инженер-химик.рф

Информационный портал для химиков


Хромато-масс-спектрометрия

Сочетание ГХ и масс-спектрометрии – один из наиболее эффективных методов анализа сложных смесей в объектах окружающей среды. Аналитические возможности ГХ и масс-спектрометрии идеально дополняют друг друга, и сочетание методов позволяет получать большой объем информации. На рис. 12 приведена схема компьютеризированой хромато-масс-спектрометрической установки, которая позволяет провести все стадии анализа самых сложных смесей органических веществ.

ГХ и МС присущи общие особенности – в обоих методах:
– анализ вещества проводится в газовой фазе;
– количество вещества, необходимое для одного анализа, составляет 10-6 г;
– скорости выполнения анализов в обоих методах могут быть согласованы таким образом, что в процессе элюирования одного хроматографического пика можно измерить несколько полных масс-
спектров.

Рис.12. Основные элементы системы: газовый хроматограф – масс-спектрометр – компьютер

Различие состоит в том, что в ионном источнике масс-спектрометра поддерживается высокий вакуум (10-5-10-6 Па), тогда как давление в хроматографической колонке 105 Па. Для понижения давления используют молекулярный сепаратор, который одним концом соединен с хроматографической колонкой, а другим с ионным источником масс-спектрометра. Сепаратор удаляет из газового потока, выходящего из колонки, основную часть газа-носителя, а органическое вещество пропускает в масс-спектрометр. Давление при этом понижается до рабочего давления масс-спектрометра. Для этого используют следующие процессы массопереноса:

– эффузию через узкие поры и щели;
– диффузию в расширяющейся газовой струе;
– диффузию через полупроницаемые мембраны.

Эти процессы используются в эффузионном, струйном и мембранном молекулярных сепараторах, соответственно.

Для ионизации используют ионный удар, но более интересен другой способ ионизации – химическая ионизация. При этом способе источник ионов заполняется газом-реактантом, который ионизируется электронным ударом, а молекулы определяемых органических соединений
превращаются в ионы за счет взаимодействия с ионами газа-реактанта или «медленными» электронами. Такая ионизация является «мягкой», то есть образовавшиеся ионы не разваливаются на мелкие фрагменты, а остаются в виде «молекулярного иона». Для ионизации лабильных органических соединений (в том числе биологически активных) разработаны специальные методы ионизации: ионизация в электроспрее (ESI) и ее подвид – химическая ионизация при атмосферном давлении (MALDI). Развитию хромато-масс-спекторметрии способствовало также создание
«быстрых» квадрупольных масс-анализаторов.

Применение для решения экологических задач. Оснащенные современными компьютерами хромато-масс-спектрометры позволяют обнаружить в объектах окружающей среды множество химических веществ, в том числе, и токсичных. Впечатляющим примером достижений этого метода является его использование в работе космического аппарата, исследовавшего Марс с целью обнаружения жизни на этой планете. Масс-спектрометрическая установка выполнила анализ 14 образцов почвы с поверхности Марса. Никакой жизни обнаружено не было, несмотря на то, что предел обнаружения органических веществ составлял 10-7%.

ГХ-МС широко используется для определения ЛОС в городском воздухе и воздухе рабочей зоны промышленных предприятий. Только с использованием этого метода можно получить детальную информацию о содержании приоритетных загрязнителей, к которым относятся ЛОС, в городском воздухе, их ПДК весьма низки и другие методы не могут справиться со столь сложной задачей.

Наиболее ярким примером, характеризующим возможности ГХ-МС, является определение полихлорированных дибензо-п-диоксинов и родственных им полихлордибензофуранов. В настоящее время хромато-масс-спектрометрия является практически единственным приемлемым
методом для определения  объектах окружающей среды этих чрезвычайно токсичных веществ.

Сильное загрязнение поверхностных вод, попадание опасных соединений в подземные источники и водопроводную воду заставило экологов ужесточить контроль качества питьевой воды. Хромато-масс-спектрометрия – один из главных методов анализа воды, позволяющий идентифицировать большинство загрязнителей и определить их на уровне ПДК и ниже. На рис.13 показан один из примеров разделения сложной смеси веществ методом ГХ-МС, разделенные вещества и соответстуюшие им пики на хроматограмме показаны в табл.10. При контроле качестваводы наиболее важно определять ЛОС, диоксины, ПАУ, фенолы, пестициды. При определении ПАУ надежность их идентификации с помощью ГХ-МС не менее 80-95%, а чувствительность рутинных анализов составляет 0,1 мкг/л. При определении фенолов ГХ-МС их предварительно экстрагируют жидкостной или твердофазной экстракцией и затем переводят в ацетаты. Предел обнаружения фенолов и хлорфенолов составляет 5-20 нг/л. ГХ-МС относится к немногим методам, с помощью
которых можно в сложной смеси органических загрязнений идентифицировать металлорганические соединения (на фоне других ЛОС).

Определяют металлоорганические соединения олова, свинца, ртути и других тяжелых металлов. Обычно эти соединения переводят в летучие производные и обнаруживают ГХ-МС с высокой чувствительностью.

Например, Сн для триметилпропилсвинца и диэтилдипропилсвинца составляет 0,05 и 0,8 нг/л (sr 0,018-0,032), предел обнаружения ртутьорганических соединений в биологических пробах составляет 0,2–1,4 нг/г. Единственной альтернативой в данном случае является ГХ с специфическим атомно-эмиссионным детектором. Хромато-масс-спектрометрия относится к наиболее мощным методам анализа почв. Круг определяемых соединений и подходы к анализу аналогичны методикам, используемым в анализе вод.

Комментирование закрыто.