Масс спектрометрчлэл

Масс спектрометрчлэл нь ионуудын масс-цэнэгийн харьцааг хэмждэг аналитик аргачлал юм. Энэ аргачлалыг ихэвчлэн биет дээжний бүтэцийг тухайн дээжний найрлаганд буй бодисуудын массуудыг харуулсан масс спектрийг гаргах замаар тодорхойлоход ашиглагддаг. Масс спектрийг масс спектрометрээр хэмждэг.

Бүх масс спектрометрүүд ионы үүсгүүр, масс анализатор, бүртгэгч систем гэсэн үндсэн гурван хэсгээс тогтдог. Масс спектрометр дэхь шатлалууд нь:
 Дээжнээс ион үүсгэх
 Өөр өөр масстай ионуудыг ялгах
 Тухайн масс бүхий ионуудын тоог бүртгэх
 Өгөгдөлийг цуглуулж масс спектрийг гаргах

Энэхүү аргачлалын хэрэглээнүүд нь:
 үл мэдэгдэх найрлагыг түүний найрлага дахь молекулууд эсвэл фракцуудын массаар нь тогтоох
 тухайн найрлаганд буй элементүүдийн изотопи бүтэцийг тодорхойлох
 тухайн найрлагын фракцыг ажиглах замаар найрлагын бүтэцийг тодорхойлох
 сайтар боловсруулсан аргаар найрлагын хэмжээг тогтоох (масс спектрометрчлэл нь шууд хэмжээг тогтоодоггүй)

 Ажиллагааны хялбаршуулсан жишээ 
Өөр өөр химийн бодисууд өөр өөр масстай байдаг баримт дээр тулгуурлан масс спектрометр нь дээжинд ямар ямар химийн бодис агуулагдаж буйг тодорхойлдог. Жишээлбэл масс спектрометрын эхний шатлалд хоолны давсыг (NaCl) уур болгож (хий болгон хувиргах) улмаар цахилгаан цэнэгтэй бөөмүүд (Na+ болон Cl-) болгон ионжуулж, ионууд болгон хувиргана. Натрийн ионууд нь 23 а.е.м масстай дан изотопи юм. Хлорын ионууд 35 а.е.м (~75%) болон 37 а.е.м (~25%) масс бүхий хоёр изотопууд юм. Эдгээр ионууд нь цэнэгтэй учир тэдгээрийн хурдны хэмжээ болон чиглэлийг нь цахилгаан эсвэл соронзон ороны тусламжтайгаар өөрчилж болно. Цахилгаан орон ионуудыг өндөр хурдтай болтол хурдасгах болно. Үүний дараа эдгээр ионуудыг соронзон оронд оруулах бөгөөд соронзон орон нь бөөмсийн хөдөлж буй чиглэл болон соронзон ороны шугамыг агуулсан хавтгайд перпендикуляр хүчээр ион бүрт үйлчлэх болно. Энэ хүчний үйлчлэрээ ионуудын хөдөлгөөн хазайх (шулуун шугамаар хөдлөхийн оронд муруй шугамаар хөдлөнө) бөгөөд хазайлтын зэрэг нь тэдгээрийн ионуудын масс-цэнэгийн (m/z) харьцаанаас шууд хамаарна. Хөнгөн ионууд нь хүнд ионуудыг бодвол илүү их хазайдаг. Үүний учирыг Ньютоны хоёр дугаар хуулиар тайлбарлаж болно. Бөөмийн хурдатгал нь түүний массаас урвуу хамааралтай. Тиймээс соронзон орон хөнгөн ионуудыг хүнд ионуудаас илүү их хазайлгана (траектор нь илүү бага радиустай тойрог болно гэсэн үг). Бүртгэгч улмаар ионын бөөм бүрийн хазайлтыг хэмжиж авдаг. Энэ хэмжилтийн үр дүнд үүсгүүрээс гарсан бүх ионуудын масс-цэнэгийн харьцааг гаргаж авах бөгөөд энэ мэдээлэл дээр үндэслэн жинхэнэ дээжний химийн найрлага (тухайлбал натри болон хлор хоюул дээжинд агуулагдаж буйг) болон бүрэлдүүлэгч хэсгүүдийн (тухайлбал 35Cl 37Cl хоёрын харьцаа өөрчлөгдсөн эсэх) изотопи найрлагыг нь тодорхойлдог.

Энэ нь сектор төхөөрөмжийн жишээ байв. Гэхдээ маш олон төрлийн масс спектрометрүүд байдаг. Тэдгээр масс спектрометрүүдийн нийтлэг зарчим нь бүгд ион гаргагч ионы үүсгүүртэй, гаргасан ионуудаа массаар нь ангилдаг анализатортай, мөн ялгаатай массуудын харьцангуй эрчимийг хэмждэг детектортай байдаг. Бүх масс спектрометрийн цаад зарчим нь цахилгаан болон соронзон орон дахь хийн фазын ионуудын зам (траектор) нь тэдгээрийн масс-цэнэгийн харьцаанаас хамаардагт оршдог бөгөөд энэ харьцааг ашиглан ионуудыг нэг нэгнээс нь ялгаж салгадаг.

 Төхөөрөмж 
 Ионы үүсгүүр 
Ионы үүсгүүр бол шинжилгээ хийх материалыг ионжуулдаг масс спектрометрийн бүрэлдхүүн хэсэг юм. Ионууд нь улмаар цахилгаан болон соронзон ороны тусламжтайгаар масс анализаторт хүргэгддэг.

Ионжуулалтын аргачлал нь масс спектрометрээр ямар төрлийн дээжийг шинжлэх боломжтойг тодорхойлдог. Цахилгаан ионжуулалт болон химийн ионжуулалтуудыг хий болон уурыг шинжлэхэд ашигладаг. Химийн ионжуулалтын үүсгүүрт шинжлэх гэж буй бодисыг химийн ион-молекулын урвалаар үүсгүүрт мөргөлдөөн үүсэх явцад ионжуулдаг. Шингэн болон хатуу биологийн дээжүүдийг шинжлэхэд  хэрэглэдэг аргачлалуудад электро-шүршигч ионжуулалт (Жон Фений нээсэн) болон матрицын дэмжлэгтэй лазер ионжуулалтууд (МДЛИ, К. Танака мөн М. Карас болон Ф. Хилленкамп нарын нээсэн) ордог. Индүкцийн хосолмол плазм үүсгүүрийг олон янзын дээжнүүд дээр металын анализ хийхэд ихэвчлэн ашигладаг.

 Масс анализатор 
Масс анализатор ионуудыг масс-цэнэгийн харьцаанаас нь хамааруулан салгадаг. Бүх масс спектрометр нь вакуум дахь цахилгаан болон соронзон оронд буй цэнэгтэй бөөмсийн динамик дээр суурилдаг. Энд дараах хоёр хууль үйлчилдэг:

 (Лоренцын хууль)

 (Ньютоны хоёр дугаар хууль)

энд F нь ионд үйлчилж буй хүч, m нь ионы масс, a нь хурдатгал, q нь ионы цэнэг, E нь цахилгаан ороны хүчлэг бөгөөд v x B нь ионы хурд болон соронзон ороны вектор үржвэр юм.

Дээрх хоёр илэрхийлэлээс ионд үйлчилж буй хүчийг тооцолбол:



Энэхүү дифференциал тэгшитгэл нь цэнэгтэй бөөмсийн сонгодог тэгшитгэл юм. Бөөмийн анхны төлөвийн өгөгдлүүдийг мэдсэнээр бөөмийн хөдөлгөөнийг орон зай цаг хугацааны хувьд бүрэн тодорхойлно. Тиймээс энэ нь бүх масс спектрометрийн суурь юм. Мөн энэ нь ижил физик хэмжигдэхүүнтэй m/q бөөмс нь яг ижил хөдөлдөг. Эндээс харвал бүх масс спектрометр нь үнэндээ m/q-г хэмждэг бөгөөд нарийн ярьвал энэ төхөөрөмжийг масс-цэнэгийн спектрометр гэж нэрлэх ёстой. Өгөгдөлийг гаргахдаа энэ нь ерөнхийдөө хэмжээсгүй m/z ашигладаг (масс-цэнэгийн харьцаа гэдэг ч энэ нь массын тоо болон цэнэгийн тооны харьцаа юм) бөгөөд энд z нь ионы (z=q/e) эгэл цэнэгийн (e) тоо юм.

Статик эсвэл динамик орон ашигладаг, соронзон эсвэл цахилгаан орон ашигладаг олон төрлийн масс анализаторууд байдаг. Гэхдээ бүгд дээрхи хуулийн дагуу ажилладаг. Анализатор бүр өөрийн давуу тал болон сул талуудтай.

 Сектор 

Сектор орон бүхий масс анализатор нь цахилгаан болон эсвэл соронзон оронг ашиглан цэнэгтэй бөөмсийн хурд болон траекторт нөлөөлдөг.
Дээр үзүүлсэнчлэн сектор төхөөрөмжүүд нь масс анализатор дотор хурдассан ионуудын чиглэлийг өөрчилдөг. Соронзон болон цахилгаан оронд орсон ионуудын зам масс-цэнэгийн харьцаанаас хамааран муруйх бөгөөд их цэнэгтэй хурдан хөдөлж буй хөнгөн ионууд нь илүү их хазайдаг. Ионууд нь бүртгэгчид хүрэх үед тэдгээрийн харьцангуй зөрүүг хэмждэг.Extending the mass range of a sector mass spectrometer, John S Cottrell, Roger J Greathead, Mass Spectrometry Reviews Vol 5,  1986. pp 215-247

 Ишлэл 

Ангилал:Хими