Газовая фаза:

Электронная ионизация

Химическая ионизация

Электронный захват

Ионизация в электрическом поле

Жидкая фаза:

Фотоионизация при атмосферном давлении

Электроспрей

Ионизация при атмосферном давлении

Химическая ионизация при атмосферном давлении

Твердая фаза:

Прямая лазерная десорбция

Матрично-активированная лазерная десорбция

Масс-спектрометрия вторичных ионов

Бомбардировка быстрыми атомами

Десорбция в электрическом поле

Плазменная десорбция

Ионизация в индуктивно-связанной плазме

Термоионизация

Ионизация в тлеющем разряде

1.1 Электронная ионизация

Является одним из наиболее известных способов ионизации. Для ионизации вещества используется поток электронов с высокой энергией. На

рисунке 3 приведена схема типичной установки, применяемой для этих целей.

Рисунок 3. Устройство прибора для электронной ионизации

Источником электронов является нагретая металлическая проволока (катод). Электроны, покидающие поверхность катода, разгоняются электрическим полем по направлению к аноду. Путь электронов проходит через объем, занятый анализируемым веществом, предварительно переведенным в газообразное состояние (в ионизационной камере поддерживается разряжение 10 –5 – 10 –6 мм рт. ст.), с молекулами которого происходит взаимодействие, заключающееся в передаче энергии. Электрон, пролетая вблизи молекулы, вызывает возбуждение ее электронной оболочки. Результатом такого возбуждения является перемещение собственных электронов молекулы на более высоколежащие орбитали. Начиная с определенных значений энергии (энергия ионизации), возбуждение заканчивается потерей электрона и превращением молекулы в соответствующий катион-радикал, называемый молекулярным ионом.

M +e →M + + 2e

Эффективность ионизации зависит от энергии ионизирующих электронов, максимум эффективности достигается при энергии примерно 70 эВ.

Рисунок 4. Распределение энергии электронов

Преимущества:

– Наиболее изученный метод ионизации;

– Может использоваться для ионизации практически любых летучих соединений;

– Высокая воспроизводимость спектров;

– Фрагментация позволяет получить информацию о строении соединения;

– Возможность идентификации соединений сравнением полученного масс-спектра со спектрами из базы данных.

Недостатки:

– Анализируемое вещество должно обладать достаточной летучестью и термической стабильностью;

– Отсутствие или низкая интенсивность в спектрах многих соединений сигнала молекулярного иона затрудняет идентификацию.

1.2 Химическая ионизация

Химическая ионизация – это ионизация образца пучком предварительно ионизированных молекул газа, например, метана или аммиака. Ионизация молекул газа происходит при помощи электронной ионизации при 150-200 эВ и дальнейшего химического превращения газа-ионизатора.

Сталкиваясь с молекулами образца, ионизированные молекулы газа передают свой заряд в виде протона:

Преимущества:

– Позволяет получить информацию о молекулярной массе соединения;

– Масс-спектр намного проще, чем при ионизации электронами.

Недостатки:

– Как и в случае электронной ионизации, анализируемое вещество должно обладать достаточной летучестью и термической стабильностью;

– Поскольку осколочных ионов практически не образуется, метод в большинстве случаев не позволяет получить информацию о строении вещества;

– Результат сильно зависит от типа газа-реагента, его давления, времени взаимодействия с веществом, поэтому очень трудно добиться воспроизводимых результатов.

Ионизация под действием электронного удара (ЭУ) наиболее часто применяется в современных масс-спектрометрах. В данном разделе будут рассмотрены устройство ионного источника и основные параметры, определяющие характер масс-спектра.

Принципиальная схема ионного источника ЭУ приведена на рис. 2.1. Бомбардирующие электроны образуются в результате термической эмиссии из нагретого до высокой температуры катода (филамент), изготовленного из рениевой или вольфрамовой проволоки. Электроны ускоряются разностью потенциалов (V ) между катодом (1 ) и анодом (2 ) и попадают в область ионизации. Постоянный магнит (4 ) коллимирует электронный пучок и ограничивает его в узкой спиральной траектории, что увеличивает вероятность взаимодействия электронов с молекулами исследуемого вещества (М 0), которое поступает из системы напуска в парообразном состоянии. Парциальное давление вещества в газообразном состоянии 10 -5 -10 -6 торр.

Ионы, образующиеся в ионном источнике, с помощью ионно-оптической системы формируются в узкий пучок и специальным потенциалом (на рис. 2.1 не показан) выталкиваются из области ионизации, ускоряются с помощью высокого напряжения, которое обычно более 2000 В, и попадают в зону действия масс-анализатора.

Под действием ионизирующих электронов молекулы исследуемого вещества могут претерпевать следующие превращения:

Вероятность протекания того или иного процесса определяется прежде всего энергией ионизирующих электронов, которая выражается в электрон-вольтах (эВ) и равна произведению заряда электрона (з ) на разность потенциалов (V) между катодом и анодом.

Если энергия ионизирующих электронов равна энергии ионизации молекулы, которая для большинства органических соединений лежит в пределах 7-12 эВ, происходит ионизация. Вероятность протекания этого процесса возрастает с увеличением энергии электронов. Одновременно с ионизацией начинает происходить и фрагментация молекулярных ионов. Зависимость выхода молекулярных ионов (величина ионного тока) от энергии ионизирующих электронов, выдаваемая кривой эффективности ионизации , приведена на рис. 2.2. Здесь же приведена аналогичная кривая и для фрагментного иона. Естественно, что эта кривая начинается при более высоких значениях энергии ионизирующих электронов, поскольку энергия появления фрагментарных ионов всегда выше энергии

ионизации. Кривые эффективности ионизации имеют участки крутого подъема ионного тока (обычно до энергии 30-40 эВ), за которым следует область насыщения, где величина ионного тока практически не изменяется с возрастанием энергии ионизирующих электронов.

В большинстве случаев масс-спектры получают при энергии 70 эВ, т.е. в области насыщения. Это позволяет обеспечить наибольшую чувствительность прибора и получение воспроизводимых результатов. Работа при энергии до 30-40 эВ, т.е. на участках крутого подъема, не дает воспроизводимых результатов, поскольку небольшое изменение энергии ионизирующих электронов ведет к заметным колебаниям интенсивности ионного тока. Однако в ряде случаев для аналитических целей используют масс-спектры, полученные при низких энергиях электронов (низковольтные масс-спектры), например, для идентификации молекулярного иона при низкой интенсивности его пика в высоковольтном масс-спектре. В низковольтных масс-спектрах вследствие резкого уменьшения фрагментации увеличивается доля молекулярных ионов в полном ионном токе. Для иллюстрации сказанного выше на рис. 2.3 приведены масс-спектры бензойной кислоты, полученные при различной энергии ионизирующих электронов. Этот пример свидетельствует о том, что снижение энергии электронов дает возможность идентифицировать молекулярный ион, особенно в том случае, когда интенсивность его пика в масс-спектре невелика.

В условиях ЭУ в результате захвата молекулой электрона возможно образование отрицательных ионов. Взаимодействие электрона с молекулой может сопровождаться ее гетеролитическим расщеплением с образованием ионной пары. При низких энергиях электронов, близких к тепловым, обычно происходит резонансный захват электрона. Этот процесс может быть недиссоциативным:

АBC + з > АBC ¬ ?

и диссоциативным:

АBC ¬ ? > [АB] ? + C .

Важными характеристиками ионного источника для ЭУ являются ток катода (ток, который течет по ленточке катода), ток эмиссии (электронный ток между катодом и анодом) и температура ионного источника. Меняя ток эмиссии, можно варьировать чувствительность прибора. Высокая температура (~200-250°С) необходима для перевода молекул образца в газообразное состояние, удаления основной массы исследуемого вещества из ионного источника, что предотвращает его осаждение на элементы источника. Загрязнение источника ионов органическим веществом особенно опасно для изолирующих материалов (фарфор, стекло, кварц), которые в результате загрязнения приобретают значительную проводимость и сильно изменяют подаваемые электростатические потенциалы. Это может приводить к опасному пробою между электродами.

Таким образом, с помощью ЭУ можно анализировать только достаточно летучие соединения, которые могут быть переведены в газообразное состояние, или создавать необходимое парциальное давление пара в ионном источнике (~10 -15 -10 -16 торр.) Термически неустойчивые соединения методом ЭУ исследовать нельзя. Предварительно такие соединения должны быть превращены в их стабильные производные.

Электронный удар

Электронная ионизация (ЭИ, ионизация электронным ударом, EI - Electron Ionization or Electron Impact) - наиболее распространённый в масс-спектрометрии метод ионизации веществ в газовой фазе.

В при электронной ионизации молекулы анализируемого вещества попадают в поток электронов движущихся от эммитирующего их катода к аноду. Энергия движущихся электронов обычно 70 эВ, что согласно формуле де Бройля соответствует длине стандартной химической связи в органических молекулах (около 0,14 нм). Электроны вызывают ионизацию анализируемых молекул с образованием катион-радикалов:

M + e - = M .+ + 2e -

Электронная ионизация происходит в вакууме (сравни с химической ионизацией), чтобы предотвратить массовое образование ионов атмосферных газов, которые могут рекомбинировать с ионами анализируемого вещества и разрушать их.

Так как энергия электронов значительно превышает энергию химической связи, происходит фрагментация ионов. Химия фрагментации ионов при электронной фрагментации хорошо изучена, поэтому, зная массы фрагментов и их интенсивности можно предсказать первоначальную структуру вещества. Масс-спектры, полученные с помощью метода электронной ионизации хорошо воспроизводимы , поэтому на сегодняшний день существуют библиотеки, содержащие сотни тысяч спектров различных веществ, значительно облегчающие качественный анализ .

Некоторые вещества подвергаются очень интенсивной фрагментации, порождая только низкомолекулярные фрагменты, затрудняющие идентификацию. Для анализа таких веществ существует альтернативный метод химической ионизации

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Электронный удар" в других словарях:

- (LASER, аббревиатура слов англ, фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation усиление света в результате вынужденного излучения), устройство, преобразующее разл. виды энергии (электрич., световую, хим., тепловую и др.) в энергию… … Химическая энциклопедия

- [р. 18 июня (1 июля) 1916] сов. астрофизик Окончил Моск. ун т (1938). С 1944 работает в Гос. астрономич. ин те им П К. Штернберга в Москве. Разработал теорию ионизации солнечной короны. Провел количественное разделение радиоизлучения Галактики на … Большая биографическая энциклопедия

Лазер с газообразной активной средой. Трубка с активным газом помещается в Оптический резонатор, состоящий в простейшем случае из двух параллельных зеркал. Одно из них является полупрозрачным. Испущенная в каком либо месте трубки … Большая советская энциклопедия

Оптический квант. генератор с газообразной активной средой. Газ, в к ром за счёт энергии внеш. источника (накачки) создаётся состояние с инверсией населённостей двух уровней энергии (верхний и нижний лазерные уровни), помещается в оптический… … Физическая энциклопедия

- (от лат. lumen, род. п. luminis свет и escent суффикс, означающий слабое действие), излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела и продолжающееся в течение времени, значительно превышающего период световых колебаний.… … Физическая энциклопедия

«Введение в органическую химию» - Развивалась органическая химия? C6H12O6. Al2S3. C2H5OH. C10H22. NH3. Тезис: Такое органическая химия? HNO3. Органических веществ значительно больше, чем неорганических? Как отличить натуральную кожу от искусственной? Аргументы: Химия – одна из быстроразвивающихся наук. CH3COOH. CaCO3. Метилфениловый эфир L-аспартиламиномалоновой кислоты в 33000 раз слаще сахара.

«Теория органической химии» - Органическая химия. Основные классы органических соединений. Альдегиды. Спирты. Гипотезы химии. Времена Средневековья. Продукты. Разработка теории валентности. Ученики. Функции. Немного из истории. Простые эфиры. Ионы. Человек. Галогены. Определение органической химии. Строение органических молекул.

«Состав организма» - Структура молекулы углеводов. Кислород. Жиры составляют существенную часть нашей пищи. В процессе пищеварения жир расщепляется на составные части - глицерин и жирные кислоты. Азот; Мы получаем углеводы из зерновых, бобовых культур, картофеля, фруктов и овощей. Питательными веществами называются белки, жиры и углеводы.

«Предмет органической химии» - Классификация ОВ. Синтетические – создает человек в лабораторных условиях, схожих веществ в природе нет. Землистые (минеральные). 2) В состав обязательно входят (С) и (Н) – углеводороды (УВ). Пластмасса. Неорганические. Орган. Молекулярная КР. Бензин. Органические. 1) Многочисленность (около 27 млн.).

«Теория строения Бутлерова» - Количественный состав молекулы. Фридрих Вёлер. Учение о взаимном влиянии атомов. Свойства органических соединений. Атом водорода. Сравнительная характеристика этана и этилена. Александр Михайлович Бутлеров. Структурные уровни и системная организация материи. Стереохимия. Возможность установления “порядка связей” в молекулах.

«Теория строения химических соединений» - Предпосылки возникновения теории. Велер Фридрих. Берцелиус (Berzelius) Йенс Якоб. Свойства органических соединений. Органическая химия. Этиловый спирт. Создание теории строения веществ. Пространственная изомерия. Кекуле (Kekule) Фридрих Август. Структурная изомерия. Франкленд (Frankland) Эдуард. Основные положения теории строения химических соединений.

Электронная ионизация

Электронная ионизация (ЭИ, ионизация электронным ударом, EI - Electron Ionization or Electron Impact) - наиболее распространённый в масс-спектрометрии метод ионизации веществ в газовой фазе.

В при электронной ионизации молекулы анализируемого вещества попадают в поток электронов движущихся от эммитирующего их катода к аноду. Энергия движущихся электронов обычно 70 эВ, что согласно формуле де Бройля соответствует длине стандартной химической связи в органических молекулах (около 0,14 нм). Электроны вызывают ионизацию анализируемых молекул с образованием катион-радикалов:

M + e − = M .+ + 2e −

Электронная ионизация происходит в вакууме (сравн. с химической ионизацией), чтобы предотвратить массовое образование ионов атмосферных газов, которые могут рекомбинировать с ионами анализируемого вещества и разрушать их.

Так как энергия электронов значительно превышает энергию химической связи , происходит фрагментация ионов. Химия фрагментации ионов при электронной фрагментации хорошо изучена, поэтому, зная массы фрагментов и их интенсивности можно предсказать первоначальную структуру вещества. Масс-спектры, полученные с помощью метода электронной ионизации хорошо воспроизводимы , поэтому на сегодняшний день существуют библиотеки, содержащие сотни тысяч спектров различных веществ, значительно облегчающие качественный анализ .

Некоторые вещества подвергаются очень интенсивной фрагментации, порождая только низкомолекулярные фрагменты, затрудняющие идентификацию. Для анализа таких веществ существует альтернативный метод химической ионизации

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Электронная ионизация" в других словарях:

Э. теория представляет собой весьма смелую попытку атом какого либо вещества рассматривать как агрегат одинакового числа атомов положительного и отрицательного электричества, так называемых положительных и отрицательных электронов, образующих… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Устройство для получения потоков (пучков) электронов в объёме, из которого удалён воздух (в вакууме). Электроны в Э. п. вылетают из катода и ускоряются электрическим полем (рис. 1). Испускание электронов из катода происходит главным… …

Термин электронная Оже спектроскопия Термин на английском Auger electron spectroscopy Синонимы Оже спектроскопия Аббревиатуры ЭОС, AES Связанные термины ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия… …

Ионизация в верхней атмосфере, обусловленная вторжением в неё метеорного вещества (См. Метеорное вещество). Активная М. и. происходит в основном при столкновениях испарившихся и распылённых метеорных атомов с молекулами воздуха. Среднее… … Большая советская энциклопедия

См. в ст. (см. МНОГОФОТОННЫЕ ПРОЦЕССЫ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983. МНОГОФОТОННАЯ ИОНИЗАЦИЯ … Физическая энциклопедия

Неуклонно нарастающий процесс размножения электронов в результате ионизации атомов и молекул, как правило, электронным ударом; является главнейшим элементом электрич. пробоя газов. В большинстве случаев Л. э. развивается в электрич. или эл. магн … Физическая энциклопедия

- (см. ИОНИЗАЦИЯ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983. СТУПЕНЧАТАЯ ИОНИЗАЦИЯ … Физическая энциклопедия

Термин молекулярная электронная спектроскопия Термин на английском molecular electron spectroscopy Синонимы UV спектроскопия, УФ спектроскопия Аббревиатуры Связанные термины электронно колебательная спектроскопия Определение методика определения… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

Электронная ионизация (ЭИ, ионизация электронным ударом, EI Electron Ionization or Electron Impact) наиболее распространённый в масс спектрометрии метод ионизации веществ в газовой фазе. В при электронной ионизации молекулы анализируемого… … Википедия

- (масс спектроскопия, масс спектрография, масс спектральный анализ, масс спектрометрический анализ) метод исследования вещества путём определения отношения … Википедия