Масс -спектр — это гистограмма зависимости интенсивности от отношения массы к заряду ( m/z ) в химическом образце, [1] обычно получаемая с помощью прибора, называемого масс-спектрометром . Не все масс-спектры данного вещества одинаковы; например, некоторые масс-спектрометры разбивают молекулы аналита на фрагменты ; другие наблюдают неповрежденные молекулярные массы с небольшой фрагментацией. Масс-спектр может представлять множество различных типов информации в зависимости от типа масс-спектрометра и конкретного проведенного эксперимента. Обычными процессами фрагментации органических молекул являются перегруппировка Маклафферти и альфа-расщепление . Алканы с прямой цепью и алкильные группы дают типичную серию пиков: 29 (СН 3 СН 2 + ), 43 (СН 3 СН 2 СН 2 + ), 57 (СН 3 СН 2 СН 2 СН 2 + ) , 71 (СН 3 СН 2 СН 2 СН 2 СН 2 + ) и т. д. [2]
Ось X масс- спектра представляет собой соотношение между массой данного иона и количеством элементарных зарядов, которые он несет. Это записывается как стандарт IUPAC m/z для обозначения количества, полученного путем деления массы иона (в дальтонах) на дальтон и его зарядовое число (положительное абсолютное значение). [3] [4] [5] Таким образом, m/z — безразмерная величина, не имеющая связанных единиц. [3] Несмотря на то, что m/z не несет ни единиц массы, ни заряда, его называют отношением массы к заряду иона. Однако это отличается от отношения массы к заряду m/Q (стандартные единицы СИ кг/Кл), которое обычно используется в физике. m /z используется в прикладной масс-спектрометрии, поскольку при интерпретации спектров естественным образом возникают удобные и интуитивно понятные числовые соотношения. Одно только значение m/z не содержит достаточной информации для определения массы или заряда иона. Однако информацию о массе можно извлечь, рассматривая весь спектр, например, расстояние между изотопами или наблюдение нескольких зарядовых состояний одной и той же молекулы. Эти соотношения, а также отношение к массе иона в дальтонах стремятся к приблизительно рациональным значениям чисел в пространстве m/z . Например, ионы с одним зарядом имеют расстояние между изотопами 1, а масса иона в дальтонах численно равна m /z . Золотая книга ИЮПАК дает пример правильного использования: [3] « для иона C 7 H 7 2+ m/z равно 45,5 ».
В литературе встречается несколько альтернатив стандартному обозначению m/z ; однако в настоящее время они не принимаются организациями по стандартизации и большинством журналов. м/е появляется в более старой исторической литературе. Маркировка, более соответствующая «зеленой книге» ИЮПАК и конвенциям ISO 31, — это m/Q или m/q , где m — это символ массы, а Q или q — символ заряда в единицах u/e или Da/e. Это обозначение не является редкостью в физике масс-спектрометрии, но редко используется в качестве абсциссы масс-спектра. Также было предложено ввести новую единицу Томсона (Th) как единицу m/z , где 1 Th = 1 u/e. [6] Согласно этому соглашению, ось x масс-спектров может быть обозначена как m/z (Th), а отрицательные ионы будут иметь отрицательные значения. Это обозначение встречается редко и не принимается IUPAC или какой-либо другой организацией по стандартизации.
В 1897 году отношение массы к заряду электрона было впервые измерено Дж. Дж . Томсоном . [7] Сделав это, он показал, что электрон, который постулировался ранее для объяснения электричества, на самом деле был частицей с массой и зарядом и что отношение его массы к заряду было намного меньше, чем у ион водорода H + . В 1913 году он измерил отношение массы к заряду ионов с помощью прибора, который он назвал параболическим спектрографом. [8] Хотя эти данные не были представлены в виде современного масс-спектра, они имели схожий смысл. В конце концов произошло изменение обозначения m/e, уступившее место нынешнему стандарту m/z . [ нужна цитата ]
На ранних этапах масс-спектрометрических исследований разрешение масс-спектрометров не позволяло точно определять массу. Фрэнсис Уильям Астон получил Нобелевскую премию по химии в 1922 году. [9] «За открытие с помощью масс-спектрографа изотопов большого числа нерадиоактивных элементов и за провозглашение правила целого числа . " В котором он заявил, что все атомы (включая изотопы) подчиняются правилу целых чисел [10] . по большей части соотношение также было целым). Было несколько предложений (например, единица измерения Томсона) изменить официальную номенклатуру масс-спектрометрии, чтобы она была более внутренне согласованной.
Ось y масс-спектра представляет интенсивность сигнала ионов. При использовании счетных детекторов интенсивность часто измеряется в импульсах в секунду (имп/с). При использовании аналоговой электроники обнаружения интенсивность обычно измеряется в вольтах. В FTICR и Orbitraps сигнал частотной области ( ось y ) связан с мощностью (~ квадрат амплитуды) синусоидальной волны сигнала (часто приведенной к среднеквадратичной мощности); однако ось обычно не помечается как таковая по многим причинам. В большинстве форм масс-спектрометрии интенсивность ионного тока, измеряемая спектрометром, неточно отражает относительное содержание, но слабо с ним коррелирует. Поэтому принято обозначать ось Y «произвольными единицами».
Интенсивность сигнала может зависеть от многих факторов, особенно от природы анализируемых молекул и способа их ионизации. Эффективность ионизации варьируется от молекулы к молекуле и от источника ионов к источнику ионов. Например, в источниках электрораспыления в режиме положительных ионов четвертичный амин будет ионизироваться исключительно хорошо, тогда как большой гидрофобный спирт, скорее всего, не будет виден, независимо от его концентрации. В источнике ЭУ эти молекулы будут вести себя совсем по-другому. Кроме того, могут существовать факторы, которые непропорционально влияют на передачу ионов между ионизацией и обнаружением.
Что касается обнаружения, существует множество факторов, которые также могут непропорционально влиять на интенсивность сигнала. Размер иона будет влиять на скорость удара, а для некоторых детекторов скорость пропорциональна выходному сигналу. В других системах обнаружения, таких как FTICR , количество зарядов иона более важно для интенсивности сигнала. В масс-спектрометрах ионного циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием и масс-спектрометрах типа Orbitrap интенсивность сигнала (ось Y) связана с амплитудой сигнала затухания свободной индукции . По сути, это степенное соотношение (квадрат амплитуды), но часто вычисляемое как [среднеквадратичное значение]. Для затухающих сигналов среднеквадратичное значение не равно средней амплитуде. Кроме того, константа затухания (скорость затухания сигнала в Фид) не одинакова для всех ионов. Чтобы сделать выводы об относительной интенсивности, необходимы большие знания и внимательность.
Распространенный способ получить больше количественной информации из масс-спектра — создать стандартную кривую для сравнения образца. Для этого необходимо заранее знать, что необходимо количественно оценить, иметь в наличии стандарт и планировать эксперимент специально для этой цели. Более продвинутым вариантом является использование внутреннего стандарта , который ведет себя очень похоже на аналит. Часто это версия аналита, меченная изотопами. Существуют формы масс-спектрометрии, такие как масс-спектрометрия на ускорителе , которые разработаны снизу вверх как количественные.
Спектральный сдвиг — это изменение относительной интенсивности пиков масс-спектра из-за изменения концентрации аналита в источнике ионов при сканировании масс-спектра. Такая ситуация возникает регулярно, когда хроматографические компоненты элюируются в непрерывный источник ионов. [11] Спектральное искажение не наблюдается в ионных ловушках ( квадрупольных (это также наблюдалось в QMS ) или магнитных) или времяпролетных (TOF) масс-анализаторах, поскольку потенциально все ионы образуются в рабочем цикле (моментальный снимок во времени) прибора доступны для обнаружения.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )