УСТАНОВКА ДЛЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Полезная модель относится к устройствам лазерной десорбции-ионизации и может быть использовано для масс-спектрометрического определения и идентификации химических соединений в жидких и газообразных пробах. В частности, заявляемое устройство может быть использовано в аналитической практике для определения состава химических соединений, в медицине и фармакологии для идентификации биологически активных компонентов лекарств, в системах обеспечения безопасности для определения присутствия наркотических и взрывчатых веществ в реальном времени.
Известна установка для матрично активированной лазерной десорбции-ионизации (MALDI), состоящее из вакуумной камеры масс-спектрометра, эмиттера ионов, установленного в вакуумной камере, лазер, установленный с внешней стороны вакуумной камеры, при этом вакуумная камера снабжена окном для введения лазерного излучения [Патент США №5118937, кл. BOID 59/44; HOIJ 49/00, опубл. 1992].
Эмиттер ионов представляет собой подложку с нанесенной на ее поверхность специальной матрицей, хорошо поглощающей лазерное излучение. Матрица выполняет две основные функции - перевод молекул аналита в газовую фазу и их ионизацию. Воздействие лазерного излучения приводит к импульсному испарению (абляции) матрицы и сокристаллизованного с ней определяемого соединения. Над поверхностью образца формируется область сравнительно высокого давления, в которой и протекают реакции ионизации.
2
2
Установка применима для определения биомолекул, высокомолекулярных соединений с массой молекул от десяти тысяч до несколько сотен тысяч а.е.м. Используется импульсное лазерное излучение с длиной волны 300 нм и выше, в частности лазерное излучение N-лазера, CO-лазера, Er-лазера, Er-YAG-лазера. В качестве матриц, поглощающих лазерное излучение, предложено применять производные бензойной, никотиновой кислоты, карбоновые кислоты, глицерин, мочевину и ряд других химических соединений.
Известная установка для ионизации химических соединений обладает следующими недостатками:
- установка мало применима для определения химических соединений с небольшими молекулярными массами вследствие процессов ионизации и сильной фрагментации молекул матрицы, создающих интенсивный химический шум в диапазоне масс до примерно 600 а.е.м.;
- установка позволяет определять лишь качественный состав исследуемых образцов;
- установка не применима для анализа веществ, находящихся в газообразном или жидком агрегатном состоянии.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является установка масс-спектрометрического определения химических соединений, включающая вакуумную камеру масс-спектрометра, эмиттер ионов, установленный в вакуумной камере, лазер, установленный с внешней стороны вакуумной камеры, при этом вакуумная камера снабжена окном для введения лазерного излучения [Warren G. Lewis, Zhouxin Shen, M.G. Finn, Gary Siuzdak, Desorption/ionization on silicon (DIOS) mass spectrometry background and applications, International Journal of Mass Spectrometry 226 (2003) 107-116].
Установка предназначена для безматричной лазерной десорбции/ионизации. В качестве эмиттера ионов используют подложку с верхним слоем из пористого кремния.
Известная установка для ионизации химических соединений характеризуется отсутствием интенсивного химического шума и поэтому позволяет детектировать химические соединения с небольшими молекулярными массами. Кроме того, установка может быть использована для анализа веществ, находящихся в газообразном или жидком агрегатном состоянии.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности однозначной идентификации определяемых химических соединений (аналитов) в условиях интерференции (наложения) пиков ионов аналита с пиками ионов подложки или сопутствующих компонентов и/или вследствие фрагментации ионов аналитов.
Задачей изобретения является повышение достоверности и надежности идентификации химических соединений.
Указанная задача решается тем, что установка для масс-спектрометрического определения химических соединений, включающее вакуумную камеру масс-спектрометра, эмиттер ионов, установленный в вакуумной камере, и лазер, установленный с внешней стороны вакуумной камеры, при этом вакуумная камера снабжена окном для введения лазерного излучения, оно снабжено блоком подачи газа-реагента в масс-спектрометр, состоящем из емкости для получения газа-реагента, снабженной нагревателем, соединенного с ней через кран капилляра, снабженного нагревателем, и программируемого термостата, электрически соединенного с нагревателями емкости и капилляра.
На фиг. 1 представлена схема установки для масс-спектрометрического определения химических соединений.
На фиг. 2 - вид А фиг. 1.
Установка состоит из вакуумной камеры 1 масс-спектрометра и шлюзовой камеры 2. Эмиттер ионов 3 посредством штока 4 установлен в вакуумной камере 1 через шлюзовую камеру 2.
С внешней стороны вакуумной камеры 1 расположен лазер 5. При этом камера 1 снабжена окном 6, закрытым кварцевым стеклом и служащем для введения лазерного излучения 7, генерируемого лазером 5.
Для контроля давления вакуумная камера 1 снабжена вакуумметром 8.
Установка снабжена блоком подачи газа-реагента в масс-спектрометр.
Блок состоит из емкости 9 для получения газа-реагента, снабженной нагревателем 10, соединенного с ней через кран 11 капилляра 12, снабженного нагревателем 13, и программируемого термостата 14, электрически соединенного с нагревателями емкости 10 и капилляра 13.
При этом вакуумная камера 1 снабжена окном 15 для введения капилляра 12 в камеру 1.
Установка работает следующим образом.
На поверхность эмиттера ионов 3 наносится проба определяемого вещества путем адсорбции или осаждения. Посредством штока 4 через шлюзовую камеру 2 вводят эмиттер 3 в вакуумную камеру 1.
На поверхность эмиттера ионов направляют регулируемый поток газа-реагента. Дозированный ввод газа-реагента осуществляется с помощью блока подачи газа-реагента в масс-спектрометр.
Количество поступающего в вакуумную камеру 1 масс-спектрометра вещества из емкости 9 регулируется краном 11. Дополнительно поток газа-реагента на поверхность эмиттера можно регулировать программируемым термостатом 14 путем изменения температуры нагревателя 10 емкости 9 и нагревателя 13 капилляра 12, при этом температура емкости 9 и капилляра 12 регулируются независимо друг от друга. Давление, создаваемое газом-реагентом, измеряют с использованием вакуумметра 8.
Затем на поверхность эмиттера фокусируется излучение лазера 5. Воздействие излучения приводит к ионизации молекул определяемого вещества и их десорбции в газовую фазу. Десорбированные ионы вступают в химическую реакцию с молекулами газа реагента с образованием новых ионов, которые поступают в масс-анализатор (на чертеже не показан), где разделяются в соответствии с их массами и детектируются. В частности, в качестве масс-анализатора может быть использован масс-спектрометр.
Снабжение установки масс-спектрометрического определения химических соединений блоком подачи газа-реагента в масс-спектрометр обеспечивает возможность химического воздействия на ионы определяемых соединений с целью получения других ионов, характеризующих определяемые соединения, но имеющие другую массу и обладающие другими химическими свойствами. В частности, заявляемое устройство позволяет получать более устойчивые по сравнению с прототипом ионы, которые не распадаются в процессе их детектирования. Возможность получения ионов, характеризующих определяемые соединения, но имеющие другую массу, позволяет смещать пик, характеризующий определяемое соединение, в область масс-спектра, свободную от интерференционных наложений. Указанные эффекты позволяет повысить по сравнению с прототипом достоверность идентификации химических соединений. Кроме того, что конструкция заявляемого устройства позволяет проводить количественные измерения содержания определяемого соединений в пробе.