Роздільна здатність (мас-спектрометрія)

Роздільна здатність (або роздільність) — у мас-спектрометрії — здатність розділити йони з невеликою різницею відношень маса/заряд. Для окремого піка, що походить від однозаряджених йонів з масою m в масспектрі, розділення можна виразити як m /Δm, де Δm — ширина піка на висоті, яка є певною часткою загальної висоти піка (рекомендованими є три її значення 50 %, 5 % та 0.5 % від загальної висоти).

Розділення двох піків гаусової форми на мас-спектрограмі.

Відповідно до визначення ІЮПАК:

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

Розрахунок на прикладі магнітно-секторного приладу

Для магнітно-секторного аналізатора роздільна здатність визначається напруженістю магнітного поля $B$ та значенням прискорювальної напруги іона $V$. Для кінетичної енергії іона в прискорювальному полі маємо формулу:

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

де:

$z$ — заряд іона в одиницях заряду електрона $e$,

$V$ — прискорювальна напруга (зазвичай від 2 до 8 кВ),

$m$ — маса іона,

$v$ — швидкість іона.

Потрапляючи в магнітне поле напруженістю $B$ перпендикулярно до магнітних силових ліній, цей іон рухатиметься по колу радіуса R, причому сила Лоренца надаватиме доцентрового прискорення:

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

Магнітно-секторні прилади можуть вимірювати значення $m/z$ до 10000, мають найвищу точність вимірювання мас (< 5 м д.), а також найкращий динамічний діапазон — $10^{7}$.

Мас-спектрометрія високої роздільності

Залежність форми піку іонів із масою близькою 28 Да від роздільності мас-спектрометра (молекули азоту, монооксиду вуглецю та етилену)

На малюнку наведено приклад збільшення роздільної здатності мас-спектрометра, необхідної для розділення близьких за масою молекул азоту ($28,006148$ Да), монооксиду вуглецю ($27,994915$ Да) та етилену ($28,03300$ Да).

Для розділення піків іонів $CO$ і $C_{2}H_{4}$ з масами $27,994915$ і $28,03300$ Да необхідна роздільність не менше $R=28/(28,03300-27,994915)=770$, тоді як для розділення $CO$ і $N_{2}$ з масою $28,006148$ Да — вже більше $2500$.

Література

• Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
• А. Т. Лебедев «Масс-спектрометрия в органической химии» М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003, 493с. ISBN 5-94774-052-4. (рос.)