Материал: Методы ионизации в МС

Рис. 8. Схема источника ионизации электрораспылением.

Наличие многозарядных ионов в масс-спектрах ИЭР требует специальных расчетов для определения молекулярной массы исходного соединения (M). В общем случае (m/z)n для иона, несущего n положительных зарядов, может быть рассчитано по уравнению

(m/z)n = M + nMk/n,

где Mk – масса присоединенного катиона (например, 1 для H+, 23 для Na+, 39 для K+ и т. д.).

Выражение (m/z)n+1 для иона, имеющего заряд n+1, имеет следующий

вид:

(m/z)n+1 = M + (n+1)Mk/(n+1).

Решая оба уравнения, получаем

n = (m/z)n+1 – Mk/(m/z)n – (m/z)n+1 .

21

В это равенство можно вставить массовые числа любых двух пиков спектра для ионов с последовательными зарядами, а также молекулярную (атомную) массу присоединяемого катиона Mk и вычислить заряд n. Эту величину затем можно вставить в равенство, определяющее M:

M= n(m/z)n - nMk

иопределить молекулярную массу соединения.

Следует обратить внимание, что хотя n+1 > n, массовое число (m/z)n+1 < (m/z)n. В современных приборах всю эту операцию по вычислению заряда иона и молекулярной массы анализируемой молекулы проводят системы обработки данных.

Отметим, что существует еще метод нано-электрораспыления (nanoESI), в котором скорость подачи раствора из капилляра уменьшена до 10-50 нл/мин за счет уменьшения выходного отверстия капилляра до 1 мкм. Этот вариант стал возможен благодаря тому интересному явлению, что в ИЭР интенсивность измеряемого сигнала зависит от концентрации раствора и почти совсем не зависит от скорости потока раствора, выходящего из капилляра. Одним из достоинств этого варианта является очень низкий порог обнаружения вещества, а недостатком – загрязнение используемого супертонкого капилляра и необходимость его постоянной замены для каждого анализа.

Метод ИЭР особенно удобен как интерфейс между высокоэффективным жидкостным хроматографом и масс-спектрометром и позволяет исследовать потоки растворов со скоростью до 100 мкл/мин . Это очень «мягкий» метод ионизации и может использоваться для изучения нативных нековалентных взаимодействий. С его помощью можно измерять массы ионов до 100 кДа. Одна из существенных проблем, которые могут возникать при применении этого метода к исследованию смесей, это возможное перекрывание многозарядных ионов. При использовании ИЭР в тандеме с ионным циклотронным резонансом с преобразованием Фурье (FTICR),

22

обеспечивающим ультравысокое разрешение, эта проблема может быть снята.

Отметим, что ИЭР и ХИАД (см. выше) сейчас наиболее распространенные интерфейсы между жидкостным хроматографом и массспектрометром. Уже созданы приборы, в которых имеется объединенный источник ИЭР/ХИАД, причем при переходе от одного сканирования к другому можно менять способ ионизации или даже сменой полярности поочередно регистрировать спектры положительных и отрицательных ионов.

Наиболее впечатляющие результаты получены с использованием этого метода лауреатом Нобелевской премии по химии 2002 г. Дж. Фенном, хотя основополагающие принципы и первые экспериментальные установки были разработаны русскими учеными под руководством Л.Н.Галль.

Вопросы для самоконтроля:

1.К какому типу (мягкая, жесткая) ионизации относится ИЭР?

2.Следует ли использовать при ИЭР источник β-частиц?

3.Оцените перспективы масс-спектрометра сочетающего газовый хроматограф с ИЭР.

4.Следует ли ожидать появления однозарядных ионов при ИЭР трикозана? Двух- и трехзарядных?

5.Какой метод ионизации вы выберете для регистрации масс-спектра тетрапептида, если вам доступны масс-спектрометры с ИЭ и ИЭР?

6.Десорбционная ионизация под действием электрораспыления

(DESI)

Принцип работы DESI (desorption electrospray ionization) заключается в бомбардировке поверхности анализируемого образца заряженными микрокаплями (спрэем) растворителя (рис.9). В результате взаимодействия заряженных частиц (обычно протонированные молекулы распыляемого растворителя) с молекулами, составляющими поверхность образца (или сорбированными на ней), происходит их ионизация и переход в газовую

23

фазу. Полученные таким образом ионы аналогичны ионам, образующимся в результате обычной ИЭР: моно- и мультипротонированные молекулы, аддукты присоединения к молекулам ионов щелочных металлов. Находящиеся в газовой фазе ионы захватываются отраженными от поверхности микрокаплями, которые затягиваются по относительно большому капилляру в интерфейс масс-спектрометра.

Преимущество метода заключаются, прежде всего, в экспрессности анализа, поскольку фактически никаких процедур пробоподготовки не проводится. Хорошие результаты, в частности, достигаются при получении масс-спектров соединений, сорбированных на поверхности пластин ТСХ, а так же таблетированных фармакологических субстанций.

Рис. 9. Схема масс-спектрометра с десорбционной ионизацией c помощью электрораспыления Вопросы для самоконтроля:

1.К какому типу (мягкая, жесткая) ионизации относится DESI?

2.Сформулируйте недостатки метода DESI.

7.Масс-спектрометрия вторичных ионов (ВИМС, SIMS) и бомбардировка быстрыми атомами (ББА, FAB).

По своему принципу методы бомбардировки быстрыми атомами (fast amot bombardment) и масс-спектрометрия вторичных ионов (secondary ion

mass spectrometry) довольно похожи. В обоих случаях образец,

24

расположенный на мишени, облучается потоком частиц, в результате чего образуются положительные или отрицательные ионы, которые и детектируются. Разница состоит в том, что в ББА облучение осуществляется потоком ускоренных атомов, а в ВИМС – потоком заряженных частиц. Оба они являются универсальными методами анализа труднолетучих, полярных и термически нестабильных соединений. Основные теоретические и экспериментальные принципы метода были впервые разработаны русским ученым Г.Д. Танцыревым.

Принципиальная схема ионного источника для ББА изображена на рис. 1.10. Он содержит пушку, подающую быстрые атомы, шток с металлическим (обычно медным) скошенным наконечником (мишень), на который наносится образец в виде раствора или суспензии в некой жидкой матрице, и систему фокусировки и ускорения образующихся ионов. Изменяя заряд мишени относительно выходной щели источника, в масс-анализатор можно подавать положительно или отрицательно заряженные ионы.

Рис. 10. Принципиальная схема источника ионизации ускоренными атомами/ионами

25