แมสสเปกโตรมิเตอร์
แมสสเปกโตรมิเตอร์

แมสสเปกโตรมิเตอร์ – อุปกรณ์สำหรับกำหนดมวลของอะตอม (โมเลกุล) โดยธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของไอออนในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก
อะตอมที่เป็นกลางไม่ได้รับผลกระทบจากสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม หากคุณนำอิเล็กตรอนออกไปหรือเพิ่มอิเล็กตรอนหนึ่งตัวขึ้นไป มันก็จะกลายเป็นไอออน ธรรมชาติของการเคลื่อนที่ในสนามเหล่านี้จะถูกกำหนดโดยมวลและประจุของมัน พูดอย่างเคร่งครัดในแมสสเปกโตรมิเตอร์ ไม่ใช่มวลที่กำหนด แต่เป็นอัตราส่วนของมวลต่อประจุ หากทราบประจุ มวลของไอออนจะถูกกำหนดอย่างชัดเจน รวมถึงมวลของอะตอมที่เป็นกลางและนิวเคลียสของมันด้วย ในเชิงโครงสร้าง แมสสเปกโตรมิเตอร์อาจแตกต่างกันอย่างมาก สามารถใช้ทั้งสนามคงที่และสนามแปรผันตามเวลา ทั้งสนามแม่เหล็กและ/หรือสนามไฟฟ้า

ลองพิจารณาหนึ่งในตัวเลือกที่ง่ายที่สุด
แมสสเปกโตรมิเตอร์ประกอบด้วยส่วนหลักดังต่อไปนี้:
ก) แหล่งกำเนิดไอออน โดยที่อะตอมที่เป็นกลางจะถูกแปลงเป็นไอออน (เช่น ภายใต้อิทธิพลของความร้อนหรือสนามไมโครเวฟ) และถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้า ข) พื้นที่ของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กคงที่ และ วี) ตัวรับไอออนที่กำหนดพิกัดของจุดที่ไอออนที่ข้ามสนามเหล่านี้ตกลงไป
จากแหล่งกำเนิดไอออน 1 ไอออนเร่งผ่านสลิต 2 จะเข้าสู่บริเวณ 3 ของสนามไฟฟ้า E และสนามแม่เหล็ก B 1 ที่คงที่และสม่ำเสมอ ทิศทาง สนามไฟฟ้ากำหนดโดยตำแหน่งของแผ่นตัวเก็บประจุและแสดงด้วยลูกศร สนามแม่เหล็กตั้งฉากกับระนาบของภาพวาด ในพื้นที่ 3 สนามไฟฟ้า E และสนามแม่เหล็ก B 1 เบี่ยงเบนไอออนไปในทิศทางตรงกันข้ามและค่าความแรงของสนามไฟฟ้า E และการเหนี่ยวนำ สนามแม่เหล็ก B 1 ถูกเลือกเพื่อให้แรงกระทำต่อไอออน (ตามลำดับ qE และ qvB 1 โดยที่ q คือประจุและ v คือความเร็วของไอออน) ชดเชยซึ่งกันและกัน เช่น คือ qE = qvB 1 ที่ความเร็วไอออน v = E/B 1 มันจะเคลื่อนที่โดยไม่เบี่ยงเบนในบริเวณ 3 และผ่านช่องที่สอง 4 เข้าสู่บริเวณ 5 ของสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอและคงที่ด้วยการเหนี่ยวนำ B 2 ในสนามนี้ ไอออนจะเคลื่อนที่ในวงกลม 6 ซึ่งรัศมี R จะถูกกำหนดจากความสัมพันธ์
Mv 2 /R = qvB 2 โดยที่ M คือมวลของไอออน เนื่องจาก v = E/B 1 มวลของไอออนจึงถูกกำหนดจากความสัมพันธ์

M = คิวB 2 R/v = qB 1 B 2 R/E

ดังนั้น เมื่อทราบประจุ q ของไอออนแล้ว มวล M จึงถูกกำหนดโดยรัศมี R วงโคจรวงกลมในพื้นที่ 5 สำหรับการคำนวณ จะสะดวกในการใช้ความสัมพันธ์ในระบบหน่วยที่กำหนดในวงเล็บเหลี่ยม:

ม[T] = 10 6 ZB 1 [T]B 2 [T]R[m]/E[V/m]

หากใช้แผ่นถ่ายภาพเป็นเครื่องตรวจจับไอออน 7 รัศมีนี้จะเท่ากับ ความแม่นยำสูงจะแสดงจุดสีดำแทนที่แผ่นถ่ายภาพที่พัฒนาแล้วซึ่งมีลำแสงไอออนกระทบ แมสสเปกโตรมิเตอร์สมัยใหม่มักใช้ตัวคูณอิเล็กตรอนหรือเพลตไมโครช่องสัญญาณเป็นเครื่องตรวจจับ แมสสเปกโตรมิเตอร์ช่วยให้คุณระบุมวลด้วยความแม่นยำสัมพัทธ์ที่สูงมาก ΔM/M = 10 -8 - 10 -7
การวิเคราะห์ด้วยแมสสเปกโตรมิเตอร์ของส่วนผสมของอะตอมที่มีมวลต่างกันยังทำให้สามารถระบุเนื้อหาสัมพัทธ์ในส่วนผสมนี้ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสามารถกำหนดเนื้อหาของไอโซโทปต่างๆ ขององค์ประกอบทางเคมีได้

ความสามารถด้านแมสสเปกโตรมิเตอร์

สเปกตรัมมวลสามารถใช้เพื่อกำหนดน้ำหนักโมเลกุลของสารได้ นี่เป็นสิ่งจำเป็นในการสร้างสูตรโมเลกุลของสาร (สูตรรวม) มวลของอะตอมที่วัดด้วยความแม่นยำสูงจะแตกต่างจากเลขมวล ดังนั้น สำหรับ CO 2 และ C 3 H 8 เลขมวลคือ 44 แต่มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ที่แน่นอนคือ 43.989828 และ 44.062600 ตามลำดับ นั่นคือ ความแตกต่างคือ 0.072772 อามู แมสสเปกโตรมิเตอร์ช่วยให้คุณแยกลำแสงของไอออน CO 2 + และ C 3 H 8 + เมื่อสร้างพร้อมกัน

การกำหนดองค์ประกอบของอะตอมด้วยค่ามวลที่แน่นอนนั้นดำเนินการโดยใช้ตารางมวลที่แน่นอนสำหรับอัตราส่วนต่างๆ ของจำนวนอะตอม C, H, O และ N เป็นองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุด การวัดมวลที่แม่นยำไม่สามารถทดแทนการวิเคราะห์องค์ประกอบได้ ทั้งสองวิธีเสริมซึ่งกันและกัน

เมื่อศึกษาสเปกตรัมมวล นอกเหนือจากการกำหนดชนิดของโมเลกุลไอออน (M + ) ยอดยังถูกวัดสำหรับไอโซโทปไอโซโทป รวมถึงไอโซโทปที่เบากว่าหรือหนักกว่า (ที่มีเลขมวล M ± 1, M ± 2, M ± 3 เป็นต้น) การมีอยู่ของไอโซโทปหลายตัวพร้อมกันในโมเลกุลนั้นไม่น่าเป็นไปได้เพราะ ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติของไอโซโทปที่หนักกว่า C, H, O และ N นั้นน้อยมาก ตัวอย่างเช่น 13 C: 12 C = 1×10 -2 ; 2 ชม.: 1 ชม. = 1.6×10 -4 ; 15 N: 14 N = 4×10 -3 เป็นต้น อย่างไรก็ตาม สำหรับคลอรีน 35 Cl: 37 Cl = 3:1; สำหรับโบรมีน 79 Br: 81 Br = 1:1 ดังนั้นในสเปกตรัมมวลร่วมกับเอ็มไอออน + จะมีไอออนอยู่ (M+1) + โดยมีความเข้มแปรผันตามปริมาณไอโซโทป ตารางค้นหาที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมักจะแสดงอัตราส่วนของความเข้มสูงสุดของไอออนโมเลกุลที่มีเลขมวล M+1 และ M+2

ค่า m/z สูงสุดในสเปกตรัมมวลของสารอาจเป็นไอออนโมเลกุล (M + ) ซึ่งมีมวลเท่ากับมวลโมเลกุลของสารประกอบที่กำลังศึกษาอยู่ ความเข้มข้นของพีคของโมเลกุลไอออน (M+) ยิ่งสูง ไอออนก็จะยิ่งมีเสถียรภาพมากขึ้นเท่านั้น

แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะติดตั้ง โครงสร้างที่สมบูรณ์สารประกอบที่ขึ้นอยู่กับสเปกตรัมมวลเท่านั้น ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือการใช้วิธีการทางกายภาพและเคมีหลายวิธีร่วมกัน แมสสเปกโตรเมทรี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ร่วมกับโครมาโทกราฟี เป็นหนึ่งในวิธีการที่มีข้อมูลมากที่สุดในการศึกษาโครงสร้างของสสาร (โครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมทรี)

ดังนั้น ความสามารถของวิธีการนี้ได้แก่ การกำหนดน้ำหนักโมเลกุลและสูตรมวลรวมของสาร การสร้างโครงสร้างของสารตามลักษณะของชิ้นส่วนที่เกิดขึ้น การวิเคราะห์เชิงปริมาณของสารผสม รวมถึงการหาปริมาณสิ่งเจือปนปริมาณเล็กน้อย การกำหนดระดับความบริสุทธิ์ของสาร การกำหนดองค์ประกอบไอโซโทปของสาร

ลองพิจารณาสเปกตรัมมวลของเอธานอลเป็นตัวอย่าง (รูปที่ 2) โดยปกติแล้ว สเปกตรัมจะแสดงในรูปของฮิสโตแกรม

ข้าว. 2. สเปกตรัมมวลของเอทานอล

ใน อุปกรณ์ที่ทันสมัยการประมวลผลความเข้มของพัลส์ไฟฟ้าที่สอดคล้องกับพีคที่มีค่า m/z ต่างกันจะดำเนินการโดยใช้คอมพิวเตอร์

สเปกตรัมมวลแสดงไว้ในสัญลักษณ์ต่อไปนี้: ระบุค่า m/z และความเข้มสัมพัทธ์ (%) อยู่ในวงเล็บ ตัวอย่างเช่น สำหรับเอธานอล:

C 2 H 5 OH สเปกตรัมมวล (m/z): 15(9), 28(40), 31(100), 45(25), 46(14)

คำถามสัมภาษณ์

1. พื้นฐานทางทฤษฎีวิธี.

2. พลังงานไอออไนเซชัน ประเภทของการกระจายตัว

3. แผนภาพแมสสเปกโตรมิเตอร์

4. วิธีการไอออไนซ์: ผลกระทบของอิเล็กตรอน, ไอออไนซ์ทางเคมี ฯลฯ

5. รูปแบบของการกระจายตัวของโมเลกุลไอออน

6. ความสามารถในการแมสสเปกโตรมิเตอร์

งานทดสอบ

1. ประเภทของการกระจายตัวของไอออนโมเลกุล:

ก) การแยกตัวออกจากกันคือการสลายตัวของโมเลกุลไอออนโดยยังคงรักษาลำดับของพันธะไว้ จากผลของกระบวนการนี้ จะเกิดไอออนบวกและอนุมูลอิสระ และเกิดชิ้นส่วนที่มีค่าคู่ของอัตราส่วน m/z

การจัดเรียงใหม่คือการเปลี่ยนแปลงในลำดับของพันธะ ไอออนบวกที่รุนแรงซึ่งมีมวลน้อยกว่าและโมเลกุลเสถียรที่เป็นกลางถูกสร้างขึ้น ชิ้นส่วนจะมีคุณลักษณะเฉพาะด้วยอัตราส่วน m/z ที่เป็นคี่

b) การจัดเรียงใหม่ - การสลายตัวของไอออนโมเลกุลในขณะที่ยังคงรักษาลำดับของพันธะ จากผลของกระบวนการนี้ ไอออนบวกและอนุมูลจึงเกิดขึ้น และเกิดชิ้นส่วนที่มีอัตราส่วน m/z เป็นคี่

การแยกตัวคือการเปลี่ยนแปลงในลำดับของพันธะ ไอออนบวกที่รุนแรงซึ่งมีมวลน้อยกว่าและโมเลกุลเสถียรที่เป็นกลางเกิดขึ้น ชิ้นส่วนต่างๆ มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าคู่ของอัตราส่วน m/z

c) การแยกตัว - การสลายตัวของไอออนโมเลกุลในขณะที่ยังคงรักษาลำดับของพันธะ จากผลของกระบวนการนี้ ไอออนบวกและอนุมูลจึงเกิดขึ้น และเกิดชิ้นส่วนที่มีอัตราส่วน m/z เป็นคี่

การจัดเรียงใหม่คือการเปลี่ยนแปลงลำดับของพันธะ ไอออนบวกที่รุนแรงซึ่งมีมวลน้อยกว่าและโมเลกุลเสถียรที่เป็นกลางเกิดขึ้น ชิ้นส่วนต่างๆ มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าคู่ของอัตราส่วน m/z

2. ความสามารถของวิธีแมสสเปกโตรเมตรี:

ก) การกำหนดน้ำหนักโมเลกุลและสูตรมวลรวมของสาร การวิเคราะห์เชิงปริมาณของสารผสม

b) การสร้างโครงสร้างของสารโดยธรรมชาติของชิ้นส่วนที่เกิดขึ้นเพื่อกำหนดองค์ประกอบไอโซโทปของสาร

c) การกำหนดมวลโมเลกุลและสูตรมวลรวมของสาร การสร้างโครงสร้างของสารตามลักษณะของชิ้นส่วนที่เกิดขึ้น การวิเคราะห์เชิงปริมาณของสารผสม รวมถึงการหาปริมาณสิ่งเจือปนปริมาณเล็กน้อย การกำหนดระดับความบริสุทธิ์ของสาร การกำหนดองค์ประกอบไอโซโทปของสาร

3. เลือกคำตอบที่ถูกต้อง:

ก) ความน่าจะเป็นของการแตกหัก การเชื่อมต่อ S-Nลดลงเมื่อเพิ่มโซ่ไฮโดรคาร์บอน พลังงานแตก การเชื่อมต่อ S-Sน้อย; ในอนุพันธ์อะโรมาติก พันธะ β มีแนวโน้มที่จะแตกตัวมากที่สุดเมื่อมีการก่อตัวของไอออนโทรปิเลียมที่จัดเรียงใหม่

ก) ความน่าจะเป็นของความแตกแยกของพันธะ C-H ลดลงเมื่อเพิ่มสายโซ่ไฮโดรคาร์บอน พลังงานทำลายพันธะ ส-ส อีกแล้ว; ในอนุพันธ์อะโรมาติก พันธะ β มีแนวโน้มที่จะแตกตัวมากที่สุดเมื่อมีการก่อตัวของไอออนโทรปิเลียมที่จัดเรียงใหม่

c) ความน่าจะเป็นของความแตกแยกของพันธะ C-H ลดลงเมื่อเพิ่มสายโซ่ไฮโดรคาร์บอน พลังงานของความแตกแยกของพันธะ C-C ต่ำกว่า ในอนุพันธ์อะโรมาติก พันธะ a มีแนวโน้มที่จะแตกตัวมากที่สุดเมื่อมีการก่อตัวของโทรปิเลียมไอออนที่จัดเรียงใหม่

1. คาซิน วี.เอ็น., อูร์วานต์เซวา จี.เอ. วิธีการวิจัยฟิสิกส์เคมีในนิเวศวิทยาและชีววิทยา: หนังสือเรียน (แสตมป์ UMO) / V.N. คาซิน, G.A. อูร์วานต์เซวา; ยารอสล์. สถานะ มหาวิทยาลัยที่ตั้งชื่อตาม พี.จี. เดมิโดวา. - ยาโรสลาฟล์, 2545 - 173 หน้า

2. ใต้. เอ็ด เอเอ อิชเชนโก. เคมีวิเคราะห์และวิธีการวิเคราะห์เชิงฟิสิกส์และเคมี / N.V. Alov et al. - M.: Publishing Center "Academy", 2012. (ใน 2 เล่ม, เล่มที่ 1 - 352 หน้า, เล่มที่ 2 - 416 หน้า) - (วิทยาศาสตรบัณฑิต)

3. Vasiliev V.P. การวิเคราะห์ทางเคมี. - หนังสือ 2. วิธีการวิเคราะห์ทางเคมีกายภาพ อ.: กระทรวงศึกษาธิการแห่งสหพันธรัฐรัสเซีย. 2550. 383 น.

4. Kharitonov Yu.Ya. เคมีวิเคราะห์ หนังสือ. 1 หนังสือ. 2, บัณฑิตวิทยาลัย, 2008.

5. อ็อตโต เอ็ม. วิธีการที่ทันสมัยเคมีวิเคราะห์ (ใน 2 เล่ม) มอสโก: เทคโนโลยี 2551

6. เอ็ด. ยอ. โซโลโตวา. ความรู้พื้นฐานเคมีวิเคราะห์ ระดับอุดมศึกษา 2547

7. Vasiliev V.P. การวิเคราะห์ทางเคมี. - หนังสือ 2. วิธีการวิเคราะห์ทางเคมีกายภาพ อ.: อีสตาร์ด, 2552.

8. Kazin V.N. วิธีการวิเคราะห์ฟิสิกส์และเคมี: การประชุมเชิงปฏิบัติการในห้องปฏิบัติการ / V.N. Kazin, T.N. ออร์โลวา, I.V. ทิโคนอฟ; ยารอสล์. สถานะ มหาวิทยาลัยที่ตั้งชื่อตาม พี.จี. Demidov - Yaroslavl: YarSU, 2011. - 72 น.

วิธีการนี้แตกต่างโดยพื้นฐานจากวิธีสเปกโทรสโกปีที่กล่าวถึงข้างต้น แมสสเปกโตรเมตรีเชิงโครงสร้างขึ้นอยู่กับการทำลายโมเลกุลอินทรีย์อันเป็นผลมาจากการไอออไนซ์ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง

ไอออนที่ได้จะถูกจัดเรียงตามอัตราส่วนมวล/ประจุ (m/z) จากนั้นจำนวนไอออนสำหรับแต่ละค่าของอัตราส่วนนี้จะถูกบันทึกเป็นสเปกตรัม ในรูป 5.1. แผนภาพทั่วไปของแมสสเปกโตรมิเตอร์ทั่วไปจะถูกนำเสนอ

ข้าว. 5.1. แผนภาพบล็อกของแมสสเปกโตรมิเตอร์ทั่วไป

โครมาโทกราฟีบางรูปแบบมักจะใช้เพื่อแนะนำตัวอย่างเข้าไปในแมสสเปกโตรมิเตอร์ แม้ว่าเครื่องมือหลายชนิดจะมีความสามารถในการแนะนำตัวอย่างเข้าไปในห้องไอออไนซ์โดยตรงก็ตาม แมสสเปกโตรมิเตอร์ทั้งหมดมีอุปกรณ์สำหรับสร้างไอออนให้กับตัวอย่างและแยกไอออนด้วยค่า m/z หลังจากแยกไอออนแล้ว จะต้องตรวจพบไอออนและวัดปริมาณของไอออนเหล่านั้น ตัวสะสมไอออนทั่วไปประกอบด้วยช่องแยกที่นำไอออนประเภทหนึ่งเข้าไปในตัวสะสมในแต่ละครั้ง โดยที่ไอออนจะถูกตรวจจับและสัญญาณการตรวจจับจะถูกขยายโดยตัวคูณอิเล็กตรอน แมสสเปกโตรมิเตอร์สมัยใหม่มีการติดตั้งซอฟต์แวร์พิเศษ: คอมพิวเตอร์ควบคุมการสะสม การจัดเก็บ และการแสดงภาพข้อมูล

ปัจจุบันกลายเป็นเรื่องปกติที่จะรวมแมสสเปกโตรมิเตอร์เข้ากับโครมาโตกราฟีแบบแก๊ส (GC-MS) หรือของเหลว (LC-MS)

แมสสเปกโตรมิเตอร์ทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองประเภท: ต่ำ (เดี่ยว) และ ความละเอียดสูง(ร) สเปกโตรมิเตอร์ความละเอียดต่ำเป็นเครื่องมือที่สามารถแยกมวลทั้งหมดได้สูงถึง m/z 3000 (R = 3000/(3000-2990) = 3000) บนอุปกรณ์ดังกล่าว สารประกอบ C 16 H 26 O 2 และ C 15 H 24 NO 2 แยกไม่ออก เนื่องจากอุปกรณ์จะบันทึกมวล 250 ทั้งในกรณีแรกและกรณีที่สอง

เครื่องมือความละเอียดสูง (R = 20000) จะสามารถแยกแยะระหว่างสารประกอบ C 16 H 26 O 2 (250.1933) และ C 15 H 24 NO 2 (250.1807) ในกรณีนี้ R = 250.1933/(250.1933 – 250.1807) = 19857 .

ดังนั้น การใช้เครื่องมือที่มีความละเอียดต่ำ จึงเป็นไปได้ที่จะกำหนดสูตรโครงสร้างของสารได้ แต่บ่อยครั้งเพื่อจุดประสงค์นี้ จำเป็นต้องรวมข้อมูลจากวิธีการวิเคราะห์อื่นๆ เพิ่มเติม (IR, NMR สเปกโทรสโกปี)

เครื่องมือที่มีความละเอียดสูงสามารถวัดมวลของไอออนได้อย่างแม่นยำเพียงพอที่จะระบุองค์ประกอบอะตอมได้ เช่น กำหนดสูตรโมเลกุลของสารที่กำลังศึกษา

ทศวรรษที่ผ่านมามีการพัฒนาและปรับปรุงแมสสเปกโตรมิเตอร์อย่างรวดเร็ว โดยไม่ต้องพูดถึงโครงสร้างของพวกมัน เราสังเกตว่าพวกมันถูกแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ขึ้นอยู่กับ 1) วิธีการแตกตัวเป็นไอออน 2) วิธีการแยกไอออน โดยทั่วไป วิธีการแตกตัวเป็นไอออนไม่ขึ้นอยู่กับวิธีการแยกไอออนและในทางกลับกัน แม้ว่าจะมีข้อยกเว้นก็ตาม ข้อมูลที่สมบูรณ์เพิ่มเติมเกี่ยวกับประเด็นเหล่านี้มีอยู่ในวรรณกรรม [นักบุญ. เลเบเดฟ].

บทช่วยสอนนี้จะกล่าวถึงสเปกตรัมมวลที่ได้จากอิออไนเซชันจากการกระแทกของอิเล็กตรอน

5.2. สเปกตรัมมวลไอออไนเซชันกระทบอิเล็กตรอน

การกระแทกของอิเล็กตรอน (EI) เป็นวิธีไอออไนเซชันที่ใช้กันมากที่สุดในแมสสเปกโตรเมตรี ข้อดีของวิธีนี้คือความสามารถในการใช้เครื่องมือค้นหาและฐานข้อมูล (ในอดีตวิธี EI เป็นวิธีไอออไนเซชันวิธีแรก โดยฐานข้อมูลการทดลองหลักได้มาจากอุปกรณ์ที่มี EI)

โมเลกุลตัวอย่างในเฟสก๊าซถูกถล่มด้วยอิเล็กตรอนพลังงานสูง (ปกติคือ 70 eV) แล้วปล่อยอิเล็กตรอนออกมา ทำให้เกิดไอออนบวกที่รุนแรงเรียกว่า ไอออนโมเลกุล:

M + e → M + (ไอออนโมเลกุล) + 2e

พลังงานต่ำสุดของการระดมยิง (ไอออไนซ์) อิเล็กตรอนที่เป็นไปได้ในการก่อตัวของไอออนจากโมเลกุลที่กำหนดเรียกว่าพลังงานไอออไนเซชัน (หรือ "ศักยภาพ") ของสาร (U e) ที่ประสบความสำเร็จน้อยกว่า

พลังงานไอออไนเซชันคือการวัดความแรงที่โมเลกุลกักเก็บอิเล็กตรอนที่มีพันธะรุนแรงน้อยที่สุด

ตามกฎแล้ว สำหรับโมเลกุลอินทรีย์ พลังงานไอออไนเซชันคือ 9-12 eV ดังนั้นการระดมยิงด้วยอิเล็กตรอนที่มีพลังงาน 50 eV ขึ้นไปจะให้พลังงานภายในส่วนเกินแก่ไอออนของโมเลกุลที่เกิดขึ้น พลังงานนี้กระจายไปบางส่วนโดยการทำลายพันธะโควาเลนต์

จากการแตกดังกล่าว ไอออนโมเลกุลจะสลายตัวเป็นอนุภาคที่มีมวลน้อยกว่า (เศษชิ้นส่วน) กระบวนการนี้เรียกว่า การกระจายตัว.

การแยกส่วนเกิดขึ้นแบบเฉพาะเจาะจง สามารถทำซ้ำได้สูงและมีลักษณะเฉพาะของสารประกอบที่กำหนด. ยิ่งไปกว่านั้น กระบวนการกระจายตัวสามารถคาดเดาได้ และกระบวนการเหล่านี้เองที่ให้ความสามารถในวงกว้างของแมสสเปกโตรเมทรีสำหรับการวิเคราะห์โครงสร้าง โดยพื้นฐานแล้ว การวิเคราะห์โครงสร้างด้วยแมสสเปกโตรเมตรีประกอบด้วยการระบุไอออนของชิ้นส่วนและสร้างโครงสร้างของโมเลกุลดั้งเดิมขึ้นใหม่แบบย้อนหลังตามทิศทางของการกระจายตัวของไอออนของโมเลกุล ตัวอย่างเช่น เมทานอลก่อตัวเป็นไอออนโมเลกุลตามรูปแบบต่อไปนี้:

เกี่ยวกับ
จุดด้านล่างคืออิเล็กตรอนคี่ที่เหลืออยู่ เมื่อประจุถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นบนแต่ละอะตอม สัญญาณของประจุจะถูกระบุบนอะตอมนั้น

ไอออนของโมเลกุลเหล่านี้จำนวนมากจะสลายตัวภายใน 10 -10 - 10 -3 วินาที และทำให้เกิดชุดของไอออนที่เป็นชิ้นส่วน (การกระจายตัวหลัก):

หากไอออนของโมเลกุลบางส่วนมีอายุการใช้งานยาวนานเพียงพอ ไอออนเหล่านี้จะไปถึงตัวตรวจจับและถูกบันทึกเป็นพีคของไอออนโมเลกุล เนื่องจากประจุของไอออนต้นกำเนิดมีค่าเท่ากับความสามัคคี จึงเป็นอัตราส่วนม/ zสำหรับจุดสูงสุดนี้จะให้น้ำหนักโมเลกุลของสารทดสอบ

ดังนั้น, สเปกตรัมมวลคือการแสดงความเข้มข้นสัมพัทธ์ของชิ้นส่วนที่มีประจุบวก (รวมถึงไอออนโมเลกุล) ขึ้นอยู่กับมวลของพวกมัน.

บทความพิเศษมีตารางของชิ้นส่วนไอออนที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุด ซึ่งระบุสูตรโครงสร้างของไอออนและค่า m/z [เพรช กอร์ดอน ซิลเวอร์สไตน์]

ความสูงของพีคที่มีความเข้มข้นมากที่สุดในสเปกตรัมจะถือเป็น 100% และความเข้มของพีคอื่นๆ รวมถึงพีคของไอออนโมเลกุล จะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของพีคสูงสุด

ในบางกรณี จุดสูงสุดของโมเลกุลไอออนอาจมีความเข้มข้นมากที่สุดเช่นกัน โดยทั่วไป: ความเข้มของจุดสูงสุดขึ้นอยู่กับความเสถียรของไอออนที่เกิดขึ้น.

สเปกตรัมมวลมักประกอบด้วยพีคของไอออนแบบแยกส่วนที่แตกต่างกันตามความแตกต่างที่คล้ายคลึงกัน (CH 2) กล่าวคือ 14 อามู ชุดไอออนที่คล้ายคลึงกันเป็นคุณลักษณะของสารอินทรีย์แต่ละประเภท ดังนั้นจึงมีข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับโครงสร้างของสารที่กำลังศึกษาอยู่

แมสสเปกโตรเมทรี (แมสสเปกโทรสโกปี แมสสเปกโตรกราฟฟี การวิเคราะห์แมสสเปคตรัม การวิเคราะห์แมสสเปกโตรเมทรี) เป็นวิธีการศึกษาสารโดยพิจารณาจากอัตราส่วนมวลต่อประจุของไอออนที่เกิดขึ้นระหว่างการแตกตัวเป็นไอออนของส่วนประกอบตัวอย่างที่สนใจ หนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการระบุสารในเชิงคุณภาพ ซึ่งช่วยให้สามารถระบุสารในเชิงปริมาณได้ด้วย เราสามารถพูดได้ว่าแมสสเปกโตรเมตรีคือ "การชั่งน้ำหนัก" ของโมเลกุลในตัวอย่าง

ประวัติความเป็นมาของแมสสเปกโตรเมตรีย้อนกลับไปถึงการทดลองสำคัญของเจ. เจ. ทอมสันเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 การสิ้นสุด "-metry" ในชื่อของวิธีการปรากฏขึ้นหลังจากการเปลี่ยนแปลงอย่างกว้างขวางจากการตรวจจับอนุภาคที่มีประจุโดยใช้แผ่นถ่ายภาพไปเป็นการวัดทางไฟฟ้าของกระแสไอออน

โดยเฉพาะ ประยุกต์กว้างแมสสเปกโตรเมตรีมีประโยชน์ในการวิเคราะห์สารอินทรีย์ เนื่องจากช่วยให้สามารถระบุโมเลกุลทั้งแบบง่ายและซับซ้อนได้อย่างมั่นใจ สิ่งเดียวเท่านั้น ข้อกำหนดทั่วไป- เพื่อให้โมเลกุลสามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน มีการคิดค้นวิธีการมากมายสำหรับส่วนประกอบตัวอย่างที่ทำให้แตกตัวเป็นไอออน ซึ่งแมสสเปกโตรเมทรีถือได้ว่าเป็นวิธีการที่ครอบคลุมเกือบทั้งหมด

แมสสเปกโตรมิเตอร์เกือบทั้งหมดเป็นเครื่องมือสุญญากาศ เนื่องจากไอออนมีความไม่เสถียรอย่างมากเมื่อมีโมเลกุลแปลกปลอม อย่างไรก็ตาม มีเครื่องมือบางอย่างที่สามารถจำแนกตามเงื่อนไขได้ว่าเป็นแมสสเปกโตรมิเตอร์ แต่ไม่ได้ใช้สุญญากาศ แต่เป็นการไหลของก๊าซบริสุทธิ์ชนิดพิเศษ

สเปกตรัมมวลคือการขึ้นอยู่กับความเข้มของกระแสไอออน (ปริมาณของสาร) กับอัตราส่วนของมวลต่อประจุ (ธรรมชาติของสาร) เนื่องจากมวลของโมเลกุลใดๆ ประกอบขึ้นจากมวลของอะตอมที่เป็นส่วนประกอบของมัน สเปกตรัมของมวลจึงไม่ต่อเนื่องกันเสมอ แม้ว่าที่ความละเอียดต่ำของแมสสเปกโตรมิเตอร์ แต่จุดสูงสุดของมวลต่างกันก็สามารถทับซ้อนกันหรือรวมเข้าด้วยกันได้ ธรรมชาติของสารวิเคราะห์ คุณลักษณะของวิธีการไอออไนเซชัน และกระบวนการทุติยภูมิในแมสสเปกโตรมิเตอร์อาจส่งผลต่อสเปกตรัมมวล (ดูไอออนที่แพร่กระจายได้ การเร่งการไล่ระดับแรงดันไฟฟ้าทั่วบริเวณการผลิตไอออน การกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่น) ดังนั้นไอออนที่มีอัตราส่วนมวลต่อประจุเท่ากันจึงอาจเข้าไปอยู่ในนั้นได้ ส่วนต่างๆคลื่นความถี่และยังทำให้ส่วนหนึ่งของมันต่อเนื่องอีกด้วย

โมเลกุลขนาดเล็กส่วนใหญ่จะมีประจุบวกหรือลบเพียงประจุเดียวเมื่อแตกตัวเป็นไอออน ยิ่งโมเลกุลมีขนาดใหญ่เท่าใด ก็มีโอกาสมากขึ้นที่จะกลายเป็นไอออนที่มีประจุทวีคูณในระหว่างการแตกตัวเป็นไอออน ดังนั้นผลกระทบนี้จึงมีความรุนแรงเป็นพิเศษเมื่อเทียบกับโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่มาก เช่น โปรตีน กรดนิวคลีอิก และโพลีเมอร์ ด้วยการไอออไนเซชันบางประเภท (เช่น การชนของอิเล็กตรอน) โมเลกุลสามารถสลายตัวเป็นส่วนที่มีลักษณะเฉพาะได้หลายส่วน ซึ่งให้โอกาสเพิ่มเติมในการระบุและศึกษาโครงสร้างของสารที่ไม่รู้จัก

การระบุมวลของโมเลกุลที่วิเคราะห์อย่างแม่นยำทำให้สามารถระบุองค์ประกอบองค์ประกอบได้ (ดู: การวิเคราะห์องค์ประกอบ) แมสสเปกโตรเมตรียังให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับองค์ประกอบไอโซโทปของโมเลกุลที่กำลังวิเคราะห์อีกด้วย

ประวัติความเป็นมาของแมสสเปกโตรมิเตอร์

• พ.ศ. 2455 (ค.ศ. 1912) – เจ.เจ. ทอมสันสร้างแมสสเปกโตรกราฟเครื่องแรกและได้รับสเปกตรัมมวลของโมเลกุลของออกซิเจน ไนโตรเจน คาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ และฟอสจีน
• พ.ศ. 2456 (ค.ศ. 1913) – เจ. เจ. ทอมสันใช้แมสสเปกโตรกราฟค้นพบไอโซโทปนีออน: นีออน-20 และนีออน-22
• พ.ศ. 2461 (ค.ศ. 1918) – Arthur Dempster สร้างเครื่องสเปกโตรกราฟมวลเครื่องแรก
• พ.ศ. 2462 (ค.ศ. 1919) – ฟรานซิส แอสตัน ซึ่งเป็นอิสระจาก Dempster ได้สร้างแมสสเปกโตรกราฟเครื่องแรกของเขา และเริ่มการวิจัยไอโซโทป อุปกรณ์นี้มีความละเอียดประมาณ 130
• พ.ศ. 2466 (ค.ศ. 1923) แอสตันทำการตรวจวัดข้อบกพร่องมวลโดยใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์
• พ.ศ. 2475 (ค.ศ. 1932) – เคนเนธ เบนบริดจ์สร้างแมสสเปกโตรมิเตอร์ที่มีความละเอียด 600 และความไว 1 ส่วนใน 10,000
• พ.ศ. 2479 (ค.ศ. 1936) – Arthur Dempster, Kenneth Tompkins Bainbridge และ Josef Heinrich Elizabeth Mattauch สร้างเครื่องสเปกโตรกราฟมวลแบบโฟกัสคู่ Dempster พัฒนาแหล่งกำเนิดประกายไฟไอออไนซ์
• พ.ศ. 2483 (ค.ศ. 1940) - อัลเฟรด เนียร์ แยกยูเรเนียม-235 ออกโดยใช้แมสสเปกโตรเมตรีแบบเตรียมการ
• พ.ศ. 2483 (ค.ศ. 1940) - อัลเฟรด เนียร์ สร้างสรรค์เครื่องแรก แหล่งที่เชื่อถือได้การกระทบของอิเล็กตรอนโดยใช้ห้องไอออไนเซชัน
• พ.ศ. 2485 (ค.ศ. 1942) ลอว์เรนซ์เปิดตัว Calutron ซึ่งเป็นสถานที่ติดตั้งทางอุตสาหกรรมสำหรับการแยกไอโซโทปยูเรเนียม โดยใช้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลสนามแม่เหล็ก
• พ.ศ. 2489 (ค.ศ. 1946) – วิลเลียม สตีเวนส์ เสนอแนวคิดเกี่ยวกับเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลตามเวลาบิน
• พ.ศ. 2491 (ค.ศ. 1948) คาเมรอนและเอ็กเกอร์สสร้างแมสสเปกโตรมิเตอร์เครื่องแรกพร้อมเครื่องวิเคราะห์มวลตามเวลาบิน
• 1952 - Talrose และ Lyubimova สังเกตสัญญาณเมโทเนียม CH5+ ในแหล่งกำเนิดไอออนกระทบของอิเล็กตรอนที่ ความดันโลหิตสูงมีเทนในห้องไอออไนเซชัน (ในปี 1966 Munson และ Field จะใช้การค้นพบนี้เพื่อวัตถุประสงค์ในการวิเคราะห์และสร้างแหล่งกำเนิดไอออนด้วยการไอออไนซ์ทางเคมี)
• พ.ศ. 2496 (ค.ศ. 1953) - Paul จดสิทธิบัตรเครื่องวิเคราะห์มวลสี่ขั้วและตัวดักไอออน
• พ.ศ. 2499 (ค.ศ. 1956) – McLafferty และ Gaulke สร้างเครื่องสเปกโตรมิเตอร์แบบแก๊สโครมาโทกราฟี-มวลเครื่องแรก
• 1966 - Munson และ Field สร้างแหล่งกำเนิดไอออนไนซ์ทางเคมี
• พ.ศ. 2515 (ค.ศ. 1972) - Karataev และ Mamyrin ประดิษฐ์เครื่องวิเคราะห์มวลตามเวลาบินพร้อมการโฟกัส ซึ่งปรับปรุงความละเอียดของเครื่องวิเคราะห์ได้อย่างมาก
• พ.ศ. 2517 (ค.ศ. 1974) - สเปกโตรมิเตอร์มวลโครมาโตกราฟีของเหลวเครื่องแรกถูกสร้างขึ้นโดย Arpino, Baldwin และ McLafferty
• 1981 - ช่างตัดผม, Bordoli, Sedgwick และ Tylor สร้างสรรค์เครื่องสร้างประจุไอออนแบบใช้ระเบิดอะตอมเร็ว (FAB)
• พ.ศ. 2525 - สเปกตรัมมวลแรกของโปรตีนทั้งหมด (อินซูลิน) โดยใช้การทิ้งระเบิดอะตอมแบบเร็ว (FAB)
• 1983 - Blanks และ Bestal คิดค้นสเปรย์ระบายความร้อน
• 1984 - L.N. Gall และ Fenn ตีพิมพ์ผลงานเกี่ยวกับวิธีการสเปรย์ด้วยไฟฟ้า
• พ.ศ. 2530 (ค.ศ. 1987) - การแตกตัวเป็นไอออนด้วยเลเซอร์ช่วยเมทริกซ์ (MALDI) ถูกคิดค้นโดย Karas, Bachmann, Bahr และ Hillenkamp
• 2542 - Alexander Makarov (อังกฤษ) รัสเซีย ประดิษฐ์เครื่องดักไอออนไฟฟ้าสถิต "Orbitrap"

หลักการทำงานและการออกแบบแมสสเปกโตรมิเตอร์

แหล่งไอออน

สิ่งแรกที่ต้องทำเพื่อให้ได้สเปกตรัมมวลคือเปลี่ยนโมเลกุลและอะตอมที่เป็นกลางซึ่งประกอบเป็นสารอินทรีย์หรืออนินทรีย์ให้เป็นอนุภาคที่มีประจุ - ไอออน กระบวนการนี้เรียกว่าไอออไนซ์และดำเนินการต่างกันสำหรับสารอินทรีย์และอนินทรีย์ ที่สอง เงื่อนไขที่จำเป็นคือการถ่ายโอนไอออนเข้าสู่เฟสก๊าซในส่วนสุญญากาศของแมสสเปกโตรมิเตอร์ สุญญากาศลึกช่วยให้ไอออนเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระภายในแมสสเปกโตรมิเตอร์ และหากไม่มีไอออนนั้น ไอออนก็จะกระจัดกระจายและรวมตัวกันอีกครั้ง (เปลี่ยนกลับเป็นอนุภาคที่ไม่มีประจุ)

โดยทั่วไปแล้ว วิธีการไอออไนซ์ของสารอินทรีย์สามารถจำแนกตามระยะที่สารอยู่ก่อนไอออไนเซชัน

แก๊สเฟสอิเล็กตรอนไอออไนเซชัน (EI) เคมีไอออไนซ์ (CI) การจับอิเล็กตรอน (EC) ไอออไนซ์ใน สนามไฟฟ้า(FI) เทอร์โมสเปรย์ไอออไนซ์เฟสของเหลวที่ ความดันบรรยากาศ(เอพี)

• สเปรย์ฉีดด้วยไฟฟ้า (APESI)
• ไอออนไนซ์ทางเคมีความดันบรรยากาศ (APCI)
• โฟโตไรเซชันความดันบรรยากาศ (APPI)

เลเซอร์สลายมวลสเปกโตรเมทรีโดยตรงแบบโซลิดเฟส (LDMS) เลเซอร์สลายตัว/ไอออไนเซชันแบบใช้เมทริกซ์ช่วย (MALDI) สเปกโตรมิเตอร์มวลไอออนทุติยภูมิ (SIMS) การทิ้งระเบิดอะตอมอย่างรวดเร็ว (FAB) การสลายสนามไฟฟ้า (FD) การสลายพลาสมา (PD)

ในเคมีอนินทรีย์ จะใช้วิธีฮาร์ดไอออไนเซชันในการวิเคราะห์องค์ประกอบองค์ประกอบ เนื่องจากพลังงานการจับตัวของอะตอมในของแข็งมีค่าสูงกว่ามากและต้องใช้วิธีที่ยากกว่ามากเพื่อทำลายพันธะเหล่านี้และรับไอออน

• ไอออนไนซ์ในพลาสมาคู่เหนี่ยวนำ (ICP)
• ไอออนไนซ์ความร้อนหรือไอออไนซ์ที่พื้นผิว
• ไอออนไนซ์แบบเรืองแสงและไอออไนซ์แบบประกายไฟ (ดูการปล่อยประกายไฟ)
• ไอออนไนซ์ในระหว่างการระเหยด้วยเลเซอร์

ในอดีต วิธีการไอออไนซ์วิธีแรกได้รับการพัฒนาสำหรับเฟสก๊าซ น่าเสียดายที่สารอินทรีย์หลายชนิดไม่สามารถระเหยได้ กล่าวคือ ถ่ายโอนเข้าสู่สถานะก๊าซโดยไม่มีการสลายตัว ซึ่งหมายความว่าพวกมันไม่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้จากการกระแทกของอิเล็กตรอน แต่ในบรรดาสารดังกล่าวเกือบทุกอย่างที่ประกอบเป็นเนื้อเยื่อที่มีชีวิต (โปรตีน DNA ฯลฯ ) สารออกฤทธิ์ทางสรีรวิทยาโพลีเมอร์นั่นคือทุกสิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษในปัจจุบัน แมสสเปกโตรมิเตอร์ไม่ได้หยุดนิ่งและ ปีที่ผ่านมาพวกเขาได้รับการออกแบบ วิธีการพิเศษไอออนไนซ์ของสารประกอบอินทรีย์ดังกล่าว ในปัจจุบัน ส่วนใหญ่มีการใช้สองวิธี ได้แก่ ไอออนไนซ์ความดันบรรยากาศและชนิดย่อย - อิเล็กโตรสเปรย์ไอออไนซ์ (ESI), ไอออนไนซ์เคมีความดันบรรยากาศ (APCI) และโฟโตไนเซชันด้วยแสงความดันบรรยากาศ (APPI) เช่นเดียวกับเมทริกซ์ช่วยเลเซอร์สลายไอออนไนซ์ (MALDI) ).

เครื่องวิเคราะห์มวล

ไอออนที่ได้รับระหว่างการแตกตัวเป็นไอออนจะถูกถ่ายโอนไปยังเครื่องวิเคราะห์มวลโดยใช้สนามไฟฟ้า มวลขั้นที่ 2 จะเริ่มขึ้นแล้ว การวิเคราะห์ทางสเปกโตรเมทริก- การเรียงลำดับไอออนตามมวล (อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นโดยอัตราส่วนมวลต่อประจุ หรือ m/z) มีเครื่องวิเคราะห์มวลประเภทต่อไปนี้:

เครื่องวิเคราะห์มวลต่อเนื่อง

• เครื่องวิเคราะห์มวลภาคแม่เหล็กและไฟฟ้าสถิต
• เครื่องวิเคราะห์มวลสี่เท่า

เครื่องวิเคราะห์มวลชีพจร

• เครื่องวิเคราะห์มวลตามเวลาบิน
• กับดักไอออน
• กับดักเชิงเส้นสี่เท่า
• เครื่องวิเคราะห์มวลเรโซแนนซ์ไอออนไซโคลตรอนการแปลงฟูริเยร์
• ออร์บิแทรป

ความแตกต่างระหว่างเครื่องวิเคราะห์มวลแบบต่อเนื่องและแบบพัลซิ่งคือ ในตอนแรก ไอออนจะถูกจ่ายเป็นกระแสต่อเนื่อง และอย่างหลังจะจ่ายเป็นบางส่วนในช่วงเวลาที่กำหนด

แมสสเปกโตรมิเตอร์สามารถมีเครื่องวิเคราะห์มวลได้สองตัว แมสสเปกโตรมิเตอร์ชนิดนี้เรียกว่า แมสสเปกโตรมิเตอร์แบบตีคู่ ตามกฎแล้วจะใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์แบบ Tandem ร่วมกับวิธีการไอออไนเซชันแบบ "อ่อน" ซึ่งไม่มีการกระจายตัวของไอออนของโมเลกุลที่วิเคราะห์ (ไอออนโมเลกุล) ดังนั้นเครื่องวิเคราะห์มวลเครื่องแรกจะวิเคราะห์ไอออนของโมเลกุล ออกจากเครื่องวิเคราะห์มวลเครื่องแรก ไอออนของโมเลกุลจะกระจัดกระจายเนื่องจากการชนกับโมเลกุล ก๊าซเฉื่อยหรือการแผ่รังสีเลเซอร์ หลังจากนั้นชิ้นส่วนของพวกมันจะถูกวิเคราะห์ในเครื่องวิเคราะห์มวลตัวที่สอง การกำหนดค่าสเปกโตรมิเตอร์มวลตีคู่ที่พบมากที่สุดคือ quadrupole-quadrupole และ quadrupole-TOF

เครื่องตรวจจับ

องค์ประกอบสุดท้ายของแมสสเปกโตรมิเตอร์แบบง่ายที่เรากำลังอธิบายคือเครื่องตรวจจับอนุภาคที่มีประจุ แมสสเปกโตรมิเตอร์เครื่องแรกใช้แผ่นถ่ายภาพเป็นเครื่องตรวจจับ ทุกวันนี้มีการใช้ตัวคูณอิเล็กตรอนทุติยภูมิของไดโนดซึ่งมีไอออนที่ชนไดโนดตัวแรกทำให้ลำแสงอิเล็กตรอนหลุดออกมาซึ่งในทางกลับกันการชนไดโนดตัวถัดไปจะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมามากขึ้น ฯลฯ ตัวเลือกอื่น เป็นตัวคูณแสง โดยบันทึกแสงที่เกิดขึ้นเมื่อถูกโจมตีด้วยฟอสเฟอร์ไอออน นอกจากนี้ ตัวคูณไมโครแชนเนล ระบบต่างๆ เช่น อาร์เรย์ไดโอด และตัวสะสม ถูกนำมาใช้เพื่อรวบรวมไอออนทั้งหมดที่เข้าสู่ จุดนี้พื้นที่ (นักสะสมฟาราเดย์)

โครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมตรี

แมสสเปกโตรมิเตอร์ใช้ในการวิเคราะห์สารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์

สารอินทรีย์ในกรณีส่วนใหญ่เป็นของผสมหลายส่วนประกอบของส่วนประกอบแต่ละส่วน เช่นได้แสดงให้เห็นกลิ่นนั้นแล้ว ไก่ทอดประกอบด้วยส่วนประกอบ 400 ชิ้น (นั่นคือ สารประกอบอินทรีย์ 400 ชิ้น) งานของการวิเคราะห์คือการพิจารณาว่าองค์ประกอบต่างๆ ที่ประกอบเป็นสารอินทรีย์มีกี่องค์ประกอบ ค้นหาว่าองค์ประกอบเหล่านี้คืออะไร (ระบุองค์ประกอบเหล่านั้น) และค้นหาว่าสารประกอบแต่ละชนิดบรรจุอยู่ในส่วนผสมเป็นจำนวนเท่าใด เพื่อจุดประสงค์นี้ การใช้โครมาโตกราฟีร่วมกับแมสสเปกโตรเมทรีจึงเหมาะอย่างยิ่ง แก๊สโครมาโตกราฟีเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้ร่วมกับแหล่งกำเนิดไอออนของอิออนไนเซชันแบบกระทบของอิเล็กตรอนหรือสเปกโตรมิเตอร์มวลไอออไนเซชันทางเคมี เนื่องจากสารประกอบอยู่ในเฟสก๊าซในคอลัมน์โครมาโตกราฟีแล้ว เครื่องมือที่ใช้เครื่องตรวจจับแมสสเปกโตรมิเตอร์รวมกับแก๊สโครมาโตกราฟีเรียกว่า โครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรมิเตอร์ (“โครแมส”)

สารประกอบอินทรีย์หลายชนิดไม่สามารถแยกออกเป็นส่วนประกอบได้โดยใช้แก๊สโครมาโทกราฟี แต่สามารถแยกออกได้โดยใช้โครมาโตกราฟีของเหลว ในการรวมโครมาโตกราฟีของเหลวเข้ากับแมสสเปกโตรเมทรี ปัจจุบันมีการใช้แหล่งกำเนิดอิเล็กโตรสเปรย์ไอออไนเซชัน (ESI) และไอออไนเซชันทางเคมีความดันบรรยากาศ (APCI) และการรวมกันของโครมาโตกราฟีของเหลวกับแมสสเปกโตรมิเตอร์เรียกว่า LC/MS ระบบที่ทรงพลังที่สุดสำหรับการวิเคราะห์สารอินทรีย์ซึ่งเป็นที่ต้องการในโปรตีโอมิกส์สมัยใหม่นั้นใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดและทำงานบนหลักการของไอออนไซโคลตรอนเรโซแนนซ์ เรียกอีกอย่างว่า FT/MS เนื่องจากใช้การแปลงฟูริเยร์ของสัญญาณ

ลักษณะของแมสสเปกโตรมิเตอร์และเครื่องตรวจจับแมสสเปกโตรมิเตอร์

ที่สำคัญที่สุด ลักษณะทางเทคนิคแมสสเปกโตรมิเตอร์ ได้แก่ ความไว ช่วงไดนามิก ความละเอียด ความเร็วในการสแกน

คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดในการวิเคราะห์สารประกอบอินทรีย์คือความไว เพื่อให้ได้ความไวสูงสุดที่เป็นไปได้ในขณะที่ปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน จึงมีการใช้การตรวจจับโดยไอออนที่เลือกแต่ละตัว ความไวและการเลือกสรรที่เพิ่มขึ้นนั้นมหาศาล แต่เมื่อใช้เครื่องมือที่มีความละเอียดต่ำ จะต้องเสียสละพารามิเตอร์ที่สำคัญอีกประการหนึ่ง นั่นก็คือความน่าเชื่อถือ ท้ายที่สุด หากคุณบันทึกจุดสูงสุดเพียงจุดเดียวจากสเปกตรัมมวลลักษณะเฉพาะทั้งหมด คุณจะต้องทำงานอีกมากเพื่อพิสูจน์ว่าจุดสูงสุดนี้สอดคล้องกับองค์ประกอบที่คุณสนใจ จะแก้ไขปัญหานี้อย่างไร? ใช้ความละเอียดสูงกับอุปกรณ์แบบโฟกัสคู่ที่คุณสามารถทำได้ ระดับสูงความถูกต้องโดยไม่สูญเสียความไว หรือใช้แมสสเปกโตรเมตรีแบบเรียงกัน โดยที่แต่ละจุดสูงสุดที่สอดคล้องกับไอออนต้นกำเนิดสามารถยืนยันได้ด้วยสเปกตรัมมวลของไอออนรุ่นลูก ดังนั้น เจ้าของสถิติด้านความไวอย่างแท้จริงคือเครื่องสเปกโตรมิเตอร์แบบโครมาโตกราฟีแบบอินทรีย์ที่มีความละเอียดสูงพร้อมระบบโฟกัสคู่

ในแง่ของการผสมผสานระหว่างความไวกับความน่าเชื่อถือในการกำหนดส่วนประกอบ กับดักไอออนจะอยู่รองจากอุปกรณ์ที่มีความละเอียดสูง เครื่องมือสี่โพลคลาสสิกเจเนอเรชั่นใหม่ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพเนื่องจากมีนวัตกรรมหลายอย่างที่นำมาใช้ เช่น การใช้ตัวกรองล่วงหน้าสี่โพลแบบโค้ง ซึ่งป้องกันไม่ให้อนุภาคที่เป็นกลางเข้าถึงเครื่องตรวจจับ ดังนั้นจึงช่วยลดเสียงรบกวนได้

การประยุกต์แมสสเปกโตรเมตรี

การพัฒนายาใหม่ๆ เพื่อช่วยชีวิตผู้คนจากโรคที่รักษาไม่หายก่อนหน้านี้ และการควบคุมการผลิตยา พันธุวิศวกรรมและชีวเคมี โปรตีโอมิกส์ หากไม่มีแมสสเปกโตรมิเตอร์ การควบคุมการจำหน่ายยาเสพติดและออกฤทธิ์ต่อจิตและประสาทอย่างผิดกฎหมาย การวิเคราะห์ทางนิติเวชและทางคลินิกของยาพิษ และการวิเคราะห์วัตถุระเบิดเป็นสิ่งที่คิดไม่ถึง

การกำหนดแหล่งที่มาของแหล่งกำเนิดมีความสำคัญมากในการแก้ปัญหาหลายประการ เช่น การระบุแหล่งกำเนิดของวัตถุระเบิดช่วยในการค้นหาผู้ก่อการร้าย ยาเสพติด เพื่อต่อสู้กับการแพร่กระจายและปิดกั้นเส้นทางการจราจร ความมั่นคงทางเศรษฐกิจของประเทศมีความน่าเชื่อถือมากขึ้นหากบริการศุลกากรไม่เพียงสามารถยืนยันโดยการวิเคราะห์ในกรณีที่มีข้อสงสัยถึงประเทศต้นทางของสินค้า แต่ยังรวมถึงการปฏิบัติตามประเภทและคุณภาพที่ประกาศไว้ด้วย และการวิเคราะห์น้ำมันและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมเป็นสิ่งจำเป็นไม่เพียงแต่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการกลั่นน้ำมันหรือสำหรับนักธรณีวิทยาในการค้นหาแหล่งน้ำมันใหม่ แต่ยังเพื่อระบุผู้ที่รับผิดชอบต่อการรั่วไหลของน้ำมันในมหาสมุทรหรือบนบก

ในยุค “เคมี” เกษตรกรรม» ปัญหาการมีอยู่ของปริมาณการใช้ สารเคมี(เช่นยาฆ่าแมลง) ใน ผลิตภัณฑ์อาหาร. สารเหล่านี้อาจทำให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์อย่างไม่สามารถแก้ไขได้

สารที่ก่อให้เกิดเทคโนโลยีจำนวนหนึ่ง (นั่นคือ สารที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ แต่ปรากฏเป็นผลมาจากกิจกรรมทางอุตสาหกรรมของมนุษย์) สารเป็นพิษร้ายแรง (ซึ่งเป็นพิษ เป็นสารก่อมะเร็ง หรือส่งผลร้ายต่อสุขภาพของมนุษย์ในระดับความเข้มข้นต่ำมาก) ตัวอย่างคือไดออกซินที่รู้จักกันดี

การมีอยู่ของพลังงานนิวเคลียร์เป็นสิ่งที่คิดไม่ถึงหากไม่มีแมสสเปกโตรมิเตอร์ ด้วยความช่วยเหลือจะกำหนดระดับการเพิ่มคุณค่าของวัสดุฟิสไซล์และความบริสุทธิ์ของพวกมัน

แน่นอนว่าการแพทย์ไม่สามารถทำได้หากไม่มีแมสสเปกโตรมิเตอร์ ไอโซโทปแมสสเปกโตรเมตรีของอะตอมคาร์บอนใช้สำหรับการวินิจฉัยทางการแพทย์โดยตรงเกี่ยวกับการติดเชื้อ Helicobacter pylori ในมนุษย์ และเป็นวิธีการวินิจฉัยที่เชื่อถือได้มากที่สุดในบรรดาวิธีการวินิจฉัยทั้งหมด นอกจากนี้ยังใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์เพื่อพิจารณาว่ามีสารต้องห้ามในเลือดของนักกีฬาหรือไม่

เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงกิจกรรมของมนุษย์ที่ไม่มีสถานที่สำหรับแมสสเปกโตรมิเตอร์ เราจะจำกัดตัวเองอยู่เพียงแค่รายการ: เคมีวิเคราะห์ ชีวเคมี เคมีคลินิก เคมีทั่วไปและเคมีอินทรีย์ เภสัชกรรม เครื่องสำอาง น้ำหอม อุตสาหกรรมอาหาร การสังเคราะห์ทางเคมี ปิโตรเคมีและการกลั่นน้ำมัน การควบคุม สิ่งแวดล้อมการผลิตโพลีเมอร์และพลาสติก การแพทย์และพิษวิทยา นิติเวช การควบคุมสารต้องห้าม การควบคุมยา การควบคุม เครื่องดื่มแอลกอฮอล์, ธรณีเคมี, ธรณีวิทยา, อุทกวิทยา, ปิโตรกราฟี, แร่วิทยา, ธรณีวิทยา, โบราณคดี, อุตสาหกรรมนิวเคลียร์และพลังงาน, อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์, โลหะวิทยา

การประยุกต์แมสสเปกโตรเมตรี

• · พลังงานนิวเคลียร์;
• · โบราณคดี;
• · ปิโตรเคมี;
• · ธรณีเคมี (ธรณีวิทยาไอโซโทป);
• · เคมีเกษตร;
• · อุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์
• · การวิเคราะห์วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ โลหะบริสุทธิ์สูง ฟิล์มบาง และผง (เช่น U และออกไซด์ของธาตุหายาก)
• · เภสัชกรรม - เพื่อควบคุมคุณภาพของยาที่ผลิตและระบุยาปลอม
• · การวินิจฉัยทางการแพทย์
• · ชีวเคมี - การจำแนกโปรตีน การศึกษาเมแทบอลิซึมของยา

โครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมตรี

โครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมทรีเป็นวิธีการวิเคราะห์ส่วนผสมของสารอินทรีย์ส่วนใหญ่ และหาปริมาณปริมาณเล็กน้อยของสารในปริมาตรของของเหลว วิธีการนี้อาศัยการใช้วิธีอิสระสองวิธีร่วมกัน ได้แก่ โครมาโตกราฟีและแมสสเปกโตรเมทรี ด้วยความช่วยเหลือของสิ่งแรกส่วนผสมจะถูกแยกออกเป็นส่วนประกอบด้วยความช่วยเหลือของสิ่งที่สองการระบุและการกำหนดโครงสร้างของสารและการวิเคราะห์เชิงปริมาณจะดำเนินการ โครมาโทกราฟี-แมสสเปกโตรเมตรีที่รู้จักมีอยู่ 2 รูปแบบ ซึ่งเป็นการผสมผสานระหว่างแมสสเปกโตรเมทรีกับโครมาโตกราฟีแบบแก๊ส-ของเหลว (GLC) หรือโครมาโตกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง

ข้าว. 10.

การศึกษาครั้งแรกเกี่ยวกับความสามารถในการวิเคราะห์ของแก๊สโครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมทรีดำเนินการในปี 1950 ซึ่งเป็นเครื่องมือทางอุตสาหกรรมชิ้นแรกที่มีการรวมโครมาโตกราฟีระหว่างแก๊ส-ของเหลวและ

แมสสเปกโตรมิเตอร์ปรากฏในยุค 60 ความเข้ากันได้ขั้นพื้นฐานของอุปกรณ์ทั้งสองนี้เกิดจากการที่ในทั้งสองกรณี สารที่วิเคราะห์อยู่ในเฟสก๊าซ ช่วงอุณหภูมิในการทำงานเท่ากัน และขีดจำกัดการตรวจจับ (ความไว) ใกล้กัน ความแตกต่างก็คือว่าแหล่งกำเนิดไอออนของแมสสเปกโตรมิเตอร์จะรักษาสุญญากาศสูงไว้ (10 -5 - 10 -6 Pa) ในขณะที่ความดันในคอลัมน์โครมาโตกราฟีอยู่ที่ 10 5 Pa เพื่อลดความดัน จะใช้ตัวแยก โดยปลายด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับทางออกของคอลัมน์โครมาโตกราฟี และอีกด้านเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดไอออนของแมสสเปกโตรมิเตอร์ เครื่องแยกจะกำจัดก๊าซตัวพาส่วนใหญ่ออกจากกระแสก๊าซที่ออกจากคอลัมน์ และอินทรียวัตถุจะถูกส่งผ่านไปยังแมสสเปกโตรมิเตอร์ ในกรณีนี้ ความดันที่ทางออกของคอลัมน์จะลดลงเหลือความดันใช้งานในแมสสเปกโตรมิเตอร์

หลักการทำงานของตัวแยกขึ้นอยู่กับความแตกต่างในการเคลื่อนย้ายของโมเลกุลของก๊าซตัวพาและสารวิเคราะห์ หรือขึ้นอยู่กับความสามารถในการซึมผ่านที่แตกต่างกันผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ ในอุตสาหกรรม เครื่องแยกการฉีดที่ทำงานบนหลักการแรกมักถูกใช้บ่อยที่สุด ตัวแยกขั้นตอนเดียวประเภทนี้ประกอบด้วยหัวฉีดสองตัวที่มีรูเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กซึ่งติดตั้งตรงข้ามกันทุกประการ สร้างแรงดัน 1.33 Pa ในปริมาตรระหว่างหัวฉีด การไหลของก๊าซจากคอลัมน์โครมาโตกราฟีผ่านหัวฉีดตัวแรกที่ความเร็วเหนือเสียงเข้าสู่บริเวณสุญญากาศ ซึ่งโมเลกุลแพร่กระจายด้วยความเร็วแปรผกผันกับมวลของมัน เป็นผลให้โมเลกุลของก๊าซตัวพาที่เบากว่าและเร็วขึ้นถูกสูบออกโดยปั๊ม และโมเลกุลของอินทรียวัตถุที่ช้ากว่าจะเข้าไปในรูของหัวฉีดอันที่สองและจากนั้นเข้าไปในแหล่งกำเนิดไอออนของแมสสเปกโตรมิเตอร์ อุปกรณ์บางชนิดมีการติดตั้งตัวแยกสองขั้นตอนพร้อมกับชุดหัวฉีดที่คล้ายกันอีกชุดหนึ่ง สุญญากาศสูงจะถูกสร้างขึ้นในปริมาตรระหว่างกัน ยิ่งโมเลกุลของก๊าซพาหะมีน้ำหนักเบาเท่าใด โมเลกุลของก๊าซพาหะก็จะยิ่งถูกกำจัดออกจากกระแสก๊าซได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งมีการเสริมสมรรถนะมากขึ้นเท่านั้น อินทรียฺวัตถุ.

ก๊าซตัวพาที่สะดวกที่สุดสำหรับแก๊สโครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมตรีคือฮีเลียม ประสิทธิภาพของตัวแยกเช่น อัตราส่วนของปริมาณอินทรียวัตถุในกระแสก๊าซที่ออกจากคอลัมน์ต่อปริมาณที่เข้าสู่แมสสเปกโตรมิเตอร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอัตราการไหลของก๊าซตัวพาที่เข้าสู่เครื่องแยก ที่อัตราการไหลที่เหมาะสมที่สุดที่ 20-30 มิลลิลิตรต่อนาที ก๊าซตัวพาจะถูกกำจัดออกไปถึง 93% และสารที่วิเคราะห์มากกว่า 60% จะเข้าสู่แมสสเปกโตรมิเตอร์ อัตราการไหลของก๊าซตัวพานี้เป็นเรื่องปกติสำหรับคอลัมน์ที่บรรจุ ในกรณีของการใช้คอลัมน์โครมาโตกราฟีแบบแคปิลลารี อัตราการไหลของก๊าซตัวพาจะต้องไม่เกิน 2-3 มิลลิลิตร/นาที ดังนั้น ที่ทางออก จะมีการเติมก๊าซตัวพาเพิ่มเติมจำนวนหนึ่งเข้าไปในการไหลของก๊าซ เพื่อให้อัตราการไหลเข้าสู่ เครื่องแยกถึง 20-30 มล./นาที สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพของตัวแยกที่ดีที่สุด คอลัมน์ควอตซ์คาปิลลารีที่ยืดหยุ่นสามารถใส่ลงในแหล่งไอออนได้โดยตรง ในกรณีนี้ แหล่งกำเนิดไอออนจะต้องมีระบบปั๊มที่ทรงพลังซึ่งรักษาระดับสุญญากาศสูงไว้

แมสสเปกโตรมิเตอร์ควบคู่กับแก๊สโครมาโตกราฟีใช้การกระแทกของอิเล็กตรอน สารเคมี หรือสนามไอออไนซ์ คอลัมน์โครมาโตกราฟีจะต้องมีเฟสของเหลวที่อยู่นิ่งซึ่งระเหยได้ต่ำและทนความร้อนได้ เพื่อให้สเปกตรัมมวลของไอระเหยไม่ทับซ้อนกับสเปกตรัมของสารวิเคราะห์

สารวิเคราะห์ (โดยปกติจะอยู่ในสารละลาย) ถูกนำเข้าไปในเครื่องระเหยโครมาโตกราฟี ซึ่งจะระเหยทันที และไอที่ผสมกับก๊าซตัวพาจะเข้าสู่คอลัมน์ภายใต้ความกดดัน ที่นี่ส่วนผสมจะถูกแยกออก และส่วนประกอบแต่ละส่วนในกระแสของก๊าซตัวพาจะเข้าสู่ตัวแยกขณะที่มันถูกชะออกจากคอลัมน์ ในตัวแยก ก๊าซตัวพาจะถูกกำจัดออกไปเป็นส่วนใหญ่ และกระแสก๊าซที่อุดมด้วยสารอินทรีย์จะเข้าสู่แหล่งกำเนิดไอออนของแมสสเปกโตรมิเตอร์ ซึ่งโมเลกุลจะถูกแตกตัวเป็นไอออน จำนวนไอออนที่เกิดขึ้นในกรณีนี้จะแปรผันตามปริมาณของสารที่เข้ามา โครมาโตแกรมจะถูกบันทึกโดยใช้เซ็นเซอร์ที่ติดตั้งในแมสสเปกโตรมิเตอร์ที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของกระแสไอออนทั้งหมด ดังนั้นแมสสเปกโตรมิเตอร์จึงถือเป็นเครื่องตรวจจับสากลสำหรับโครมาโตกราฟี ในเวลาเดียวกันกับการบันทึกโครมาโตกราฟีที่จุดใดๆ ซึ่งโดยปกติจะอยู่ที่ด้านบนสุดของจุดสูงสุดของโครมาโทกราฟี ก็สามารถบันทึกสเปกตรัมมวลได้ ซึ่งทำให้สามารถสร้างโครงสร้างของสารได้

เงื่อนไขที่สำคัญสำหรับการทำงานของอุปกรณ์คือการบันทึกสเปกตรัมมวลอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะต้องบันทึกในเวลาที่สั้นกว่าเวลาที่ใช้สำหรับจุดสูงสุดของโครมาโตกราฟีมาก การบันทึกสเปกตรัมมวลอย่างช้าๆ สามารถบิดเบือนอัตราส่วนของความเข้มสูงสุดในนั้นได้ ความเร็วในการลงทะเบียนสเปกตรัม (ความเร็วการสแกน) ถูกกำหนดโดยเครื่องวิเคราะห์มวล เวลาการสแกนที่สั้นที่สุดสำหรับสเปกตรัมมวลเต็ม (หลายมิลลิวินาที) นั้นมาจากเครื่องวิเคราะห์สี่ขั้ว ในแมสสเปกโตรมิเตอร์สมัยใหม่ที่ติดตั้งคอมพิวเตอร์ การสร้างโครมาโตกราฟีและการประมวลผลสเปกตรัมมวลจะดำเนินการโดยอัตโนมัติ ในช่วงเวลาปกติ เมื่อส่วนประกอบของส่วนผสมถูกชะล้างออกไป สเปกตรัมมวลจะถูกบันทึก ซึ่งเป็นลักษณะเชิงปริมาณที่สะสมอยู่ในหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ สำหรับการสแกนแต่ละครั้ง ความเข้มของไอออนที่ตรวจพบทั้งหมดจะถูกรวมเข้าด้วยกัน เนื่องจากค่ารวมนี้ (กระแสไอออนทั้งหมด) เป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของสารในแหล่งกำเนิดไอออน จึงใช้ในการสร้างโครมาโตแกรม (ค่านี้จะถูกพล็อตไปตามแกนพิกัด และเวลากักเก็บและหมายเลขการสแกนจะถูกพล็อตไปตาม แกนแอบซิสซา) ด้วยการระบุหมายเลขการสแกน คุณสามารถเรียกสเปกตรัมมวล ณ จุดใดก็ได้ในโครมาโตแกรมจากหน่วยความจำได้

ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น สามารถวิเคราะห์ส่วนผสมของสารที่ถูกแยกอย่างดีพอสมควรในคอลัมน์แก๊สโครมาโทกราฟี-มวลสเปกโตรเมทรีที่เหมาะสม บางครั้งอาจสามารถตรวจสอบพีคของโครมาโทกราฟีที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขได้ สารที่อยู่ระหว่างการศึกษาต้องมีความเสถียรทางความร้อน และเคลื่อนที่ได้ทางโครมาโทกราฟีในช่วง อุณหภูมิในการทำงานคอลัมน์จะถูกถ่ายโอนไปยังเฟสไอที่อุณหภูมิเครื่องระเหยได้อย่างง่ายดาย หากสารไม่เป็นไปตามข้อกำหนดเหล่านี้ พวกมันสามารถถูกดัดแปลงทางเคมีได้ ตัวอย่างเช่น โดยไซลิเลชัน, อัลคิเลชันหรือเอซิเลชันของหมู่ไฮดรอกซี, คาร์บอกซี, เมอร์แคปโต และหมู่อะมิโน

ความไวของแก๊สโครมาโตกราฟี - แมสสเปกโตรมิเตอร์ (ปกติ 10 -6 -10 -9 กรัม) ถูกกำหนดโดยความไวของเครื่องตรวจจับแมสสเปกโตรมิเตอร์ โครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมทรีประเภทที่มีความไวมากกว่า (10 -12 -10 -15 กรัม) คือแมสแฟรกเมนต์กราฟี หรือที่เรียกว่าการคัดเลือกไอออนหรือการตรวจจับไอออนหลายไอออน สาระสำคัญของมันคือ โครมาโตกราฟีไม่ได้ถูกบันทึกโดยกระแสไอออนทั้งหมด แต่โดยไอออนที่มีลักษณะเฉพาะส่วนใหญ่ของสารที่กำหนด โครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมตรีประเภทนี้ใช้เพื่อค้นหา ระบุ และวิเคราะห์เชิงปริมาณของสารที่มีสเปกตรัมมวลที่รู้จักซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของส่วนผสมที่ซับซ้อน ตัวอย่างเช่น ในการกำหนดปริมาณปริมาณของร่องรอยของสารในของเหลวชีวภาพในปริมาณมาก (ยา เภสัชวิทยา พิษวิทยา การควบคุมสารต้องห้าม ชีวเคมี) การแยกส่วนมวลจะดำเนินการโดยใช้แก๊สโครมาโทกราฟี-มวลสเปกโตรมิเตอร์ อุปกรณ์พิเศษ- เครื่องตรวจจับหลายไอออนหรือใช้คอมพิวเตอร์ที่สามารถสร้างโครมาโตกราฟีสำหรับไอออนหนึ่งหรือหลายไอออนได้ โครมาโตกราฟีดังกล่าวแตกต่างจากโครมาโตกราฟีแบบทั่วไปตรงที่มียอดเฉพาะของส่วนประกอบที่มีสเปกตรัมมวลประกอบด้วยไอออนดังกล่าว การวิเคราะห์ดำเนินการโดยใช้มาตรฐานภายใน ซึ่งมักจะเป็นแบบอะนาล็อกของสารที่ต้องการ โดยมีป้ายกำกับด้วยไอโซโทปเสถียร (2 H, 13 C, 15 N, 18 O)

อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับแก๊สโครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมทรีคือการรวมโครมาโตกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูงและแมสสเปกโตรเมทรีเข้าด้วยกัน วิธีการนี้มีไว้สำหรับการวิเคราะห์ส่วนผสมของสารมีขั้วที่มีความผันผวนสูง ซึ่งไม่สามารถวิเคราะห์ด้วยแก๊สโครมาโทกราฟี-แมสสเปกโตรเมทรี เพื่อรักษาสุญญากาศในแหล่งกำเนิดไอออนของแมสสเปกโตรมิเตอร์ จำเป็นต้องกำจัดตัวทำละลายที่มาจากโครมาโตกราฟีในอัตรา 0.5-5 มิลลิลิตร/นาที ในการทำเช่นนี้ส่วนหนึ่งของการไหลของของเหลวจะถูกส่งผ่านรูขนาดหลายไมครอนซึ่งเป็นผลมาจากการหยดที่เกิดขึ้นซึ่งตกลงไปในเขตร้อนซึ่งตัวทำละลายส่วนใหญ่ระเหยออกไปและส่วนที่เหลือพร้อมกับ สารเข้าสู่แหล่งกำเนิดไอออนและแตกตัวเป็นไอออนทางเคมี

อุปกรณ์อุตสาหกรรมจำนวนหนึ่งใช้หลักการของสายพานลำเลียง สารที่ชะออกจากคอลัมน์จะตกลงบนสายพานที่กำลังเคลื่อนที่ ซึ่งไหลผ่านห้องที่ให้ความร้อนด้วยอินฟราเรดซึ่งตัวทำละลายจะระเหยไป จากนั้นแถบที่มีสารจะผ่านบริเวณที่ได้รับความร้อนจากเครื่องทำความร้อนอีกเครื่องหนึ่ง ซึ่งสารที่วิเคราะห์ระเหยกลายเป็นไอ หลังจากนั้นจะเข้าสู่แหล่งกำเนิดไอออนและแตกตัวเป็นไอออน มากกว่า วิธีการที่มีประสิทธิภาพการผสมผสานระหว่างโครมาโตกราฟีก๊าซ-ของเหลวประสิทธิภาพสูงและแมสสเปกโตรมิเตอร์ที่ใช้สเปรย์ไฟฟ้าและความร้อน ในกรณีนี้ สารชะจะถูกส่งผ่านเส้นเลือดฝอยที่ให้ความร้อนถึง 150 °C และพ่นเข้าไปในห้องสุญญากาศ ไอออนของบัฟเฟอร์ที่อยู่ในสารละลายมีส่วนในการสร้างไอออน หยดที่เกิดขึ้นจะมีประจุบวกหรือลบ เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก การไล่ระดับของสนามไฟฟ้าสูงจึงถูกสร้างขึ้นตามหยด และเมื่อหยดสลายตัว การไล่ระดับสีนี้จะเพิ่มขึ้น ในกรณีนี้ การสลายไอออนหรือกระจุกของโปรตอน (โมเลกุลของสาร + บัฟเฟอร์แคตไอออน) เกิดขึ้นจากหยด

วิธีโครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมทรีใช้สำหรับการศึกษาเชิงโครงสร้างและการวิเคราะห์ในเคมีอินทรีย์ ปิโตรเคมี ชีวเคมี การแพทย์ เภสัชวิทยา การคุ้มครองสิ่งแวดล้อม ฯลฯ