Хромато-масс-спектрометрия

метод анализа смесей гл. Обр. Орг. В-в и определения следовых кол-в в-в в объеме жидкости. Метод основан на комбинации двух самостоят. Методов - хроматографии и масс-спектрометрии. С помощью первого осуществляют разделение смеси на компоненты, с помощью второго - идентификацию и определение строения в-ва, количеств. Анализ. Известны 2 варианта Х.-м.-с., представляющие собой комбинацию масс-спектрометрии либо с газо-жидкостной хроматографией (ГЖХ), либо с высокоэффективной жидкостной хроматографией. Первые исследования аналит. Возможностей Х.-м.-с. Были проведены в 1950-х гг., первые пром. Приборы, объединяющие газо-жидкостной хроматограф и масс-спектрометр, появились в 60-х гг. Принципиальная совместимость этих двух приборов обусловлена тем, что в обоих случаях анализируемое в-во находится в газовой фазе, рабочие температурные интервалы одинаковы, пределы обнаружения (чувствительность) близки.

Различие состоит в том, что в ионном источнике масс-спектрометра поддерживается высокий вакуум (10-5 Ч 10-6 Па), тогда как давление в хроматофафич. Колонке 105 Па. Для понижения давления используют мол. Сепаратор, к-рый одним концом соединен с выходом хроматофафич. Колонки, а другим - с ионным источником масс-спектрометра. Мол. Сепаратор удаляет из газового потока, выходящего из колонки, осн. Часть газа-носителя, а орг. В-во пропускает в масс-спектрометр. При этом давление на выходе колонки понижается до рабочего давления в масс-спектрометре. Принцип действия мол. Сепараторов основан либо на различии подвижности молекул газа-носителя и анализируемого в-ва, либо на их разл. Проницаемости через полупроницаемую мембрану.

В пром-сти чаще всего применяют эжекторные сепараторы, работающие по первому принципу. Одностадийные сепараторы этого типа содержат две форсунки с отверстиями небольшого диаметра, к-рые установлены точно напротив друг друга. В объеме между форсунками создается давление 1,33 Па. Газовый поток из хроматофафич. Колонки через первую форсунку со сверхзвуковой скоростью попадает в область вакуума, где молекулы распространяются со скоростями, обратно пропорциональными их массе. В результате более легкие и быстрые молекулы газа-носителя откачиваются насосом, а более медленные молекулы орг. В-ва попадают в отверстие второй форсунки, а затем в ионный источник масс-спектрометра. Нек-рые приборы снабжены двухстадийным мол.

Сепаратором, снабженным еще одним подобным блоком форсунок. В объеме между ними создается высокий вакуум. Чем легче молекулы газа-носителя, тем эффективнее они удаляются из газового потока и тем выше обогащение орг. В-вом. Наиб. Удобный для Х.-м.-с. Газ-носитель - гелий. Эффективность работы сепаратора, т. Е. Отношение кол-ва орг. В-ва в газовом потоке, выходящем из колонки, к его кол-ву, поступающему в масс-спектрометр, в значит. Степени зависит от расхода газа-носителя, попадающего в сепаратор. При оптимальном расходе 20-30 мл/мин удаляется до 9(3% газа-носителя, а в масс-спектрометр поступает более 60% анализируемого в-ва. Такой расход газа-носителя типичен для насадочных колонок. В случае использования капиллярной хроматофафич.

Колонки расход газа-носителя не превышает 2-3 мл/мин, поэтому на ее выходе в газовый поток добавляют дополнит, кол-во газа-носителя, чтобы скорость потока, поступающего в мол. Сепаратор, достигла 20-30 мл/мин. Тем самым обеспечивается наилучшая эффективность мол. Сепаратора. Гибкие кварцевые капиллярные колонки могут вводиться непосредственно в ионный источник. В этом случае ионный источник должен быть обеспечен мощной откачивающей системой, поддерживающей высокий вакуум. В масс-спектрометрах, соединенных с газовыми хроматографами, применяется ионизация электронным ударом, химическая или полевая. Хроматографич. Колонки должны содержать труднолетучие и термостабильные стационарные жидкие фазы, чтобы масс-спектр их паров не налагался на спектр анализируемого в-ва.

Анализируемое в-во (обычно в р-ре) вводится в испаритель хроматографа, где мгновенно испаряется, а пары в смеси с газом-носителем под давлением поступают в колонку. Здесь происходит разделение смеси, и каждый компонент в токе газа-носителя по мере элюирования из колонки поступает в мол. Сепаратор. В сепараторе газ-носитель в осн. Удаляется и обогащенный орг. В-вом газовый поток поступает в ионный источник масс-спектрометра, где молекулы ионизируются. Число образующихся при этом ионов пропорционально кол-ву поступающего в-ва. С помощью установленного в масс-спектрометре датчика, реагирующего на изменение полного ионного тока, записывают хроматограммы. Т. Обр. Масс-спектрометр можно рассматривать как универсальный детектор к хроматографу.

Одновременно с записью хроматограммы в любой ее точке, обычно на вершине хроматографич. Пика, м. Б. Зарегистрирован масс-спектр, позволяющий установить строение в-ва. Важное условие работы прибора - быстрая запись масс-спектра, к-рый должен регистрироваться за время, гораздо меньшее, чем время выхода хроматографич. Пика. Медленная запись масс-спектра может исказить соотношение интенсивностей пиков в нем. Скорость регистрации массспектра (скорость сканирования) определяется масс-анализатором. Наименьшее время сканирования полного масс-спектра (неск. Миллисекунд) обеспечивает квадрупольный анализатор. В совр. Масс-спектрометрах, снабженных ЭВМ, построение хроматограмм и обработка масс-спектров производится автоматически.

Через равные промежутки времени по мере элюирования компонентов смеси регистрируются масс-спектры, количеств. Характеристики к-рых накапливаются в памяти ЭВМ. Для каждого сканирования производится сложение интенсивностей всех регистрируемых ионов. Т. К. Эта суммарная величина (полный ионный ток) пропорциональна концентрации в-ва в ионном источнике, то ее используют для построения хроматограммы (эта величина откладывается по оси ординат, по оси абсцисс - время удерживания и номер сканирования). Задавая номер сканирования, можно вызвать из памяти масс-спектр в любой точке хроматограммы. Как описано выше, м. Б. Проанализированы смеси в-в, достаточно хорошо разделяемые на подходящих колонках. Иногда удается исследовать и неразрешенные хроматографич.

Пики. Исследуемые в-ва должны быть термически стабильны, хроматографически подвижны в интервале рабочих т-р колонки, легко переводиться в паровую фазу при т-ре испарителя. Если в-ва не удовлетворяют этим требованиям, их можно химически модифицировать, напр. Силилированием, алкилированием или ацилированием гидрокси-, карбокси-, меркапто-, аминогрупп. Чувствительность Х.-м.-с. (обычно 10-6-10-9 г) определяется чувствительностью детектора масс-спектрометра. Более чувствительна (10-12-10-15 г) разновидность Х.-м.-с.- массфрагментография, наз. Также селективным ионным или многоионным детектированием. Суть ее состоит в том, что запись хроматограмм осуществляется не по полному ионному току, а по наиб. Характерным для данного в-ва ионам.

Этот вид Х.-м.-с. Используют для поиска, идентификации и количеств. Анализа в-ва с известным масс-спектром в составе сложной смеси, напр. При количеств. Определении следов в-в в больших объемах биол. Жидкостей (медицина, фармакология, токсикология, допинг-контроль, биохимия). Осуществляют масс-фрагментографию на хромато-масс-спектрометрах с использованием спец. Устройства - многоионного детектора либо с помощью ЭВМ, к-рая может строить хроматограммы по одному или неск. Ионам. Такая хроматограмма, в отличие от обычной, содержит пики лишь тех компонентов, в масс-спектрах к-рых есть такие ионы. Анализ проводят с применением внутр. Стандарта, в качестве к-рого часто используют аналог искомого в-ва, меченный стабильными изотопами (2 Н, 13 С, 15N, 18O).

Другой вариант Х.-м.-с. Заключается в сочетании высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии. Метод предназначен для анализа смесей труднолетучих, полярных в-в, не поддающихся анализу методом ГЖХ. Для сохранения вакуума в ионном источнике масс-спектрометра необходимо удалять р-ритель, поступающий из хроматографа со скоростью 0,5-5 мл/мин. Для этого часть жидкого потока пропускают через отверстие в неск. Мкм, в результате чего образуются капли, к-рые далее попадают в обогреваемую зону, где большая часть р-рителя испаряется, а оставшаяся вместе с в-вом попадает в ионный источник и ионизируется химически. В ряде пром. Приборов реализован принцип ленточного транспортера. Элюат из колонки попадает на движущуюся ленту, к-рая проходит через обогреваемую ИК излучением камеру, где испаряется р-ритель.

Затем лента с в-вом проходит через область, обогреваемую др. Нагревателем, где испаряется анализируемое в-во, после чего оно поступает в ионный источник и ионизируется. Более эффективный способ сочетания высокоэффективного газо-жидкостного хроматографа и масс-спектрометра основан на электро- и термораспылении. В этом случае элюат пропускают через капилляр, нагретый до 150.