Материал: Vinarsky-Jurchenko

рителя переходит в газовую фазу и откачивается из системы. Оказываясь в ионном источнике масс-спектрометра, молекулы анализируемого вещества подвергаются химической ионизации, тогда как оставшиеся молекулы растворителя играют роль газа-реагента.

Основной недостаток метода – низкая скорость потока. При потоках более 50 мкдм3/мин давление в источнике становится слишком высоким. Поэтому требуется либо разделять поток элюента на выходе из стандартных­ хроматографических колонок, уменьшая тем самым чувствительность метода примерно в 20 раз, либо использовать узкие колонки.

Кроме того, узкое отверстие диафрагмы постоянно засоряется, а добавки неорганических солей к подвижной фазе приводят к быстрому ухудшению работы масс-спектрометра.

В следующем варианте интерфейса поток жидкости, выходящий из колонки хроматографа, направляется через капилляр в стеклянный распылитель, где элюат превращается в облако мелких капель, разорванных концентрическим потоком гелия. Это облако перемещается внутри стеклянной испарительной камеры, стенки которой подогреваются, а давление поддерживается на уровне чуть ниже атмосферного. При этом происходит частичное испарение используемого подвижного растворителя, и размер капель уменьшается.

Испарительная камера заканчивается узким отверстием, за которым следует сепаратор молекулярного пучка с вакуумной откачкой. Вылетая из испарительной камеры, частицы приобретают высокую скорость благодаря сужению потока. Поскольку более тяжелые молекулы анализируемого вещества менее подвержены диффузии, чем атомы гелия или молекулы растворителя, только они и проходят в узкое входное отверстие сепаратора, а из него в масс-спектрометр.

Частицы анализируемого вещества в ионном источнике подвергаются химической или электронной ионизации. Получение спектров электронного удара является преимуществом метода, поскольку позволяет использовать компьютерные библиотеки масс-спектров. Такой интерфейс может работать с потоками жидкости из хроматографа в диапазоне от 0,1 до 1,0 см3/мин. Чувствительность метода для получения полного масс-спектра лежит на уровне единиц нанограммов (10‾ 9 г). Этот метод фактически заменил ленточный транспортер, хотя и не устранил недостатки, связанные с невозможностью работы с высокомолекулярными, нелетучими и термолабильными соединениями.

Для ввода анализируемых проб в настоящее время широко используются методы, совместимые с такими методами ионизации, как терморас­ пыление, электрораспыление, плазмораспыление и химической ионизации при атмосферном давлении.

126

При этом поток, выходящий из колонки жидкостного хроматографа, направляется в нагреваемый капилляр. Диаметр капилляра – 0,1 мм, что значительно больше по сравнению с отверстием для метода прямого ввода жидкости. Это обстоятельство позволяет устранить случаи его закупорки, что является серьезным недостатком способа прямого ввода жидкости. Температура капилляра поддерживается на уровне температуры кипения растворителя. В результате из капилляра вырывается струя пара, которая попадает в ионизационную камеру.

При использовании плазмаспрея подача напряжения на разрядный электрод или просто пучок электронов создает условия для химической ионизации, причем роль газа-реагента играют пары растворителя.

При применении метода плазмораспыления замечено, что часто удается регистрировать ионы даже в случае выключенного электрода. Анализ этого эффекта привел к возникновению техники термораспыления. Дело в том, что некоторые анализируемые соединения уже в растворе находятся в виде положительных или отрицательных ионов. Применяемые в большинстве случаев в качестве растворителей в жидкостной хроматографии вода и метанол с добавками кислот и оснований могут протонировать или депротонировать субстрат. Появлению заряда способствуют также добавки электролитов, например ацетата аммония.

Струя пара, выходящая из капилляра, представляет собой аэрозоль небольших заряженных капель. Нагретый источник ионов и работающие вакуумные насосы заставляют эти капли при движении уменьшаться в размере. В конечном итоге градиент поля на каплях может достигать критических значений, что приводит к устранению сольватной оболочки и появлению свободных ионов в газовой фазе.

Выталкивающий потенциал направляет эти ионы в узкое отверстие, ведущее к анализатору, а избыток растворителя откачивается насосами.

Термоспрей и плазмаспрей применимы к уровням потоков жидкости из хроматографа в диапазоне от 0,5 до 2,0 см3/мин, что позволяет работать с обычными аналитическими колонками. Следует отметить нежелательность использования в качестве буфера нелетучих неорганических солей из-за возможного образования отложений в источнике ионов.

В качестве недостатка метода можно отметить его плохую воспроизводимость. Интенсивность спектра, а также наличие или отсутствие фрагментных ионов существенно зависят от состава раствора, наличия добавок, температуры капилляра и источника ионизации. В связи с этим важным становится выбор оптимальных условий регистрации спектра для каждого анализируемого вещества.

Чувствительность метода лежит в очень широком диапазоне – от нескольких нанограммов до десятков микрограммов. Увеличение доли пи-

127

ков фрагментных ионов в спектре достигается увеличением потенциала на выталкивающем электроде. Причиной тому становятся более эффективные столкновения разогнанных ионов с молекулами, так как в этой части ионного источника давление достаточно высоко.

Как и в случае ГХ/МС, для ЖХ/МС также актуальны задачи увеличения экспрессности и повышения чувствительности. Одним из путей повышения производительности и эффективности метода стало использование частиц неподвижной фазы размером менее 2 мкм и сверхвысокого давления для подачи элюента (до 100 мПа). В результате возник метод ультра-эффективной жидкостной хроматографии (УЭЖХ).

Стыковка УЭЖХ с времяпролетным масс-спектрометром привела к существенному сокращению времени анализа, повышению его чувствительности и разрешающей способности по сравнению с уже существующим методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Возможности метода УЭЖХ/МС в сравнении с методом ВЭЖХ/МС, позволяющие сократить время анализа в 9 раз, а также повысить в 3 раза чувствительность определения, сопоставлены на рис. 66, 67.

Скорость: в 9 раз быстрее

Рис. 66. Сопоставление скорости выполнения анализа методами УЭЖХ/МС и ВЭЖХ/МС

Чувствительность: в 3 раза больше

Рис. 67. Сопоставление чувствительности анализа методами УЭЖХ/МС и ВЭЖХ/МС

128

Возможности метода УЭЖХ/МС в сравнении с методом ВЭЖХ/МС по увеличению разрешения сопоставлены на рис. 68.

Разрешение: в7 раз больше

Рис. 68. Сопоставление разрешения методами УЭЖХ/МС и ВЭЖХ/МС

а

б

Рис. 69. Совокупные преимущества метода УЭЖХ/МС (а) над ВЭЖХ/МС (б)

Совокупные преимущества метода УЭЖХ/МС над ВЭЖХ/МС, обусловленные одновременной оптимизацией всех вышеперечисленных характеристик, представлены на рис. 69, а, б.

129

2.3. СВЕРХКРИТИЧЕСКАЯ ФЛЮИДНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

С МАСС-СЕЛЕКТИВНЫМ ДЕТЕКТИРОВАНИЕМ

Помимо газа или жидкости в качестве подвижной фазы для хроматографического разделения органических соединений может служить вещество, находящееся в сверхкритическом состоянии. В сверхкритической флюидной хроматографии (СФХ) используемое в качестве подвижной фазы вещество можно представить как очень плотный газ. Наиболее часто используемый оксид углерода (IV) в таком состоянии имеет свойства промежуточные между жидкостью и газом, т. е. это плотный газ с высокой сольватирующей способностью. Растворение образца в таком материале можно рассматривать как процесс, родственный переводу вещества в газовую фазу, но протекающий при достаточно низкой температуре.

Как уже отмечалось, основной проблемой стыковки жидкостного хроматографа и масс-спектрометра является большой объем вещества (растворителя), поступающего в ионный источник, что трудно совместимо с условиями высокого вакуума в нем.

ВСФХ поток подвижной фазы значительно меньше, чем в жидкостной хроматографии и, следовательно, комбинация СФХ/МС осуществима с меньшими сложностями по сравнению с ЖХ/МС. Фактически метод СФХ/МС промежуточный между ЖХ/МС и ГХ/МС и в плане инструментальных требований, и в плане свойств анализируемых соединений. Важно, что метод позволяет анализировать более тяжелые и более термолабильные соединения по сравнению с ГХ/МС.

В80-х гг. XX в. казалось, что этот метод может существенно потеснить ЖХ/МС благодаря большей разрешающей способности и уже существующим в то время эффективным интерфейсам. Однако изобретение электроспрея и создание метода капиллярного электрофореза отодвинули СФХ/МС на вторые позиции. Тем не менее метод по-прежнему широко используется для анализа пестицидов, силиконов, неионогенных ПАВ, природных соединений и т. д.

Еще одно преимущество СФХ/МС над ГХ/МС представляет собой тот факт, что в сверхкритическом состоянии вещество, используемое в качестве подвижной фазы, – это отличный растворитель, который очень эффективно экстрагирует органические соединения разных классов из образцов пищи, полимерных материалов, биоты, объектов окружающей среды.

Существует большое разнообразие интерфейсов для стыковки сверхкритического флюидного хроматографа с масс-спектрометром. Для этого

130