Хромато-масс-спектрометрия Поведение заряженной частицы в магнитном поле Схема

Хромато-масс-спектрометрия Поведение заряженной частицы в магнитном поле. Схема магнитного масс-спектрометра. Виды масс-спектрометров. Применение масс-спектрометрии. Идентификация и установление структурной формулы. Использование масс-спектрометрии в качестве детектора в хроматографии. Примеры применения.

Масс-спектрометр. Что это такое? В школе вас учили, что если по проводнику течет ток, а сам проводник находится в магнитном поле, то на него действует сила. Направление этой силы можно определить по правилу левой руки Но если вместо проводника между магнитами летит заряженная частица (а электрический ток и есть движение заряженных частиц), то к ней тоже можно применить правило левой руки. Траектория движущейся в магнитном поле частицы отклонится от прямолинейной. И снова мы можем применить правило левой руки. И получится, что заряженная частица полетела по дуге. И кривизна этой дуги будет зависить от скорости, с которой она летит и от соотношения её заряда и массы. Вот по этому принципу и были построены первые масс-спектрометры.

Реализовать принцип масс-спектрометрии можно по разному. Важно то, что чуствительность у массспектрометров чрезвычайно высокая, а информации они дают очень много. Масс-спектр вещества — это его визитная карточка. Если масс-спектр есть в картотеке, идентифицировать вещество очень просто. А массспектры многих веществ, которые мы едим и пьем, которыми мы пользуемся в быту, в атласы массспектров занесены.

Самая главная часть масс-спектрометра — массанализатор. Именно его устройством и различаются типы масс-спектрометров. Все остальное — и превращение молекул в ионы, и регистрация, и обработка полученной информации — для всех типов масс-спектрометров почти одинаковы. Поэтому сначала рассмотрим устройство массанализаторов.

Магнитный масс-анализатор — устройство для пространственного и временного разделения ионов с различными значениями отношения массы к заряду, использующий для разделения магнитное поле. Исторически первым масс-анализатором был магнит. Согласно физическим законам (сила Лоренца) траектория заряженных частиц в магнитном поле искривляется, а радиус кривизны зависит от массы частиц. Существуют различные геометрии магнитных масс-анализаторов, в которых измеряется либо радиус кривизны, либо магнитное поле. Магнитные масс-спектрометры имеют высокое разрешение и могут использоваться со всеми видами ионизации. Несмотря на значительные преимущества современных перед остальными (высокое разрешение, высокая точность измерений и большой рабочий диапазон масс), они обладают двумя основными «недостатками» — эти приборы большие как по размерам, так и по стоимости.

Первый масс-спектрограф Почему спектрограф, а не спектрометр? Потому что первым детектором частиц была фотопластинка. Такой прибор можно построить, имея хорошую мастерскую и хорошие насосы для получения высокого вакуума. Но вакуум нужен очень высокий, потому что частица по пути к фотопластинке не должна сталкиваться с другими частицами.

Однако в аналитических лабораториях наибольшее распространение получил квадрупольный масс-спектрометр, размер и вес и стоимость которого в несколько раз меньше магнитного.

Анализатор масс в этом спектрометре устроен из четырех металлических стержней, на которые подают электрическое напряжение (радиочастотное и постоянное). Электрическое поле внутри пространства, которое окружают эти стержни, колеблется. В это пространство направляют ионы, которые хотят проанализировать. Преодолевают этот путь только те ионы, колебания которых попадает в резонанс с подаваемой на стержни частотой. Остальные ионы выбрасываются полем. Изменяя частоту подаваемого на стержни напряжения, производят регистрацию попавших на детектор ионов по отношению заряда иона к его массе.

Еще один тип масс-спектрометра -- времяпролетный. Он устроен на очень простом принципе. Если для разгона ионов используют определенное напряжение, то скорость ионов пропорциональна массе. Если ионы от источника пролетают полую трубу, то время пролета и попадания на детектор, стоящий у выхода из трубы, у более тяжелых ионов будет больше. Существуют и другие типы масс-спектрометров, но нас будет интересовать сам принцип масс-спектрометрии и квадрупольный анализатор, потому что работать мы будем с ним. Рассмотрим, как получаются ионы, которые будет анализировать масс-анализатор.

Наиболее старый и наиболее широко применяемый в современной массспектрометрии метод ионизации молекул органических соединений - это, так называемый, электронный удар (ЭУ, по-английски EI - Electron Impact). Для того, чтобы ионизовать органическое вещество его нужно сначала из конденсированной фазы (жидкость, твердое тело) перевести каким-нибудь образом в газовую фазу, например, нагреть (этого, конечно, не нужно делать с газами). Затем, их нужно ввести в так называемый источник ионов, где они подвергаются бомбардировке пучком электронов, который можно получить нагревая, например, металлическую ленточку (катод). Можно поместить вещество в конденсированной фазе в источник ионов и там его испарить. Электроны - легкие по сравнению с молекулами отрицательно заряженные частицы - сталкиваясь с молекулами вырывают из электронных оболочек электроны и превращают молекулы в ионы.

При этом молекулы часто разваливаются на заряженные фрагменты по определенному для каждого соединения механизму. Именно в результате этого процесса в конечном итоге получится масс-спектр - набор рассортированых по массам ионов - несущий информацию о структуре молекулы и, часто, настолько характерный для определенного органического соединения, что его называют "отпечатком пальцев", то есть настолько же индивидуальный как рисунок на пальцах человека. Все это должно происходить в вакууме, иначе электроны слишком быстро зарядят молекулы, составляющие компоненты воздуха, а ионы, образовавшиеся из того соединения, которое нас интересует, слишком быстро вновь превратятся в нейтральные молекулы.

Другой способ ионизации - это ионизация в ионно-молекулярных реакциях, называемая химической ионизацией (ХИ, CI - Chemical Ionization). При этом способе источник ионов заполняется каким-либо газом при повышенном давлении (типично используется метан или изобутан, очень редко аммиак и другие газы), который ионизуется все тем же электронным ударом, а в результате большой популяции молекул в источнике начинают происходить ионно-молекулярные реакции, ведущие к образованию ионов-реагентов, которые, в свою очередь взаимодействуют с молекулами интересующего нас вещества, ведя к их ионизации. При этом происходит протонирование, т. е. образование положительно заряженных ионов. Вводимые в источник ионов соединения также могут реагировать с "медленными" ("термическими") электронами, которые охотно образуются и блуждают в плазме источника работающего в режиме химической ионизации. При этом взаимодействии происходит так называемый диссоциативный резонансный захват электронов, ведущий к тому, что образуется ион с "лишним" электроном, т. е. отрицательно заряженный.

Такая ионизация в газовой фазе является "мягкой", то есть образовавшиеся ионы не разваливаются на мелкие фрагменты, а скорее остаются крупными кусками либо чуть меньше, чем исходная молекула, либо даже большее ее за счет присоединения других ионов. Этот метод дает меньше информации о том, как устроена структура молекулы, зато с его помощью легче определить ее молекулярную массу. Это касается, в основном, положительно заряженных ионов. Большим преимуществом химической ионизации с образованием отрицательных ионов является значительное улучшение чувствительности и селективности в отношении избранных соединений (соединений с большим сродством к электрону, например, содержащих атомы галогенов). Предел обнаружения таких соединений может быть снижен до трех порядков Есть и другие методы ионизации, но в нашем хромато-массспектрометре ионизация осуществляется электронным ударом

Детектор Последним элементом масс-спектрометра является детектор заряженных частиц. Первые масс-спектрографы использовали в качестве детектора фотопластинку. 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 еще большее количество электронов и т. д. Другой вариант - фотоумножители, регистрирующие свечение, возникающее при бомбардировке ионами люминофора. Кроме того, используются микроканальные умножители, системы типа диодных матриц и коллекторы, собирающие все ионы, попавшие в данную точку пространства (коллекторы Фарадея). Заинтересованный читатель может обратиться к подробностям детектирования ионов в специальной литературе, часть из которой будет приведена в конце лекции, мы же не будем останавливаться на этом более подробно.

Скорость сканирования. Масс-анализатор, как мы показывали выше, пропускает ионы с определенным соотношением массы и заряда в определенное время. Для того, чтобы проанализировать все ионы по отношению их массы к заряду он должен сканировать, то есть параметры его поля должны за заданый промежуток времени пройти все значения, нужные для пропускания к детектору всех интересующих ионов. Эта скрость разворачивания поля называется скоростью сканирования и должна быть как можно больше (соответственно, время сканирования должно быть как можно меньше), поскольку масс-спектрометр должен успеть измерить сигнал за короткое время, например за время выхода хроматографического пика, которое может составлять несколько секунд. При этом, чем больше масс-спектров за время выхода хроматографического пика будет измерено, тем точнее будет описан хроматографический пик, тем менее вероятно будет проскочить мимо его максимального значения, а с помощью математической обработки определить является ли он индивидуальным и "доразделить" его с помощью масс-спектрометрии.

Самым медленным масс-анализатором является магнит, минимальное время его сканирования без особой потери чувствительности составляет доли секунды. Квадрупольный массанализатор может разворачивать спектр за десятые доли секунды Разрешение. Наглядно разрешение (разрешающую способность) можно определить как возможность анализатора разделять ионы с соседними массами. Очень важно иметь возможность точно определять массу ионов, это позволяет вычислить атомную композицию иона или идентифицировать пептид путем сравнения с базой данных, сократив число кандидатов с тысяч и сотен до единиц или одного единственного. Для магнитных массанализаторов, для которых расстояние между пиками масс-спектра не зависит от масс ионов, разрешение представляет собой величину равную M/d. M. Эта величина, как правило, определяется по 10 % высоте пика. Так например, разрешение 1000 означает, что пики с массами 100. 0 а. е. м. и 100. 1 а. е. м. отделяются друг от друга, то есть не накладываются вплоть до 10 % высоты.

Для анализаторов, у которых расстояние между пиками меняется в рабочем диапазоне масс (чем больше масса, тем меньше расстояние), таких как квадрупольные анализаторы, сторого говоря, разрешение имеет другой смысл. Разрешение, определяемое как M/d. M в данном случае характеризует конкретную массу. Имеет смысл характеризовать эти массанализаторы по ширине пиков, величине, остающейся постоянной во всем диапазоне масс. Эта ширина пиков, обычно, измеряется на 50 % их высоты. Для таких приборов ширина пика на полувысоте равная 1 является неплохим показателем и означает, что такой масс-анализатор способен различить номинальные массы, отличающиеся на атомную единицу массы практически во всем его рабочем диапазоне. Номинальной массой или массовым числом называют ближайшее к точной массе иона целое число в шкале атомных единиц массы. Например, масса иона водорода Н+ равна 1. 00787 а. е. м. , а его массовое число равно 1. А такие масс-анализаторы, которые, в основном, измеряют номинальные массы, называют анализаторами низкого разрешения

Динамический диапазон. Если мы анализируем смесь, содержащую 99. 99 % одного соединения или какого-либо элемента и 0. 01% какой-либо примеси, мы должны быть уверены, что правильно определяем и то и другое. Для того, чтобы быть уверенным в определении компонентов в этом примере, нужно иметь диапазон линейности в 4 порядка. Современные массспектрометры для органического анализа характеризуются динамическим диапазоном в 5 -6 порядков, а масс-спектрометры для элементного анализа 9 -12 порядков. Динамический диапазон в 10 порядков означает, что примесь в пробе будет видна даже тогда, когда она составляет 10 миллиграмм на 10 тонн.

Чувствительность. Это одна из важнейших характеристик массспектрометров. Чувствительность это величина, показывающая какое количество вещества нужно ввести в масс-спектрометр для того, чтобы его можно было детектировать. Для простоты будем рассматривать связанный с чувствительностью параметр - минимальное определяемое количество вещества, или порог обнаружения. Типичная величина порога обнаружения хорошего хромато-масс-спектрометра, используемого для анализа органических соединений, составляет 1 пикограмм при вводе 1 микролитра жидкости. Давайте представим себе что это такое. Если мы наберем специальным шприцом 1 микролитр жидкости (одна миллионная доля литра) и выпустим ее на листок чистой белой бумаги, то при ее рассмотрении в лупу мы увидим пятнышко, равное по размерам следу от укола тонкой иглой. Теперь представим себе, что мы бросили 1 грамм вещества (например, одну таблетку аспирина) в 1000 тонн воды (например, бассейн длиной 50 метров, шириной 10 метров и глубиной 2 метра). Тщательно перемешаем воду в бассейне, наберем шприцом 1 микролитр этой воды и заколем в хромато-масс -спектрометр. В результате анализа мы получим масс-спектр, который мы сможем сравнить с библиотечным спектром и методом отпечатков пальцев убедиться в том, что это действительно ацетилсалициловая кислота, иначе называемая аспирином.

Пределы обнаружения неорганических веществ, например, методом ICP/MS (FINNIGAN ELEMENT 2) еще более впечатляющие. Здесь бассейн уже будет маловат для приготовления раствора с концентрацией, соответствующей пределу обнаружения. Предел обнаружения для FINNIGAN ELEMENT 2 по ряду металлов составляет 1 ppq (одна доля на квадриллион). Это значит, что чувствительности прибора достаточна, чтобы детектировать 1 килограмм металла (например, ртути, свинца и т. д. ) растворенного в озере Байкал (при условии его перемешивания и полного растворения)!

Хромато-масс-спектрометрия. Первые исследования аналит. возможностей хромато-массспектрометрии были проведены в 1950 -х гг. , первые пром. приборы, объединяющие газо-жидкостной хроматограф и масс-спектрометр, появились в 60 -х гг. Принципиальная совместимость этих двух приборов обусловлена тем, что в обоих случаях анализируемое в-во находится в газовой фазе, рабочие температурные интервалы одинаковы, пределы обнаружения (чувствительность) близки. Различие состоит в том, что в ионном источнике масс-спектрометра поддерживается высокий вакуум (10 -5 — 10 -6 Па), тогда как давление в хроматофафич. колонке 105 Па. Для понижения давления используют молекулярный сепаратор, который одним концом соединен с выходом хроматографической колонки, а другим - с ионным источником масс-спектрометра. Молекулярный сепаратор удаляет из газового потока, выходящего из колонки, основную часть газа-носителя, а орг. в-во пропускает в масс-спектрометр. При этом давление на выходе колонки понижается до рабочего давления в массспектрометре.

Принцип действия мол. сепараторов основан либо на различии подвижности молекул газа-носителя и анализируемого вещества, либо на их разл. проницаемости через полупроницаемую мембрану. Чаще всего применяют эжекторные сепараторы, работающие по первому принципу. Одностадийные сепараторы этого типа содержат две форсунки с отверстиями небольшого диаметра, которые установлены точно напротив друга. В объеме между форсунками создается давление 1, 33 Па. Газовый поток из хроматографической колонки через первую форсунку со сверхзвуковой скоростью попадает в область вакуума, где молекулы распространяются со скоростями, обратно пропорциональными их массе. В результате более легкие и быстрые молекулы газа-носителя откачиваются насосом, а более медленные молекулы орг. в-ва попадают в отверстие второй форсунки, а затем в ионный источник массспектрометра. Нек-рые приборы снабжены двухстадийным мол. сепаратором, снабженным еще одним подобным блоком форсунок. В объеме между ними создается высокий вакуум. Чем легче молекулы газаносителя, тем эффективнее они удаляются из газового потока и тем выше обогащение орг. в-вом

Наиб. удобный для хромато-масс-спектрометрии газ-носитель - гелий. Эффективность работы сепаратора, т. е. отношение кол-ва орг. в-ва в газовом потоке, выходящем из колонки, к его кол-ву, поступающему в масс-спектрометр, в значит. степени зависит от расхода газа-носителя, попадающего в сепаратор. При оптимальном расходе 20 -30 мл/мин удаляется до 93% газа-носителя, а в массспектрометр поступает более 60% анализируемого в-ва. Такой расход газа-носителя типичен для насадочных колонок. В случае использования капиллярной хроматографической колонки расход газа-носителя не превышает 2 -3 мл/мин, поэтому на ее выходе в газовый поток добавляют дополнит, кол-во газа-носителя, чтобы скорость потока, поступающего в мол. сепаратор, достигла 20 -30 мл/мин. Тем самым обеспечивается наилучшая эффективность мол. сепаратора.

Гибкие кварцевые капиллярные колонки могут вводиться непосредственно в ионный источник. В этом случае ионный источник должен быть обеспечен мощной откачивающей системой, поддерживающей высокий вакуум. В массспектрометрах, соединенных с газовыми хроматографами, применяется ионизация электронным ударом, химическая или полевая. Хроматографич. колонки должны содержать труднолетучие и термостабильные стационарные жидкие фазы, чтобы масс-спектр их паров не налагался на спектр анализируемого в-ва. Анализируемое в-во (обычно в р-ре) вводится в испаритель хроматографа, где мгновенно испаряется, а пары в смеси с газом-носителем под давлением поступают в колонку. Здесь происходит разделение смеси, и каждый компонент в токе газа-носителя по мере элюирования из колонки поступает в мол. сепаратор. В сепараторе газ-носитель в осн. удаляется и обогащенный орг. в-вом газовый поток поступает в ионный источник масс-спектрометра, где молекулы ионизируются. Число образующихся при этом ионов пропорционально кол-ву поступающего в-ва. С помощью установленного в масс-спектрометре датчика, реагирующего на изменение полного ионного тока, записывают хроматограммы. Т. обр. масс-спектрометр можно рассматривать как универсальный детектор к хроматографу. Одновременно с записью хроматограммы в любой ее точке, обычно на вершине хроматографич. пика, м. б. зарегистрирован масс-спектр, позволяющий установить строение в-ва.

Важное условие работы прибора - быстрая запись масс-спектра, к-рый должен регистрироваться за время, гораздо меньшее, чем время выхода хроматографич. пика. Медленная запись масс-спектра может исказить соотношение интенсивностей пиков в нем. Скорость регистрации массспектра (скорость сканирования) определяется масс-анализатором. Наименьшее время сканирования полного масс-спектра (неск. миллисекунд) обеспечивает квадрупольный анализатор. В совр. массспектрометрах, снабженных ЭВМ, построение хроматограмм и обработка масс-спектров производится автоматически. Через равные промежутки времени по мере элюирования компонентов смеси регистрируются массспектры, количеств. характеристики к-рых накапливаются в памяти ЭВМ. Для каждого сканирования производится сложение интенсивностей всех регистрируемых ионов. Т. к. эта суммарная величина (полный ионный ток) пропорциональна концентрации в-ва в ионном источнике, то ее используют для построения хроматограммы (эта величина откладывается по оси ординат, по оси абсцисс - время удерживания и номер сканирования). Задавая номер сканирования, можно вызвать из памяти масс-спектр в любой точке хроматограммы.

Как вы все хорошо знаете, стоимость изделий «высоких технологий» очень быстро падает. И если в семидесятых годах прошлого века стоимость хромато-масс-спектрометра (магнитного и очень большого и тяжелого) была много выше 100000 долларов и были они относительно редки, то теперь квадрупольный хроматомасс-спектрометр стал обычным инструментом современной аналитической лаборатории. Как вы видите, он очень небольшой и относительно прост в управлении. И потому очень многие трудные (из-за проблем чуствительности и идентификации) задачи хроматографии теперь решают с помощью этого детектора. «Кодекс Алиментариус» , в частности, предписывает выполнять анализ пестицидов в пищевых продуктах преимущественно на хромато-масс-спектрометре. Поэтому мы не будем перечислять примеры применения массспектрометрии — сегодня в цивилизованных странах она применяется там, где применяется хроматография (см. предыдущую лекцию). Там, где жизнь человека — самая главная ценность.

Так как окружающий нас «органический мир» построен из относительно небольшого набора простых «кирпичиков» , то и наборов фрагментов, на которые эти кирпичики разбиваются при ионизации, будет тоже относительно немного. Почти все эти фрагменты сведены в базы данных. В базы данных сведены и осколочные ионы с характерным значением разности масс между ними и молекулярным ионом (то есть ионом, масса которого равна молекулярной массе идентифицируемого вещества). А базы данных самих масс-спектров веществ (библиотеки массспектров) насчитывают сотни тысяч спектров. Машинный поиск по этим библиотекам позволяет очень быстро производить идентификацию.

Основная литература (1 — 5) 1 Базовый учебник. М. Отто Современные методы аналитической химии. 2 -е исправленное издание, Техносфера, Москва, 2006 2 Редакторы Р. Кельнер, Ж. -М. Мерме, М. Отто, Г. М. Видмер Аналитическая химия. Проблемы и подходы, т. 1 «Мир» , «Аст» , Москва, 2004 3 Редакторы Р. Кельнер, Ж. -М. Мерме, М. Отто, Г. М. Видмер Аналитическая химия. Проблемы и подходы, т. 2 «Мир» , «Аст» , Москва, 2004 К. Хаускрофт, Э. Констебл Современный курс общей химии, т. 1 Москва, «Мир» , 2002 4

Дополнительная литература (6 – 22) 6 А. Т. Лебедев Масс-спектрометрия в органической химии Москва, Бином, Лаборатория знаний, 2003 7 Национальный стандарт Российской Федерации. Контроль объекта аналитический. Термины и определения. ГОСТ Р 52361 -2005 8 Codex Alimentarius. General Guidelines on Sampling. CAC/GL 50 -2004 9 З. Марченко, М. Бальцежак Методы спектрофотометрии в УФ и видимой области в неорганическом анализе. Москва, Бином, Лаборатория знаний, 2007 10 А. К. Бабко, А. Т. Пилипенко Фотометрический анализ. Общие сведения и аппаратура Москва, Химия, 1968 11 Ю. А. Пентин, Л. В. Вилков Физические методы исследования в химии Москва, «Мир» , 2003 12 Ю. С. Другов, А. А. Родин Анализ загрязнения биосред и пищевых продуктов Москва, Бином, Лаборатория знаний, 2007 13 Ю. С. Другов, А. А. Родин Пробоподготовка в экологическом анализе. Практическое руководство. С-Петербург, «Анатолия» , 2002

14 Герасимов Я. И. и др. Курс физической химии. Москва, Химия, 1969. тт. 1 -2. 15 М. В. Волькенштейн, Л. А. Грибов, М. А. Ельяшевич, Б. И. Степанов Колебания молекул «Наука» Москва, 1972 16 А. В. Карякин, И. Ф. Грибовская Методы оптической спектроскопии и люминисценции в анализе природных и сточных вод. Москва, «Химия» , 1987 17 Д. Браун, А. Флойд, М. Сейнзбери Спектроскопия органических веществ Москва, «Мир» , 1992 18 Ред. Д. Кендалл Прикладная инфракрасная спектроскопия, «Мир» , Москва, 1970 19 Я. И. Коренман Практикум по аналитической химии. Анализ пищевых продуктов книга 4 Хроматографические методы анализа Москва «Колос. С» 2005 20 А. Н. Нечаев, С. Е. Траубенберг и др. Пищевая химия. Лабораторный практикум. Пособие для ВУЗов, С-Петербург, Гиорд, 2006 С 21 С. Н. Сычев, В. А. Гаврилина, Р. С. Музалевская Высокоэффективная жидкостная хроматография как метод определения фальсификации и безопасности продукции Москва Де. Ли принт, 2005 22 Р. С. Гутер, Б. В. Овчинский Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. Гос. Изд. Физмат. Литературы, Москва, 1962

. Рекомендации по использованию Интернетресурсов и других электронных информационных источников 21 http: //fiz. 1 september. ru/2005/02/14. htm Беллур Сиварамия Чандрасекар Почему всё вокруг такое, какое оно есть? 22 http: //www. college. ru/chemistry/course/content/chapter 1/s ection/paragraph 1/theory. html Открытый колледж. Химия 23 http: //cnit. ssau. ru/organics/chem 1/ Электронный учебник для средней школы Часть I Теоретические основы органической химии 24 http: //www. effects. ru/index. html Виртуальный фонд естественнонаучных и научно-технических эффектов "Эффективная физика" 25 С. П. Иглин МНК http: //iglin. exponenta. ru/All/Cont. Data/lsqm. html#title 0 26 http: //chemstat. com. ru/ Теория вероятностей и

№ п/п 1 Название рекомендуемых технических и компьютерных средств обучения Наименование разделов и тем Построение градуировочных Опция «Анализ данных» функций в пакете программ методом Microsoft Office Excel. наименьших Регрессия. квадратов. Темы 1– 6…

Вопросы к зачету дисциплины 1. Общие принципы спектральных оптических методов анализа. 2. Причины возникновения электронных спектров молекул. 3. Спектроскопия в ультрафиолетовой и видимой области спектра. 4. Принциальная схема спектрофотометра. Двухлучевая схема. 5. Связь пропускания и оптической плотности. 6. Законы поглощения электромагнитного излучения. Понятие о выводе закона Бугера-Ламберта-Бера 8. Причины поглощения инфракрасного излучения. 7. Принципы инфракрасной спектроскопии — схема спектрофотометра, источники излучения, конструкционные материалы кювет. 8. Характеристические частоты и корреляционные таблицы. Скелентные колебания. 9. Количественный анализ в спектрофотометрии. Градуировка. 10. Построение градуировочной функции методом наименьших квадратов. Опция «Регрессия» в пакете «Анализ данных» программы «Excel» . 11. Атомные спектры. Эмиссионные спектры и спектры поглощения. 12. Пламя как источник атомизации и возбуждения. Пламенная фотометрия и области ее применения. 13 Атомно-абсорбционная спектрометрия и область ее применения. 14. Принципиальная схема атомно-абсорбционного спектрометра.

15. Принципы хроматографии — явления на границе фаз. 16. Газовая и газожидкостная хроматография. 17. Принципиальная схема газового хроматографа. 18. Детекторы в газовой хроматографии. 19 Жидкостная хроматография. 20 Принципиальная схема жидкостного хроматографа. 21. Детекторы в жидкостной хроматографии. 22. Ионная хроматография. Детектор по электропроводности. 23. Принципы масс-спектрометрии. 24. Виды масс-спектрометров

1 тема Вопросы для самопроверки 1. Последствия отсутствия входного аналитического химического контроля при производстве товаров народного потребления 2. Методы инструментального физико-химического анализа. 3. Связь структуры вещества с параметрами, измеряемыми инструментальными методами анализа. 4. Основные понятия химического аналитического контроля. 5. «Кодекс Алиментариус» о проведении пробоотбора. 6. Понятие о пробоподготовке. 7 Понятие о градуировке в инструментальном анализе. Вопросы и задание для самостоятельной работы. 1. Строение атомов и молекул. Положение электронов в атоме. 2. Физико-химические явления на границе раздела фаз. 3. Освоение опции «Регрессия» в пакете «Анализ данных» в программе Excel. Построение модельной градуировочной функции.

2 тема Вопросы для самопроверки 1. Положение электрона в атоме и молекуле. Атомная и молекулярная орбитали. 2. Волновые свойства электрона и связь этих свойств с поглощением и пропусканием света. 3. Хромофорные группы. 4. Принципиальная схема спектрофотометра. 5. Понятие о флюоресценции. Вопросы для самостоятельной работы. 1. Закон Бугера-Ламберта-Бера. 2. Почему аппаратурная реализация спектрофотометра предусматривает двухлучевую схему? 3. Спектрофотометр на диодных матрицах. 4. Причины применения метода наименьших квадратов при построении градуировочной функции.

3 тема Вопросы для самопроверки 1. Электрический диполь молекулы. 2. Связь изменения дипольного момента с поглощением в ИКобласти. 3. Типы колебаний в молекуле. 4 Характеристические колебания и корреляционные таблицы. 5. Скелетные колебания. Вопросы для самостоятельной работы. 1. Почему азот не поглощает в средней ИК-области, а диоксид углерода поглощает? 2. Из каких материалов делают кюветы для ИК-спектрометрии? 3. Что такое интерференция. 4. Как связана интерференция с Фурье-спектроскопией в ИКобласти? 5. Что такое идентификация вещества и какими методами в настоящее время она осуществляется?

4 тема Вопросы для самопроверки 1. Атомные спектры. История открытия. 2. Эмиссионная атомная спектроскопия. 3. Пламя как средство атомизации и ионизации. 4 Пламенная фотометрия. Область применения. 5 Резонансное поглощение излучения. 6. Лампы с полым катодом. 7 Принципиальная схема атомно-абсорбционного спектрофотометра. Вопросы и задание для самостоятельных работ 1. Пробоподготовка для атомной спектрометрии. 2. Сравнить чуствительность анализа в атомно-абсорбционной спектрометрии при использовании в качестве атомизатора пламени и графитовой кюветы. Объяснить разницу.

Тема 5 Вопросы для самопроверки 1. Силы, обуславливающие адсорбцию 2 Виды хроматографии 3 Принципиальная схема хроматографа 4 Детекторы для газовой хроматографии 5 Детекторы для жидкостной и ионной хроматографии 6 Проблема качественного анализа в хроматографии. Вопросы и задание для самостоятельных работ 1. Когда и кем был открыт метод хроматографического разделения веществ? 2. В чем отличие колоночной хроматографии от ВЭЖХ? 3. Чем газо-твердофазная хроматография отличается от газожидкосной. 4. Что такое абсорбция и чем она отличается от адсорбции? 5. Какой хроматографический детектор наиболее информативен для идентификации пика?

Тема 6 Вопросы для самопроверки 1. Правило, определяющее поведение проводника в магнитном поле. 2. Магнитный масс-спектрометр 3. Квадрупольный масс-спектрометр 4 Времяпролетный масс-спектрометр 5. Способы ионизации в масс-спектрометрии. Вопросы и задание для самостоятельной работы 1. Почему масс-спектрометр откачивают до глубокого вакуума? 2. Как осуществляется идентификация вещества по масс-спектру? 3. В чем преимущества масс-спектроскопии как хроматографического детектора в сравнении с другими детекорами?