Что такое масс-спектрометрия? - принцип работы, назначение и популярные бренды производители

Масс-спектрометрия - это метод анализа химических соединений и элементов, основанный на разделении молекул и атомов по массе. Этот метод использует электрические и магнитные поля для разделения заряженных частиц по соотношению их массе-заряду. Масс-спектрометрия может быть использована для определения молекулярной массы, состава и структуры химических соединений, а также для идентификации элементов в образцах. Этот метод широко используется в аналитической химии, биохимии, физике и других научных областях.

Области применения

Масс-спектрометрия широко используется в различных областях науки и технологии. Например:

• Химия: масс-спектрометрия позволяет исследовать структуру и состав химических соединений, определять молекулярные массы, идентифицировать элементы и изотопы.

• Биология: масс-спектрометрия используется для анализа белков, нуклеиновых кислот, липидов и других биомолекул. Это позволяет изучать их структуру, функцию и взаимодействие.

• Медицина: масс-спектрометрия применяется для диагностики заболеваний (например, определения концентрации гормонов или лекарств в крови), а также для мониторинга эффективности лечения.

• Фармацевтика: масс-спектрометрия используется для анализа лекарственных препаратов, контроля качества и определения примесей.

• Энергетика: масс-спектрометрия применяется для анализа состава нефти, газа и других углеводородных материалов, что позволяет оптимизировать процессы добычи и переработки.

• Электроника: масс-спектрометрия используется для анализа материалов, используемых в производстве полупроводниковых приборов и другой электронной техники.

Суть метода

Масс-спектрометрия основана на разделении заряженных частиц по их массе-заряду. Образец, который нужно проанализировать, вводят в масс-спектрометр, где он ионизируется. Это означает, что электроны в образце вырываются, и создаются заряженные частицы - ионы. Затем эти ионы проходят через электрическое поле, которое ускоряет их и направляет на магнитное поле. Магнитное поле заставляет ионы двигаться по кривой траектории, которая зависит от их массы и заряда. Таким образом, ионы разделяются по массе-зарядовому соотношению, и попадают на детектор, который регистрирует число ионов при каждой массе-зарядовом соотношении. Эта информация затем анализируется компьютером, и строится масс-спектр - график, который показывает число ионов при каждой массе-зарядовом соотношении. По этому графику можно определить молекулярную массу, состав и структуру химических соединений, а также идентифицировать элементы в образцах.

Какие бывают масс-спектрометры?

Существует несколько типов масс-спектрометров, которые отличаются принципом работы и областью применения:

• Электронные ионные ловушки (ЭИЛ) - используются для анализа небольших молекул и исследования химических реакций.

• Времяпролетные масс-спектрометры (ВПМС) - позволяют анализировать большие молекулы и определять их массу.

• Секторные масс-спектрометры - используются для анализа изотопного состава и определения массы молекул.

• Тандемные масс-спектрометры (ТМС) - позволяют проводить структурный анализ биомолекул, таких как белки, нуклеиновые кислоты и липиды.

• Индуктивно связанные плазменные масс-спектрометры (ИСПМС) - используются для анализа элементного состава материалов.

• Масс-спектрометры с электронным захватом (МСЭЗ) - применяются для анализа атомов и молекул с низкой энергией ионизации.

• Масс-спектрометры с ионизацией лазером (МСИЛ) - используются для анализа биомолекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты.

Схема и устройство масс-спектрометра

Масс-спектрометр состоит из нескольких основных компонентов:

• Ионизатор - превращает атомы или молекулы в ионы.

• Анализатор - разделяет ионы по их массе.

• Детектор - регистрирует ионы и измеряет их количество.

• Система управления - управляет процессом анализа и обработкой данных.

• Вакуумный насос удаляет газы из внутренней камеры масс-спектрометра, чтобы предотвратить их воздействие на образец и ионы.

Также вакуумный насос помогает сохранить стабильность анализа и предотвратить возможные искажения результатов.

Принцип работы масс-спектрометра

Масс-спектрометр – это прибор, который используется для анализа химических соединений и определения их массы. Принцип работы масс-спектрометра основан на разделении ионов различной массы в электрическом и магнитном полях.

Вакуумный насос необходим для создания вакуума внутри прибора, так как в противном случае молекулы газов будут взаимодействовать с частями прибора, что может привести к ошибкам в измерениях. Вакуум также позволяет увеличить длину свободного пробега ионов, что повышает точность и чувствительность измерений.

Вакуумный насос может быть различных типов, например, турбомолекулярный или диффузионный насос. Они работают на основе различных физических принципов, но все они предназначены для создания высокого вакуума внутри масс-спектрометра.

Вакуумные насосы для масс-спектрометров

• Турбомолекулярный насос – это насос, который использует вращение турбины для создания вакуума. Внутри насоса находятся ротор и статор, которые образуют зазоры между лопастями. При вращении ротора молекулы газа попадают в эти зазоры и двигаются по спирали к выходу насоса. Таким образом, турбомолекулярный насос может создавать высокий вакуум до 10^-9 торр.

• Диффузионный насос – это насос, который использует различие в скоростях движения молекул газа для создания вакуума. Внутри насоса находится камера с нагревательным элементом, который испаряет масло. Молекулы газа попадают в камеру и сталкиваются с молекулами масла, которые двигаются быстрее. Таким образом, молекулы газа постепенно перемещаются к выходу насоса. Диффузионный насос может создавать вакуум до 10^-6 торр.

Кроме того, в масс-спектрометрах также используются и другие типы насосов, например, пластинчато-роторные, винтовые, спиральные, мембранные насосы и роторные насос типа Рутс. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, и выбор конкретного типа зависит от требований к прибору и его целей использования.

Популярные производители масс-спектрометров

• Agilent Technologies производит масс-спектрометры, является лидером на рынке и представляет множество моделей, которые получили признание специалистов разных сфер деятельности. Компания также постоянно внедряет новые технологии и усовершенствует свои устройства, что делает их надежными и долговечными.

• Масс-спектрометры Linxon отличаются высокой эффективностью и позволяют проводить точные анализы в короткие сроки. Кроме того, они имеют низкую стоимость и быструю первоначальную настройку, а управление ими не требует глубоких знаний. Еще одним преимуществом является простота технического обслуживания, которое можно проводить непосредственно на месте эксплуатации без необходимости отправки на завод-изготовитель или в сервисный центр.

• Масс-спектрометр Bruker - оборудование с широким спектром возможностей. Линейка включает в себя множество успешных моделей различных вариантов исполнения. Эти устройства являются достаточно надежными и пользуются большим спросом.

• Масс-спектрометр Microflex является компактным и доступным устройством, которое нашло широкое применение в области химии и биологии. Оно оснащено инновационной системой самодиагностики, что позволяет контролировать работу всех основных элементов прибора. Большинство моделей оборудованы ионными источниками с инфракрасным лазером для автоматической очистки.