Масс-спектрометрия (МС) представляет собой метод анализа веществ на основе измерения массы ионов и их соотношения с зарядом (m/z). Основным принципом является генерация ионов из молекул анализируемого вещества, их ускорение в электрическом поле и последующая детекция на основании движения в магнитном или электрическом поле. Различие в массе и заряде позволяет разделять и идентифицировать молекулы с высокой точностью.
Процесс масс-спектрометрического анализа включает несколько ключевых стадий:
Эффективность метода определяется способностью выделять ионы без разрушения молекулы (мягкая ионизация) и разрешением прибора, влияющим на точность определения массы.
Электронная ударная ионизация (EI) — наиболее классический способ, широко используемый для анализа летучих органических соединений. Молекулы подвергаются бомбардировке электронами, что приводит к образованию радикальных катионов и фрагментов. Этот метод обеспечивает богатую фрагментационную информацию, полезную для структурного анализа, но часто сопровождается полным разрушением молекулы.
Химическая ионизация (CI) — мягкий метод ионизации, использующий реагентные газы (например, метан или аммиак) для переноса протона или аддуктирования, что снижает степень фрагментации. Применяется для определения молекулярной массы и стабильных молекул.
Электроспрей (ESI) — современный метод мягкой ионизации, применяемый для анализа биомолекул и полимеров. Молекулы вещества образуют заряженные капли в сильном электрическом поле, из которых испарением растворителя формируются ионы. Метод позволяет исследовать высокомолекулярные соединения без разрушения структуры.
Матрица-ассоциированная лазерная десорбция/ионизация (MALDI) используется для анализа полимеров, белков и сложных органических молекул. Матрица поглощает лазерное излучение, передавая энергию молекулам вещества и вызывая их ионизацию. MALDI обеспечивает минимальное разрушение и получение молекулярного иона.
Магнитный секторальный анализатор использует магнитное поле для отклонения ионов в зависимости от их массы и заряда. Позволяет достигать высокой точности измерений (разрешение до 104–105) и используется для детального структурного анализа сложных органических соединений.
Квадрупольный масс-анализатор состоит из четырех параллельных электродов, создающих переменное электрическое поле. Ионы проходят через него только при определённом соотношении m/z. Преимущество квадруполя — скорость анализа и компактность прибора, что делает его стандартом в промышленной химии.
Ионно-ловушечные анализаторы удерживают ионы в пространстве с использованием электрических полей. Они обеспечивают возможность накопления ионов и проведения последовательной фрагментации (MS/MS), что важно для изучения структуры сложных органических молекул.
Времени пролета (TOF) основан на измерении времени движения иона до детектора после ускорения в электрическом поле. Метод обладает высоким диапазоном масс и скоростью регистрации, особенно эффективен в сочетании с мягкими методами ионизации.
Масс-спектрометрия является ключевым инструментом для анализа углеводородов, включая нефть, нефтепродукты и полимерные материалы. Основные направления применения:
Высокая точность масс-спектрометрии делает возможным качественный и количественный анализ сложных смесей углеводородов, включая нефтяные фракции с малой концентрацией компонентов.
Масс-спектр состоит из пика молекулярного иона и фрагментных ионов, отражающих структуру молекулы. Основные подходы к интерпретации включают:
Масс-спектрометрия в нефтехимии не только обеспечивает качественный анализ, но и является инструментом моделирования химических процессов, прогнозирования свойств продуктов переработки и оптимизации технологических схем.
Эти особенности делают масс-спектрометрию незаменимым инструментом для фундаментальных и прикладных исследований в области нефтехимии и углеводородной химии.