TÖMEG-SPEKTROMETRIA (MS)

Irodalom:H.H. Willard et al.: Instrumental

methods of Analysis, Wadsworth, Belmont, USA, 1988

Tartalom

• Ionforrások• Analizátorok• Detektorok

• Analitikai jellemzőkMinőségi és mennyiségi elemzésre, molekulaszerkezet-vizsgálatra alkalmas;Nagy érzékenység (szelektív analizátor, jó detektor);Mintamennyiség: <ng-mg

Elve+ ionok létrehozása gázállapotban, ezek eltérítése Q/m alapján elektromos és/vagy mágneses térben (energia,

sebesség, momentum alapján),energia szerint gyorsít, momentum alapján válogat – MS (hagyományos)energia és sebesség aalpján – time-of-flight MS momentum és sebesség alapján – Fourier transzformációs MS

detektálás

adagoló

vákuum adatfeldolgozó

ionforrás m analizátor ionbegyűjtő

MINTA: folyadék/szilárd/gáz

<10-6 torr

IONFORRÁSOK1. Szikrakisüléses ionforrás (SS=spark source=field

ionization):2 közeli elektróda közötti erős elektromos tér(107-108 V/cm) hatására az anódból (hegyes tűalak), vákuumban e- lép kiA minta maga az anód, vagy annak a felületén van. Hatásfoka 1 nagyságrenddel rosszabb mint az EI-é.

2. Termikus ionizáció (TI):

A mintával bevonják a fém mintatartót (pl. W szálas filament) és párolgásig melegítik (kb. 2000°C-ig), közben a minta részben ionizálódik az ionizációs potenciál függvényében.

3. Elektronokkal kiváltott ionizáció (EI): a filamentből e-ok lépnek ki (6-70 V potenciálon) és ionizálják a molekulákat, melyek az adagolóból (Molecular leak) érkeznek az ionforrásba a vákuum hatására;

a kationokat 400-4000 V feszültséggel gyorsítják

4. Kémiai ionizáció (CI):a kis mennyiségű minta molekulái ütköznek nagy mennyiségű ionizált gázzal:

ionizált gázt EI (200-500 V) módszerrel állítják elő:

pl. CH4 + e-→CH4+ + 2e-CH4+ másodlagos ütközési folyamataiban plazma keletkezik (lehet Ar, N2, He)lehet – ionokkal is ionizálni (pl. Cl-);

a plazmában ütközésekben ionizálódik a beporlasztott minta

5. Plazma ionizáció (ICP és GD)

Induktív csatolású plazma ionizáció (ICP) : Kis mennyiségű minta molekulái ütköznek nagy mennyiségű ionizált Ar gázzal:

A tekercs mágneses tere és a gázban létrejövő örvényáramok hatására történik az ionizáció.Láng alakú plazma képződik: 6000-10000 oKFolyadék minta beporlasztása Ar árammal.

Plazma ionizáció történik Glimm kisülésben is= Glow Discharge:

A kisülési cellában elektromos térben (500-10000 V) Ar plazma alakul ki, az Ar+ ionokkal ütközve ionizálódik a katódra felvitt szilárd minta

6. Ionizáció ion bombázással • Ionágyuból származó monoenergetikus nemesgáz ionok (pl. Ar+)

hatására a vékony mintafelületből másodlagos ionok lépnek ki(ionágyuban e-okkal bombáznak nemesgázt)SIMS: 1mm átmérőjű ionsugárral felületeket pásztáznak

• Fast Atom Bombardmentionágyuhoz hasonló berendezés, melyben az Ar+ ionokat elektrosztaikusan gyorsítják

• Bombázás 252Cf hasadási termékeivel – Plazma deszorpcióa mintatartófólia hátoldalát bombázva, a termelt hő hatására plazma deszorpció történik és a minta elpárolog/ionizálódik

7. Laser deszorpcióa pulzált Laser sugár elpárologtatja és ionizálja is a molekulákata fémfilmre vitt mintát a hátoldalról „világítanak” meg, hatására mikroplazma keletkezik

↕Laser abláció: nem ionizáció, hanem a minta felületi rétegének eltávolítása, mely pl. ICP-ben ionizálódik.Így ICP-vel lehet szilárd mintáét is vizsgálni.

ANALIZÁTOROK

1. Mágneses analizátorAzonos Q/m esetében is lehet más a sugár, ha az energia különbözik

↓

Rossz felbontás!

2. Kettős fókuszálású analizátor

Az elektromos tér szétfókuszálja a különböző energiájú ionokat és az azonos energiájúakat vezeti egy résre

Nagy felbontás!

3. Kvadrupól analizátor

Kis felbontás

Olcsó, egyszerű

Detektorok1. Fényképező lemez2. Faraday detektor: csészealakú fémcső + erősítő

becsapódó ion leadja a töltését→áram→feszültségimpulzus3. Elektronsokszorozó

ionsugár→szekunder e-→e- sokszorozásChanneltron: kürt alakú „folyamatos dinóda”

üvegcső emittáló anyaggal bevonva, H.V (3 kV), vákuumnagy érzékenység

4. Daly detektor:Faraday detektor előtt - töltésű eltérítő elektróda, mely

elválasztja a + ionokat és - elektronokat

Spektrumok

Felbontás függ: ionforrástól, analizátortól, detektortól, üzemmódtól (egyedi elemzés vagy multi-elemes)

Interferenciák: poliatomos ionok (MO+, MOH+, ArH+), többszörös töltésű ionok (M2+), mátrix effektus (jelintenzitás változik)

LD

A legérzékenyebb analitikai módszerek közé tartozik:

ICP MS: 2-4 ng/l

ICP SF MS:

0,05 ng/l

Főbb alkalmazási területek

• Izotópok elemzése• Szerves molekulák szerkezetének vizsgálata