1
7. MASENA SPEKTROMETRIJA
Masena spektrometrija je metoda kvalitativne, kvantitativne, izotopske i
strukturne hemijske analize, koja se zasniva na razlici molekulskih masa.
Analizirani uzorak se prevodi u stanje jonizovanog gasa od kojeg se formira
snop ubrzanih jona jednakih energija, ali različitog odnosa mase i
naelektrisanja. Prolaskom kroz magnetno polje ili kombinaciju elektrostatičkog i
magnetnog polja polazni snop jona se razlaže na osnovu razlike odnosa
mase i naelektrisanja.
Za većinu jonskih čestica e=1, te odnos m/e predstavlja masu tog jona.
Maseni spektar snimljen na fotografskoj ploči u mnogome podseća na
linijski spektar u optičkoj spektroskopiji, pri čemu svaka linija predstavlja
jednu vrstu jona, odnosno njihovu masu. Ključne karakteristike masene
spektroskopije:
1. Izvanredna osetljivost,
2. Za analizu dovoljan uzorak reda veličine 10
-3
g,
3. Snimanjem jednog masenog spektra, moguće je odrediti prisustvo
više komponenata u smeši,
4. Široka dinamička oblast koncentracija;
5. Savremeni sistemi detekcije omogućuju identifikaciju na osnovu
prisustva od samo oko 1000 atoma neke vrste (10
-19
g).
Ograničenja za primenu MS:
1. Visoka cena instrumenata,
2. Relativna složenost u interpretaciji masenih spektara.
Princip masene spektroskopije je da:
1) Od molekula generiše molekulske jone
2
2) Molekulski joni se raspadaju na druge jone – fragmente
3) Svi jone se kreću u električnom ili magnetnom polju u zavisnosti od
odnosa m/e
4)
Zapis svih jona čini maseni spektar
7.1 Glavni delovi masenog spektrometra
Glavni delovi sistema masene spektrometrije (prikazani na slici 21) su:
A) Sistem za unošenje uzorka
B) Jonski izvor (jonska komora)
C) Analizator mase
D) Detektor
Slika 21. Šema sistema masene spektroskopije
A) Sistem za unošenje uzorka
Uzorak za analizu može biti u čvrstom, tečnom ili gasovitom stanju. Osnovni
uslov je da bude dovoljno isparljiv kako bi se mogao prevesti u gasovitu
4
4. Jonizacija potpomognuta laserskom desorpcijom iz matriksa (MALDI
– Matrix Assisted Laser Desorption Ionization)
C)Analizatori masa
Tip masenog spektrometra i njegovu moć razlaganja određuje analizator masa.
Moć razlaganja je odnos posmatrane mase prema razlici posmatrane mase i
njoj najbliže mase koja se u spektru manifestuje kao odvojena linija.
Analizatori koji se koriste u savremenim masenim spektrometrima mogu se
podeliti na statičke i dinamičke.
Kod statičkih analizatora razdvajanje jona po masama se zasniva na
razlikama geometrijskih karakteristika njihovih putanja, a kod dinamičkih
razdvajanje se postiže na bazi razlika u vremenu proleta jona kroz određen
prostor analizatora. Statički analizatori su magnetni (slika 22) ili
kombinovani elektrostatički i magnetni, a dinamički su kvadropolni i
analizatori na bazi vremena proleta.
Slika 22. Šematski prikaz masenog spektrometra sa magnetnim sektorom
Pozitivni joni koji nastaju pri bombardovanju elektronima ili kasnije
cepanjem molekulskog jona, ubrzavaju se na jednom kraju komore,
pomoću negativno naelektrisanih ploča. Neki joni prolaze kroz pukotinu u
sredini ploče za ubrzavanje i ulaze u polukružnu cev gde na njih deluje
5
promenljivo magnetno polje. Pri
prolasku kroz magnetno polje joni skreću sa putanje, u zavisnosti od
njihove brzine, naelektrisanja i mase.
Veličina skretanja obrnuto je proporcionalna masi svakog fragmenta. Lakši
fragmenti skreću više. Joni se sakupljaju u kolektoru gde se detetektuju
njihova detekcija. U kolektoru nastaje elektronski signal, koji se pojačava i
zapisuje na spektru masa prema rastućim masama i relativnom intenzitetu.
D) Detektori
Pošto je jedna jonska vrsta (masa) razdvojena od druge, potrebno je
njeno prisustvo i količinu registrovati uz pomoć detektora. Najširu primenu
našao je elektronski multiplikator, slika 23.
Slika 23. Prikaza elektronskog multiplikatora
Udar pozitivnog jona sa visokim sadržajem energije, o metalnu površinu
prouzrokuje prouzrokuje emitovanje izvesnog broja sekundarnih elektrona.
Između katode i sledeće elektrode (diode) postoji naponska razlika pod
čijim dejstvom emitovani elektroni se ubrzavaju i udaraju u površinu diode.
Kao rezultat, opet se emituje izvestan broj elektrona, ovog puta daleko veći
nego u prvom sudaru sa katodama. Proces izbijanja novih elektrona se tako
nastavlja kroz čitav niz dioda kojih može biti desetak i više. Rezultat je
konstantno uvećanje broja elektrona, takozvani „efekat lavine“. Na kraju svi
