Масс-спектрометрия



Предыдущая | Следующая

Содержание

Масс-спектрометрия. Масс-спектрометр определяет химиче* ские соединения по их молекулярному весу или массе ионизированных фрагментов молекул. Углеводороды, введенные в масс-спектрометр, испаряются и бомбардируются электронами, которые ионизируют некоторые молекулы. В зависимости от напряжения ионизируются различные исходные молекулы. Некоторые ионизированные молекулы распадаются на дочерние ионы с характерной картиной фрагментации для каждого типа молекул. В сущности это означает распад крупной молекулы на несколько ионизированных молекул меньшего размера. Ионы, летящие с большой скоростью, распределяются в магнитном поле по массам. Детектор сканирует и регистрирует количество всех масс. Пробы весом менее 1 нг (10-9 г) могут быть проанализированы до массы 2000 за несколько секунд. Так как полученный спектр может включать пики нескольких сотен ионов, содержащихся в разной концентрации, интерпретация его затруднена. Поэтому лучше всего интерпретировать масс-спектры чистых соединений (один пик), выделенных с помощью газового хроматографа. Неизвестные соединения определяют путем сравнения масс-спектров исследуемого образца с известными эталонными спектрами. Наиболее усовершенствованные спектрометры соединены с компьютером, в ячейках памяти которого содержатся сведения о всех известных соединениях. Компьютер дает наиболее вероятное определение различных соединений.

В хромато-масс-спектрометрии газовый хроматограф используется для разделения смесей углеводородов, а масс-спектрометр— для определения газохроматографических пиков, т. е. как детектор.

Масс-спектрометрия высокого разрешения особенно важна для анализа высокомолекулярных фракций нефти. В табл. 11-2 приведен типичный пример определения группового состава высококипящей фракции нефти методом масс-спектрометрии [217]. Для более подробной характеристики любой фракции нефти проводится масс-спектральный анализ отдельных структур в каждой группе. Прекрасная обзорная работа по масс-спектрометрам высокого разрешения и их применению в органической геохимии написана Берлингеймом и Шнёсом [89].

 

Изотопный масс-спектрометр действует по тому же принципу, что и обычный. Однако он предназначен для сравнения масс ионов соединений, содержащих разные изотопы, например 12С02 и 13С02. Скалан и Морган [517] описали высокоточный изотопный масс-спектрометр, на котором можно определять изотопный состав углерода и серы соответственно в С02 и S02.

Другие методы. Для изучения структуры молекул углеводородов можно использовать метод ядерно-магнитного резонанса (ЯМР-спектроскопия), позволяющий определить окружение атомов водорода в молекуле. Общее содержание водорода и распределение его по различным функциональным группам в жидкой пробе определяются недеструктивным способом. Например, с помощью этого метода можно установить положение групп СН, СН2 и СНз в цепях и кольцах. Для проведения ЯМР-спектроскопии не требуется выделение фракции насыщенных углеводородов, свободной от олефинов и ароматических компонентов, или ароматической фракции, не содержащей насыщенных углеводородов и олефинов. Детальные анализы проводятся на очень узких дистиллятных фракциях соединений одного класса. Для полного структурного анализа обычно комбинируют хромато-масс-спектрометрию с ЯМР-спектроскопией.

Спектрометрия инфракрасного поглощения также используется для анализа типов молекул, но она в значительной мере вытеснена комплексным методом ГЖ-МС-ЯМР-спектрометрии.

Спектрометрия поглощения в ультрафиолетовой и видимой областях используется как быстрый недорогой метод контроля чистоты образцов, выделяемых при помощи жидкостной хроматографии. Ультрафиолетовые спектры позволяют определять количество молекулярных структур, поглощающих ультрафиолетовые лучи, например производных порфиринов, в элюатах, получаемых с хроматографических колонок.

К другим аналитическим методам относятся атомно-адсорбционные и нейтронно-активационные методы определения рассеянных элементов и измерение оптической активности фракций нефти в растворе с помощью фотоэлектрических поляриметров.

Содержание