Подробно про суть метода масс-спектрометрии
Масс-спектрометр — это прибор, функция которого заключается в определения массы атомов (молекул) исходя из характера их движения в гальваническом и магнитном фонах. Кроме того, масс-спектрометр может определить еще и состав, структуру и прочие параметры исследуемого вещества.
Благодаря такому широкому спектру показаний устройства, работающие по методу масс-спектрометрии выгодно отличаются от прочих, например, рентгеновских или оптических приборов. Нейтральные частицы не подвержены воздействию ни гальванического поля, ни магнитного поля. Но если к частице добавить или забрать один (или несколько) электронов она превратится в ион, вид перемещения ионов в таких полях зависит от их массы и заряда.
Другими словами, масс-спектрометры получают не просто массу, а расположение ее к заряду.
По принципу действия данные устройства делятся на статические и динамические на основе принципа деления ионов. Анализ, который проводит данное устройства сводится к следующему:
- перевод атомов вещества в положительно заряженные ионы;
- получение групп ионов в статических или импульсных полях;
- разделение потока частиц (временное или пространственное) в электрических и магнитных полях;
- замеры и фиксация активности отдельно каждого элемента из потока.
Принципы работы и устройство масс-спектрометров
Проверяемое вещество ионизируется в источнике ионов. Ионизация может осуществляться двумя методами: электронный удар или метод термоионной эмиссии. При электронном ударе электроны, которые излучает накаленный катод, оказывают воздействия на молекулы вещества. При термоионной эмиссии поверхность катода, которая выполнена из тугоплавкого металла, раскалена и испаряет атомы, из-за этого образуются ионы.
В процессе испарения создаются частицы, имеющие положительный заряд. Эти частицы разгоняются и собираются в группу, которая вытягивается ускоряющими и фокусирующими электродами. В процессе этого образуется ионно-оптическая система источника частиц.
Основные составляющие приборов масс-спектрометрии
К основным элементам масс-спектрометра можно отнести: источник ионов, который образует и формирует группы частиц, масс-анализатор, который делит поток на компоненты (которые обладают разным отношением массы к заряду), устройство отлова и фиксации частиц, это устройство измеряет интенсивность ток ионов у каждого отдельного компонента потока.
Помимо основных элементов, также устройства оснащены вакуумными системами, которые обеспечивают создание вакуума определенного уровня, вакуумметрами или манометрами, системами для подготовки и обеспечения ввода проверяемого вещества, микросхемами управления и элементами контроля и стабилизации питания.
Разновидности масс-спектрометров
- Хромато-масс-спектрометр. Такая технология помогает обнаружить ведомые компоновки и их метаболиты, а также неизвестные компоновки в массовом диапазоне от 20 до 40 тысяч. Это устройство фактически соединяет в себе два процесса — хроматографию и масс-спектрометрию. хроматограф и масс-спектрометр выполняют свои функции отдельно друг от друга и не являются взаимозависимыми элементами устройства. Чаще всего устройства можно встретить в сферах деятельности, где требуется исследование достаточно сложных веществ, например, медицина, химия, биология, лаборатории климата, экология, производство продуктов питания и парфюмерии. Устройства с легкостью проводят подробный анализ даже самых веществ, в состав которых может входить до 400 разнообразных компонентов.
- Квадрупольный масс-спектрометр. Такие устройства широко распространены за счет простоты их использования, высокой производительности и очень высоких показателей чувствительности. Большая часть из представленных устройств такого типа оснащены автоматизированной системой контроля и управления процессом. Ионы, которые получены с помощью процесса ионизации, набирают скорость в электрическом поле и пролетают через квадрупольный анализатор, состоящий из четырех стержней, которые находятся под определенным напряжением (постоянным или переменным), позволяющее проходить через них ионам определенного соотношения массы к заряду. Напряжение меняется время от времени, что позволяет пропускать различные виды ионов. Специальное устройство, которое называется цилиндр Фарадея, проводит процедуру распознавания ионов. Итоговые данные анализа отправляются на компьютер для дальнейшего разбора. Такие устройства способны работать в широком диапазоне давлений, являются сравнительно компактными, совершают исследования в кратчайшие сроки и очень просты в обслуживании, что выгодно выделяет эти устройства среди приборов других вариантов исполнения и способствует их широкому применению в различных направлениях.
- Магнитный масс-спектрометр. Ускоренные ионы проходят магнитное поле, которое располагается перпендикулярно движению частиц, из-за чего происходят изменения в движении ионов. Изменения в движении ионов разные и зависят от отношения их массы к заряду. Путем изменения силы тока, устройство проводит анализ каждой массы ионов отдельно. Бывают устройства, которые могут фиксировать сразу все массы ионов. Чаще всего такие устройства встречаются в производстве продуктов питания и в процессах исследования окружающей среды. Устройства отличаются высокой чувствительностью и высокими рабочими ресурсами.
- Времяпролетный масс-спектрометр. Скорость анализа таких устройств самая быстрая, так как все ионы ускоряются и фиксируются одновременно. Для получения максимально точных данных, часто такие устройства работают в паре с жидкостными хроматографами. Для таких комбинированных исследований достаточно малейшей части вещества, чтобы получить подробный его анализ. Чаще всего устройства применяют в медицине и генной инженерии.
- Газовый масс-спектрометр. Газовые варианты изначально проводят исследование общей массы, а только потом приступает к исследованию отдельных групп ионов. Затем все полученные данные сводятся в общую шкалу, из которой можно получить информацию по всем видам ионов исследуемого вещества.
- Жидкостный масс-спектрометр. Жидкостные устройства похожи на газовые, но осуществляют химическую ионизацию в условиях обычного давления.
Лучшие бренды-производители масс-спектрометров
- Масс-спектрометры Agilent. Эта американская компания является лидером в производстве таких устройств. Существует множество моделей, которые уже давно представлены на рынке и получили признание специалистов разных сфер деятельности, что позволяет особенно рекомендовать такие устройства к рассмотрению, кроме того, компания постоянно занимается поиском и внедрением новых технологий в производство и регулярно совершенствует свои устройства. Приборы очень надежный и гарантированно прослужат очень долго.
- Масс-спектрометры Linxon. Устройства очень эффективны, позволяют проводить точные анализы в кратчайшие сроки. Кроме того, стоимость таких устройств сравнительно низкая, первоначальная настройка осуществляется быстро, а управление устройством не потребует каких-либо глубоких знаний. Также преимуществом этих устройств является простота их технического обслуживания, которое необходимо проводить достаточно редко, осуществить его можно прямо на месте эксплуатации, без отправки на завод-изготовитель или в специализированный сервисный центр.
- Масс спектрометр Bruker. Оборудование с высоким кругом возможностей. Линейка представлена множеством удачных моделей различных вариантов исполнения. Такие устройства достаточно надежны и востребованы.
- Масс-спектрометр Maldi. Широко применяемые устройства, которые характеризуются как чувствительные и надежные приборы, достаточно широко представлены и востребованы на отечественном рынке.
- Масс-спектрометр Microflex. Устройства получили особенно широкое распространение в области химии и биологии. Приборы сравнительно компактные, а их стоимость достаточно невысокая. Устройства оснащены инновационной системой само-диагностики, которая позволяет контролировать работу всех основных элементов устройства. Ионные источники большинства таких устройства оснащены специальным инфракрасным лазером для автоматизированной очистки.
- Масс-спектрометры Thermo. Устройства представлены широким модельным рядом, что позволяет подобрать оптимальный вариант для любых нужд и условий эксплуатации. Приборы очень надежные и имеют длинный эксплуатационный период.
Сферы и области применения масс-спектрометров
Сфера применения таких устройств достаточно широкая, так как это самый эффективный способ подобного рода исследований. Чаще всего устройства встречаются в фармацевтике, медицине, химической и нефтегазовой промышленности и в ядерной энергетике.
Это только самые популярные области применения, также масс-спектрометры можно встретить практически в любой промышленности или в любого рода научно-исследовательской деятельности.
Заключение
Масс-спектрометры очень востребованные устройства за счет того, что позволяют выполнить исследования максимально точно и быстро. При покупке устройства стоит определиться с наиболее подходящим методом работы прибора.
Так как от прибора ожидается наивысшая чувствительность и точность показаний, стоит рассматривать к покупке только проверенные устройства надежных брендов.
Образование и карьера: кафедра «Вакуумная и компрессорная техника» Э5 МГТУ им. Н.Э. Баумана, дата выпуска 2010 год. На данный момент работаю менеджером по подбору оборудования в компании Вакуум Маркет.
