Масс - спектр является интенсивность по сравнению с т / г ( отношение массы к заряду ) участка, представляющего собой химический анализ. Следовательно, масс-спектр образца - это образец, представляющий распределение ионов по массе (точнее: отношение массы к заряду ) в образце. Это гистограмма, обычно получаемая с помощью прибора, называемого масс-спектрометром. Не все масс-спектры данного вещества одинаковы. Например, некоторые масс-спектрометры разбивают молекулы аналита на фрагменты ; другие наблюдают неизменные молекулярные массы с небольшой фрагментацией. Масс-спектр может представлять множество различных типов информации в зависимости от типа масс-спектрометра и конкретного применяемого эксперимента; однако все графики зависимости интенсивности от массы к заряду называются масс-спектрами. Обычными процессами фрагментации органических молекул являются перегруппировка Маклафферти и альфа-расщепление. Алканы с прямой цепью и алкильные группы дают типичную последовательность пиков: 29 (CH 3 CH 2 +), 43 (CH 3 CH 2 CH 2 +), 57 (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 +), 71 (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 +) и т. Д.
Оси х спектра масс представляют собой соотношение между массой данного иона и числом элементарных зарядов, которые он несет. Это записывается как стандарт IUPAC m / z для обозначения количества, образованного делением массы иона на единую атомную единицу массы и на его зарядовое число (положительное абсолютное значение). Это называется отношением массы к заряду, хотя в некотором смысле это не соответствует этому описанию. В Золотой книге ИЮПАК приводится пример: « для иона C 7 H 7 2+ m / z равно 45,5 ».
Так как ось x масс-спектра представляет собой соотношение между массой иона и количеством элементарных зарядов, которые несет данный ион, он содержит информацию о массе, которую может извлечь масс-спектрометр.
В литературе есть несколько альтернатив стандартным обозначениям m / z ; однако в настоящее время они не принимаются организациями по стандартизации и большинством журналов. m / e появляется в более старой исторической литературе. Ярлык, более соответствующий требованиям зеленой книги ИЮПАК и ISO 31, - это m / Q или m / q, где m - это символ массы, а Q или q - символ заряда с единицами измерения u / e или Da / e. Это обозначение нередко в физике масс-спектрометрии, но редко используется в качестве абсцисс масс-спектра. Было также предложено ввести новую единицу томсона (Th) как единицу m / z, где 1 Th = 1 u / e. Согласно этому соглашению, ось x масс-спектра может быть помечена m / z (Th), а отрицательные ионы будут иметь отрицательные значения. Эта нотация встречается редко и не принимается IUPAC или какой-либо другой организацией по стандартизации.
В 1897 году соотношение массы к заряду из электрона впервые была измерена Томсон. Этим он показал, что электрон, который ранее был постулирован для объяснения электричества, на самом деле был частицей с массой и зарядом, и что его отношение массы к заряду было намного меньше, чем у иона водорода H +. В 1913 году он измерил отношение массы к заряду ионов с помощью прибора, который он назвал параболическим спектрографом. Хотя эти данные не были представлены в виде современного масс-спектра, они были похожи по смыслу. В конце концов, обозначение m / e было изменено, уступив место текущему стандарту m / z.
В начале масс-спектрометрических исследований разрешение масс-спектрометров не позволяло точно определять массу. Фрэнсис Уильям Астон получил Нобелевскую премию по химии в 1922 году. «За открытие с помощью своего масс-спектрографа изотопов в большом количестве нерадиоактивных элементов и за провозглашение правила целых чисел ». В котором он заявил, что все атомы (включая изотопы) подчиняются правилу целых чисел. Это подразумевает, что массы атомов не в масштабе, а могут быть выражены целыми числами (на самом деле многозарядные ионы встречаются редко, поэтому по большей части соотношение было целым). Было высказано несколько предложений (например, устройство Thomson) изменить официальную номенклатуру масс-спектрометрии, чтобы она была более согласованной внутри.
У оси х спектра масс представляет интенсивность сигнала ионов. При использовании счетных детекторов интенсивность часто измеряется в счетах в секунду (cps). При использовании аналоговой детекторной электроники интенсивность обычно измеряется в вольтах. В FTICR и Orbitraps частотной области сигнал ( у оси х) связана с мощностью (~ квадрату амплитуды) сигнала синусоидальной волны (часто сводится к среднеквадратичной мощности ); однако ось обычно не обозначается как таковая по многим причинам. В большинстве видов масс-спектрометрии интенсивность ионного тока, измеренная спектрометром, неточно отражает относительное содержание, но слабо коррелирует с ним. Поэтому ось Y обычно обозначается как «произвольные единицы».
Интенсивность сигнала может зависеть от многих факторов, особенно от природы анализируемых молекул и от того, как они ионизируются. Эффективность ионизации варьируется от молекулы к молекуле и от источника ионов к источнику ионов. Например, в источниках электрораспыления в режиме положительных ионов четвертичный амин будет исключительно хорошо ионизироваться, тогда как большой гидрофобный спирт, скорее всего, не будет виден независимо от его концентрации. В источнике ЭУ эти молекулы будут вести себя совершенно иначе. Кроме того, могут быть факторы, которые непропорционально влияют на передачу ионов между ионизацией и обнаружением.
На стороне обнаружения есть много факторов, которые также могут непропорционально влиять на интенсивность сигнала. Размер иона влияет на скорость удара, и с некоторыми детекторами скорость пропорциональна выходному сигналу. В других системах обнаружения, таких как FTICR, количество зарядов на ионе более важно для интенсивности сигнала. В масс-спектрометрах ионного циклотронного резонанса с преобразованием Фурье и масс-спектрометрах типа Orbitrap интенсивность сигнала (ось Y) связана с амплитудой сигнала затухания свободной индукции. По сути, это соотношение мощности (квадрат амплитуды), но часто вычисляется как [среднеквадратичное значение]. Для затухающих сигналов среднеквадратичное значение не равно средней амплитуде. Кроме того, постоянная затухания (скорость затухания сигнала в fid) не одинакова для всех ионов. Чтобы сделать выводы об относительной интенсивности, требуются большие знания и осторожность.
Распространенный способ получить больше количественной информации из масс-спектра - создать стандартную кривую для сравнения образца. Для этого необходимо заранее знать, что необходимо количественно оценить, иметь в наличии стандарт и спланировать эксперимент специально для этой цели. Более продвинутый вариант - использование внутреннего стандарта, который ведет себя очень аналогично аналиту. Часто это версия аналита с изотопной меткой. Существуют формы масс-спектрометрии, такие как масс-спектрометрия на ускорителе, которые разработаны снизу вверх, чтобы быть количественными.
Спектральный перекос - это изменение относительной интенсивности пиков масс-спектра из-за изменений концентрации аналита в ионном источнике при сканировании масс-спектра. Эта ситуация обычно возникает, когда хроматографические компоненты элюируются в непрерывный источник ионов. Спектральный перекос не наблюдается в масс-анализаторах с ионной ловушкой ( квадрупольный (это также было замечено в QMS ) или магнитных) или времяпролетных (TOF) масс-анализаторах, потому что потенциально все ионы образуются в рабочем цикле (моментальный снимок во времени) прибора. доступны для обнаружения.