Квадрупольный масс-спектрометр: как происходит разделение частиц?

Квадрупольные масс-спектрометры для разделения и анализа частиц применяют квадруполь, являющийся масс-детектором или анализатором. Именно в него из источника ионизации под воздействием электрического поля перемещаются ионы, где начинается их разделение по соотношениям массы к заряду.

С чего началось разделение?

Процесс разделения в масс-спектрометрии начинается с ионизации частиц введённого образца. Заряженные частицы движутся по определённым траекториям, а если к ним приложить магнит, то возникает искривление движения. И чем частица тяжелее, тем больше радиус кривизны. Поэтому первым анализатором частиц можно по праву считать магнит.

Магнитные масс-спектрометры разделяют и анализируют ионы, образующиеся после любого вида ионизации. Но они имеют особенности, не поддающиеся исправлению:

• приборы громоздкие и тяжёлые;
• и очень дорогие.

У магнитных масс-детекторов огромное количество преимуществ: предельная чувствительность, чёткое разделение и распознавание, широкий линейный и большой рабочий диапазон, и есть области применения, где без этих приборов невозможно обойтись:

• органические исследования с высоким разрешением;
• элементный анализ многокомпонентных веществ на предельном разрешении;
• изотопные взаимодействия и соотношения.

Но многие отрасли науки и промышленности могут обойтись другими аналитическими разработками более компактного размера и приемлемой цены. И решением для производителей такого уровня, как компания Agilent является квадрупольный масс-анализатор.

Квадруполь – лучшая альтернатива магниту

Задача каждого конструктора – сделать аппарат дешевле и удобнее. В 1967 году впервые был испытан прибор с квадрупольным масс-детектором. Первый квадруполь состоял из четырёх ровных стержней, на которые в определённой последовательности подавался ток переменного и постоянного напряжения.

Заряженные частицы параллельно стержням квадруполя влетали в созданное гиперболическое поле определённой частоты и в зависимости от их массы либо вылетали или задерживались в устройстве. Новый анализатор частиц оказался намного легче, дешевле и сократил расход электроэнергии, затрачиваемой ранее на создание магнитного поля.

В масс-селективном детекторе Agilent 5977A применяется высокотемпературный монолитный квадруполь с золотым покрытием и встроенными устройствами для ионизации и детектирования.

На входе в устройство расположен источник ионизации – комплексный экстрактор для химической и ионизации электронным ударом с линзой для фокусировки выходящего потока ионов. На другом конце установлен трёхосевой детектор с фотоэлектронным умножителем. Внутренняя поверхность квадруполя защищена от загрязнений специальным покрытием.

Применение квадруполя в тандемной масс-спектрометрии

Квадруполь постоянно совершенствуется и после некоторых видоизменений, когда одну пару стержней закрутили в кольцо, а вторую – превратили в шарообразные чашки, получилась ионная ловушка. Устройство может удерживать внутри себя ионы заданной массы или выбрасывать их дальше.

Именно этот эффект используется в тандемных масс-спектрометрах: ловушки выстраиваются друг за другом и позволяют, передавая ионы, сортировать частицы до заданного предела. Ионные ловушки удерживают ненужные ионы и передают те, которые дальше разваливаются на фрагменты и анализируются.

В трехквадрупольный масс-спектрометре Agilent 7000C GC/MS System используют улучшенный масс-детектор МСД 7000 и газовый хроматограф Agilent 7890A. Коллизионный узел масс-анализатора MS 7000 состоит из двух квадруполей, находящихся друг за другом и между ними стоит ещё одно устройство, но это не масс-детектор, а камера соударений, где происходит фрагментация выпущенных из первого квадруполя ионов.

Компактная квадрупольная система с твердотелым инертным источников ионизации, защитным золотым покрытием и трехосным детектором весит всего 59 кг и обеспечивает чувствительность на уровне фемтограммов в сложных матрицах частиц при минимальном соотношении сигнал шум 7000:1.

Тандемные масс-спектрометры эффективно используются для определения следовых значений заранее известных веществ – это наличие пестицидов в воде, антибиотиков или других лекарственных средств в биологических продуктах или при мониторинге окружающей среды. Приборы настраиваются на идентификацию большого количества целевых соединений в режиме одной методики, что позволяет получить представление обо всех примесях.

Фармконтракт является официальным представителем компании Agilent в России и активно использует системы для масс-спектрометрии в комплексном оснащении аналитических и производственных лабораторных комплексов.

Наши специалисты самостоятельно соберут, установят систему на месте использования и научат ваш персонал пользоваться оборудованием. На приборы предоставляется 5-летняя гарантия и расширенная сервисная поддержка.