Способ масс-спектрометрического анализа молекулярных нелетучих веществ

Способ масс-спектрометрического анализа молекулярных нелетучих веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Г. Д. Танцырев и И. И, Поволоцкая;- ;.

Б с,"

Ордена Ленина институт химической физики АН6Сф изобретения (7l) Заявитель (54) СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

МОЛЕКУЛЯРНЫХ НЕЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к исследо= ванне физических и химических свойств веществ, а именно к способу анализа нелетучих веществ, s частности аминокислот по масс-спектру вторичных ионов, выбиваемых из исследуемого об5 разца пучком ускоренных атомарных частиц, и может быть использовано в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, при различных биологических исследованиях для качественного и количественного анализа аминокислот.

Известен способ идентификации инди видуальных аминокислот и ряда других биологически активных соединений по вторично-эмиссионным масс-спектрам.

В этом случае исследуемый образец (мишень) приготавливают путем высажиго вания из водного раствора твердой пленки 1 несколько молекулярных слоев ) вещества на металлическую подложку, которую затем подвергают бомбардировке ускоренными ионами, а выбиваемые из нее вторичные ионы регистрируют масс-спектрометром. Полученные таким способом вторично-эмиссионные массспектры содержат целый набор осколочных ионов (заряженные осколки мо-. лекул) и протонированные молекулярные ионы типа (И + Н), где И - молекула, Н - атом водорода. Для аналитических целей большой интерес представляют протонированные молекулярные ионы, так как по ним можно легко установить молекулярную массу вещества it ).

Данный способ не обеспечивает проведения качественного и количественного анализа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ масс-спектрометрического анализа молекулярных нелетучих веществ путем облучения исследуемого образца иониэирующим облучением и реЦель изобретения - повышение точности и информативности за счет обес-55 печения возможности проведения количественного анализа смесей и упрощения процесса анализа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу масс-спектромет- 4ю рического анализа молекулярных нелетучих веществ путем облучения исследуемого образца ионизирующим излучени ем и регистрации масс-спектров вторичных ионов, в качестве образца ис- .45 пользуют жидкий раствор исследуемого вещества или смеси веществ а раст-ворителе, упругость пара которого не превышает 10 торр.

Причем а качестве растворителя ис- 5Ю пользуют глицерин, а а качестве ионизирующего излучения - пучок ускоренных атомных частиц.

Во вторично-эмиссионном масс-.спектре, полученном с такой жидкой мишени, 55 кроме вторичных ионов, образующихся из молекул растворителя, присутствуют также ионы растворенного вещества.

3 98382 гистрации масс-спектров вторичных ионов. Удовлетворительные масс-спектры вторичных ионов рассматриваемых веществ удается получить при выполнении следующих экспериментальных условий.

Во время измерений остаточное давление в установке не должно превы" шать 10 0 торр. При более высоких давлениях поверхность мишени очень 10 быстро (за несколько секунд) покрывается слоем адсорбированных из газовой фазы молекул остаточного газа, а результате чего в масс-спектре преобладают ионы, образующиеся из загрязне- 15 ний. Плотность тока в пучке бомбардирующих ионов не должна превышать

10 А/см,так как при больших плотностях тока происходит быстрое необратимое разрушение поверхности мишени, < в результате чего вторично-эмиссионный масс-спектр сильно искажается и уже не отражает химического состава образца. Такой способ анализа получил название статического метода масс25 спектрометрии вторичных ионов (2 ), Недостатками статического метода анализа являются невозможность проведения качественного и количественного определения состава смеси нескольких веществ, а также сложность проведения анализа.

9 4

Использование жидкого раствора аминокислот в глицерине обеспечивает высокую гомогенность мишени и, следовательно, возможность качественного и и количественного анализа смеси. Поверхностный слой жидкой мишени из-за диффузионного обмена со всей массой жидкости практически не загрязняется адсорбированными из газовой фазы по= сторонними молекулами и продуктами диссоциации материала мишени, вызванной бомбардирующими частицами. Это позволяет проводить измерения на уста новках с относительно низким вакуумом и использовать интенсивные бомбардирующие пучки, тем самым увеличивая выхОД втОричных иОнОВ.

На фиг. 1 проведен вторично-эмиссионный масс-спектр раствора валина в глицерине; на фиг. 2 - вторичноэмиссионный масс-спектр раствора четырех аминокислот а глицерине.

Цифрой 1 обозначен пик, обусловленный протонированными молекулярными ионами глицерина (Н+СНОН(СН ОН) )+ а цифрой 2 - пик, обусловленный протонированными молекулярными ионами валина tH + (CH>)> СН СНЙН .СО Н 3, Все ионы, расположенные слева от пиков 1 и 2, обусловлены осколочными ионами, образующимися из молекул глицерина и валина. Цифрой 3 обозначен пик, обусловленный протонированными молекулярными ионами Р -аланина, (Н + NH (СН ) 2 СО Ь), цифрои 4пик протонированных молекулярных ионов глицерина (Н + СНОН(СН ОН)2)+, цифрой 5 - пик протонировайных молекулярных ионов валина (Н + (СН )2 х

«СН - CHNH2 - С02Н ) +, цифрой 6 - пик протонированных молекулярных ионов

DL - лизина (Н + NH (СН ), CHN Н х х СО Н 3 и цифрои 7 - пик протониро ванных молекулярных ионов L - аргинина (Н + NH< С(МН) - МН(СН2) х х СН(НН,)CO Й)+

Il р и м е р 1. Иишень приготавливают следующим образом. Навеску сухого валина растворяют в глицерине.

Концентрация валина а глицерине составляет 0,75 вес.4. Полученный раствор наносят на никеле.вую подложку слоем 0,3 мм. Подложку с раствором вводят в масс-спектрометр. Запись масс-спектра производят при следующих условиях: давлениеь остаточных газов в приборе 1О, торр, температура мишени 25 С, бомбардировк

83829 6

Используя. масс-спектр, приведенный на фиг. 2, по пикам протонироваиных молекулярных ионов -рассчитывают состав смеси. Относительную чувстви5 теяьность прибора для каждой амино.кислоты определяют flo вторично-эмис- . сионным масс-спектрам бинарных сме,сей аминокислот известного состава, в которых валин берут в качестве стан дартного вещества.

Опреде ю лена по массспектру мол.3

ОтносиИстинное со держа" ние, мол.Ф

Аминокислоты тельная ошибка, вая предельную чувствительность .массо- . спектрометрической установки, размер облучаемого участка мишени (0,04 см ) >> и толщину пленки (0,03 см), минимальное количество аминокислоты, которое может быть зарегистрировано данныи способом, составляет 10 - .10 8 г.

П р и-и е р 2. Мишень приготавли- ЗО вают следующим образом. Навеску сухой смеси аминокислот известного со1 става -растворяют в глицерине. Суммарная концентрация аминокислот в растворе составляет 1,5 вес.Ф. Раствор на- 35 носят слоем 0,3 мм на никелевую подложку, которую затем вводят в массспектрометр. Условия записи вторичноэмиссионного масс-спектра те же, что и в предыдущем примере.

22.7. 21,6

47,1 50,430,2 27,9

Аланин

Лизин

Аргинин

t 1

Пример Название соединения

Аскорбиновая кислота С Н О

122

4 Никотинамид

C686N20

5 Дипептид аланиллейцин С9Н48 205

202 масс-сйектры молекулярных нелетучих веществ при .сравнительно невысоком

5 вакууме и при интенсивной бомбардировке мишени. Такое стабилизирующее действие растворителя объясняется

Таким образом, приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ позволяет упростить процесс анализа, так как дает возможность полу чать устойчивые вторично-эмиссионные

9 атомами Ar с энергией 2,5,кэЗ и плотностью потока 10 > атом/см с.

Масс-спектр записывают через

20 мин после включения бомбардирующего пучка. Из полученного при этих условиях масс-спектра вторичных ионов (фиг. 1) видно, что имеется интенсивный пик 2, соответствующий протонированному молекулярному иону валина. Все природные аминокислоты за исключением аланина и глицерина имеют молекулярные веса, превышающие иолекулярный вес глицерина (И=92), и ïîэтому их протонированные молекулярwe ионы располагаются-в области масс-спектра, свободной от вторичных ионов, образующихся из молекул гли" церина.

Используя пики таких протонированных молекулярных ионов, определяют молекулярный вес аминокислоты и, следовательно, идентифицируют ее. УчитыРезультаты такого анализа и истинный состав смесей аминокислот приведе- ны в т бл. 1.

Таблица 1

Пример ы 3-5. По методике, описанной в примере 1, получают массспектрометры аскорбиновой кислоты, никотинамида и дипептида аланиллейцина (табл. 2). В полученных массспектрах имеются достаточно интенсивные пики протонированных молекулярных ионов, по которым устанавливают молекулярные веса веществ и, следовательно, их идентифицируют.

Таблица 2

Формула Молекулярный вес

7 98382 тем, Что в отличие от твердого тела посторонние молекулы, попадающие на поверхность жидкой мишени, а также продукты диструкции вещества мишени, вызванной ударами бомбардирующих час- 5 тиц, за сравнительно короткий проме-, жуток времени диффундируют в обьем жидкости, и за счет этого процесса поверхность мишени все время очищается. Мишень, приготовленная из жид- ® кого раствора смеси молекулярных нелетучих веществ в растворителе с упругостью пара, не превышающей

10 > торр, обладает очень хорошей гомогенностью. Это обеспечивает повыше- 5

we точности и информативности способа анализа ad счет обеспечения возможности проведенИя количественного анализа смесей.

2С

Формула изобретения

Способ масс-спектрометрического анализа молекулярных нелетучих веществ путем облучения исследуемого образца йонизирующим излучением и регистрации масс-спектров вторич9 8 ных ионов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности за счет обеспечения возможности проведения количественного анализа смесей и упрощения процесса анализа, используют в каче.стве образца жидкий раствор исследуемого вещества или смеси веществ в растворителе, упругость пара которого не превышает 10 торр.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что в качестве растворителя используют глицерин.

Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и " с я тем,,что в качестве ионизирующего излучения используют пучок ускоренных атомных частиц.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

A. Benninghoven О. 3 aspers

M. Sichterman Secondary 1on emission

of aminoacids, Appl. Phys, 1l, 3539, 1976.

2. А.Benninghoven Ana lys s of

submonolayers on ы iver by negative

secondary -ion emiзы on Phys Status

Solidi v. 34, М 2, К169-К 171, 1969