Масс-спектрометрия
Для начала кратко о масс-спектрометрии. Это метод анализа основанный на ионизации молекул веществ, разделении образующихся ионов и их регистрации.
Масс-спектрометрия позволяет определять: 1) Молекулярную массу вещества; 2) Молекулярную формулу вещества; 3) Строение вещества.
Метод состоит из трёх отдельных процессов:
1) Ионизация молекул
2) Разделение ионов по массам
3) Детектирование ионов
Коротко о каждом процессе.
1) Суть данного метода (МС) состоит в определении массы частицы к их заряду (m/z). Поэтому для начала анализа, нам необходимо ионизировать молекулы. Есть множество способов ионизации, но их применение зависит либо от структуры вещества либо от того какие данные о молекуле нам важнее получить, поэтому я расскажу только про один. Электронный удар. Пары образца подвергают бомбардировке ускоренными электронами. Источником электронов служит электрически нагретая вольфрамовая или рениевая нить. Для увеличения эффективности ионизации молекул газа в источнике используется магнитное поле, силовые линии которого направлены вдоль пучка электронов. Столкновение электронов с молекулами образца приводит к их возбуждению, фрагментации и ионизации. ЭУ дает богатые фрагментами масс-спектры, которые обеспечивают структурную информацию. Самое главное при ионизации привести ионы в газовую фазу в вакуумную часть. Глубокий вакуум обеспечивает свободное движение внутри масс-спектрометра и не позволяет ионам рекомбинировать обратно в незаряженные частицы.
2) Полученные при ионизации ионы с помощью электрического поля переносятся в масс-анализатор. Там начинается второй этап масс-спектрометрического анализа — сортировка ионов по массам (точнее по отношению массы к заряду, или m/z).Здесь также существует множество способов разделения ионов. Я расскажу об исторически первом способе и самом простом. Для разделения используют обычный магнит. Согласно физическим законам, траектория заряженных частиц в магнитном поле искривляется, а радиус кривизны зависит от массы частиц. Именно это используется для анализа ионов по массам. Другие способы более сложные, но позволяют уже отсеивать нужные ионы от ненужных. Например, ионная ловушка.
3) Последним элементом описываемого масс-спектрометра является детектор заряженных частиц. Как вы, думаю, догадались их тоже не один. I) Первые масс-спектрометры использовали в качестве детектора фотопластинку; II) Сейчас используются динодные вторично-электронные умножители, в которых ион, попадая на первый динод, выбивает из него пучок электронов, которые в свою очередь, попадая на следующий динод, выбивают из него ещё большее количество электронов и т. д. III) Другой вариант — фотоумножители, регистрирующие свечение, возникающее при бомбардировке ионами люминофора (вещество, способное преобразовывать поглощаемую им энергию в световое излучение).
Итак резюмируем по картинке работу масс-спектрометра. 
Здесь я не рассказал только об электронных линзах. Они представляют собой электроды или магниты, которые фокусируют поток заряженных частиц в нужном направлении.
И вот в конце анализа анализируют массы, заряды и интенсивность частиц, т.е. их количество мы можем получить масс-спектр вещества. По оси абсцисс откладывается отношение массы иона к его заряду, m/z. По оси ординат откладывается интенсивность, характеризующая относительное количество ионов данного вида. И тут получается, что мы знаем а каком соотношении распределены ионы между собой, как относиться их масса к их заряду и здесь уже можно составить представление об анализируемом веществе. Просто скажу, что с помощью масс-спектрометрии можно анализировать высокомолекулярные соединения с массой до нескольких млн. Да (Дальтон) (белки, полипептиды, синтетические полимеры и пр.)
Спросить есть ли вопросы.
Газовая хроматография
Газовая хроматография – метод разделения летучих, термостабильных соединений. Этим требованиям отвечает около 5% известных органических соединений, но именно эти соединения оставляют 70-80 % соединений, которые использует человек в сфере производства и быта. Газовая хроматография основана на движение исследуемого газообразного вещества вместе с газом-носителем вдоль поверхности неподвижной твёрдой или жидкой фазы. Т.е. исследуемый газ увлекаемый газом-носителем попадает в колонку заполненную адсорбентом или жидкостью, нанесённой на инертный носитель. Когда я говорю газ, я подразумеваю большую совокупность веществ в газообразном состоянии. Эти вещества по-разному взаимодействуют с неподвижной фазой, это основано на различиях в летучести и растворимости (или адсорбируемости) компонентов разделяемой смеси. Компоненты из-за разного отношения к НФ и ПФ разделяются по длине колонки по зонам. Затем эти зоны выносятся из колонки и регистрируются. Основным важным параметром вещества является время удерживания, т.е. насколько долго оно оставалось в колонке, т.е. было адсорбировано.
Но вещества выходящие из колонки нужно ещё идентифицировать. На практике наиболее часто используются пламенно-ионизационный детектор (ДИП), детектор по теплопроводности (ДТП) или катарометр. Принцип действия катарометра основан на измерении разницы теплопроводностей чистого газа носителя и газа-носителя с примесью анализируемых веществ. Катарометр представляет собой массивный металлический блок, в котором высверлены два отверстия, в отверстия помещаются чувствительные элементы. Чувствительные элементы включены в мост Уинстона по схеме.
Через отверстия подается газ-носитель из колонок (одна из линий является сравнительной, вторая – измерительной), а на филаменты (нити) подается напряжение. Возникающий в филаментах ток нагревает нити, а омывающий их газ-носитель снимает тепло. Когда филаменты омывает чистый газ-носитель, количество тепла, снимаемое с нитей в единицу времени одинаково, одинакова и их температура, а, следовательно, сила тока в обеих нитях тоже одинакова. В измерительной схеме катарометра возникает сигнал в виде разности потенциалов (напряжения), в результате мост Уинстона выходит из равновесия, а перо самописца отклоняется – записывается хроматографический пик. Величина напряжения пропорциональна концентрации анализируемого вещества в газе-носителе.
Хроматограмма, записанная исходя из данных детектора выглядит так.
Каждый пик на элюентной (т.е. непрерывно продуваемой газом-носителем) колоночной хроматограмме соответствует компоненту разделенной смеси и характеризуется временем удерживания, шириной и формой.
Спросить есть ли вопросы.
Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)
В жидкостной хроматографии в отличие от газовой исследуемая смесь веществ находится, как не трудно догадаться в жидкой фазе. Метод применим для разделения более широкого круга веществ, чем метод газовой хроматографии. Это связано с тем, что большинство веществ не обладает летучестью, многие из них неустойчивы при высоких температурах. Принцип жидкостной хроматографии состоит в разделении компонентов смеси, основанном на различии в равновесном распределении их между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна, а другая подвижна (элюент).
На самом деле жидкостную хроматографию можно объяснить достаточно просто. Задача разделения решается при помощи хроматографической колонки, которая представляет собой трубку, заполненную сорбентом. При проведении анализа через хроматографическую колонку подают жидкость (элюент) определенного состава с постоянной скоростью. В этот поток вводят точно отмеренную дозу пробы. Компоненты пробы, введенной в хроматографическую колонку, из-за их разного сродства к сорбенту колонки двигаются по ней с различными скоростями и достигают детектора последовательно в разные моменты времени. Таким образом, хроматографическая колонка отвечает за селективность и эффективность разделения компонентов. Подбирая различные типы колонок, можно управлять степенью разделения анализируемых веществ. Идентификация соединений осуществляется по их времени удерживания. Количественное определение каждого из компонентов рассчитывают, исходя из величины аналитического сигнала, измеренного с помощью детектора, подключенного к выходу хроматографической колонки.
Нарисовать схему.
На самом деле это очень сложный процесс.
ВЭЖХ - это жидкостная колоночная хроматография, механизмы сорбции в которой могут использоваться самые различные. По существу, ВЭЖХ – это современная форма реализации классической жидкостной колоночной хроматографии. Ниже перечислены некоторые наиболее существенные качественные характеристики:
- ВЭЖК: - высокая скорость процесса, позволившая сократить продолжительность разделения от нескольких часов и суток до минут;
- минимальная степень размывания хроматографических зон, что дает возможность разделять соединения, лишь незначительно различающиеся по константам сорбции;
- высокая степень механизации и автоматизации разделения и обработки информации, благодаря чему колоночная жидкостная хроматография достигла нового уровня воспроизводимости и точности.
Т.е. ВЭЖХ это просто улучшенный вариант ЖХ. По механизму разделения анализируемых или разделяемых веществ ВЭЖХ делиться на адсорбционную, распределительную, ионообменную, эксклюзионную, лигандообменную и другие. Отличительной особенностью ВЭЖХ является использование высокого давления (до 400 бар) и мелкозернистых сорбентов (обычно 3—5 мкм, сейчас до 1,8 мкм). Это позволяет разделять сложные смеси веществ быстро и полно (среднее время анализа от 3 до 30 мин). Становление ВЭЖХ в значительной мере связано с созданием новых поколений сорбентов с хорошими кинетическими свойствами и разнообразными термодинамическими свойствами. Основной материал для сорбентов в ВЭЖХ- силикагель. Он механически прочен, обладает значительной пористостью, что дает большую обменную емкость при небольших размерах колонки.
Важнейшие характеристики хроматограммы - время удерживания tR и связанный с ней удерживаемый объем - отражают природу веществ, их способность к сорбции на материале неподвижной фазы и, следовательно, при постоянстве условий хроматографирования являются средством идентификации вещества. Для данной колонки с определенными скоростью потока и температурой время удерживания каждого компонента постоянно.