Масс спектрометрия усуллари

Загружено в:

10.08.2023

Скачано:

0

Размер:

417 KB

Скачать

Аналитик кимё
Масс спектрометрия усуллари

Режа:
1. Молекулалар ва атомларни ионларга айлантириш усуллари. Э лектрон
зарб усули.
2. Ионларнинг турлари: молекуляр ва бўлакларга ажралиб кетувчи
ионлар.
3. Масс-спектрограф ва масс-спектрометр. Демпстер масс-
спектрометрини нг схемаси ва ишлаш принципи.
4. Масс-спектрларни график кўринишида ифодалаш.
5. Масс - спектрометриянинг қўлланилиши

1. М олекула ва атомларни ионларга
айлантириш
•
Масс-спектрометрия (МС) усули ионлар массасининг спектрини
олиш, яъни зарядланган заррачалар массасини ўлчаш
имкониятини беради.
•
Бу усуллар модда молекулаларининг ионларга айланиш
ҳодисасидан фойдаланади, чунки ҳозирги вақтда зарядланган
заррачалар дастасини магнит ва электр майдонлари орқали жуда
осон бошқариш мумкин.
•
Тадқиқотларнинг катта қисми мусбат зарядланган заррачалар
дастаси билан олиб борилади .
•
Мусбат ионлар асосан газ ҳолатидаги молекула, атом ёки
радикалнинг электрон, фотон, ион ёки тез ҳаракатланаётган
молекула билан , шунингдек юқори градиентли (электр майдон
кучланганлигини йўналиш бўйича турли қийматларга эга бўлиши)
электр майдонига эга бўлган жисмлар билан ўзаро таъсири
натижасида ҳосил бўлади.

1. Электрон зарб усули. Ионлар манбаи
Газ ҳолатидаги ва енгил учувчи моддалар ионлар манбаига тўлдириш, қуйиш
(масалан, газ баллонидан) қурилмасидан келади.
Қийин учувчи моддалар тўғридан-тўғри манбанинг ўзида буғлантирилади ва
молекулалар дастаси ҳолида ионлаштириш камерасига юборилади.
Ионлаштириш камерасида ҳосил бўлган мусбат ионлар , кучланганлиги 1000 -
3000 В бўлган электродлар ҳосил қилган электр майдони томонидан тортиб
олинади ва тезлаштирилади.
Камерадаги босим  10-3 Па атрофида бўлиши керак.
Ион манбаи асосий қисмларининг чизмаси. 1 - камерага модда (газ) юбориш канали; 2 -
ионга айлантириш камераси; 3 - ионлайдиган электронлар (пушкаси) манбаи; 4 - тортувчи
«линза»; 5 - фокусловчи «линза»; 6 - масс-спектрометрга бораётган ионлар дастаси.

1. И онлаштириш усуллари - электрон зарб
•
Атомларни ионлаштириш жуда осон. Заряди бирга тенг
бўлган ионлар кўп ҳолларда атомнинг ташқи валент
орбиталидаги электронни уриб чиқариш орқали ҳосил
қилин ади.
•
Ҳосил бўлган ион асосий (қўзғалмаган) ёки қўзғалган
ҳолатда бўлади.
•
Бу ерда, – атом, - ионнинг асосий ва - қўзғалган
ҳолатлари.  
   e A e A 2 
 eAeAёки 2*
* 
A

A A

1. Ионлаштириш усули - электрон зарб
•
Бу усул зарядланган ионлар ҳосил қилишнинг энг кенг
тарқалган усули бўлиб , бунга сабаб электрон
манбаларининг оддийлиги, қулайлиги ва арзонлиги ,
ҳамда уларни ионлаштиришда юқори натижа беришидир.
•
Ионлайдиган электронларнинг энергияси , молекулани
ионга айлантириш учун керак бўлган (  10 эВ)
энергиядан катта бўлиши керак. Одатда энергияси 50…
100 эВ бўлган электронлар ишлатилади.

2. Молекуляр ионлар
•
Молекуладан битта электрон уриб чиқарилганда у, молекуляр ионга
айланади. Молекуляр ионнинг массасси шу ион ҳосил бўлган
молекуланинг массасига тенг.
•
Молекуляр ионлар орқали белгиланади, (+) белгининг остида
нуқта бўлса катион-радикал ҳосил бўлганини билдиради.
•
О ддий, кичкина молекулалар учун м олекуляр ионнинг ҳосил бўлиш
эҳтимолияти жуда катта.
•
Молекуладаги атомлар сонининг кўпайиши билан молекуляр
ионнинг б ў лакларга ажралиб кетиш эҳтимолияти кўпаяди.
•
Бензол ҳалқасига ўхшаш барқарор молекуляр гуру ҳ лар ҳам
молекуляр ион ҳосил бўлишига олиб келади.
•
Шунинг учун, ароматик углеводородларда ароматик
бўлмаганларига қараганда молекуляр ион ҳосил қилиш
эҳтимолияти катта. 
M M

2. Бўлакларга ажралиб кетадиган ионлар
•
Молекуляр ион шу ион ҳосил бўлувчи молекуланинг тузилишига ва
ионлаштириш усулига қараб бир қанча ионларга бўлиниб кетиши
мумкин.
•
Бу ҳол битта молекуланинг ионларга ажралиб кетиш жараёнидир.
•
Масалан, CCl 4 молекуласини ионлаштирганда CCl 3+, CCl 2+,
CCl +, Cl + ва C + ионларга ажралиб кетади.
•
Молекулани ионга айлантираётган заррачаларнинг
(электрон, фотон, ион, молекула) энергиясини ошириш
молекуляр ионнинг кўп ион бўлакларига ажралишига олиб
келади.
•
Шунинг учун ҳам, баъзи бирикмаларнинг масс-спектрида
молекуляр ионга тегишли чизиқ кўринмайди.

3. М асс - спектрометр ва масс - спектрограф
•
Молекула ва атомларни ионларга ажратиш ва уларни қайд
қилишнинг бир қанча усуллари бор.
•
Масс-спектрографда ионларни қайд қилиш учун фотография
усули ишлатилади ,
•
масс-спектрометрларда эса ионлар ҳосил қилган электр токи
ўлчанади.
•
Масс-спектрографлар атомларнинг нисбий оғирлигини аниқлаш
учун ишлатилади .
•
Ҳозирги вақтда, кимёда, асосан масс-спектрометрлар ишлатилади,
чунки улар ионлар ҳосил қилган ток кучини катта аниқликда ўлчаш
имкониятини беради.
•
Икки хил масс-спектрометрлар мавжуд: статик ва динамик.
Биринчи тип масс-спектрометрларда ионларни массасига қараб
ажратиш ва фокуслашда статик электр ёки магнит майдонлари
қўлланилади, иккинчи типдаги асбобларда эса, ўзгарувчан электр
майдонидан фойдаланилади.

3. М агнит масс - спектрометр
•
Биринчи магнит масс-спектрометр 1918 йилда Чикагода А. Демпстер
томонидан қурилган. Унинг тузилиш схемаси ҳозирги замон асбобларида ҳам
ишлатилади (2. 4 - расм).
•
Ион манбаида бир хил энергияга эга бўлган ионлар дастаси ҳосил қилинади.
Бу ионлар, кучланганлиги U га тенг бўлган тезлатувчи майдонда
•
кинетик энергияга эга бўлади. Бу ерда, v -ионнинг тезлиги, m -унинг массаси,
e -ионнинг бирлик заряди.
•
Магнит майдони индукциясининг йўналишига перпендикуляр йўналтирилган
•
ионлар дастасига Лоренц кучи таъсир қилади
•
Магнит майдонда ионлар радиуси ҳар хил бўлган айланалар бўйлаб ҳаракат
қилади.
•
Мусбат ионлар учун бу ҳаракат, чап қўл қоидасига бўйсинади. eUmv

2 2F

] [ B v e F
  
 

3. М агнит масс - спектрометр
•
Тезлик , магнит индукцияси ва Лоренц кучининг векторлари бир-бирига
перпендикуляр.
•
Лоренц кучи марказга интилма кучга тенг, шунинг учун уни
•
кўринишида ёзиш мумкин ва бундан
•
келиб чиқади, бу ерда , r - ион траекториясининг эгрилик радиуси.
•
Доимий магнит майдонида эгрилик радиуси r ўзгармайди, шунинг учун ион
ҳаракати нинг траекторияси, айланадан иборат бўлади. Юқоридаги
формула ларда тегишли ўзгартиришлардан кейин заряди бирга тенг б ўлган
ионлар учун қуйидаги формулани оламиз.
•
Ионни тезлатувчи потенциал U ни (бу ҳолда, ёки магнит
•
майдонининг индукцияси B ни аста-секин ўзгартириб
•
ионларнинг масс-спектри ёзиб олинади. v
 
B evB
rmv
2
) /( eB mv r 
U
B r
e
m
2
2 2

) ( const B 
) ( const U 

3. Масс-спектрометрнинг ажратиб к ў рсатиш
к учи
Масс - спектрометрнинг сифатини к ў рсатувчи му ҳ им катталик

3. Масс-спектрометрнинг ажратиб к ў рсатиш
кучи

4. График кўринишдаги масс - спектр
•
тетрагидрофураннинг масс-спектри график шаклда келтирилган .
•
Расмнинг ўнг томонида ордината ўқига спектр чизиқлар
интенсивлигини ион токлари йиғиндисига ( ) нисбатан
фоизларда ҳисоблаш имконини берувчи шкала чизилган. Энг юқори
бўлган ( m / e ) = 42 чизиқнинг интенсивлиги бу шкала бўйича ни 33%
ни ташкил қилади .
•
Тетрагидрофураннинг масс-спектри. Ионловчи электронлар энергияси 70
эВ.  m

5. Масс-спектрометриянинг қўлланилиши
•
Масс-спектрометрия молекуланинг массасини ва органик моддаларнинг
тузилишини аниқлашга имкон беради. Модда молекуласининг массаси
унинг масс-спектридаги молекуляр ионга тегишли спектр чизиғи орқали
топилади.
•
Агар, масс-спектрда молекуляр ионга тегишли чизиқ етарли даражада
интенсив бўлса, органик модданинг брутто формуласини тақрибан
ҳисоблаш мумкин бўлади. Бунинг учун органик бирикма таркибига кирувчи
элементлар изотопларига тегишли спектр чизиқлари интенсивликларининг
нисбатидан фойдаланилади.
•
Масалан, углеводород молекуласидаги углерод атомлари сонини, массаси
молекуляр ионни к идан бир бирликка кўп бўлган ионга тегишли чизиқнинг
интенсивлигини аниқлаш орқали аниқ ҳисоблаш мумкин. Бу ион ҳам
молекуляр ион каби тузилишга эга бўлиб унинг таркибида 12С атомлари
ўрнига 13С атомлари бўлади холос.
•
Табиатда 13С изотопининг миқдори 1.1 фоизни ташкил қилади. Шунинг
учун, таркибида битта углерод атоми бўлган углеводороднинг масс-
спектридаги , таркибига 13С атоми кирувчи ионига қарашли чизиқ
интенсивлигининг 1.1 фоизини, углероднинг n та атомини ўз ичига олувчи
ион учун эса 1.1* n фоизини ташкил этади.

5 . И зотопларга тегишли ионлар
•
М асс-спектрда молекуляр ион M + га тегишли чизиқ билан
бир қаторда массаси ( M + 1)+ бўлган ион ҳам бўлади.
•
Бу ионга тегишли спектр чизи қ нинг интенсивлиги унинг
таркибига кирган атом изотопининг табиий
концентрациясига пропорционал бўлади.
•
Масалан, метаннинг масс-спектрида
•
бўлган молекуляр ионга тегишли чизиқ билан бирга

•
, бўлган изотоп ионга тегишли чизиқ ҳам
•
бўлади . Бу чизиқлар интенсивликларининг нисбати 99:1.
•
Хлор, бром ва олтингугурт икки масса бирлигига фарқ
қилувчи кенг тарқалган изотопларга эга. Шу сабабга кўра,
хлор ва бромли бирикмаларни масс-спектр орқали осон
таниб олиш мумкин. ) ( 16 ) / ( 4
12 CH e m 
) ( 17 ) / ( 4
13 CH e m 

5. Модданинг элемент таркибини анализ қилиш.
•
Қаттиқ жисмларнинг элемент таркибини аниқлаш масс-спектрометриянинг
катта бўлимини ташкил қилади. Бундай моддаларни ионлашдан олдин
атом ҳолатига ўтказиш зарур. Бунинг учун етарли даражада катта энергия
сарфлашга тўғри келади ва бу мақсадлар учун ишлатиладиган манбалар
бир вақтда қаттиқ моддаларни ҳам атомлаштиради , ҳам ионга айлантиради.
•
Энг кўп тарқалган ионлаштириш манбалари сифатида электрон ёй разряди,
лазер нури ва тезлатилган ионлар оқими ишлатилади . Буларга мос равишда
қаттиқ жисмларни анализ қилувчи уч хил масс-спектрометрия тўғри
келади; учқун, лазер, ион-ион ёки иккиламчи ионларнинг масс-
спектроскопияси. Учқун масс-спектрометрия усули орқали энг кўп анализ
ўтказилади.
•
Бир-бирига яқин жойлашган (миллиметрни улушларича) иккита электрод
ўртасида ёй разряди ҳосил қилинади. Электродлардан бири (катод, зонд)
қийин эрийдиган металдан (одатда танталдан) ингичка игна кўринишида
тайёрланган. Анод сифатида анализ қилинаётган намунанинг ўзи
ишлатилади, бунинг учун у, электр токини ўт к азувчи ўтказгич бўлиши
керак. Электродларга юқори кучланишга эга бўлган ток , импульс маромида
( режимида ) берилиши керак.
•
Электродлар орасида қисқа учқун разряди ҳосил бўлади. Бундай ҳолда,
намунанинг бир қисми бузилади, майда заррачаларга айланади ва
электродлар оралиғида буғланиб атомга ва қисман ионга айланади. Разряд
тугагандан сўнг ҳосил бўлган ионлардан ион дастаси ҳосил қилиниб у,
масс-анализаторга қараб тезлаштирилади.

5. Модданинг элемент таркибини анализ қилиш.
•
Ионлаш манбаида тўқнашиш натижасида заррачаларга берилган энергия
жуда катта ва ҳар хил бўлганлиги учун , ҳосил бўлган ионлар ҳар хил
кинетик энергияга эга бўлади. Шунинг учун, ионлар олган тезлик нафақат
ионларнинг массасига ва зарядига балки улар олган бошланғич энергияга
ҳам боғлиқ бўлади. Шу муносабат билан, ионлар энергиясини ҳар хил
қийматларга эга бўлиши ҳисобига бўладиган салбий таъсирни камайтириш
учун , икки марта фокуслайдиган масс-спектрометрлар ишлатилади.
Бундай масс-спектрометрларда ионлар дастаси махсус конфигурацияга
(шаклга) эга бўлган магнит ва электр майдонлари системаси орқали
ўтказилади.
•
•
Сифат анализи масс-спектрометрдаги чизиқларнинг жойига қараб улар
қайси элементларга тегишли эканлигини аниқлашдан иборат. Ўхшатиш
асосида элементни топиш худди атом-эмиссия спектрал анализда
қилингани каби, асосий элементни ёки ички стандартни масса сони аниқ
бўлган спектр чизиғига намунанинг чизиғларини боғлаш орқали амалга
оширилади.
•
Учқун масс-спектрометриянинг афзаллигига унинг юқори даражада
селективлиги ва сезгирлиги киради (абсолют аниқлаш чегараси 10-12 г. ).
Бундан ташқари у, бир вақтда 60-70 элементни анализ қилиш имконини
берадиган кўп элементли усулдир. Намуна албатта электр ўтказувчи
бўлиши кераклиги , усулнинг имконини бир оз чегаралайди. Лекин, бу
камчиликни ток ўтказмайдиган намунанинг юзасига юқори даражада тоза
бўлган метални пуркаш орқали юпқа қатлам ҳосил қилиб бартараф қилиш
мумкин. Суюқликлар ҳам олдин музлатилади кейин худди юқоридагидай
электр токи ўтказувчи материалнинг юпқа қатлами билан қ о планиб анализ
қилинади.

5. Модданинг элемент таркибини анализ қилиш.
•
Лазер масс-спектрометрия усулида лазер нури худди учқун каби бир
вақтда моддани атомлаш ва ионлашни таъминлайди. Аналитик
характеристикаси ҳам учқун масс-спектрометрияникига яқиндир.
•
Ион-ион масс-спектрометрияда ёки унинг бошқача номи иккиламчи
ионларнинг масс-спектрометриясида анализ қилинаётган моддани
ионлаштириш учун кислород, аргон ва бошқа моддаларнинг ион
пушкасида ҳосил қилинган ва тезлаштирилган бирламчи ионлари
ишлатилади. Бу ионлар дастаси фокусланиб анализ қилинаётган намуна
улар билан бомбардимон қилинади. Бунинг натижасида ҳосил бўлган
иккиламчи ионлар қайд қилинади.
•
Бу усул қаттиқ жисмларнинг юзасини алоҳида қисмларини тадқиқ қилиш
учун жуда қулайдир, чунки бомбардимон қилаётган ионлар моддага чуқур
кирмаётганлиги учун унинг юзасида ҳосил бўлган ўйилиш ҳам катта
бўлмайди. Бу усулнинг сезгирлиги жуда юқори дир (то 10-18 г. гача).
•
Масс-спектроскопия (масс-спектрометрия, масс-спектрография, масс-
спектрал анализ) модданинг m молекуляр массаси (кўпинча ион
массасининг зарядига нисбатини) ва ҳосил бўладиган (бор бўлган)
ионларнинг нисбий миқдорини аниқлаш орқали уни татбиқ қилиш усули.
Масс-спектроскопия ионлар массасини жуда юқори аниқликда ўлчаш,
изотоп анализи, молекул я р кимёвий анализ, мураккаб органик модданинг
нима ва унинг молекуласини тузилишини аниқлаш учун ишлатилади.

5. Модданинг элемент таркибини анализ қилиш.
•
Ионлар массасини жуда юқори аниқликда ўлчаш одатда ажратиб кўрсатиш
қобилияти бўлган масс-спектрометрлар орқали амалга оширилади. Ўлчаш
массалар шкаласи бўйича сигнални максимумини топиб уни эталон
сигналлари билан солиштиришга асосланган.
•
Эталон ва анализ қилинаётган моддаларнинг ядроларининг таркиби ҳар
хил , лекин нуклонларининг сони бир хил (масса сони А) бўлган ионларига
тегишли сигналларнинг максимумлари мос тушганда ўлчаш аниқлиги энг
катта бўлади. Бундай ҳолда, дублет чизиқларни нисбий массалар фарқини
ўлчашда қўйиладиган хатонинг тартиби 10-8 дан ошмайди.
•
Эталон сигналларни олиш учун одатда перфторкеросин ишлатилади.
Унинг масс-спектри жуда кўп сигналлардан иборат бўлиб уларнинг масса
сони 69 дан то 1200 гача боради.

Аналитик кимё Масс спектрометрия усуллари

Режа: 1. Молекулалар ва атомларни ионларга айлантириш усуллари. Э лектрон зарб усули. 2. Ионларнинг турлари: молекуляр ва бўлакларга ажралиб кетувчи ионлар. 3. Масс-спектрограф ва масс-спектрометр. Демпстер масс- спектрометрини нг схемаси ва ишлаш принципи. 4. Масс-спектрларни график кўринишида ифодалаш. 5. Масс - спектрометриянинг қўлланилиши

1. М олекула ва атомларни ионларга айлантириш • Масс-спектрометрия (МС) усули ионлар массасининг спектрини олиш, яъни зарядланган заррачалар массасини ўлчаш имкониятини беради. • Бу усуллар модда молекулаларининг ионларга айланиш ҳодисасидан фойдаланади, чунки ҳозирги вақтда зарядланган заррачалар дастасини магнит ва электр майдонлари орқали жуда осон бошқариш мумкин. • Тадқиқотларнинг катта қисми мусбат зарядланган заррачалар дастаси билан олиб борилади . • Мусбат ионлар асосан газ ҳолатидаги молекула, атом ёки радикалнинг электрон, фотон, ион ёки тез ҳаракатланаётган молекула билан , шунингдек юқори градиентли (электр майдон кучланганлигини йўналиш бўйича турли қийматларга эга бўлиши) электр майдонига эга бўлган жисмлар билан ўзаро таъсири натижасида ҳосил бўлади.

1. Ионлаштириш усуллари

1. Электрон зарб усули. Ионлар манбаи Газ ҳолатидаги ва енгил учувчи моддалар ионлар манбаига тўлдириш, қуйиш (масалан, газ баллонидан) қурилмасидан келади. Қийин учувчи моддалар тўғридан-тўғри манбанинг ўзида буғлантирилади ва молекулалар дастаси ҳолида ионлаштириш камерасига юборилади. Ионлаштириш камерасида ҳосил бўлган мусбат ионлар , кучланганлиги 1000 - 3000 В бўлган электродлар ҳосил қилган электр майдони томонидан тортиб олинади ва тезлаштирилади. Камерадаги босим  10-3 Па атрофида бўлиши керак. Ион манбаи асосий қисмларининг чизмаси. 1 - камерага модда (газ) юбориш канали; 2 - ионга айлантириш камераси; 3 - ионлайдиган электронлар (пушкаси) манбаи; 4 - тортувчи «линза»; 5 - фокусловчи «линза»; 6 - масс-спектрометрга бораётган ионлар дастаси.

Масс спектрометрия усуллари

10.08.2023

0

417 KB

Похожие