Разрешающая способность масс-спектрометра

Разрешение двух пиков гауссовой формы на масс-спектрограмме.

Разрешающая способность (или разрешение) масс-спектрометра характеризует его способность отличить между собой две близкие массы [math]\displaystyle{ m }[/math] и [math]\displaystyle{ m + \Delta m }[/math]. Согласно определению ИЮПАК:

[math]\displaystyle{ R = \frac{m} {\Delta m} }[/math]

Расчёт на примере магнитно-секторного прибора

Для магнитно-секторного анализатора разрешающая способность определяется напряжённостью магнитного поля [math]\displaystyle{ B }[/math] и значением ускоряющего напряжения иона [math]\displaystyle{ V }[/math]. Кинетическая энергия иона в ускоряющем поле выражается следующей формулой:

[math]\displaystyle{ zeV = \frac{mv^2}{2} }[/math]

где:

[math]\displaystyle{ z }[/math] — заряд иона в единицах заряда электрона [math]\displaystyle{ e }[/math]

[math]\displaystyle{ V }[/math] — ускоряющее напряжение (обычно от 2 до 8 кВ)

[math]\displaystyle{ m }[/math] — масса иона

[math]\displaystyle{ v }[/math] — скорость иона

Попадая в магнитное поле напряжённостью [math]\displaystyle{ B }[/math] перпендикулярно магнитным силовым линиям, этот ион будет двигаться по окружности R, причём сила Лоренца уравновешивается центробежной силой:

[math]\displaystyle{ Bzev = \frac {mv^2} {R} }[/math]

Магнитно-секторные приборы могут измерять значения [math]\displaystyle{ m/z }[/math] до 10000, обладают наивысшей точностью измерения масс (< 5 м д.), а также наилучшим динамическим диапазоном — [math]\displaystyle{ 10^7 }[/math].

Масс-спектрометрия высокого разрешения

Зависимость формы пика ионов с массой близкой к 28 Да от разрешающей способности масс-спектрометра (молекулы азота, монооксида углерода и этилена).

На этом рисунке приведён пример увеличения разрешающей способности масс-спектрометра, необходимой для разделения близких по массам молекул азота ([math]\displaystyle{ 28,006148 }[/math] Да), монооксида углерода ([math]\displaystyle{ 27,994915 }[/math] Да) и этилена ([math]\displaystyle{ 28,03300 }[/math] Да).

Для разделения пиков ионов [math]\displaystyle{ CO }[/math] и [math]\displaystyle{ C_2H_4 }[/math] с массами [math]\displaystyle{ 27,994915 }[/math] и [math]\displaystyle{ 28,03300 }[/math] Да необходимо разрешение не менее [math]\displaystyle{ R = 28/(28,03300 - 27,994915) =770 }[/math], тогда как для разделения [math]\displaystyle{ CO }[/math] и [math]\displaystyle{ N_2 }[/math] с массой [math]\displaystyle{ 28,006148 }[/math] Да — уже более [math]\displaystyle{ 2500 }[/math].

Литература

А. Т. Лебедев «Масс-спектрометрия в органической химии» М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003, 493с. ISBN 5-94774-052-4.