logo

Mass spektrometriya usullari

Загружено в:

15.08.2023

Скачано:

0

Размер:

424 KB
Analitik kimyo
 Mass spektrometriya usullari Reja :  
1.  Mass - spektrometriyaning  qo‘llanilishi
2.  Mass-spektrlarni grafik ko‘rinishida ifodalash. 
3.  Mass-spektrograf va mass-spektrometr. Dempster mass-spektrometrini ng 
sxemasi va ishlash prinsipi.   
4. Molekulalar va atomlarni ionlarga aylantirish  usullari. E lektron zarb  usuli. 
  1 .  Mass-spektrometriyaning  qo‘llanilishi
•
Mass-spektrometriya molekulaning massasini va organik moddalarning tuzilishini 
aniqlashga imkon beradi. Modda molekulasining massasi uning mass-spektridagi 
molekular ionga tegishli spektr chizig‘i orqali topiladi. 
•
Agar, mass-spektrda molekular ionga tegishli chiziq yetarli darajada intensiv 
bo‘lsa, organik moddaning brutto formulasini taqriban hisoblash mumkin bo‘ladi. 
Buning uchun organik birikma tarkibiga kiruvchi elementlar izotoplariga tegishli 
spektr chiziqlari intensivliklarining nisbatidan foydalaniladi. 
•
Masalan, uglevodorod molekulasidagi uglerod atomlari sonini, massasi molekular 
ionni k idan bir birlikka ko‘p bo‘lgan ionga tegishli chiziqning intensivligini 
aniqlash orqali aniq hisoblash mumkin. Bu ion ham molekular ion kabi tuzilishga 
ega bo‘lib uning tarkibida 12S atomlari o‘rniga 13S atomlari bo‘ladi xolos. 
•
Tabiatda 13S izotopining miqdori 1.1 foizni tashkil qiladi. Shuning uchun, 
tarkibida bitta uglerod atomi bo‘lgan uglevodorodning mass-spektridagi ,  tarkibiga 
13S atomi kiruvchi ioniga qarashli chiziq intensivligining 1.1 foizini, uglerodning n 
ta atomini o‘z ichiga oluvchi ion uchun esa 1.1*n foizini tashkil etadi.
•
  1. I zotoplarga tegishli ionlar
•
M ass-spektrda molekular ion  M +  ga tegishli chiziq bilan bir qatorda 
massasi      ( M  + 1)+   bo‘lgan ion ham bo‘ladi. 
•
Bu ionga tegishli spektr chizi q ning intensivligi uning tarkibiga kirgan 
atom izotopining tabiiy konsentratsiyasiga proporsional bo‘ladi. 
•
Masalan, metanning mass-spektrida                                  
      bo‘lgan molekular ionga tegishli chiziq bilan birga                                 
                                     , bo‘lgan izotop ionga tegishli chiziq ham 
      bo‘ladi .  Bu chiziqlar intensivliklarining nisbati 99:1. 
•
Xlor, brom va oltingugurt ikki massa birligiga farq qiluvchi keng 
tarqalgan izotoplarga ega. Shu sababga ko‘ra, xlor va bromli 
birikmalarni mass-spektr orqali oson tanib olish mumkin. )	(	16	)	/	(	4	
12	CH	e	m		
)	(	17	)	/	(	4	
13	CH	e	m	 1 .  Moddaning element tarkibini analiz qilish.
•
Qattiq jismlarning element tarkibini aniqlash mass-spektrometriyaning katta 
bo‘limini tashkil qiladi. Bunday moddalarni ionlashdan oldin atom holatiga 
o‘tkazish zarur. Buning uchun yetarli darajada katta energiya sarflashga to‘g‘ri 
keladi va bu maqsadlar uchun ishlatiladigan manbalar bir vaqtda qattiq 
moddalarni ham atomlashtiradi ,  ham ionga aylantiradi. 
•
Eng ko‘p tarqalgan ionlashtirish manbalari sifatida elektron yoy razryadi, lazer 
nuri va tezlatilgan ionlar oqimi ishlatiladi . Bularga mos ravishda qattiq jismlarni 
analiz qiluvchi uch xil mass-spektrometriya to‘g‘ri keladi; uchqun, lazer, ion-ion 
yoki ikkilamchi ionlarning mass-spektroskopiyasi. Uchqun mass-
spektrometriya usuli orqali eng ko‘p analiz o‘tkaziladi.
•
Bir-biriga yaqin joylashgan (millimetrni ulushlaricha) ikkita elektrod o‘rtasida 
yoy razryadi hosil qilinadi. Elektrodlardan biri (katod, zond) qiyin eriydigan 
metaldan (odatda tantaldan) ingichka igna ko‘rinishida tayyorlangan. Anod 
sifatida analiz qilinayotgan namunaning o‘zi ishlatiladi, buning uchun u, elektr 
tokini o‘t k azuvchi o‘tkazgich bo‘lishi kerak. Elektrodlarga yuqori kuchlanishga 
ega bo‘lgan tok ,  impuls  maromida ( rejimida )  berilishi kerak. 
•
Elektrodlar orasida qisqa uchqun razryadi hosil bo‘ladi. Bunday holda, 
namunaning bir qismi buziladi, mayda zarrachalarga aylanadi va elektrodlar 
oralig‘ida bug‘lanib atomga va qisman ionga aylanadi. Razryad tugagandan 
so‘ng hosil bo‘lgan ionlardan ion dastasi hosil qilinib u, mass-analizatorga 
qarab tezlashtiriladi. 2 .  Grafik ko‘rinishdagi mass - spektr
•
tetragidrofuranning mass-spektri grafik shaklda keltirilgan. 
•
Rasmning o‘ng tomonida ordinata o‘qiga spektr chiziqlar intensivligini 
ion toklari yig‘indisiga (           ) nisbatan foizlarda hisoblash imkonini 
beruvchi shkala chizilgan. Eng yuqori bo‘lgan ( m / e ) = 42 chiziqning 
intensivligi bu shkala bo‘yicha ni 33% ni tashkil qiladi.
  Tetragidrofuranning mass-spektri. Ionlovchi elektronlar energiyasi 70 eV.   	m 3. M ass - spektrometr  va  mass  - spektrograf
 
•
Molekula va atomlarni ionlarga ajratish va ularni qayd qilishning bir 
qancha usullari bor. 
•
Mass-spektrografda ionlarni qayd qilish uchun fotografiya usuli 
ishlatiladi,  mass-spektrometrlarda esa ionlar hosil qilgan elektr toki  
o‘lchanadi. 
•
Mass-spektrograflar atomlarning nisbiy og‘irligini aniqlash uchun 
ishlatiladi. 
•
Hozirgi vaqtda, kimyoda, asosan mass-spektrometrlar ishlatiladi, 
chunki ular ionlar hosil qilgan tok kuchini katta aniqlikda o‘lchash 
imkoniyatini beradi. 
•
Ikki xil mass-spektrometrlar mavjud: statik va dinamik. Birinchi tip 
mass-spektrometrlarda ionlarni massasiga qarab ajratish va 
fokuslashda statik elektr yoki magnit maydonlari qo‘llaniladi, ikkinchi 
tipdagi asboblarda esa, o‘zgaruvchan elektr maydonidan foydalaniladi.
•
  3. M agnit mass  - spektrometr
•
Birinchi magnit mass-spektrometr 1918 yilda Chikagoda A. Dempster tomonidan qurilgan. 
Uning tuzilish sxemasi hozirgi zamon asboblarida ham ishlatiladi .
•
Ion manbaida bir xil energiyaga ega bo‘lgan ionlar dastasi hosil qilinadi. Bu ionlar, 
kuchlanganligi  U  ga teng bo‘lgan tezlatuvchi maydonda 
•
 
•
kinetik energiyaga ega bo‘ladi. Bu yerda,  v -ionning tezligi,  m -uning massasi,  e -ionning 
birlik zaryadi.
•
Magnit maydoni induksiyasining  yo‘nalishiga perpendikulyar yo‘naltirilgan 
•
ionlar dastasiga Lorens kuchi             ta’sir qiladi
•
 
•
Magnit maydonda ionlar radiusi har xil bo‘lgan aylanalar bo‘ylab harakat qiladi.
•
  Musbat ionlar uchun bu harakat, chap qo‘l qoidasiga bo‘ysinadi.
•
  22	
mv	
eU		
F
	
]	[	B	v	e	F	
			
	 3. М агнит масс  - спектрометр
•
Tezlik      , magnit induksiyasi         va Lorens kuchining vektorlari bir-biriga 
perpendikulyar.
•
Lorens kuchi markazga intilma kuchga teng, shuning uchun uni
 
     
     ko‘rinishida yozish mumkin va bundan
      kelib chiqadi, bu yerda,  r  - ion traektoriyasining egrilik radiusi.
•
Doimiy magnit maydonida egrilik radiusi  r  o‘zgarmaydi, shuning uchun  ion 
harakati ning traektoriyasi, aylanadan iborat bo‘ladi.  Yuqoridagi  formula larda 
tegishli o‘zgartirishlardan keyin  zaryadi birga teng b o‘lgan  ionlar uchun 
quyidagi formulani olamiz.
•
 
•
Ionni tezlatuvchi potensial U ni (bu holda,                               yoki magnit 
•
maydonining induksiyasi B ni  asta-sekin o‘zgartirib                    
•
ionlarning mass-spektri yozib olinadi. 
•
 v
	
B evB
rmv
2	
)	/(	eB	mv	r		
U
B	r	
e
m	
2	
2	2	
	
)	(	const	B		
)	(	const	U	 3. Mass-spektrometrning sxemasi 3. Mass-spektrometrning ajratib 
k o‘ rsatish k uchi
•
Mass -spektrometrning sifatini k o‘ rsatuvchi mu h im kattalik
  3. Mass-spektrometrning ajratib 
k o‘ rsatish kuchi 4.  M olekula va atomlarni ionlarga 
aylantirish
•
Mass-spektrometriya (MS) usuli ionlar massasining spektrini 
olish, ya’ni zaryadlangan zarrachalar massasini o‘lchash 
imkoniyatini beradi. 
•
Bu usullar modda molekulalarining ionlarga aylanish 
hodisasidan foydalanadi, chunki hozirgi vaqtda zaryadlangan 
zarrachalar dastasini magnit va elektr maydonlari orqali juda 
oson boshqarish mumkin. 
•
Tadqiqotlarning katta qismi musbat zaryadlangan zarrachalar 
dastasi bilan olib boriladi.
•
Musbat ionlar asosan gaz holatidagi molekula, atom yoki 
radikalning elektron, foton, ion yoki tez harakatlanayotgan 
molekula bilan, shuningdek yuqori gradientli (elektr maydon 
kuchlanganligini yo‘nalish bo‘yicha turli qiymatlarga ega 
bo‘lishi) elektr maydoniga ega bo‘lgan jismlar bilan o‘zaro ta’siri 
natijasida hosil bo‘ladi. 4.  Ionlashtirish usullari 4.  Elektron zarb usuli.  Ionlar manbai
•
Gaz holatidagi va yengil uchuvchi moddalar ionlar manbaiga to‘ldirish, quyish (masalan, 
gaz ballonidan) qurilmasidan keladi. 
•
Qiyin uchuvchi moddalar to‘g‘ridan-to‘g‘ri manbaning o‘zida bug‘lantiriladi va molekulalar 
dastasi holida ionlashtirish kamerasiga yuboriladi. 
•
Ionlashtirish kamerasida hosil bo‘lgan musbat ionlar, kuchlanganligi 1000 - 3000 V bo‘lgan 
elektrodlar hosil qilgan elektr maydoni tomonidan tortib olinadi va tezlashtiriladi. 
•
Kameradagi bosim   10-3 Pa atrofida bo‘lishi kerak. 
 
•
Ion manbai asosiy qismlarining chizmasi. 1 - kameraga modda (gaz) yuborish kanali; 2 - 
ionga aylantirish kamerasi; 3 - ionlaydigan elektronlar (pushkasi) manbai; 4 - tortuvchi 
«linza»; 5 - fokuslovchi «linza»; 6 - mass-spektrometrga borayotgan ionlar dastasi. 4.  I onlashtirish usullari  - elektron zarb
•
Atomlarni ionlashtirish juda oson. Zaryadi birga teng bo‘lgan ionlar 
ko‘p hollarda atomning tashqi valent orbitalidagi elektronni urib 
chiqarish orqali  hosil qilin adi. 
•
Hosil bo‘lgan ion asosiy (qo‘zg‘almagan) yoki qo‘zg‘algan holatda 
bo‘ladi.
•
              
•
Bu yerda,           – atom,         - ionning asosiy va            - qo‘zg‘algan 
holatlari.
 			
			e	A	e	A	2 
 eAeAёки 2*	
A		
A	
*		
A 4.  Ionlashtirish usuli - elektron zarb
•
Bu usul zaryadlangan ionlar hosil qilishning eng 
keng tarqalgan usuli bo‘lib ,  bunga sabab elektron 
manbalarining oddiyligi, qulayligi va arzonligi , 
hamda ularni ionlashtirishda yuqori natija berishidir. 
•
Ionlaydigan elektronlarning energiyasi, molekulani 
ionga aylantirish uchun kerak bo‘lgan (  10 eV) 
energiyadan katta bo‘lishi kerak. Odatda energiyasi 
50…100 eV bo‘lgan elektronlar ishlatiladi.

Analitik kimyo Mass spektrometriya usullari

Reja : 1. Mass - spektrometriyaning qo‘llanilishi 2. Mass-spektrlarni grafik ko‘rinishida ifodalash. 3. Mass-spektrograf va mass-spektrometr. Dempster mass-spektrometrini ng sxemasi va ishlash prinsipi. 4. Molekulalar va atomlarni ionlarga aylantirish usullari. E lektron zarb usuli.

1 . Mass-spektrometriyaning qo‘llanilishi • Mass-spektrometriya molekulaning massasini va organik moddalarning tuzilishini aniqlashga imkon beradi. Modda molekulasining massasi uning mass-spektridagi molekular ionga tegishli spektr chizig‘i orqali topiladi. • Agar, mass-spektrda molekular ionga tegishli chiziq yetarli darajada intensiv bo‘lsa, organik moddaning brutto formulasini taqriban hisoblash mumkin bo‘ladi. Buning uchun organik birikma tarkibiga kiruvchi elementlar izotoplariga tegishli spektr chiziqlari intensivliklarining nisbatidan foydalaniladi. • Masalan, uglevodorod molekulasidagi uglerod atomlari sonini, massasi molekular ionni k idan bir birlikka ko‘p bo‘lgan ionga tegishli chiziqning intensivligini aniqlash orqali aniq hisoblash mumkin. Bu ion ham molekular ion kabi tuzilishga ega bo‘lib uning tarkibida 12S atomlari o‘rniga 13S atomlari bo‘ladi xolos. • Tabiatda 13S izotopining miqdori 1.1 foizni tashkil qiladi. Shuning uchun, tarkibida bitta uglerod atomi bo‘lgan uglevodorodning mass-spektridagi , tarkibiga 13S atomi kiruvchi ioniga qarashli chiziq intensivligining 1.1 foizini, uglerodning n ta atomini o‘z ichiga oluvchi ion uchun esa 1.1*n foizini tashkil etadi. •

1. I zotoplarga tegishli ionlar • M ass-spektrda molekular ion M + ga tegishli chiziq bilan bir qatorda massasi ( M + 1)+ bo‘lgan ion ham bo‘ladi. • Bu ionga tegishli spektr chizi q ning intensivligi uning tarkibiga kirgan atom izotopining tabiiy konsentratsiyasiga proporsional bo‘ladi. • Masalan, metanning mass-spektrida bo‘lgan molekular ionga tegishli chiziq bilan birga , bo‘lgan izotop ionga tegishli chiziq ham bo‘ladi . Bu chiziqlar intensivliklarining nisbati 99:1. • Xlor, brom va oltingugurt ikki massa birligiga farq qiluvchi keng tarqalgan izotoplarga ega. Shu sababga ko‘ra, xlor va bromli birikmalarni mass-spektr orqali oson tanib olish mumkin. ) ( 16 ) / ( 4 12 CH e m  ) ( 17 ) / ( 4 13 CH e m 

1 . Moddaning element tarkibini analiz qilish. • Qattiq jismlarning element tarkibini aniqlash mass-spektrometriyaning katta bo‘limini tashkil qiladi. Bunday moddalarni ionlashdan oldin atom holatiga o‘tkazish zarur. Buning uchun yetarli darajada katta energiya sarflashga to‘g‘ri keladi va bu maqsadlar uchun ishlatiladigan manbalar bir vaqtda qattiq moddalarni ham atomlashtiradi , ham ionga aylantiradi. • Eng ko‘p tarqalgan ionlashtirish manbalari sifatida elektron yoy razryadi, lazer nuri va tezlatilgan ionlar oqimi ishlatiladi . Bularga mos ravishda qattiq jismlarni analiz qiluvchi uch xil mass-spektrometriya to‘g‘ri keladi; uchqun, lazer, ion-ion yoki ikkilamchi ionlarning mass-spektroskopiyasi. Uchqun mass- spektrometriya usuli orqali eng ko‘p analiz o‘tkaziladi. • Bir-biriga yaqin joylashgan (millimetrni ulushlaricha) ikkita elektrod o‘rtasida yoy razryadi hosil qilinadi. Elektrodlardan biri (katod, zond) qiyin eriydigan metaldan (odatda tantaldan) ingichka igna ko‘rinishida tayyorlangan. Anod sifatida analiz qilinayotgan namunaning o‘zi ishlatiladi, buning uchun u, elektr tokini o‘t k azuvchi o‘tkazgich bo‘lishi kerak. Elektrodlarga yuqori kuchlanishga ega bo‘lgan tok , impuls maromida ( rejimida ) berilishi kerak. • Elektrodlar orasida qisqa uchqun razryadi hosil bo‘ladi. Bunday holda, namunaning bir qismi buziladi, mayda zarrachalarga aylanadi va elektrodlar oralig‘ida bug‘lanib atomga va qisman ionga aylanadi. Razryad tugagandan so‘ng hosil bo‘lgan ionlardan ion dastasi hosil qilinib u, mass-analizatorga qarab tezlashtiriladi.