Разрешающая способность масс-спектрометра

Разрешение двух пиков гауссовой формы на масс-спектрограмме.

Разрешающая способность (или разрешение) масс-спектрометра характеризует его способность отличить между собой две близкие массы ${\displaystyle m}$ и ${\displaystyle m+\Delta m}$. Согласно определению ИЮПАК[1][2]:

${\displaystyle R={\frac {m}{\Delta m}}}$

Расчёт на примере магнитно-секторного прибора

Для магнитно-секторного анализатора разрешающая способность определяется напряжённостью магнитного поля ${\displaystyle B}$ и значением ускоряющего напряжения иона ${\displaystyle V}$. Кинетическая энергия иона в ускоряющем поле выражается следующей формулой:

${\displaystyle zeV={\frac {mv^{2}}{2}}}$

где:

${\displaystyle z}$ — заряд иона в единицах заряда электрона ${\displaystyle e}$

${\displaystyle V}$ — ускоряющее напряжение (обычно от 2 до 8 кВ)

${\displaystyle m}$ — масса иона

${\displaystyle v}$ — скорость иона

Попадая в магнитное поле напряжённостью ${\displaystyle B}$ перпендикулярно магнитным силовым линиям, этот ион будет двигаться по окружности R, причём сила Лоренца уравновешивается центробежной силой:

${\displaystyle Bzev={\frac {mv^{2}}{R}}}$

Магнитно-секторные приборы могут измерять значения ${\displaystyle m/z}$ до 10000, обладают наивысшей точностью измерения масс (< 5 м д.), а также наилучшим динамическим диапазоном — ${\displaystyle 10^{7}}$.

Масс-спектрометрия высокого разрешения

Зависимость формы пика ионов с массой близкой к 28 Да от разрешающей способности масс-спектрометра (молекулы азота, монооксида углерода и этилена).

На этом рисунке приведён пример увеличения разрешающей способности масс-спектрометра, необходимой для разделения близких по массам молекул азота (${\displaystyle 28,006148}$ Да), монооксида углерода (${\displaystyle 27,994915}$ Да) и этилена (${\displaystyle 28,03300}$ Да).

Для разделения пиков ионов ${\displaystyle CO}$ и ${\displaystyle C_{2}H_{4}}$ с массами ${\displaystyle 27,994915}$ и ${\displaystyle 28,03300}$ Да необходимо разрешение не менее ${\displaystyle R=28/(28,03300-27,994915)=770}$, тогда как для разделения ${\displaystyle CO}$ и ${\displaystyle N_{2}}$ с массой ${\displaystyle 28,006148}$ Да — уже более ${\displaystyle 2500}$.

Литература

А. Т. Лебедев «Масс-спектрометрия в органической химии» М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003, 493с. ISBN 5-94774-052-4.

Примечания

1. IUPAC Gold Book internet edition: «resolution in mass spectroscopy».
2. IUPAC Gold Book internet edition: «resolving power in mass spectrometry».