Материал: Vinarsky-Jurchenko

зарядом. Эти капли движутся к противоэлектроду, имеющему потенциал Земли. В этом же направлении уменьшается и давление, хотя в этой части ионного источника (до противоэлектрода) давление поддерживается на уровне атмосферного.

По мере движения к входному отверстию первого сепаратора капли уменьшаются в размере за счет испарения растворителя. Достигая критического размера (предел Релея), капля «взрывается» с образованием более мелких капелек.

Этот процесс многократно повторяется. В итоге возникают микрокапли, содержащие всего одну заряженную частицу, которая может оказаться в газовой фазе после испарения остаточных молекул растворителя.

Альтернативный механизм предусматривает выброс заряженной молекулы с поверхности одноименно заряженной капли.

В обоих случаях в газовой фазе оказываются несольватированные молекулы анализируемого вещества, которые проходят через сепаратор и оказываются в анализаторе.

Поскольку ионизация формально протекает из раствора, присутствующие в нем частицы могут давать с молекулами анализируемого вещества различные аддукты. По этой причине в масс-спектре вместо молекулярного иона присутствуют ионы [М + Н]+, а если в растворитель для повышения ионизирующей способности добавлены соли щелочных металлов или аммония, то регистрируются ионы [М + Na]+ или [М + NН4]+ (рис. 30).

Рис. 30. Масс-спектр производного бензимидазола, снятый в условиях ионизации распылением в электрическом поле,

растворитель – ацетонитрил

56

Поток газа (как правило, азота), подающийся между противо­ электродом и первым сепаратором, а также коаксиально капилляру (газ-распылитель), приводит к повышению эффективности распыления потока жидкости и созданию лучших условий для десольватирования ионов.

Такая модификация метода часто называется ионоспреем. Этот вариант позволяет также увеличивать скорость потока жидкости в прибор до 200 мкдм3/мин, тогда как в обычном варианте скорость потока составляет 1–40 мкдм3/мин.

Дополнительные модификации этого интерфейса позволяют работать с потоками даже из обычных хроматографических колонок (до 2 см3/мин).

Наряду с попытками увеличения потока велись работы по уменьшению потока жидкости. В результате был создан метод, названный «наноспреем». Эта модификация электроспрея оперирует потоками со скоростями в несколько ндм3/мин и позволяет повысить эффективность образования ионов анализируемого вещества почти на два порядка.

Тем не менее чувствительность метода при использовании обычных потоков (до 20 мкдм3/мин) пока остается непревзойденной.

Качественный масс-спектр можно получить при вводе в прибор менее одного аттомоля (10‾18 М) вещества.

Помимо высочайшей чувствительности и возможности работы с термолабильными и нелетучими соединениями электроспрей предоставил исследователям возможность анализировать высокомолекулярные соединения с молекулярными массами до миллиона дальтон и выше.

Поскольку ионы, образующиеся в условиях электроспрея, обладают значительно меньшей внутренней энергией, чем, например, в случае бомбардировки быстрыми атомами, их фрагментация практически отсутствует, а масс-спектр зачастую представляет собой набор пиков, обусловленных молекулярными ионами с различными зарядами (точнее [М + nН]n+). Это обстоятельство оказывается крайне важным при выполнении анализа сложных молекул, например, белков.

Поскольку анализатор масс-спектрометра осуществляет разделение ионов не по массам, а по отношению массы к заряду, то ион с массой 100 тыс. Да и зарядом в 100 будет регистрироваться при значении m/z = 1000.

Электроспрей может эффективно использоваться для анализа соединений с массой до ~ 150 тыс. Да, а зарегистрированный на сегодня рекорд составляет 110 млн Да.

57

Рис. 31. Масс-спектр миоглобина (Mr = 16951,5 Да), растворитель – смесь «ацетонитрил – вода» (1 : 1)

Вслучае более тяжелых молекул спектры становятся слишком сложными для расшифровки, так как очень большое число пиков многозарядных ионов располагается в сравнительно небольшом диапазоне (от m/z 500 до m/z 3000) (рис. 31).

1.5.10.Десорбционная электрораспылительная ионизация

В2004 г. появились первые сообщения о новом методе масс-спек- трометрического анализа – десорбционной электрораспылительной ионизации, основанной на бомбардировке непосредственно на воздухе любой поверхности струей заряженных электрораспыленных капель растворителя.

Принципиальная схема устройства для реализации метода десорбционной электрораспылительной ионизации представлена на рис. 32.

Микрокапли растворителя, разбиваясь о поверхность исследуемого образца, десорбируют с нее ионы самых разнообразых органических соединений (от низкомолекулярных до белков) в результате реализующихся в этих условиях различных электростатических и пневматических взаимодействий. Получающиеся при этом газофазные ионы всасываются атмосферным интерфейсом масс-спектрометра и анализируются в заданном режиме.

Достоинством этого метода является полное отсутствие процедур пробоподготовки. В качестве подложки для исследуемого образца может быть использована любая поверхность (металл, пластик, бумага). Анализ

58

hν – источник энергии

Рис. 32. Принципиальная схема метода десорбционной электрораспылительной ионизации

можно вести и непосредственно с поверхности земли, органов и тканей растений и животных. Метод позволяет определять содержание лекарственных препаратов в организме человека, например, путем простого направления заряженных капель водно-спиртовой смеси на его палец.

1.5.11. Ультразвуковое распыление

Этот метод позволяет получить спектры нелетучих термолабильных полярных молекул при стыковке масс-спектрометра с жидкостным хроматографом или системой для капиллярного электрофореза.

Принципиальная схема используемого источника ионизации приведена на рис. 33.

Рис. 33. Схема источника ионизации ультразвуковым распылением

Вэтом случае капилляр, соединяющий хроматографическую систему

систочником масс-спектрометра, не обогревается, и на него не подается высокий электрический потенциал.

59

Ключевую роль играет поток азота, который подается в систему с очень высокой скоростью коаксиально капилляру с анализируемой пробой. Прибор регистрирует образовавшиеся ионы, начиная с определенной скорости потока. Именно скорость потока имеет первостепенную важность. Механизм ионизации, а точнее десольватирования имеющихся в растворе ионов, пока не изучен.

Метод хорошо зарекомендовал себя для анализа лекарственных препаратов и их метаболитов. Его чувствительность иногда на 2 порядка превосходит чувствительность традиционно используемой для этих целей химической ионизации при атмосферном давлении.

1.5.12. Ионизация термораспылением

Метод ионизации исследуемых соединений термораспылением является «мягким» ионизационным методом, который заключается в том, что водный раствор анализируемого образца, содержащий небольшое количество соли щелочного металла, пропускается под давлением через нагретый капилляр.

Часть растворителя исследуемого образца испаряется и со сверхзвуковой скоростью попадает в вакуумируемую камеру. Образовавшиеся пары растворителя обеспечивают пневматическое распыление оставшегося раствора анализируемого образца в мелкие капли, которые благодаря присутствию в них ионов соли приобретают либо положительный, либо отрицательный заряд. Вдоль капель из-за их очень малого размера создается высокий градиент электрического поля, который возрастает по мере уменьшения размера капель.

В результате приведенных процессов происходит десорбция из капель ионов типа [М + Н]+, а также кластерных ионов типа [M + Kat]+,

в которых в качестве катионов выступают катионы используемой соли (NH4+, Na+, K+ и др.).

1.5.13. Пиролитическая масс-спектрометрия

Основная задача пиролитической масс-спектрометрии – это быстрое и эффективное термическое разложение веществ на более простые, которые подвергаются последующему анализу. Сейчас, когда методы электрорас­ пыления, или матричной лазерной десорбционной ионизации, позволяют получать масс-спектры соединений с молекулярной массой в сотни тысяч и миллионы дальтон, метод пиролитической масс-спектрометрии используется в основном для анализа неразделимых смесей соединений: горючие сланцы, синтетические полимеры, гуминовые кислоты, микроорганизмы, другие биологические и геологические материалы.

Пиролиз можно осуществить в самостоятельном приборе, а пиролизат затем перенести (например, в ловушке, охлаждаемой жидким азотом) в

60