Способ масс-спектрометрического анализа молекулярных нелетучих веществ Советский патент 1982 года по МПК H01J49/26 

(5) СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА МОЛЕКУЛЯРНЫХ НЕЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ

1

Изобретение относится к исследованию физических и химических свойств веществ, а именно к способу анализа нелетучих веществ, в частности аминокислот по масс-спектру вторичных ионов, выбиваемых из исследуемого образца пучком ускоренных атомарных частиц, и может быть использовано в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, при различных биологических исследованиях для качественного и количественного анализа аминокислот.

Известен способ идентификации индивидуальных аминокислот и ряда других биологически активных соединений по вторично-эмиссионным масс-спектрам. В этом случае исследуемый образец (мишень) приготавливают путем высаживания из водного раствора твердой пленки 1.несколько молекулярных слоев) вещества на металлическую подложку, которую затем подвергают бомбардировке ускоренными ионами, а выбиваемые из нее вторичные ионы регистрируют масс-спектрометром. Полученные таким способом вторично-эмиссионные массспектры содержат целый набор осколочных ионов (заряженные осколки молекул) и протонированные молекулярные ионы типа (М + Н), где М - молекула, Н - атом водорода. Для аналй,Q тических целей большой интерес представляют протонированные молекулярные ионы, так как по ним можно легко установить молекулярную массу вещества С 1 .

Данный способ не обеспечивает проведения качественного и количественного анализа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ масс-спектрометрического анализа молекулярных нелетучих веществ путем облучения исследуемого образца ионизирующим облучением и ре398гистрации масс-спектров вторичных ионов. Удовлетворительные масс-спектры вторичных ионов рассматриваемых веществ удается получить при выполнеНИИ следующих экспериментальных уелоВо время измерений остаточное давление в установке не должно превышать 10 торр. При более высоких давлениях поверхность мишени очень быстро (за несколько секунд) покрывается слоем адсорбированных из газовой фазы молекул остаточного газа, в результате чего в масс-спектре преобладают ионы, образующиеся из загрязнений. Плотность тока в пучке бомбардирующих ионов нв должна превышать 10 А/см},так как при больших плотностях тока происходит быстрое необратимое разрушение, поверхности мишени в результате чего вторично-эмиссионный масс-спектр сильно искажается и уже не отражает химического состава образца. Такой способ анализа получил название статического метода массспектрометрии вторичных ионов 2 J, Недостатками статического метода анализа являются невозможность проведенйя качественного и количественного определения состава смеси нескольких веществ, а также сложность проведения анализа. Цель изобретения - повышение точности и информативности за счет обес печения возможности проведения количественного анализа смесей и упрощения процесса анализа. Поставленная цель достигается тем что согласно способу масс-спектрометрического анализа молекулярных нелетучих веществ путем облучения исследуемого образца ионизирующим излучени ем и регистрации масс-спектров вторичных ИОН08, в качестве образца используют жидкий раствор исследуемого вещества или смеси веществ в растворителе, упругость пара которого не превышает . Причем в качестве растворителя используют глицерин, а в качестве ионизирующего излучения - пучок ускоренных атомных частиц. Во вторично-эмиссионном масс-.спект ре, полученном с такой жидкой мишени, кроме вторичных ионов, образующихся из молекул растворителя, присутствуют также ионы растворенного вещестgg. 4 . Использование жидкого раствора аминокислот в глицерине обеспечивает высокую гомогенность мишени и, следовательно, возможность качественного и и количественного анализа смеси. Поверхностный слой жидкой мишени из-за диффузионного обмена со всей массой жидкости практически не загрязняется адсорбированными из газовой фазы по сторонними молекулами и продуктами диссоциации материала мишени, вызванной бомбардирующими частицами. Это позволяет проводить измерения на уста новках с относительно низким вакуумом и использовать интенсивные бомбардирующие пучки, тем самым увеличивая выход вторичных ионов. На фиг. 1 проведен йторично-эмиссионный масс-спектр раствора валима в глицерине; на фиг. 2 - вторичноэмиссионный масс-спектр раствора меTbipex аминокислот в глицерине. Цифрой 1 обозначен пик, обусловленный протонироваиными молекулярными ионами глицерина((H+CHOH(CH,)2J а цифрой 2 - пик, обусловленный протонированными молекулярными ионами а™ Н -f (СНз)- СИ CHNH COgH 1 . Все.ионы,расположенные слева от пиков 1 и 2, обусловлены осколочными ионами, образующимися из молекул глицерина и валина. Цифрой 3 обозначен пик, обусловленный протонированными молекулярными ионами р-аланина, Н + 2( цифрой пик протонированных молекулярных ионов глицерина Н + СНОН(СН20Н) цифрой 5 - пик протонированных молекулярных ионов валина Н + (СНз)2 СИ CHNH2 - С02Н З, цифрой 6 - пик протонированных молекулярных ионов DL - лизина Н + Ш( CHN N2 х х С02НЗ и цифрой 7 - пик протонированных молекулярных ионов L - аргинина Н + NH2C(NH) - Ш( х CH(NH2). Пример 1. Мишень приготавливают следующим образом. Навеску сухого валина растворяют в глицерине. Концентрация валина ё глицеринесоставляет 0,75 весД. Полученный раствор наносят на никелевую подложку слоем ,0,3 мм. Подложку с раствором I вводят в масс-спектрометр. Запись масс-спектра производят при следую « условиях: давление остаточных приборе --Ю , торр, температура мишени С, бомбардировка атомами Аг с энергией 2,5л«э8 и плотностью потока 10 атом/см с. Масс-спектр записывают через 20 мин после включения бомбардирующего пучка. Из полученного при этих условиях Macjc-спектра вторичных ионов (фиг. 1) видно, что имеется интенсивный пик 2, соответствующий протонированному молекулярному иону валина. Все природные аминокислоты за исключением аланина и глицерина имеют молекулярные веса, превышающие молекулярный вес глицерина (Ms92), и поэтому их протонированнью молекулярные ионы располагаются в области масс-спектра, свободной от вторичных ионов, образующихся из молекул глицерина. Используя пики таких протонированных молекулярных ионов, определяют молекулярный вес аминокислоты и, следовательно, идентифицируют ее. Учитывая предельную чувствительность ,массо спектрометрической установки, размер облучаемого участка мишени (0,0 см) и толщину, пленки (0,03 см), минимальное количество аминокислоты, которое может быть зарегистрировано данным способом, составляет .10 г. П р и м е р 2. Мишень приготавливают следующим образом. Навеску сухой смеси аминокислот известного состава растворяют в глицерине. Суммарная концентрация аминокислот в раство ре составляет 1,5 вес.%. Раствор наносят слоем О,3 мм на никелевую подложку, которую затем вводят в массспектрометр. Условия записи вторичноэмиссионного масс-спектра те же что и в предыдущем примере. I Название соединения Формула Пример 3 Аскорбиновая кислота k Никотинамид .

5 Дипептид аланиллейцин Таким образом, приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ позволяет упростить процесс анализа , так как дает возможность получать устойчивые вторично-эмиссионные 9

202

вакууме и при интенсивной бомбардировке мишени. Такое стабилизирующее действие растворителя объясняется 96 ИспЬльзуя. масс-спектр, приведенный на фиг. 2, по пикам протонированных молекулярных ионов рассчитывают состав смеси. Относительную чуветвительность прибора для каждой аминокислэты определяют по вторично-эмиссионным масс-спектрам бинарных снесей аминокислот известного состава, в которых валин берут в качестве стангдартного вещества. Результаты такого анализа и истинный состав смесей аминокислот приведены в та€л. 1. Т а б ли ц а 1 П р и м е р Ы 3-5. По методике, описанной в примере 1, получают массспектрометры аскорбиновой кислоты, никотинамида и дипептида аланиллейцина {табл. 2). В полученных массспектрах имеются достаточно интенсивные пики протонированных молекулярных ионов, по которым устанавливают молекулярные веса веществ и, следовательнр, их идентифицируют. Таблица 2 Молекулярный вес 176 122 масс-спектры молекулярных нелетучих веществ при .сравнительно невысоком

тем, что в отличие от твердого тела посторонние молекулы, попадающие на поверхность жидкой мишени, а также продукты диструкции вещества мишени, вызванной ударами бомбардирующих час тиц, за сравнительно короткий промежуток времени диффундируют в жидкости, и за счет этого процесса поверхность мишени все время очищается. Мишень, приготовленная из жидкого раствора смеси молекулярных нелетучих веществ в растворителе с упругостью пара, не превышающей tO торр, обладает очень хорошей гомогенностью. Это обеспечивает повышение точности и информативности способа анализа зз счет обеспечения возможности проведений количественного

анализа смесей.

Формула изобретения

1, Способ маее-спектрометрического анализа молекулярных нелетучих веществ путем облучения исследуемого образца ионизирующим излучением и регистрации масс-спектров вторичных ионов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности за счет обеспечения возможности проведения количест.венного анализа смесей и упрощения процесса анализа, используют в качестве образца жидкий раствор исследуемого вещества или смеси веществ в растворителе, упругость пара которог не превышает 10 торр.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют глицерин.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ионзирующего излучения используют пучок ускоренных атомных част| ц.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. А. Benninghoven, O.Jaspers, W, Sichterman Secondary ion emission of aminoacids, Appl. Phys, 11, 3539, 1976.

2.-A.Benninghoven, Analysis of submonolayers on silver by negative secondary-ion emission. Phys. Status Solidi V. 3, fP 2, K169-K 171, 1969