдати непоправної шкоди здоров'ю людини.
Цілий ряд техногенних (тобто таких, що виникли внаслідок індустріальної діяльності людини) речовин є супертоксикантами (мають отруйну, канцерогенну або шкідливу для здоров'я людини дію в гранично низьких концентраціях). Прикладом є добре відомі діоксини.
Існування ядерної енергетики немислиме без мас-спектрометрії. З її допомогою визначається ступінь збагачення розщеплюваних матеріалів і їх чистота.
Звичайно, і медицина не обходиться без мас-спектрометрії. Ізотопна мас-спектрометрія вуглецевих атомів застосовується для прямої медичної діагностики інфікованості людини Helicobacter pylori і є найнадійнішим з усіх методів діагностики. Також мас-спектрометрію застосовують для визначення наявності допінгу в крові спортсменів.
Див. також
Примітки
- Arthur Jeffrey Dempster (American physicist) в онлайн-версії «Encyclopædia Britannica». (англ.)
- Talrose V. L., Ljubimova A. K. Secondary Processes in the Ion Source of a Mass Spectrometer (Reprint from 1952). J. Mass Spectrom. 1998, 33, 502-504.
- . Архів оригіналу за 9 лютого 2008. Процитовано 13 квітня 2019.
- . The Scientist Magazine® (англ.). Архів оригіналу за 8 серпня 2020. Процитовано 12 січня 2019.
Посилання
- (англ.)
- Метод мас-спектрометрії [ 10 вересня 2016 у Wayback Machine.](рос.)
- Мас-спектрометрія : підручник / О. В. Іщенко, С. В. Гайдай,
О. А. Бєда. – К. : ВПЦ "Київський університет". 2018. – 244 с.
Джерела
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — .
- Мас-спектрометрія : підручник / О. В. Іщенко, С. В. Гайдай, О. А. Бєда. – Київ : Київський ун-т, 2018. – 244 с. – .
- Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : Вебер, 2008. — 738 с. — .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Mas spektrometriya angl mass spectrometry metod viznachennya himichnogo fazovogo skladu i molekulyarnoyi strukturi rechovini sho bazuyetsya na reyestraciyi spektra mas joniv utvorenih vnaslidok ionizaciyi atomiv i abo molekul probi Masa iona viznachayetsya za jogo vidhilennyam u magnitnomu poli Mas spektrometriya Mas spektrometriya u VikishovishiShematichna budova mas spektrometra Mas spektrometr model IMS 3f Mas spektrometr OrbitrapZagalnij opisIonizaciyu zdijsnyuyut puchkom elektroniv abo joniv lazernim viprominyuvannyam tosho Ridini pered ionizaciyeyu chasto viparovuyut Mas spektroskopiya nalezhit do najinformativnishih metodiv i vidriznyayetsya visokimi analitichnimi harakteristikami dozvolyaye provesti analiz tverdih ridkih i gazopodibnih rechovin Chislo himichnih elementiv sho odnochasno viznachayutsya u prirodnih ob yektah do 40 odnochasno z elementnim skladom z tochnistyu do 1 pri nayavnosti standartnih zrazkiv i do 30 pri bezetalonnomu analizi viznachayetsya izotopnij sklad z tochnistyu do 10 1 10 2 rechovini Mezhi viyavlennya vidnosna 10 4 10 8 absolyutna 10 10 10 19 g Zakinchennya metriya u nazvi metodu z yavilosya pislya povsyudnogo perehodu vid detektuvannya zaryadzhenih chastinok za dopomogoyu fotoplastinok do elektrichnih vimiriv ionnih strumiv Osoblivo shiroke zastosuvannya mas spektrometriya znahodit v analizi organichnih rechovin oskilki zabezpechuye vpevnenu identifikaciyu yak shodo prostih tak i skladnih molekul Yedina zagalna vimoga shob molekula piddavalasya ionizaciyi Odnak do teperishnogo chasu pridumano stilki sposobiv ionizaciyi komponentiv probi sho mas spektrometriyu mozhna vvazhati praktichno vseosyazhnim metodom Majzhe vsi mas spektrometri ce vakuumni priladi oskilki ioni duzhe nestabilni v prisutnosti storonnih molekul Mas spektr ce zalezhnist intensivnosti ionnogo strumu kilkosti rechovini vid vidnoshennya masi do zaryadu prirodi rechovini Oskilki masa bud yakoyi molekuli skladayetsya z mas atomiv sho vhodyat do yiyi skladu mas spektr zavzhdi diskretnij hocha pri nizkij rozdilnosti mas spektrometra piki riznih mas mozhut perekrivatisya abo navit zlivatisya Priroda analizovanoyi rechovini osoblivosti metodu ionizaciyi i vtorinni procesi v mas spektrometri mozhut vplivati na mas spektr div metastabilni ioni gradiyent priskoryuvalnoyi naprugi za miscyami utvorennya ioniv nepruzhne rozsiyuvannya Tak ioni z odnakovimi vidnoshennyami masi do zaryadu mozhut viyavitisya v riznih chastinah spektra i navit zrobiti chastinu jogo neperervnim Bilshist nevelikih molekul pri ionizaciyi nabuvaye tilki odnogo dodatnogo abo vid yemnogo zaryadu Sho bilsha molekula to bilsha jmovirnist togo sho pid chas ionizaciyi vona peretvoritsya na bagatozaryadnij ion Tomu osoblivo silno cej efekt proyavlyayetsya stosovno vkraj velikih molekul napriklad bilkiv nukleyinovih kislot i polimeriv Za deyakih vidiv ionizaciyi napriklad elektronnomu udari molekula mozhe rozpadatisya na dekilka harakternih chastin sho daye dodatkovi mozhlivosti identifikaciyi i doslidzhennya strukturi nevidomih rechovin Tochne viznachennya masi analizovanoyi molekuli dozvolyaye viznachiti yiyi elementnij sklad div elementnij analiz Mas spektrometriya takozh dozvolyaye otrimati vazhlivu informaciyu pro izotopnij sklad analizovanih molekul div izotopnij analiz Istoriya mas spektrometriyi1912 rik Dzhozef Dzh Tomson stvoryuye pershij mas spektrograf i otrimuye mas spektri molekul kisnyu azotu chadnogo gazu vuglekislogo gazu i fosgenu 1913 rik za dopomogoyu mas spektrografa Dzh Dzh Tomson vidkrivaye izotopi neonu neon 20 i neon 22 1918 rik ru buduye pershij mas spektrograf 1919 rik Frensis Aston nezalezhno vid Dempstera buduye svij pershij mas spektrograf i pochinaye doslidzhennya izotopiv Cej prilad mav rozdilnu zdatnist blizko 130 1923 rik Aston vimiryuye za dopomogoyu mas spektrometra defekt masi 1932 rik Kennet Bejnbridzh buduye mas spektrometr iz rozdilnoyu zdatnistyu 600 i chutlivistyu 1 chastina na 10 tis 1936 rik Artur Dempster Kennet Bejnbridzh i en konstruyuyut mas spektrograf iz podvijnim fokusuvannyam Dempster rozroblyaye iskrove dzherelo ionizaciyi 1940 rik en za dopomogoyu preparativnoyi mas spektrometriyi vidilyaye uran 235 1940 rik Alfred Nir stvoryuye pershe nadijne dzherelo elektronnogo udaru zastosuvavshi ionizacijnu kameru 1942 rik Lourens zapuskaye kalyutron promislovu ustanovku z rozdilennya izotopiv uranu zasnovanu na magnitno sektornomu mas spektrometri 1946 rik Vilyam Stivens angl William E Stephens proponuye koncepciyu en 1948 rik Kameronom angl A E Cameron i Eggersom D F Eggers Jr stvoreno pershij mas spektrometr z ru 1952 rik ru i A K Lyubimova vpershe sposterigayut signal metoniyu CH5 v ionnomu dzhereli elektronnogo udaru pri pidvishenomu tisku metanu v ionizacijnij kameri v 1966 roci Manson i Fild zastosuyut ce vidkrittya dlya analitichnih cilej ta stvoryat ionne dzherelo z himichnoyu ionizaciyeyu 1953 rik Volfgang Paul patentuye ru ta ionnu pastku 1956 rik en i Roland Golke angl Roland Gohlke stvoryuyut pershij gazovij hromato mas spektrometr 1966 rik Manson i Fild stvoryuyut ionne dzherelo z himichnoyu ionizaciyeyu 1972 rik Karatayev i ru vinahodyat chas prolitnij mas analizator z fokusuvannyam yakij znachno polipshuye rozdilnist analizatora 1974 rik Pershij ridinnij hromato mas spektrometr stvorenij Arpino Bolduyinom i MakLafferti 1981 rik Barber Bordoli Sedzhvik i Tajlor stvoryuyut ionizator z en FAB 1982 rik Pershij mas spektr cilogo bilka insulin za dopomogoyu bombarduvannya shvidkimi atomami 1983 rik Blanki ta Bestal vinahodyat en 1984 rik ru a potim Dzhon Fenn publikuyut roboti za metodom en 1987 rik Karas Bahman Bar i Hillenkamp vinahodyat ru MALDI 1999 rik ru vinahodit elektrostatichnu ionnu pastku en Vidi mas spektrometriyiU geologiyi geohimiyi kosmohimiyi vikoristovuyut tri osnovni napryamki mas spektrometriyi izotopnij molekulyarnij i elementnij analizi Izotopnij analiz vimiryuvannya poshirenosti izotopiv riznih elementiv u zemnih i kosmichnih ob yektah ta yih variacij dozvolyaye otrimuvati informaciyu pro pervinnij izotopnij sklad elementiv pov yazanij z procesami sho vidbuvalisya pid chas formuvannya Sonyachnoyi sistemi abo v period sho pereduvav procesi nukleosintezu vstanovlyuvati rozpovsyudzhenist radiogennih izotopiv viznachati absolyutnij vik porid mineraliv i rudnih til vimiryuvati variaciyi rozpovsyudzhenosti stabilnih izotopiv v zemnij kori yiyi nadrah i kosmichnih ob yektah vivchati rol biosferi v procesah formuvannya rodovish goryuchih korisnih kopalin vugillya nafti i gazu Molekulyarnij analiz analiz skladnih sumishej organichnih spoluk i viznachennya yih strukturi vikoristovuyetsya dlya viznachennya skladu organichnih spoluk u gruntah reyestraciyi organichnogo zabrudnennya vod dlya vivchennya skladu naft i yih frakcij z metoyu optimizaciyi procesiv yih pererobki a takozh u proteomici dlya viznachennya proteomu Metod chas prolitnoyi matrichno aktivovanoyi lazernoyi desorbciyi ionizaciyi z angl MALDI ToF Matrix Assisted Laser Desorption Ionization time of flight vikoristovuyetsya dlya doslidzhennya proteyiniv peptidiv nukleotidiv ta in ta oderzhannya tak zvanih fingerprintiv vidbitkiv palciv mas spektriv zi spivvidnoshennyam masi do zaryadu m z Metod bazuyetsya na bombarduvanni lazernim viprominyuvannyam v impulsonomu rezhimi sumishi matricya doslidzhuvana rechovina na stalevij pidlozhci u vakuumi Elementnij analiz dozvolyaye viznachati sklad domishok porid mineraliv i rudnih utvoren i dosliditi rozpodil elementiv u mikroob yemah prirodnih ob yektiv pov yazanij z magmatichnimi i osadovimi procesami Princip roboti i budova mas spektrometraDzherela ioniv Pershe sho treba zrobiti dlya togo shob otrimati mas spektr peretvoriti nejtralni molekuli j atomi sho skladayut bud yaku organichnu chi neorganichnu rechovinu na zaryadzheni chastinki ioni Cej proces nazivayetsya ionizaciyeyu i po riznomu zdijsnyuyetsya dlya organichnih i neorganichnih rechovin Drugoyu neobhidnoyu umovoyu ye perevedennya ioniv u gazovu fazu u vakuumnij chastini mas spektrometra Glibokij vakuum zabezpechuye bezpereshkodnij ruh ioniv vseredini mas spektrometra a za jogo vidsutnosti ioni rozsiyuyutsya i rekombinuyut peretvoryuyutsya znovu na nezaryadzheni chastinki Umovno sposobi ionizaciyi organichnih rechovin mozhna klasifikuvati za fazami v yakih perebuvayut rechovini pered ionizaciyeyu Gazova faza elektronna ionizaciya EI himichna ionizaciya CI en EC ru FI Ridka faza AP APESI APCI APPI Tverda faza LDMS MALDI SIMS FAB desorbciya v elektrichnomu poli FD PD U neorganichnoyi himiyi dlya analizu elementnogo skladu zastosovuyutsya zhorstki metodi ionizaciyi oskilki energiyi zv yazku atomiv u tverdomu tili znachno bilshe i znachno zhorstkishi metodi neobhidno vikoristovuvati dlya togo shob rozirvati ci zv yazki i otrimati ioni ionizaciya v ICP termichna ionizaciya abo poverhneva ionizaciya ionizaciya v tliyuchomu rozryadi i iskrova ionizaciya div iskrovij rozryad ionizaciya v procesi lazernoyi ablyaciyi Istorichno pershi metodi ionizaciyi buli rozrobleni dlya gazovoyi fazi Na zhal duzhe bagato organichnih rechovin nemozhlivo viparuvati tobto perevesti v gazovu fazu bez rozkladannya A ce oznachaye sho yih ne mozhna ionizuvati elektronnim udarom Ale sered takih rechovin majzhe vse sho stanovit zhivu tkaninu bilki DNK tosho fiziologichno aktivni rechovini polimeri tobto vse te sho sogodni yavlyaye osoblivij interes Mas spektrometriya ne stoyala na misci i v ostanni roki koli buli rozrobleni specialni metodi ionizaciyi takih organichnih spoluk Sogodni vikoristovuyutsya v osnovnomu dva z nih ionizaciya pri atmosfernomu tisku i yiyi pidvidi elektrosprej himichna ionizaciya pri atmosfernomu tisku i fotoionizaciya pri atmosfernomu tisku a takozh ionizaciya lazernoyu desorbciyeyu za spriyannya matrici Mas analizatori Otrimani pri ionizaciyi ioni za dopomogoyu elektrichnogo polya perenosyatsya v mas analizator Tam pochinayetsya drugij etap mas spektrometrichnogo analizu sortuvannya ioniv za masami tochnishe za vidnoshennyam masi do zaryadu abo m z Isnuyut taki tipi mas analizatoriv bezperervni mas analizatori Magnitnij i abo elektrostatichnij en angl Sector instrument ru angl Quadrupole mass analyzer impulsni mas analizatori angl Time of flight mass spectrometry Ionna pastka angl Ion trap Kvadrupolna linijna pastka angl Quadrupole ion trap angl Fourier transform ion cyclotron resonance angl Orbitrap Riznicya mizh bezperervnimi j impulsnimi mas analizatorami polyagaye v tomu sho v pershih ioni nadhodyat bezperervnim potokom a v drugih porciyami cherez pevni intervali chasu Mas spektrometr mozhe mati dva mas analizatori Takij mas spektrometr nazivayut tandemnim Tandemni mas spektrometri zastosovuyutsya yak pravilo razom iz m yakimi metodami ionizaciyi za yakih ne vidbuvayetsya fragmentaciya ioniv analizovanih molekul molekulyarnih ioniv Takim chinom pershij mas analizator analizuye molekulyarni ioni Zalishayuchi pershij mas analizator molekulyarni ioni fragmentuyutsya pid diyeyu zitknen iz molekulami inertnogo gazu abo viprominyuvannya lazera pislya chogo yih fragmenti analizuyutsya u drugomu mas analizatori Najposhirenishimi konfiguraciyami tandemnih mas spektrometriv ye kvadrupol kvadrupolna i kvadrupol chas prolitna Detektori Otzhe ostannim elementom opisuvanogo nami sproshenogo mas spektrometra ye detektor zaryadzhenih chastinok Pershi mas spektrometri vikoristovuvali v yakosti detektora fotoplastinku Zaraz vikoristovuyutsya dinodni vtorinnoelektronni pomnozhuvachi v yakih ion potraplyayuchi na pershij ru vibivaye z nogo puchok elektroniv yaki u svoyu chergu potraplyayuchi na nastupnij dinod vibivayut z nogo she bilshu kilkist elektroniv i t d Inshij variant fotopomnozhuvachi sho reyestruyut svitinnya yake vinikaye pid chas bombarduvannya ionami lyuminoforu Krim togo vikoristovuyutsya mikrokanalni pomnozhuvachi sistemi tipu diodnih matric i kolektori sho zbirayut usi ioni yaki potrapili v danu tochku prostoru Hromato mas spektrometriya Mas spektrometri vikoristovuyutsya dlya analizu organichnih i neorganichnih spoluk Organichni zrazki v bilshosti vipadkiv yavlyayut soboyu skladni sumishi individualnih rechovin Napriklad pokazano sho zapah smazhenoyi kurki stanovlyat 400 komponentiv tobto 400 individualnih organichnih spoluk Zavdannya analitiki polyagaye v tomu shob viznachiti skilki komponentiv skladayut organichnu rechovinu diznatisya yaki ce komponenti identifikuvati i diznatisya skilki kozhnogo z yednannya mistitsya v sumishi Dlya cogo idealnim ye poyednannya hromatografiyi z mas spektrometriyeyu Gazova hromatografiya duzhe dobre pidhodit dlya poyednannya z ionnim dzherelom mas spektrometra z ionizaciyeyu elektronnim udarom abo himichnoyu ionizaciyeyu oskilki v kolonci hromatografa spoluki vzhe znahodyatsya v gazovij fazi Priladi v yakih mas spektrometrichnij detektor skombinovanij z gazovim hromatografom nazivayutsya hromato mas spektrometrami Hromass Bagato organichnih spoluk nemozhlivo rozdiliti na komponenti za dopomogoyu gazovoyi hromatografiyi ale mozhlivo za dopomogoyu ridinnoyi hromatografiyi Dlya poyednannya ridinnoyi hromatografiyi z mas spektrometriyeyu sogodni vikoristovuyut dzherela ionizaciyi v elektrospreyi i himichnoyi ionizaciyi pri atmosfernomu tisku a kombinaciyu ridinnih hromatografiv z mas spektrometrami nazivayut RH MS angl LC MS Najpotuzhnishi sistemi dlya organichnogo analizu zatrebuvani suchasnoyu proteomikoyu buduyutsya na osnovi nadprovidnogo magnitu i pracyuyut za principom ionno ciklotronnogo rezonansu Voni takozh nosyat nazvu FT MS oskilki v nih vikoristovuyetsya peretvorennya Fur ye signalu Harakteristiki mas spektrometriv i mas spektrometrichnih detektoriv Najvazhlivishimi tehnichnimi harakteristikami mas spektrometriv ye chutlivist dinamichnij diapazon rozdilnist shvidkist skanuvannya Najvazhlivisha harakteristika pri analizi organichnih spoluk ce chutlivist Dlya togo shob dosyagti yakomoga bilshoyi chutlivosti pri polipshenni vidnoshennya signalu do shumu vdayutsya do detektuvannya za okremimi vibranimi ionami Vigrash u chutlivosti ta selektivnosti pri comu kolosalnij ale pri vikoristanni priladiv nizkoyi rozdilnosti dovoditsya prinositi v zhertvu inshij vazhlivij parametr dostovirnist Adzhe yaksho zapisano tilki odin pik z usogo harakteristichnogo mas spektru znadobitsya she bagato popracyuvati shob dovesti sho cej pik vidpovidaye same tomu komponentu yakij vas cikavit Yak virishiti cyu problemu Vikoristovuvati visoku rozdilnist na priladah z podvijnim fokusuvannyam de mozhna dosyagti visokogo rivnya dostovirnosti ne zhertvuyuchi chutlivistyu Abo vikoristovuvati tandemnu mas spektrometriyu koli kozhen pik vidpovidnij materinskomu ionu mozhna pidtverditi mas spektrom dochirnih ioniv Otzhe najkrashim za chutlivistyu ye organichnij hromato mas spektrometr visokoyi rozdilnoyi zdatnosti z podvijnim fokusuvannyam Za harakteristikoyu poyednannya chutlivosti z dostovirnistyu viznachennya komponentiv slidom za priladami visokoyi rozdilnosti jdut ionni pastki Klasichni kvadrupolni priladi novogo pokolinnya mayut polipsheni harakteristiki zavdyaki ryadu innovacij zastosovanih u nih napriklad vikoristannya vikrivlenogo kvadrupolnogo prefiltru sho zapobigaye popadannyu nejtralnih chastinok na detektor i otzhe znizhuye shum Zastosuvannya mas spektrometriyiRozrobka novih likarskih zasobiv dlya poryatunku lyudini vid ranishe nevilikovnih hvorob i kontrol virobnictva likiv genna inzheneriya i biohimiya proteomika Bez mas spektrometriyi nemislimij kontrol nad nezakonnim rozpovsyudzhennyam narkotichnih ta psihotropnih zasobiv kriminalistichnij i klinichnij analiz toksichnih preparativ analiz vibuhovih rechovin Z yasuvannya dzherela pohodzhennya duzhe vazhlive dlya virishennya cilogo ryadu pitan napriklad viznachennya pohodzhennya vibuhovih rechovin dopomagaye znajti teroristiv narkotikiv borotisya z yih poshirennyam i perekrivati shlyahi yih trafiku Ekonomichna bezpeka krayini nadijnisha yaksho mitni sluzhbi mozhut ne tilki pidtverdzhuvati analizami v sumnivnih vipadkah krayinu pohodzhennya tovaru ale i jogo vidpovidnist zayavlenomu vidu i yakosti Analiz nafti i naftoproduktiv potriben ne tilki dlya optimizaciyi procesiv pererobki nafti abo geologam dlya poshuku novih naftovih poliv ale j dlya togo shob viznachiti vinnih u rozlivah naftovih plyam v okeani abo na zemli V epohu himizaciyi silskogo gospodarstva dosit vazhlivim stalo pitannya pro prisutnist slidovih kilkostej zastosovuvanih himichnih zasobiv napriklad pesticidiv u harchovih produktah V mizernih kilkostyah ci rechovini zdatni zavdati nepopravnoyi shkodi zdorov yu lyudini Cilij ryad tehnogennih tobto takih sho vinikli vnaslidok industrialnoyi diyalnosti lyudini rechovin ye supertoksikantami mayut otrujnu kancerogennu abo shkidlivu dlya zdorov ya lyudini diyu v granichno nizkih koncentraciyah Prikladom ye dobre vidomi dioksini Isnuvannya yadernoyi energetiki nemislime bez mas spektrometriyi Z yiyi dopomogoyu viznachayetsya stupin zbagachennya rozsheplyuvanih materialiv i yih chistota Zvichajno i medicina ne obhoditsya bez mas spektrometriyi Izotopna mas spektrometriya vuglecevih atomiv zastosovuyetsya dlya pryamoyi medichnoyi diagnostiki infikovanosti lyudini Helicobacter pylori i ye najnadijnishim z usih metodiv diagnostiki Takozh mas spektrometriyu zastosovuyut dlya viznachennya nayavnosti dopingu v krovi sportsmeniv Div takozhMas spektrometr Ridinna hromatografiya mas spektrometriya Spektroskopiya Elektronna ionizaciya Alfa rozsheplennya Beta rozsheplennya Transmisiya himiya Larmoriv radius Filtr VinaPrimitkiArthur Jeffrey Dempster American physicist v onlajn versiyi Encyclopaedia Britannica angl Talrose V L Ljubimova A K Secondary Processes in the Ion Source of a Mass Spectrometer Reprint from 1952 J Mass Spectrom 1998 33 502 504 Arhiv originalu za 9 lyutogo 2008 Procitovano 13 kvitnya 2019 The Scientist Magazine angl Arhiv originalu za 8 serpnya 2020 Procitovano 12 sichnya 2019 Posilannya angl Metod mas spektrometriyi 10 veresnya 2016 u Wayback Machine ros Mas spektrometriya pidruchnik O V Ishenko S V Gajdaj O A Byeda K VPC Kiyivskij universitet 2018 244 s DzherelaMala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Donbas 2007 T 2 L R 670 s ISBN 57740 0828 2 Mas spektrometriya pidruchnik O V Ishenko S V Gajdaj O A Byeda Kiyiv Kiyivskij un t 2018 244 s ISBN 966 933 003 1 Glosarij terminiv z himiyi uklad J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Don Veber 2008 738 s ISBN 978 966 335 206 0