Ионизация представляет собой процесс превращения нейтральных молекул или атомов в заряженные частицы — ионы. Этот этап является фундаментальным для большинства методов инструментального анализа, особенно масс-спектрометрии, где от выбора метода ионизации зависит точность, чувствительность и спектральное разрешение. Методы ионизации различаются по механизму образования ионов, условиям проведения и применимости к различным типам соединений.
Электронно-ударная ионизация относится к так называемым «жёстким» методам ионизации. Молекулы вещества подвергаются воздействию потока электронов высокой энергии (обычно 70 эВ). Электроны выбивают из молекулы один или несколько электронов, в результате чего образуется положительный ион-радикал.
Особенности метода:
Электронно-ударная ионизация особенно эффективна для низкомолекулярных органических соединений, летучих и устойчивых к нагреву.
В отличие от EI, химическая ионизация является «мягким» методом. В ионизационной камере вводится реагентный газ (например, метан, изобутан или аммиак), который сначала ионизируется под действием электронов, а затем передает заряд молекулам анализируемого вещества.
Преимущества метода:
Химическая ионизация широко используется для уточнения молекулярной массы вещества, особенно при исследовании сложных смесей органических соединений.
Электроспрей-ионизация относится к современным «мягким» методам ионизации, предназначенным для анализа полярных и высокомолекулярных соединений. Образец растворяется в полярном растворителе и подаётся через капилляр, на который подаётся высокое напряжение. В результате образуются заряженные капли, из которых в процессе испарения выделяются ионы.
Ключевые особенности:
Электроспрей-ионизация стала основным методом при изучении биополимеров и сложных органических молекул.
MALDI — метод, основанный на использовании лазерного излучения для ионизации молекул. Анализируемое вещество смешивается с матрицей — органическим соединением, способным поглощать энергию лазера. При облучении матрица испаряется и передает энергию аналиту, что приводит к его ионизации.
Характерные черты:
MALDI часто применяется в сочетании с времяпролётной масс-спектрометрией (TOF), что обеспечивает быстрый и точный анализ больших молекул.
APCI применяется для анализа веществ в растворе при атмосферном давлении. Образец испаряется в нагретом капилляре и подвергается воздействию коронного разряда, который вызывает ионизацию молекул.
Достоинства метода:
APCI удобен для анализа фармацевтических соединений, липидов и других среднеполярных молекул.
ICP используется главным образом в элементном анализе. Аргоновая плазма, генерируемая высокочастотным полем, служит источником ионизации атомов.
Характерные особенности:
ICP является основой методов масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) и эмиссионной спектроскопии (ICP-OES).
Фото-ионизация осуществляется под воздействием ультрафиолетового или вакуумно-ультрафиолетового излучения. Фотонная энергия поглощается молекулой, вызывая выбивание электрона.
Особенности:
Метод основан на испарении вещества с поверхности нагретого металлического катода. При высокой температуре атомы или молекулы вещества теряют электроны и превращаются в положительные ионы.
Основные преимущества:
SIMS использует бомбардировку поверхности твёрдого образца ионами высокой энергии. В результате соударений атомы и молекулы выбиваются с поверхности в виде ионов.
Характерные черты:
Современные направления в развитии способов ионизации связаны с увеличением мягкости методов, расширением возможностей анализа больших биомолекул, а также интеграцией с хроматографическими и микроскопическими методами. Уделяется внимание разработке источников ионов, работающих при атмосферном давлении, что упрощает пробоподготовку и позволяет исследовать сложные матрицы.