Mass spectrometry
Метод измерения отношения массы к заряду ионов для химического анализа.
Масс-спектрометрия (МС) — это аналитический метод, измеряющий отношение массы к заряду ионов, результаты которого представляются в виде масс-спектра — графика зависимости интенсивности сигнала от этого отношения. Этот спектр используется для определения элементного или изотопного состава образца, масс частиц и молекул, а также для выяснения химической идентичности или структуры. Метод применяется во многих областях как для чистых образцов, так и для сложных смесей.
В типичной процедуре твердый, жидкий или газообразный образец ионизируется, часто путем бомбардировки пучком электронов. Это может привести к фрагментации молекул на положительно заряженные частицы или к их положительному заряду без разрушения. Затем эти ионы разделяются по отношению массы к заряду, обычно путем ускорения через электрические или магнитные поля, которые одинаково отклоняют ионы с одинаковым отношением. Детектор, например электронный умножитель, улавливает заряженные частицы, и полученные данные отображаются в виде спектра. Идентификация атомов или молекул достигается путем сопоставления известных масс или характерных паттернов фрагментации.
История МС началась в 1886 году, когда Ойген Гольдштейн наблюдал положительно заряженные «каналовые лучи», движущиеся от анода в газовых разрядах. Позже Вильгельм Вин использовал перпендикулярные электрические и магнитные поля для разделения этих лучей по отношению заряда к массе, а Дж. Дж. Томсон усовершенствовал устройство, снизив давление, создав масс-спектрограф. Ранние приборы регистрировали спектры на фотопластинках или использовали фосфорные экраны. Современные методы были разработаны Артуром Джеффри Демпстером и Ф. У. Астоном в 1918 и 1919 годах. Секторные масс-спектрометры, называемые калутронами, разработанные Эрнестом О. Лоуренсом, использовались для обогащения урана во время Манхэттенского проекта. Более поздние инновации включали метод ионной ловушки, отмеченный Нобелевской премией по физике в 1989 году, а также электроспрей-ионизацию и мягкую лазерную десорбцию, которые принесли Нобелевскую премию по химии в 2002 году за их применение к биологическим макромолекулам.
Масс-спектрометр состоит из пяти компонентов: ввода образца, источника ионов, масс-анализатора, детектора и системы обработки данных. Ввод подготавливает образец; источник ионов преобразует его часть в поток ионов; масс-анализатор разделяет ионы по отношению массы к заряду; а детектор измеряет их распространенность, иногда предоставляя пространственную информацию.
Quick Facts
- Field
- Analytical chemistry, physics
- Known for
- Measuring mass-to-charge ratio of ions; identifying chemical composition and isotopic ratios
- Key inventors
- Eugen Goldstein
- Wilhelm Wien
- J. J. Thomson
- Arthur Jeffrey Dempster
- F.W. Aston
- Ernest O. Lawrence
Facts from the source article.
Контекст
Масс-спектрометрия — это аналитический метод, используемый для определения отношения массы к заряду ионов. Результаты представляются в виде масс-спектра — графика зависимости интенсивности от отношения массы к заряду, который используется для определения элементного или изотопного состава образца, масс частиц и молекул, а также химической структуры соединений. В типичной процедуре твердый, жидкий или газообразный образец ионизируется, часто путем бомбардировки пучком электронов, что может привести к распаду молекул на положительно заряженные фрагменты или к их положительному заряду без фрагментации. Затем эти ионы разделяются по отношению массы к заряду, например, путем ускорения через электрические или магнитные поля, где ионы с одинаковым отношением испытывают одинаковое отклонение. Обнаруженные с помощью такого механизма, как электронный умножитель, ионы создают спектр зависимости интенсивности сигнала от отношения массы к заряду. Атомы или молекулы идентифицируются путем сопоставления известных масс или характерных паттернов фрагментации. Прибор состоит из пяти компонентов: ввода образца, источника ионов, масс-анализатора, детектора и системы обработки данных. Источник ионов преобразует часть образца в поток ионов, который затем разделяется масс-анализатором по отношению массы к заряду. Детектор измеряет распространенность каждого иона, а некоторые детекторы также предоставляют пространственную информацию.
Путеводитель
Масс-спектрометрия — это основополагающий аналитический метод, имеющий широкое значение. Он позволяет идентифицировать элементы, изотопы и молекулярные структуры путем измерения отношений массы к заряду ионов. Его развитие охватывает более века: от каналовых лучей Гольдштейна до современных методов ионизации, позволяющих анализировать крупные биомолекулы, такие как белки. Гибкость метода очевидна в его пяти компонентах — вводе образца, источнике ионов, масс-анализаторе, детекторе и системе обработки данных, каждый из которых может варьироваться независимо. Применения варьируются от чистых образцов до сложных смесей, включая сочетание с газовой хроматографией (ГХ-МС) или жидкостной хроматографией (ВЭЖХ-МС). Роль калутрона в обогащении урана во время Манхэттенского проекта подчеркивает его историческое значение. Нобелевские премии, присужденные за метод ионной ловушки и методы мягкой ионизации, свидетельствуют о его постоянной эволюции. Масс-спектрометрия остается незаменимой в химии, физике, биологии и медицине для точного композиционного и структурного анализа.
More in Химия и материалы
Заметили ошибку?
Исправления от читателей сразу попадают в нашу очередь на проверку. Предложить правку · Как собираются источники для этого сайта