Материал: Vinarsky-Jurchenko

Рис. 25. Схема устройства источника ионизации быстрыми атомами

а образовавшиеся в результате перезарядки ускоренные атомы с энергией 6–8 кэВ направляются под углом 60–70° на поверхность образца.

На выход ионов анализируемого образца существенно влияет масса разогнанных частиц первичного пучка. Например, пучок атомов Хе эффективнее, чем Аr и тем более Ne.

Если на шток нанесено сухое вещество, то через короткий промежуток времени наблюдается резкое падение интенсивности пучка генерируемых ионов, так как разрушается поверхностный слой кристаллической решетки вещества.

По этой причине чаще всего используют растворенный образец. Диффузия в жидкой матрице протекает достаточно быстро для того, чтобы обеспечить постоянную концентрацию молекул образца на поверхности. В этом случае пучки ионов образца необходимой интенсивности могут генерироваться в течение длительного времени (20 и более минут).

В качестве растворителя (матрицы) может использоваться широкий круг нелетучих соединений. Среди них наиболее распространен глицерин. Температурный диапазон работы с глицерином составляет от –20 до +40 °С при оптимальной температуре 25 °С. Вторым соединением по частоте использования в качестве матрицы является м-нитробензило- вый спирт.

Важно, чтобы образец был именно растворен в матрице. Если равномерного растворения нет, качество спектров значительно ухудшается. Помочь может добавление солюбилизаторов.

Метод бомбардировки быстрыми атомами – модификация вторичноионной масс-спектрометрии, которая заключается в бомбардиров-

51

ке образца разогнанными ионами, например Cs+. Попытки анализировать органические соединения хотя и позволили получить спектры ряда труднолетучих веществ, но не привели к серьезным успехам. Причина заключалась в том, что анализу подвергалось сухое вещество, а быстрое деформирование поверхности его кристаллической решетки приводило к получению некачественных масс-спектров.

Когда после успешного применения бомбардировки быстрыми атомами провели эксперименты по бомбардировке растворенного образца ионами, спектры оказались не хуже, чем при бомбардировке атомами. В частности, ионы Cs+ с энергией 6 кэВ и атомы Хе с энергией 8 кэВ позволяют получать идентичные спектры.

Хотя важнейшим достоинством бомбардировки быстрыми атомами является возможность получать масс-спектры соединений с массами в несколько тысяч дальтон, это не мягкий метод ионизации типа полевой десорбции. Бомбардировка образца быстрыми атомами обеспечивает передачу молекулам энергии в широком диапазоне. В результате, наряду с пиками молекулярных ионов, в спектре наблюдаются интенсивные пики осколочных ионов, что позволяет в ряде случаев не прибегать к активации соударением для изучения фрагментации и структуры анализируемых молекул.

В качестве иллюстрации на рис. 26 приведен масс-спектр аминофульвенальдимина.

m/z

Рис. 26. Масс-спектр аминофульвенальдимина

52

Следует отметить принципиальное сходство спектров бомбардировки быстрыми атомами и химической ионизации. Оба вида характеризуются четноэлектронными ионами типа [М + Н]+ и [М – Н]‾, но не М+• и М‾•. Отчасти это является результатом ионно-молекулярных реакций, протекающих в плазме над поверхностью образца, частично перенос протона идет еще в жидкой матрице.

В качестве примера на рис. 27 приведен масс-спектр тетрамезитилпорфирина.

Mr = 782,43

Рис. 27. Масс-спектр тетрамезитилпорфирина (матрица ССА)

Использование в качестве растворителя материалов с большей основностью приводит к образованию ионов [М + матрица]+.

Качество спектров можно повышать добавками, вызывающими образование ионов непосредственно в жидкой фазе. Добавки кислот приводят к увеличению интенсивности пиков в спектрах положительных ионов соединений с центрами основности, а добавки щелочей используются для увеличения выхода отрицательных ионов в спектрах соединений с кислотными группами.

Иногда полезно добавлять к образцу неорганические соли. Например, добавка NaCl к образцам олигосахаридов или полипептидов в гли-

53

цериновой матрице приводит к образованию интенсивных пиков ионов [M + Na]+.

Модификацией бомбардировки быстрыми атомами является метод бомбардировки тяжелыми кластерами. В этом случае в качестве энергетических частиц используются кластеры ионов аммония с глицерином. В результате их взаимодействия с образцом формируются многозарядные ионы биополимеров, т. е. появляется возможность получать спектры более тяжелых биополимеров,­ чем в случае классической бомбардировки быстрыми атомами. Использование кластеров увеличивает также чувствительность анализа.

Проточный (динамический) вариант бомбардировки быстрыми атомами используется для ионизации молекул исследуемых соединений после их предварительного разделения в хроматографической колонке.

Принципиальная схема источника ионизации приведена на рис. 28.

Рис. 28. Проточный вариант источника ионизации бомбардировкой быстрыми атомами

В этом методе поток из колонки хроматографа направляется через капилляр штока ввода в источник ионизации. Капилляр заканчивается сеткой или медной пластинкой, применяемой в качестве подложки в статическом варианте метода, в которой высверливается отверстие для поступления образца. Раствор подается в источник ионизации со скоростью не более 10 мкдм3/мин. Температура подложки поддерживается на уровне 40–60 °С, что позволяет избежать замораживания образца в результате активного испарения растворителя в условиях высокого вакуума.

Низкие приемлемые скорости потока заставляют проводить его деление на выходе из колонки хроматографа, что, безусловно, ухудшает чувствительность метода, которая, тем не менее, в благоприятных случаях может достигать уровня пикомолей.

Еще одной конструктивной особенностью метода является подача в поток глицерина в количестве 1–5 %. Глицерин, необходимый для эффективной ионизации, служит матрицей. Его можно добавлять непосредст-

54

венно в жидкую фазу перед хроматографированием. Однако в этом случае может наблюдаться ухудшение разделения компонентов. Поэтому чаще глицерин вводят на выходе из колонки хроматографа.

1.5.9. Электрораспыление, электроспрей

Ионизация электрораспылением также относится к группе методов ионизации при атмосферном давлении, реализуемых в условиях выталкивания раствора анализируемого образца через капилляр в присутствии сильного электрического поля.

Схема источника ионизации с электрораспылением приведена на рис. 29.

N2

Рис. 29. Схема источника ионов с электрораспылением

Поток из жидкостного хроматографа направляется в распылительную иглу-капилляр с внутренним диаметром 0,1 мм, на которую подается высокое напряжение порядка 6 кВ.

Появление ионов рассматривается как процесс, состоящий из трех следующих этапов:

zz образование заряженных капель вблизи выхода из капилляра; zz быстрое уменьшение размеров капель за счет испарения раствори-

теля и последующего образования более мелких капель;

zz образование ионов в газовой фазе из маленьких заряженных капель. Предполагается, что на выходе из иглы-распылителя в источнике ионов образуется аэрозоль из заряженных капель с высоким поверхностным

55