Кіріспе

Химиялық талдаудағы құрал. Массалық спектр – химиялық үлгідегі масса/заряд қатынасының (m/z) интенсивтілігіне қарсы гистограммасы, әдетте массалық спектрометр деп аталатын құрал арқылы алынады. Бір заттың барлық массалық спектрлері бірдей болмайды; мысалы, кейбір массалық спектрометрлер талдау нысанының молекулаларын фрагменттерге ажыратады, ал басқалары фрагментацияның аз болуымен толық молекулалық массаларды анықтайды. Массалық спектр массалық спектрометрдің түріне және қолданылатын экспериментке байланысты түрлі ақпаратты көрсете алады. Органикалық молекулалар үшін кең таралған фрагментация процестері – Маклафферти қайта құрылымы және альфа-жарылымы. Тікелей тізбекті алкандар мен алкил топтары ерекше піктер тізбегін құрайды: 29 (CH3CH2+), 43 (CH3CH2CH2+), 57 (CH3CH2CH2CH2+), 71 (CH3CH2CH2CH2CH2+) және т.б.

X-ші: m/z (масса-қуат қатынасы)

Массалық спектрдің x осі берілген ионның массасы мен оның тасымалдаған элементар зарядтар саны арасындағы қатынасты көрсетеді. Бұл IUPAC стандарты бойынша m/z деп жазылады, ол ионның массасын (дальтонмен) дальтон бірлігіне және оның заряд санына (оң абсолюттік мәні) бөлгенде алынатын шаманы білдіреді. Осылайша, m/z – өлшемсіз шама, оның ешқандай өлшем бірліктерімен байланысы жоқ. Осы конвенция бойынша массалық спектрдің x осін m/z (Th) деп белгілеуге болады, ал теріс иондар теріс мәнге ие болады. Бұл жазу тәсілі сирек кездеседі және IUPAC немесе басқа стандарттау ұйымдарымен қабылданбаған.

Х-шілтемелік белгілендірудің тарихы

1897 жылы электронның масса-заряд арақатынасын алғаш рет Дж. Дж. Томсон өлшеді. Осылайша ол бұрын электр құбылысын түсіндіру үшін болжанған электронның, іс жүзінде массасы және заряды бар бөлшек екенін, ал оның массасы мен зарядының арақатынасы сутегі ионы H⁺-дан әлдеқайда кіші екенін көрсетті. 1913 жылы ол парабола спектрографы деп аталатын құралмен иондардың масса-заряд арақатынасын өлшеді. Бұл деректер қазіргі заманғы массалық спектрге ұқсамайтын болғанымен, мағынасы осыған жақын болды. Соңында, m/e белгілеуінен қазіргі стандартқа айналған m/z белгілеуіне көшілді. Массалық спектрометрия зерттеулерінің бастапқы кезеңдерінде массалық спектрометрлердің ажыратымдылығы массаны дәл анықтауға мүмкіндік бермеді. Франсис Уильям Астон 1922 жылы химия саласындағы Нобель сыйлығын алды: «Массалық спектрографы арқылы көптеген радиоактивті емес элементтерде изотоптарды ашқаны және Бүтін Сандар Ережесін жариялағаны үшін». Ол барлық атомдардың (изотоптарды қоса алғанда) бүтін сандар ережесіне бағынатынын айтты. Бұл атомдардың массасы белгілі бір шкала бойынша емес, бүтін сандар түрінде берілуі мүмкін екенін білдірді (іс жүзінде көп зарядталған иондар сирек кездесетін болғандықтан, көбінесе арақатынас та бүтін сан болып шықты). Массалық спектрометрияның ресми терминологиясын ішкі тұтас етіп өзгерту үшін бірнеше ұсыныстар (мысалы, томсон бірлігі) жасалды.

Y-ші: сигналдың интенсивтілігі

Массалық спектрдің y осі иондардың сигнал интенсивтілігін көрсетеді. Санау детекторларын пайдаланғанда интенсивтілік көбінесе секундқа санау (cps) арқылы өлшенеді. Аналогтық детекциялық электроника қолданғанда, интенсивтілік әдетте вольттармен өлшенеді. FTICR және Orbitrap құрылғыларында жиілік доменіндегі сигнал (y осі) сигналдың синусоидалық толқынының қуатына (~амплитуданың квадраты) байланысты (көбінесе орташа квадраттық қуатқа дейін азайтылады); алайда, көптеген себептерге байланысты ось осылай деп белгіленбейді. Массалық спектрометрияның көптеген түрлерінде спектрометрмен өлшенген ион тогының интенсивтілігі салыстырмалы мөлшерді дәл көрсетпейді, бірақ онымен шамалы байланысты. Сондықтан, y осін "тәуелсіз бірліктер" деп белгілеу қалыпты жағдай.

Y-ші ос және салыстырмалы молдық

Сигналдың қарқындылығы көптеген факторларға, әсіресе талданатын молекулалардың сипатына және олардың иондану жолына байланысты болуы мүмкін. Иондану тиімділігі молекуладан молекулаға және ион көзінен ион көзіне өзгереді. Мысалы, оң ион режиміндегі электроспрей көзінде төртінші амин өте жақсы ионданады, ал үлкен гидрофобты спирт қаншалықты концентрацияланған болса да, көрінбей қалуы мүмкін. ЭИ көзінде бұл молекулалар мүлдем басқаша реакция көрсетеді. Сонымен қатар, иондану мен анықтау арасында иондардың берілуіне пропорционалсыз әсер ететін факторлар болуы мүмкін. Анықтау кезінде де сигналдың қарқындылығына пропорционал емес әсер ететін көптеген факторлар бар. Ионның өлшемі соқтығысу жылдамдығына әсер етеді, ал кейбір детекторларда жылдамдық сигналдың күшіне пропорционалды болады. FTICR сияқты басқа анықтау жүйелерінде иондағы зарядтардың саны сигналдың қарқындылығы үшін маңыздырақ. Фурье түрлендіру иондық циклотрон резонансы және Orbitrap типтегі массалық спектрометрлерде сигналдың қарқындылығы (Y ось) еркін индукциялық ыдырау сигналының амплитудасына байланысты. Бұл негізінен қуат қатынасы (амплитуданың квадраты), бірақ көбінесе [rms] ретінде есептеледі. Азаятын сигналдар үшін rms орташа амплитудаға тең емес. Сонымен қатар, демпферлеу тұрақтысы (fid-тегі сигналдың ыдырау жылдамдығы) барлық иондар үшін бірдей емес. Салыстырмалы қарқындылық туралы қорытынды жасау үшін көп білім мен сақтық қажет. Массалық спектрден көбірек сандық ақпарат алудың ең көп қолданылатын тәсілі – үлгіні салыстыру үшін стандартты қисық құру. Бұл үшін не өлшенетінін алдын ала білу, стандартты қолдану және экспериментті осы мақсатқа қарай арнайы жобалау қажет. Бұдан да жетілдірілген нұсқа – анализге өте ұқсас қасиеттерге ие ішкі стандартты пайдалану. Бұл көбінесе аналиттің изотоптық белгіленген түрі болады. Массалық спектрометрияның кейбір түрлері, мысалы, үдеткіш массалық спектрометрия бастапқыдан-ақ сандық болу үшін жасалған.

Спектрлік қисықтық

Спектрлік ауытқу – массалық спектр сканерленген кезде ион көзіндегі анықталатын заттың концентрациясы өзгеруіне байланысты массалық спектрлік шыңдардың салыстырмалы қарқындылығының өзгеруі. Бұл жағдай хроматографиялық компоненттер үздіксіз ион көзіне шығарғанда (элюция жасағанда) жиі кездеседі. Ион тұтқынында (төртполюс (бұл QMS-де де байқалады) немесе магниттік) немесе ұшу уақыты (TOF) массалық анализаторларында спектрлік ауытқу байқалмайды, себебі құралдың жұмыс циклында (уақыт кескінінде) пайда болған барлық иондар анықтауға қолжетімді.