Словарь научных терминов
Хромато-масс-спектрометрия

ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ, метод анализа смесей гл. обр. орг. в-в и определения следовых кол-в в-в в объеме жидкости. Метод основан на комбинации двух самостоят. методов - хроматографии и масс-спектрометрии. С помощью первого осуществляют разделение смеси на компоненты, с помощью второго - идентификацию и определение строения в-ва, количеств. анализ. Известны 2 варианта Х.-м.-с., представляющие собой комбинацию масс-спектрометрии либо с газо-жидкостной хроматографией (ГЖХ), либо с высокоэффективной жидкостной хроматографией.
Первые исследования аналит. возможностей Х.-м.-с. были проведены в 1950-х гг., первые пром. приборы, объединяющие газо-жидкостной хроматограф и масс-спектрометр, появились в 60-х гг. Принципиальная совместимость этих двух приборов обусловлена тем, что в обоих случаях анализируемое в-во находится в газовой фазе, рабочие температурные интервалы одинаковы, пределы обнаружения (чувствительность) близки. Различие состоит в том, что в ионном источнике масс-спектрометра поддерживается высокий вакуум (10-5 — 10-6 Па), тогда как давление в хроматофафич. колонке 105 Па. Для понижения давления используют мол. сепаратор, к-рый одним концом соединен с выходом хроматофафич. колонки, а другим - с ионным источником масс-спектрометра. Мол. сепаратор удаляет из газового потока, выходящего из колонки, осн. часть газа-носителя, а орг. в-во пропускает в масс-спектрометр. При этом давление на выходе колонки понижается до рабочего давления в масс-спектрометре.
Принцип действия мол. сепараторов основан либо на различии подвижности молекул газа-носителя и анализируемого в-ва, либо на их разл. проницаемости через полупроницаемую мембрану. В пром-сти чаще всего применяют эжекторные сепараторы, работающие по первому принципу. Одностадийные сепараторы этого типа содержат две форсунки с отверстиями небольшого диаметра, к-рые установлены точно напротив друг друга. В объеме между форсунками создается давление 1,33 Па. Газовый поток из хроматофафич. колонки через первую форсунку со сверхзвуковой скоростью попадает в область вакуума, где молекулы распространяются со скоростями, обратно пропорциональными их массе. В результате более легкие и быстрые молекулы газа-носителя откачиваются насосом, а более медленные молекулы орг. в-ва попадают в отверстие второй форсунки, а затем в ионный источник масс-спектрометра. Нек-рые приборы снабжены двухстадийным мол. сепаратором, снабженным еще одним подобным блоком форсунок. В объеме между ними создается высокий вакуум. Чем легче молекулы газа-носителя, тем эффективнее они удаляются из газового потока и тем выше обогащение орг. в-вом.
Наиб. удобный для Х.-м.-с. газ-носитель - гелий. Эффективность работы сепаратора, т. е. отношение кол-ва орг. в-ва в газовом потоке, выходящем из колонки, к его кол-ву, поступающему в масс-спектрометр, в значит. степени зависит от расхода газа-носителя, попадающего в сепаратор. При оптимальном расходе 20-30 мл/мин удаляется до 9(3% газа-носителя, а в масс-спектрометр поступает более 60% анализируемого в-ва. Такой расход газа-носителя типичен для насадочных колонок. В случае использования капиллярной хроматофафич. колонки расход газа-носителя не превышает 2-3 мл/мин, поэтому на ее выходе в газовый поток добавляют дополнит, кол-во газа-носителя, чтобы скорость потока, поступающего в мол. сепаратор, достигла 20-30 мл/мин. Тем самым обеспечивается наилучшая эффективность мол. сепаратора. Гибкие кварцевые капиллярные колонки могут вводиться непосредственно в ионный источник. В этом случае ионный источник должен быть обеспечен мощной откачивающей системой, поддерживающей высокий вакуум.
В масс-спектрометрах, соединенных с газовыми хроматографами, применяется ионизация электронным ударом, химическая или полевая. Хроматографич. колонки должны содержать труднолетучие и термостабильные стационарные жидкие фазы, чтобы масс-спектр их паров не налагался на спектр анализируемого в-ва.
Анализируемое в-во (обычно в р-ре) вводится в испаритель хроматографа, где мгновенно испаряется, а пары в смеси с газом-носителем под давлением поступают в колонку. Здесь происходит разделение смеси, и каждый компонент в токе газа-носителя по мере элюирования из колонки поступает в мол. сепаратор. В сепараторе газ-носитель в осн. удаляется и обогащенный орг. в-вом газовый поток поступает в ионный источник масс-спектрометра, где молекулы ионизируются. Число образующихся при этом ионов пропорционально кол-ву поступающего в-ва. С помощью установленного в масс-спектрометре датчика, реагирующего на изменение полного ионного тока, записывают хроматограммы. Т. обр. масс-спектрометр можно рассматривать как универсальный детектор к хроматографу. Одновременно с записью хроматограммы в любой ее точке, обычно на вершине хроматографич. пика, м. б. зарегистрирован масс-спектр, позволяющий установить строение в-ва.
Важное условие работы прибора - быстрая запись масс-спектра, к-рый должен регистрироваться за время, гораздо меньшее, чем время выхода хроматографич. пика. Медленная запись масс-спектра может исказить соотношение интенсивностей пиков в нем. Скорость регистрации массспектра (скорость сканирования) определяется масс-анализатором. Наименьшее время сканирования полного масс-спектра (неск. миллисекунд) обеспечивает квадрупольный анализатор. В совр. масс-спектрометрах, снабженных ЭВМ, построение хроматограмм и обработка масс-спектров производится автоматически. Через равные промежутки времени по мере элюирования компонентов смеси регистрируются масс-спектры, количеств. характеристики к-рых накапливаются в памяти ЭВМ. Для каждого сканирования производится сложение интенсивностей всех регистрируемых ионов. Т. к. эта суммарная величина (полный ионный ток) пропорциональна концентрации в-ва в ионном источнике, то ее используют для построения хроматограммы (эта величина откладывается по оси ординат, по оси абсцисс - время удерживания и номер сканирования). Задавая номер сканирования, можно вызвать из памяти масс-спектр в любой точке хроматограммы.
Как описано выше, м. б. проанализированы смеси в-в, достаточно хорошо разделяемые на подходящих колонках. Иногда удается исследовать и неразрешенные хроматографич. пики. Исследуемые в-ва должны быть термически стабильны, хроматографически подвижны в интервале рабочих т-р колонки, легко переводиться в паровую фазу при т-ре испарителя. Если в-ва не удовлетворяют этим требованиям, их можно химически модифицировать, напр. силилированием, алкилированием или ацилированием гидрокси-, карбокси-, меркапто-, аминогрупп.
Чувствительность Х.-м.-с. (обычно 10-6-10-9 г) определяется чувствительностью детектора масс-спектрометра. Более чувствительна (10-12-10-15 г) разновидность Х.-м.-с.- массфрагментография, наз. также селективным ионным или многоионным детектированием. Суть ее состоит в том, что запись хроматограмм осуществляется не по полному ионному току, а по наиб. характерным для данного в-ва ионам. Этот вид Х.-м.-с. используют для поиска, идентификации и количеств. анализа в-ва с известным масс-спектром в составе сложной смеси, напр. при количеств. определении следов в-в в больших объемах биол. жидкостей (медицина, фармакология, токсикология, допинг-контроль, биохимия). Осуществляют масс-фрагментографию на хромато-масс-спектрометрах с использованием спец. устройства - многоионного детектора либо с помощью ЭВМ, к-рая может строить хроматограммы по одному или неск. ионам. Такая хроматограмма, в отличие от обычной, содержит пики лишь тех компонентов, в масс-спектрах к-рых есть такие ионы. Анализ проводят с применением внутр. стандарта, в качестве к-рого часто используют аналог искомого в-ва, меченный стабильными изотопами (2Н, 13С, 15N, 18O).
Другой вариант Х.-м.-с. заключается в сочетании высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии. Метод предназначен для анализа смесей труднолетучих, полярных в-в, не поддающихся анализу методом ГЖХ. Для сохранения вакуума в ионном источнике масс-спектрометра необходимо удалять р-ритель, поступающий из хроматографа со скоростью 0,5-5 мл/мин. Для этого часть жидкого потока пропускают через отверстие в неск. мкм, в результате чего образуются капли, к-рые далее попадают в обогреваемую зону, где большая часть р-рителя испаряется, а оставшаяся вместе с в-вом попадает в ионный источник и ионизируется химически.
В ряде пром. приборов реализован принцип ленточного транспортера. Элюат из колонки попадает на движущуюся ленту, к-рая проходит через обогреваемую ИК излучением камеру, где испаряется р-ритель. Затем лента с в-вом проходит через область, обогреваемую др. нагревателем, где испаряется анализируемое в-во, после чего оно поступает в ионный источник и ионизируется. Более эффективный способ сочетания высокоэффективного газо-жидкостного хроматографа и масс-спектрометра основан на электро- и термораспылении. В этом случае элюат пропускают через капилляр, нагретый до 150 °С, и распыляют в вакуумную камеру. Ионы буфера, присутствующие в р-ре, участвуют в ионоооразовании. Образовавшиеся капли несут положит, или отрицат. заряд. Вдоль капли из-за малого ее диаметра создается высокий градиент электрич. поля, причем по мере распада капель этот градиент возрастает. При этом происходит десорбция из капель протонированных мол. ионов или кластеров (молекула в-ва + катион буфера).
Метод Х.-м.-с. используют при структурно-аналит. исследованиях в орг. химии, нефтехимии, биохимии, медицине, фармакологии, для охраны окружающей среды и др.

Лит.: Хмельницкий Р. А., Бродский Е. С, Хромато-масс-спектрометрия, М., 1984; Заикин В. Г, Микая А.И., Химические методы в масс-спектрометрии органических соединений, М., 1987; Карасек Ф., Клемент Р., Введение в хромато-масс-спектрометрию, пер. с англ., М., 1993.

В. Г. Заикин.


B-хлорэтилфосфит Халькогениды Халькогены Хана правило Характеристика халькогенов Характеристические функции Хартри-фока метод Хвойное масло Хека реакция Хелетропные реакции Химическая Химическое равновесие Химическое сродство Химия Химия высоких энергий Химия древесины Химия твёрдого тела Химмотология Химозин Химотрипсин Хиназолин Хиназолиновые алкалоиды Хинакридоновые пигменты Хингидрон Хингидронный электрод Хинизарин Хинин Хиноксалин Хинолизидин Хинолин Хинолиновая кислота Хинолиновые алкалоиды Хинониминовые красители Хинонимины Хиноны Хинофталоновые красители Хинуклидил-3-бензилат Хинуклидин Хиральность Хироптические методы Хитин Хладагенты Хладоны Хлопина закон Хлопковое масло Хлор Хлора оксиды Хлораль Хлорамины Хлоранилины Хлорантрахиноны Хлораты Хлорацетофенон Хлорбензальдегиды Хлорбензол Хлорбутилкаучук Хлориды Хлорирование Хлорированные полиэтиленовые лаки Хлористая кислота Хлористый водород Хлориты Хлоркаучуки Хлоркаучуковые лаки Хлорксилолы Хлорметилирование Хлорнафталины Хлорная известь Хлорная кислота Хлорнитробензолсульфокислоты Хлорноватая кислота Хлорноватистая кислота Хлоропрен Хлорофиллы Хлороформ Хлорпарафины Хлорпикрин Хлорпропионовые кислоты Хлорсеребряный электрод Хлортолуолы Хлортриазиновые красители Хлоруксусные кислоты Хлорфенолы Хлорциан Холевая кислота Холестерин Холецистокинин Холин Холинолитические средства Холодильные процессы Хорионический гонадотропин Хоуорса формулы Хризен Хром Хрома галогениды Хрома карбонилы Хрома оксиды Хрома сплавы Хрома сульфаты Хрома хлориды Хромазурол Хроматин Хромато-масс-спектрометрия Хроматография Хроматография на бумаге Хроматы Хромовые красители Хроморганические соединения Хромосомы Хромосомы гомологичные Хромотроповая кислота Хромофоры Хромпиразолы Хроноамперометрия Хронопотенциометрия Хунда правила Хунда случаи связи Хунсдиккера реакции Хэммонда постулат Хюккеля метод