Заманауи инструментальды әдістер. Химия, 10 сынып, дидактикалық материал.

Масс-спектрометрияны қолдану

Масс-спектрометрияны қолдану Масс-спектрометрия ғылым мен техниканың әp түрлі салаларында кең қолданылады: химия мен мұнай химиясында, биологияда, физикада, геологияда, медицинада, лак, бояу өнеркосібінде, жартылай өткізгіштер өндірісінде, аса таза материалдарда, ядролық техникада, ауылшаруашылығында, мал дәрігерлігінде, тамак өнер- кәсібінде, жоғарғы молекулалық косылыстарда, полимер өндірісінде және т.б. Масс-спектрометрия талдаудың аса жедел эдісі ретінде колданылады. Әдіс принциптері едәуір сезімтал агын зерттеуші құрылғылардың негізінде кұрылған. Осы кездегі масс-спектрлердің мынадай индекстері бар: изотопты кұрамды зерттеу үшін - МН, химиялық құрамды анықтап, зерттеу үшін - MX, заттын кеңістіктегі изомерлік және кұрылымдылыгын - МС.

Органикалық қосылысты талдауда масс-спектрометрия молекулалық және атомдық массаны дәл өлшеуге, зерттелетін заттың элементтік құрамым есептеуге, химиялық және кеңістіктегі құрылымын айқындауға, изотоптық құрамды анықтауға, органикалық қосылыстар қоспасына сандық және сапалық талдау жүргізуге мүмкіндік береді.

Олардың иондануы кезінде эуелі молекулалық иондар түзіліп, одан орі ыдырап, гетеро-гомолиттік байланыстар үзіліп, әр түрлі қайта топтасулар мен жаңғышақ иондар пайда болып, одан да әрі ыдыраулар мен түрленулер жүреді. Масс-спектрмен анықталатын иондардың біртіндеп ыдырауы, әрбір органикалық қосылыстагы ыдырау жүйесінің жиынтығы мен маңызды сипаттамасы болып саналады. Ең карапайым масс-спектрде олар бір жолмен ыдырайды, мысалы, метанолдың молекулалық ионы ыдырағанда, бірінен кейін бірі; өз ретімен келесі иондар түзіледі: СН2 = ОН+ және Н - С = 0+. Ал күрделі масс-спектрлер жиі байқалады. Масс-спектрлерді талдап түсіндіргенде иондау энергиясын, үдегіш кернеуді, иондатқыштағы бу қысымын, температурасын, жабдықтың құрылымдық ерекшелігін және баскаларды ескеру қажет. Бұлардың басым көпшілігін қалыптастырып ретке келтіргенде кайталанатын масс-спектрлерді алуға болады. Зерттелетін масс-спектрді католог пен атласта бар, белгілі масс-спектрлермен салыстыра келіп, талданатын қосылысты оңай анықтап, құрылымы жайлы қорытынды жасайды. Мұны көбіне сапаны бақылау үшін де қолданады.

Масс-спектрометрлік талдауды жүргізіп, спектрді түсірген жағдайда коздырылған иондардың бір бөлігі иондауышта немесе одан шыққанда ыдырап кетеді. Мұндай иондарды метатұрақты деп атайды. Олар m/z мәні бүтін сан болмаған жағдайда шоқтықтың кеңеюімен сипатталады, кинетикалық иондардың таралу спектроскопиясында зерттеледі. Метатұрақты иондардың ыдырауы магниттік талдаушы электрліктен бұрын келетін приборларда зерттелінеді. Метатұрақты ион детекторға өту үшін оның ыдырау өнімі энергияның жетіспеушілігінен электрлік талдауыш арқылы өте алмайгындай етіп бейімдейді. Екінші рет иондар детекторға енуі үшін электрлік талдауыштагы кернеуді өзгертеді.

Жоғарғы қысымды туғызғанда талдауыштар арасына инертті газбен толтырылган қақтығысу камерасы қалыптасады. иондардың газ молекуласымен қақтығысуы нотижесінде олардьщ ішкі энергиясы өседі де, екінші реттік иондардын түзілу ықтималдылыгы артады. Бұл әдісті тамдемді деп атайды, оны күрделі коспа құрамындағы жекелеген қосылыстың құрамын тікелей анықтау үшін қолданады.

Иондардың белгілі бір m/z мәні бар биік шоқыларға сойкес интенсивтігін анықтауға негізделген сандық талдауга арналган масс- спектрометрия маңызды орын алады. Анықтау дәлдігін жоғарылату үшін ішкі стандарт үлгіні қолданады, мысалы, таңбалаган қосылыстар немесе құрьшысы бойынша талданатынға жақын қосылыстар. Бұл жағдайда қисық сызық салу керек, ондагы кателік 7%, анықтау шегі 0,01 мкг/мл шамаларда.

Ауыр ұшатын қосылыстарды сандық анықтау талданатын қосылысты сипаттайтын бір не бірнеше иондарын детектірлей отырып, тура енгізу жүйесін пайдаланып жүргізіледі. Буландырғыштың температурасын біртіндеп бір қалыпты жоғарылата отырып, зат пен қоспа күрамындағы жекеленген бөліктердің буланатыны байқалады.

Әрбір өнімге арналған аудан бойынша булану қисығын алып, пропорционалдық тәуелділіктен қосылыстың мөлшері анықталады. Әдістегі абсолюттік сезімталдылық Ю−7 (г) құраиды, мүндаида талданатьтн затты алдын ала тазартудың қажеті жоқ.

Теріс зарядталған иондардың масс-спектрометриясын изомерлі органикалық молекула, полимер, азобояғыш, биологиялық белсенді зат және осы сияқты электрфункциялды топтары болатын қосылыстарды талдау үшін қолданады. Бұл иондардың ішкі энергия қоры он зарядталғандардікінен кем, сондықтан да масс-молекулалық иондардың интенсивті шоқтары және жаңқалық иондардың аз мөлшері пайда болады.

Бейоргаиикалық қосылыстардың масс-спектрометриясы. Бейорганикалық химияда масс-спектрометрияны материалдардың беткі қабатын зерттеу әрі ор түрлі заттардағы болмашы қоспаларды талдау үшін қолданады: кристалдардағы; құймалардағы; ток өткізбейтін заттағы; жартылай өткізгіштігі және т.б. Мұнымен қатар, термодинамикалық параметрлерді, күрделі құрамдағы қоспаның парциальдік қысымын анықтау, қосылыс құрамын, ондағы химиялық және физикалық касиеттерді, тұрақтылықты, металдардағы өткізгіштікті зерттеу, халық шаруашылығының алуан салапарындағы технологиялық процестерді бақылау үшін де қолданады. Ондағы зерттеулерді 2-3 мың К температурада жүргізеді.

Изотопты масс-спектроскопия химиялық элементтердің табиғи және жасанды үлгілерінің изотопты құрамын зерттейді. Бұл геологиядағы, ғарыш химиясындағы, гидрогеологиядагы, биохимиядағы, фармакологиядағы, геохимиядағы, медицинадагы, ауылшаруашылығындағы, ядролық химия мен физикадағы және басқа да салалардағы күрделі мәселелерді зерттеп шешу үшін қажет. Сондай-ақ, бұл әдіс химиялық элементтердің концентрациясын, изотоптық сұйылтуын т.б. анықтау үшін де қолданылады. Оның сезімталдылығы, қатты заттар үшін 10-12 г-га дейін, ал газдар үшін 10-12 шамасында, қателігі + 1 - 0,5%. Масс-спектрометрия әдісінде үлгінің белгілі бір бөлігінің жоғалуы да мүмкін, сондықтан бұл изотоптық стандарттың тиімді мөлшері үшін анықталатын концентрацияның бағдарлы бағасын алдын ала білуді қажет етеді.

Екінші реттік иондық эмиссиясы бар изотопты масс-спектроскопия қатты денелерді тікелей талдау үшін қолданылады. Иондау үшін бірінші ретті иондардың (Аг+, О+2, O-) шоғын туындатып, оны талдауга қажетті материалдың зерттелетін бетінің таңдап алынған учаскесіне (диаметрі 1-500 мкм) бағыттайды. Лазерлік сәуле шығаруды қолданған кезде масс-спектрометр 10 г сезімталдықпен периодтық жүйедегі барлық элементтерді анықтауга мүмкіндік береді. Қатты сынаманы талдаган кезде, оның құрамында 10 өзінен есе аз болатын қоспаны да анықтауға болады. Демек, масс- спектрометрия аса таза да сирек кездесетін элементтерді, өте жауапты мақсатқа жұмсалатын металдар тазалығын, сапасын, ондағы болмашы мөлшері ұлы да зиянды болып келетін кейбір элементтердің ізін анықтау үшін қолданылады