Мас-спектроскопія
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Мас-спектроскопія

Мас-спектроскопія , мас-спектрометрія, спектральний для мас аналіз, метод дослідження речовини шляхом визначення мас іонів цієї речовини (частіше за стосунки мас іонів до їх зарядів) і їх кількостей. Сукупність значень мас і їх відносного вмісту називається масами-спектром ( мал. 1 ). У М-КОДІ.-с. використовується розділення у вакуумі іонів різних мас під впливом електричних і магнітних полів (див. Мас-спектрометри ). Тому досліджувана речовина перш за все піддається іонізації . Процес іонізації виключається при вивченні іонного складу вже іонізованних газів, наприклад в електричному розряді або в іоносфері планет. В разі рідких і твердих речовин їх або заздалегідь випарюють, а потім іонізуют або ж застосовують поверхневу іонізацію, при якій іони, що утворилися, вилітають у вакуум (див. Іонна емісія ). Частіше досліджуються позитивні іони, оскільки існуючі методи іонізації дозволяють отримувати їх простішими дорогами і у великих кількостях, чим негативні. Проте у ряді випадків досліджують і негативні іони.

загрузка...

  Перші маси-спектри були отримані у Великобританії Дж. Дж. Томсоном (1910), а потім Ф. Астоном (1919). Вони привели до відкриття стабільних ізотопів . Спочатку М-код.-с. застосовувалася переважно для визначення ізотопного складу елементів і точного виміри атомних мас. М-код.-с. до цих пір є одним з основних методів, за допомогою яких отримують дані про маси ядер і атомні маси елементів. Варіації ізотопного складу елементів можуть бути визначені з відносною погрішністю ±10 -2 %, а маси ядер — з відносною погрішністю ±10 -5 % для легенів і ±10 -4 % для важких елементів.

  Висока точність і чутливість М-коду.-с. як методу ізотопного аналізу привели до її вживання і в інших областях, де істотне знання ізотопного складу елементів, перш за все в ядерній техніці. У геології і геохімії спектральне для мас визначення ізотопного складу ряду елементів (свинцю, аргону і інших) лежить в основі методів визначення віку гірських порід і рудних утворень (див., наприклад, Геохронологія ). М-код.-с. широко використовується в хімії для елементного і молекулярного структурного аналізу. Перші вживання М-коду.-с. в області хімії пов'язані з роботами Ст Н. Кондратьева (1923).

  спектральний для Мас аналіз елементного складу речовини особливо точний, коли ця речовина випаровується у вигляді вихідних молекул, що не розпалися, і помітна доля цих молекул не розпадається в іонному джерелі мас-спектрометра. Тоді застосовуючи мас-спектрометри з високою роздільною здатністю, можна, наприклад, однозначно визначити число атомів, Н, Про і інших в молекулі органічної речовини по масі молекулярного іона. Для аналізу елементного складу труднолетучих речовин застосовують іонізацію методом вакуумної іскри. При цьому досягається висока чутливість (~10 -5 —10 -7 %) і універсальність при помірній точності у визначенні вмісту компонент (від декількох % до десятих доль %). Якісний молекулярний спектральний для мас аналіз сумішей заснований на тому, що маси-спектри молекул різної будови різні, а кількісний — на тому, що іонні струми від компонент суміші пропорційні вмісту цих компонент.

  Точність кількісного молекулярного аналізу в кращому разі досягає точності ізотопного аналізу, проте часто кількісний молекулярний аналіз утруднений із-за збігу по масі різних іонів, що утворюються при звичайній і диссоціативній іонізації різних речовин. Для подолання цієї трудності в мас-спектрометрах використовують «м'які» способи іонізації, що дають мало осколкових іонів, або ж комбінують М-код.-с. з ін. методами аналізу, особливо часто з газовою хроматографією .

  Молекулярний структурний спектральний для мас аналіз заснований на тому, що при іонізації речовини деяка доля молекул перетворюється на іони, не руйнуючись, а деяка доля при цьому розпадається на осколки — фрагменти (диссоціативна іонізація, фрагментація). Вимір мас і відносного вмісту молекулярних і осколкових іонів (молекулярного мас-спектру) дає інформацію не лише про молекулярну масу, але і про структуру молекули.

  Теорія молекулярного структурного спектрального для мас аналізу при найчастіше вживаному способі іонізації електронним ударом (електрони з енергією, що у декілька разів перевершує енергію іонізації) заснована на уявленні про освіту при такому ударі збудженого молекулярного іона, що розпадається потім з розривом слабкіших зв'язків в молекулі (див. Хімічний зв'язок ). Стан теорії не дає доки можливості кількісно передбачити маси-спектр молекули і необхідні для кількісного аналізу коефіцієнт чутливості приладу до різних речовин. Тому для визначення невідомої структури молекули по її масам-спектру і для якісного аналізу використовують кореляційні дані по масах-спектрах речовин різних класів, а для грубої оцінки коефіцієнта чутливості — практично лінійний зв'язок між сумарною вірогідністю іонізації і молекулярною масою для не дуже важких молекул одного гомологічного ряду. Тому при молекулярному спектральному для мас аналізі, коли це лише можливо, завжди проводять градуювання приладу по відомих речовинах або сумішах відомого складу (при визначенні ізотопного складу, унаслідок відносно малої різниці у вірогідності іонізації або дисоціації порівнюваних часток, аналіз інколи можливий без градуювання по сумішах відомого складу).

  У физико-хімічних дослідженнях М-коду.-с. застосовується при дослідженнях процесів іонізації, збудження часток і інших завдань фізичної і хімічної кінетики; для визначення потенціалів іонізації, теплот випари, енергій зв'язку атомів в молекулах і тому подібного. За допомогою М-коду.-с. проведені виміри нейтрального і іонного складу верхньою атмосфери Землі (можливі аналогічні виміри складу атмосфер інших планет). М-код.-с. починає застосовуватися як експресний метод газового аналізу в медицині ( мал. 2 ). Принципи М-коду.-с. лежать в основі пристрою найбільш чутливих течєїськателей. Висока абсолютна чутливість методу М-коду.-с. дозволяє використовувати його для аналізу дуже невеликої кількості речовини (~10 -12 г ).

 

  Літ. див.(дивися) при статті Мас-спектрометри .

  Ст Л. Тальрозе.

Мал. 1. Мас-спектрограма (а), отримана на масс-спектрографе з подвійним фокусуванням, фотометрична крива цієї спектрограми (б) в області масового числа 20.

Мал. 2. Вживання мас-спектрометричного газоаналізатора МХ-6202 для аналізу газу, що видихається.