Материал: Методы ионизации в МС

Рис. 4. Масс-спектры лейцина, измеренные с помощью ИЭ (а) и ХИ (б)

В масс-спектрах химической ионизации можно встретить пики, обусловленные присоединением вторичных ионов к молекуле субстрата (кластерные ионы). Однако, интенсивность их пиков бывает довольно мала и ими можно пренебречь при интерпретации спектров.

Еще один тип химической ионизации основан на окислительновосстановительных реакциях (перезарядки). В этом случае ионизация происходит путем переноса электрона от молекулы субстрата на ион ионизированного реагента X+• (см. выше):

M + X+• → M+• + X

Если в этом процессе передается избыток энергии, образующиеся M+• могут дальше распадаться. Но в общем случае такие спектры похожи на низковольтные, полученные при ионизации электронами.

В разделе, посвященном ионизации электронами, отмечалась возможность генерирования отрицательных ионов. Последние легче получаются в условиях химической ионизации в результате взаимодействия молекул субстрата с «тепловыми» электронами в плазме газа-реагента.

Образование отрицательных ионов происходит и при наличии в плазме

11

ионов Cl-, O- и CH3O-, которые легко образуются при первичной ионизации таких газов-реагентов как CCl4, NO2 и CH3ONO. Эти ионы могут отщеплять протон от молекул субстрата, образуя ионы [M-H]-. Интересен вариант получения отрицательных ионов, основанный на генерировании названных первичных ионов в обычном источнике для химической ионизации и подаче их в ионную ловушку, где они могут взаимодействовать с молекулами анализируемого вещества, поступающего, например, из газового хроматографа.

Устройство источника ионов ХИ практически не отличается от устройства источника ионов ИЭ (рис. 3), а многие современные системы, объединяющие газовую хроматографию с масс-спектрометрией (ГХ/МС) обладают возможностью измерения масс-спектров с использованием обоих методов ионизации. Поскольку ХИ протекает при относительно высоком давлении газа реагента, объем ячейки ионизации в источниках ионов ХИ обычно меньше, чем в случае ИЭ, а сам источник ионов вакуумируется существенно более мощными турбомолекулярными насосами.

Наиболее важными достоинствами метода химической ионизации являются простота спектров, наличие пиков протонированных молекул, пригодных для определения молекулярной массы, малое число пиков осколочных ионов, достаточно высокая чувствительность. Недостатками же являются сильная зависимость спектров от природы образца и газа-реагента, применимость только к летучим и термически стабильным веществам, ограниченная информативность масс-спектров.

Вопросы для самоконтроля:

1.К какому типу (мягкая, жесткая) ионизации относится ХИ? Насколько вероятно протекание фрагментационных процессов при использовании этого метода?

2.Можно ли для поиска в масс-спектральных базах данных использовать масс-спектр, измеренный с помощью ХИ?

12

3.Какова принципиальная разница между требованиями, предъявляемыми к аналитам, исследуемым методом ХИ и ИЭ?

4.Можно ли использовать в качестве газа-реагента в ХИ неопентан?

5.Перечислите основные достоинства и недостатки ХИ.

3. Химическая ионизация при атмосферном давлении (ХИАД, ХИАД)

Метод химической ионизации при атмосферном давлении (atmospheric pressure chemical ionization) является разновидностью ХИ, однако ионизация в данном случае протекает вне вакуумной системы масс-спектрометра. В этом случае в ионном источнике под большим давлением распыляется раствор аналита, где он, смешиваясь с потоком нагретого газа (азот, воздух), превращается в аэрозоль. Микрокапли аэрозоля с большой скоростью поступают в прогретую область, где из них происходит испарение растворителя, а растворенное вещество также переходит в газообразное состояние (рис.5). Этот газ поступает в область ионизации (коронный разряд или эмиттер β- частиц), где происходит ионизация молекул газа-носителя и растворителя. Далее по механизму химической ионизации происходит взаимодействие образующихся ионов с молекулами исследуемого вещества, что приводит к их протонированию (ионы [M+H]+) или отщеплению от них протона (ионы [M - H]-). В этих условиях возможен и захват электронов с образованием отрицательных ионов, а также образование различных ионоваддуктов. Эффективность ионизации зависит от типа используемых при распылении аэрозоля газов: при регистрации положительных ионов желательно использовать азот, а при регистрации отрицательных - воздух. Регистрируемые спектры похожи на спектры обычной химической ионизации.

13

Рис. 5. Схема источника ионов ХИАД (Р-молекулы растворителя, А- молекулы аналита)

Достоинствами метода являются высокая чувствительность, использование в качестве интерфейса для комбинации высокоэффективной жидкостной хроматографии/масс-спектрометрии (HPLC/MS). Недостатками же являются сильная зависимость спектров от параметров ионизации, ограниченная информативность масс-спектров.

Вопросы для самоконтроля:

1.К какому типу (мягкая, жесткая) ионизации относится ХИАД? Насколько вероятно протекание фрагментационных процессов при использовании этого метода?

2.Можно ли для поиска в масс-спектральных базах данных использовать масс-спектр, измеренный с помощью ХИАД?

3.Объясните разницу между ХИАД и ХИ.

4.Возможно ли исследование методом ХИАД труднолетучих соединений?

14

4.Матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (МАЛДИ, МАЛДИ).

Воснове метода матрично-активированной лазерной десорбции

ионизации (matrix assisted laser desorption/ionization) лежит облучение вещества лучом лазера, в результате которого происходит его электронное (облучение ультрафиолетовым лазером) или колебательное (облучение инфракрасным лазером) возбуждение и ионизация. На ранних этапах развития метода облучению подвергалось непосредственно исследуемое вещество (лазерная десорбция), однако намного большую эффективность показало облучение исследуемого вещества смешанного с матрицей в соотношении ~1:5000. Ключевая роль матрицы заключается в абсорбции энергии излучения лазера, что предотвращает разрушение анализируемых молекул. В качестве матриц обычно используются различные органические кислоты, хотя в некоторых случаях находят применения и другие органические соединения (см. табл.2). Исследуемое вещество и матрица наносятся на специальную подложку (мишень), которая затем помещается через систему шлюзов в прибор МАЛДИ. Наилучшие результаты достигаются при приготовлении совместного раствора матрицы и исследуемого соединения. В связи с этим, желательно, чтобы матрица имела те же характеристики растворимости, что и исследуемое вещество. Тем не менее, в научной литературе описаны примеры получения масс-спектров МАЛДИ нерастворимых соединений.В этом случае исследуемое вещество перемешивается с матрицей в шаровых мельницах, а затем напрессовывается на мишень. При нанесении на мишень смеси соединения с матрицей в виде раствора, необходимо дождаться испарения растворителя и их сокристаллизации. В большинстве случаев включение молекул исследуемого вещества в кристаллическую решетку матрицы критично для успешного измерения масс-спектра МАЛДИ. В связи с этим процесс пробоподготовки во многих случаях заключается в переборе доступных матриц,

15