Рубрикатор

Масс-спектрометрия

MACC-СПЕКТРОМЕТРИЯ (а. mass spectrometry; н. Massenspektrometrie; а. spectrometrie de masse; и. espectrosсоpia de masa) — метод определения химического, фазового состава и молекулярной структуры вещества, основанный на регистрации спектра масс ионов, образованных в результате ионизации атомов и (или) молекул пробы. Ионизацию осуществляют действием пучка электронов или ионов, лазерного излучения и т.п. Жидкие вещества перед ионизацией часто испаряют. Ионы разделяют в вакууме по массам (точнее в соответствии с отношением их массы m к заряду е) под действием электрических и магнитных полей, по времени пролёта и т.д. и регистрируют детектором.

По спектру масс (совокупность значений m/е и относительных содержаний соответствующих ионов) определяют относительное содержание элементов, изотопов определённого элемента, концентрацию и структуру химических соединений в пробе. Масс-спектрометрия относится к наиболее информативным методам и отличается высокими аналитическими характеристиками, позволяет проводить анализ твёрдых, жидких и газообразных веществ (прямой или с предварительной химической обработкой). Число одновременно определяемых элементов в сложных по составу природных объектах до 40; одновременно с элементным составом (с точностью до 1% при наличии стандартных образцов и до 30% при безэталонном анализе) определяется изотопный состав (с точностью до 10^-1 — 10^-2%) вещества. Пределы обнаружения: относительный 10^-4 — 10^-8%, абсолютный 10^-10 — 10^-19 г. Возможно исследование небольших количеств вещества (10^-5— 10^-13 г), а также изучение распределения примесей с локальностью до 1 мкм по поверхности и до 3 нм по глубине. Метод позволяет анализировать сложные смеси органических соединений и расшифровывать структуру молекул. В геологии, геохимии, космохимии используют три основных направления масс-спктрометрии: изотопный, молекулярный и элементный анализы.

Изотопный анализ (измерение распространённости изотопов различных элементов в земных и космических объектах и их вариаций) позволяет получать информацию о первичном изотопном составе элементов, связанном с процессами, происходившими во время формирования Солнечной системы или в предшествовавший период (процессы нуклеосинтеза); измерять распространённость т.н. радиогенных изотопов (например, ⁴⁰Ar, ²⁰⁶Pb), образовавшихся в результате ядерных реакций в течение эволюции Земли и космических объектов; определять абсолютный возраст пород, минералов и рудных тел; измерять вариации распространённости стабильных изотопов в результате различных физико-химических процессов, происходивших в земной коре, её недрах и космических объектах с целью изучения этих процессов и разработки изотопных методов поиска полезных ископаемых; исследовать возникновение и развитие жизни на Земле (на основании изотопного состава Н, С, N, О, S), роль биосферы в процессах формирования месторождений горючих полезных ископаемых (угля, нефти и газа).

Молекулярный анализ (анализ сложных смесей органических соединений и определение их структуры) используется для определения состава органических соединений (в частности, кислородсодержащих, азотистых) в почвах, регистрации органических загрязнений вод, для изучения состава нефтей и их фракций с целью оптимизации процессов их переработки.

Элементный анализ позволяет определять примесный состав пород, минералов и рудных образований и исследовать распределение элементов в микрообъёмах природных объектов, связанное с магматическими и осадочными процессами.