Материал: Vinarsky-Jurchenko

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время среди используемых в экспериментальных исследованиях инструментальных физико-химических методов анализа наиболее мощными и многоцелевыми являются спектральные методы, такие как: инфракрасная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, спектроскопия в ультрафиолетовой области спектра, спектроскопия ядерного магнитного резонанса и масс-спектрометрия, активно применяемые в химии, биологии, медицине, экологии, при контроле технологических процессов, в криминалистике и других областях научных исследований.

Масс-спектрометрия – один из самых востребованных методов физи- ко-химического анализа, который предполагает перевод молекул исследуемых компонентов анализируемого образца в ионизированное состояние, последующее эффективное разделение образовавшихся как положительных, так и отрицательных ионов и их надежную регистрацию.

Масс-спектрометрия появилась в 1901 г., когда немецкий физик В. Кауфман создал первый прототип параболического масс-спектро- графа, использованного им для изучения «катодных лучей». В 1913 г. Дж. Томсон впервые спектрально зарегистрировал изотопы неона, а в 1918 г. А. Демпстер сконструировал первый магнитный масс-спектрометр с источниками для электронной и термической ионизации.

На протяжении последующих 50 лет масс-спектроскопия оставалась прерогативой исключительно физиков и физико-химиков, которые успешно применяли ее для измерения таких характеристик атомов и молекул, как энергия ионизации, прочность связей в молекуле, точные массы атомов элементов, природная распространенность нуклидов химических элементов, и только после 1950 г. этот метод стал применяться для идентификации достаточно сложных по своей структуре органических соединений по набору характеристических фрагментных ионов.

3

Знание классических химических реакций с участием органических соединений и привлечение теории устойчивости органических ионов позволили приписать отдельным фрагментам конкретные структуры.

Традиционная органическая масс-спектроскопия первоначально использовалась для решения двух задач:

1)идентификации веществ;

2)изучения особенностей фрагментации ионизированных молекул органических соединений в газовой фазе в ионном источнике.

Возможности классической органической масс-спектроскопии значительно расширились с появлением метода хромато-масс-спектрального анализа, а последовавшее за ним соединение масс-спектрометра с жидкостным хроматографом еще в большей степени расширило круг изучаемых соединений. Оснащение же масс-спектрометра одновременно несколькими анализаторами привело к тому, что сегодня этот метод можно использовать при исследовании практически любых соединений самых разнообразных структур.

В этой связи один из первых масс-спектроскопистов Ф. Мак-Лаф- ферти в шутку отметил, что если химическую задачу нельзя решить с помощью масс-спектрометрии, то ее вообще нельзя решить.

Признанием важности масс-спектрометрии для развития современной науки стало присуждение в 2002 г. Нобелевской премии Д. Фенну и

К.Танаке за разработку методов ионизации биоорганических молекул, молекулярные массы которых составляют миллионы дальтон.

Из главных достоинств масс-спектрометрии необходимо отметить высокую чувствительность, экспрессность, информативность, надежность, меньшую зависимость, а в ряде случаев и полное отсутствие необходимости в использовании веществ-стандартов.

Кроме отмеченного, масс-спектрометрия имеет явное преимущество перед другими физико-химическими методами анализа, поскольку оперирует с простейшими характеристиками исследуемых соединений: массой молекулы и ее основных фрагментов, а также с отношением количеств этих фрагментов.

Для получения достоверного масс-спектра индивидуального соединения оказывается достаточным 10‾ 9–10‾ 10 г вещества даже при применении простейшего по своему устройству масс-спектрометра.

При необходимости выполнения операции простого детектирования

только одного конкретного соединения в сложной по составу анализируемой смеси порог обнаружения может быть снижен до величин 10‾ 12–10‾ 14 г.

Использование современного оборудования и методов ионизации исследуемых соединений часто позволяет увеличить чувствительность метода еще на несколько порядков.

4