Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при исследовании биохимических процессов для определения изотопного состава углерода.
Известен способ измерения изотопного состава анализируемых веществ, включающий подготовку проб, регистрацию и измерение масс-спектров анализируемых веществ, расчет изотопного состава каждой из компонентов по полученным масс-спектрам (патент РФ №2181197, МПК G 01 N 21/64, публикация БИ №10/2002 г., от 10.04.02. г.). Образцы для анализа берутся обычно в виде чистого углерода или его простых соединений: СО, CO2, при этом измерения изотопного состава углерода, как правило, не отличаются высокой точностью.
К недостаткам аналога относится недостаточно высокие чувствительность и точность определения изотопного состава анализируемого вещества для случая присутствия в анализируемых пробах значительного множества различных изотопов.
Известен в качестве наиболее близкого к заявляемому по технической сущности способ масс-спектрометрического изотопного анализа, включающий подготовку проб, регистрацию масс-спектров анализируемых веществ и измерение масс-спектров анализируемых веществ, расчет изотопного состава каждого из элементов по полученным масс-спектрам этих элементов (заявка РФ №2000117927, МПК G 01 N 23/00, публ. БИ №17/02 от 20.06.02 г.).
Однако использование известного способа не позволяет проводить измерения изотопного состава углерода и его вариаций в том числе и в фуллеренах при достаточно высокой чувствительности и сравнительно невысоких погрешностях измерений.
Задачей авторов предлагаемого изобретения является разработка способа масс-спектрометрического изотопного анализа, обеспечивающего возможность измерения изотопного состава углерода и его вариаций в том числе и в фуллеренах, повышение точности за счет уменьшения погрешности измерений.
Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в обеспечении возможности измерения изотопного состава углерода и его вариаций в том числе и в фуллеренах, в повышении чувствительности и в уменьшении погрешности измерений.
Указанные задача и новый технический результат достигаются тем, что в известном способе масс-спектрометрического изотопного анализа веществ, включающем подготовку проб, регистрацию и измерение масс-спектров анализируемых веществ, расчет изотопного состава каждого из элементов по полученным масс-спектрам, в соответствии с предлагаемым способом подготовку образцов исследуемого вещества для анализа осуществляют путем преобразования углерода в фуллереновые молекулы, а при масс-спектрометрических измерениях регистрируют отношения интенсивностей пиков в характеристических молекулярных масс-спектрах фуллеренов, после чего по формулам 1÷4, полученным из закона биномиального распределения, рассчитывают распространенность изотопа 13С:
где С0, C1, С2 и т.д. - интенсивности изотопных пиков для k=0, 1, 2, и т.д. соответственно;
n и k - соответственно количества атомов углерода 12С и 13С в молекуле фуллерена;
р - распространенность изотопа 13С, отн.ед.
Сущность предлагаемого способа поясняется следующим образом.
Первоначально проводят подготовку проб - получение молекул фуллеренов.
Пробы для анализа подготавливают в виде растворов фуллеренов, которые посредством микропипетки наносят на ионизатор твердофазного источника ионов (ИИ). Пробы готовят путем преобразования углерода в фуллереновые молекулы, в составе которых в качестве образцов для анализа используют фуллереновые углеродные образования С60, C70 и т.п.
Подготовленные пробы направляют на этап измерений, который осуществляют на масс-спектрометре, где анализируют статистически необходимое количество проб.
При регистрации характеристических молекулярных масс-спектров в пробах на основе образцов фуллеренов измеряют отношения интенсивностей изотопных пиков.
Интенсивность каждого изотопного массового пика в характеристическом молекулярном масс-спектре фуллерена соответствует вероятности его образования, которая может быть рассчитана по закону биномиального распределения. В условиях предлагаемого способа с учетом результатов экспериментов были получены математические зависимости (1-4) для расчета величин распространенности р изотопа 13С.
Измерения отношений пиков в характеристических масс-спектрах фуллеренов проводят на масс-спектрометре в режиме термоэмиссии отрицательных ионов. Функциональная схема автоматизированного масс-спектрометра МИ 1201 приведена на фиг.1, где ИИ - источник ионов, МА - магнитный анализатор, Д - детектор ионов, ГЦР - генератор цифровой развертки, ПНЧ - преобразователь напряжения в частоту, PC - персональный компьютер.
В ИИ осуществляется загрузка анализируемой пробы фуллеренов в количестве порядка единиц мкг. Измерения отношений пиков в характеристических масс-спектрах фуллеренов проводят на масс-спектрометре с использованием твердофазного источника ионов в режиме термоэмиссии отрицательных ионов.
Наглядно масс-спектр молекулы фуллерена С60, зарегистрированный в режиме сканирования, приведен на фиг.2, где массовые пики 721, 722, 723, и т.д. обусловлены наличием в составе молекулы соответственно одного, двух, трех и т.д. атомов изотопа 13С.
В ходе масс-спектрометрических измерений в режиме дискретной развертки регистрируют отношения интенсивностей пиков в характеристических молекулярных масс-спектрах фуллеренов.
Использование твердофазного источника ионов в режиме термоэмиссии отрицательных ионов необходимо для обеспечения получения ионного пучка фуллеренов без разрушения их молекулярной структуры. При работе с положительными ионами фуллеренов получить интенсивные ионные токи без разрушения молекулярной структуры фуллеренов проблематично.
Расчет распространенности (изотопного состава каждого из элементов) производят по математическим формулам (1-4) биномиального распределения множества значений измеряемых величин:
где С0, C1, С2 и т.д. - интенсивности изотопных пиков для k=0, 1, 2 и т.д. соответственно;
n и k - соответственно количества атомов углерода 12С и 13С в молекуле фуллерена;
р - распространенность изотопа 13С, отн. ед.
Результаты расчетов приведены в таблице.
В прототипе расчет изотопного состава углерода произведен по традиционно применяемым математическим формулам для каждого из искомых компонентов, что становится неразрешимым при решении проблемы определения значительного множества разновидностей изотопов.
Используемые в предлагаемом способе математические формулы (1-4) позволяют рассчитывать распространенность изотопа 13С в смесях фуллеренов с произвольным содержанием изотопов углерода.
Т.о. при использовании предлагаемого способа анализа изотопного состава элементов обеспечивается возможность измерения изотопного состава углерода и его вариации в том числе и в фуллеренах при более высоких чувствительности и точности, чем это обеспечено в прототипе.
Возможность применения предлагаемого способа подтверждается следующим примером.
Пример
Предлагаемый способ был опробован в лабораторных условиях на приборе МИ 1201 с использованием твердофазного источника ионов в режиме термоэмиссии отрицательных ионов, на котором были проведены измерения отношений пиков в характеристических масс-спектрах проб фуллеренов С60 и C70, полученных из разных источников.
Результаты измерений отношений пиков в масс-спектрах фуллеренов, а также расчетов по ним распространенности изотопа 13С представлены в таблице.
Расчет распространенности р изотопа 13С проводился по формулам:
где С0, C1, C2 и т.д. - интенсивности изотопных пиков для k=0, 1, 2, и т.д. соответственно;
n и k - соответственно количества атомов углерода 12С и 13С в молекуле фуллерена;
р - распространенность изотопа 13С, отн. ед.
Следует отметить, что полученный данным способом результат измерения распространенности изотопа углерода 13С (1,0672±0,003)% находится в полном согласии с известными [например,IUPAC, Pure and Applied Chemistry 70, 217-235, 1998] справочными данными и имеет малую погрешность (относительное среднее квадратичное отклонение ОСКО=0,3%), что говорит о более высокой точности его по сравнению с прототипом.
В состав измерительного комплекса входят масс-спектрометр типа МИ 1201, и система автоматической регистрации масс-спектров (БПР-1 - блок программной регистрации).
Т.о. экспериментальное исследование предлагаемого способа анализа изотопного состава углерода подтвердило возможность измерения изотопного состава углерода и его вариаций в том числе и в фуллеренах и повышение точности и чувствительности определения распространенности изотопа углерода 13С по сравнению с прототипом.
Результаты измерений отношений пиков в масс-спектрах фуллеренов С60 и С70. и расчетов распространенности изотопа углерода 13С.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА РАЗЛИЧНЫХ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ | 2005 |
|
RU2321850C2 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЭТАНОЛА В АЛКОГОЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ | 2017 |
|
RU2661606C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА МЕТАНА | 2010 |
|
RU2461909C2 |
Способ идентификации меда на основе изотопной масс-спектрометрии | 2022 |
|
RU2809285C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНОВ ТВЕРДОФАЗНЫМ СИНТЕЗОМ | 2006 |
|
RU2331579C2 |
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ И МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ | 2011 |
|
RU2469314C2 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ САХАРА НЕВИНОГРАДНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В ВИНОГРАДНОМ ВИНЕ ИЛИ ВИНОМАТЕРИАЛЕ | 2009 |
|
RU2410684C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ВИННОЙ КИСЛОТЫ В ВИНАХ И СОКОСОДЕРЖАЩИХ НАПИТКАХ | 2012 |
|
RU2484459C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЭТАНОЛА В НАТУРАЛЬНОМ ВИНОГРАДНОМ ВИНЕ ИЛИ ВИНОМАТЕРИАЛЕ | 2009 |
|
RU2410683C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА БОРСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ | 2023 |
|
RU2803251C1 |
Использование: область измерительной техники. Способ включает подготовку проб, регистрацию и измерение масс-спектров анализируемых веществ. Подготовку образцов исследуемого вещества для анализа осуществляют путем преобразования углерода в фуллереновые молекулы, а при масс-спектрометрических измерениях регистрируют отношения интенсивностей пиков в характеристических молекулярных масс-спектрах фуллеренов, после чего по формулам биномиального распределения множества значений измеряемых величин рассчитывают распространенность изотопа 13С. Технический результат - повышение чувствительности измерений. 1 табл., 2 ил.
Способ масс-спектрометрического изотопного анализа веществ, включающий подготовку проб, регистрацию масс-спектров анализируемых веществ, расчет изотопного состава каждого из элементов по полученным масс-спектрам, в соответствии с предлагаемым способом подготовку образцов исследуемого вещества для анализа осуществляют путем преобразования углерода или его простых соединений СО, CO2 в фуллереновые молекулы, а при масс-спектрометрических измерениях регистрируют отношения интенсивностей пиков в характеристических молекулярных масс-спектрах фуллеренов, после чего по формулам 1-4 биномиального распределения множества значений измеряемых величин рассчитывают распространенность изотопа 13С:
где С0, C1, С2, и т.д. - интенсивности изотопных пиков для k=0, 1, 2, и т.д. соответственно;
n и k - соответственно количества атомов углерода 12С и 13С в молекуле фуллерена;
р - распространенность изотопа 13С, отн. ед.
RU 2000117927 A, 20.06.2002.SU 1190427 А, 07.11.1985.US 5597548 A , 28.01.1997.WO 98/40722 A2, 17.09.1998. |
Авторы
Даты
2006-01-10—Публикация
2004-02-24—Подача