Как работает масс спектрометр: просто о сложном.
Масс спектрометр — это высокоточный аналитический прибор, который «взвешивает» молекулы, позволяя узнать состав вещества вплоть до отдельных атомов. Давайте разберёмся, как он это делает.
Три ключевых этапа работы
1. Ионизация
Образец вещества превращается в заряженные частицы (ионы). Для этого применяют разные методы:
- бомбардировку электронами (EI);
- химическую ионизацию (CI);
- электрораспыление (ESI);
- лазерную десорбцию (MALDI).
Выбор метода зависит от типа вещества (газ, жидкость, твёрдое тело) и задач исследования.
2. Анализ ионов
Ионы попадают в анализатор, где разделяются по соотношению массы к заряду (m/z). Это происходит благодаря воздействию магнитного или электрического поля:
- лёгкие ионы отклоняются сильнее;
- тяжёлые — слабее.
В разных типах приборов используют разные анализаторы: квадрупольные, времяпролётные (TOF), ионные ловушки и др.
3. Детекция
Разделенные ионы достигают детектора (например, динодного умножителя), который регистрирует:
- количество частиц;
- их массу.
Полученные данные передаются в компьютер для построения "масс спектра" — графика, где по горизонтали отложено m/z, а по вертикали — интенсивность сигнала.
Важные условия работы
- Вакуум. Во всех рабочих камерах поддерживается высокое разрежение, чтобы ионы не сталкивались с молекулами воздуха.
- Точная настройка. Параметры (напряжение, магнитное поле) подбираются под конкретный анализ.
Что можно узнать с помощью масс спектрометра?
- молекулярную массу веществ;
- качественный и количественный состав образца;
- структуру молекул (в т. ч. через фрагментацию);
- наличие примесей (даже в концентрациях до миллиардных долей).
Где применяют масс спектрометрию?
- Медицина: диагностика инфекций, анализ биомаркеров, выявление допинга.
- Фармацевтика: контроль качества лекарств, разработка новых препаратов.
- Экология: анализ загрязнений, контроль выбросов.
- Криминалистика: обнаружение следов наркотиков, ядов, взрывчатых веществ.
- Нефтехимия: анализ состава нефти и продуктов переработки.
- Биология: исследование белков, ДНК, метаболитов.
