История развития и суть метода ГХ-МС
В течение 70 лет серийно выпускающиеся газовые хроматографы позволяют использовать хроматографический метод для аналитических целей, а интеграция с масс-спектрометрией открыла эру точной структурной идентификации.
В конце 50-х годов наряду с детекторами по теплопроводности, пламенно-ионизационными, электроннозахватными и ещё целым рядом детекторов в газовой хроматографии начали применять масс-селективные детекторы, которые по своей сути являются масс-спектрометрами. Основными типами масс-спектрометрических детекторов являются квадрупольный масс-спектрометр, масс-спектрометр с ионной ловушкой, а для решения специфических задач используют времяпролётные детекторы и тандемные квадруполи.
Преимущества и области применения
По сравнению с методом идентификации летучих органических соединений по времени удерживания, газовый хроматограф с масс-селективным детектором (ГХ-МС) имеет практически неограниченные возможности идентификации органических соединений по газохроматографическим индексам удерживания и масс-спектрам. Для него характерна высокая чувствительность и точность. Наиболее распространённым вариантом (ГХ-МС) является ионизация электронным ударом.
Метод (ГХ-МС) находит широкое применение в экологии, криминалистике, таможенном контроле (в том числе для выявления наркотических веществ), в фармакологии, медицине, пищевой промышленности, а также для анализа нефтепродуктов и продуктов органического синтеза.
Требования к анализируемым веществам и дериватизация
Для повышения летучести продуктов на стадии подготовки проб применяется дериватизация – химическое превращение с целью улучшения летучести и термической стабильности соединений.
В первую очередь метод (ГХ-МС) используется для определения веществ, которые могут быть разделены методом газовой хроматографии, т.е. летучих органических веществ, термически устойчивых при нагревании в инжекторе хроматографа и в процессе газохроматографического разделения в капиллярной колонке. Для повышения летучести продуктов на стадии подготовки проб применяется дериватизация – химическое превращение с целью улучшения летучести и термической стабильности соединений, в частности, силилирование – замена активного атома водорода в группах на силильную группировку.
Принцип работы масс-спектрометрического детектора
Масс-спектрометрический детектор (МСД) предполагает ионизацию молекул веществ, выходящих из газохроматографической колонки, фрагментацию – разрушение молекул на ионы и последующее их разделение в масс-анализаторе в электромагнитном поле и регистрацию с помощью электронного умножителя. Чтобы избежать нежелательных химических реакций в результате взаимодействия молекул и ионов, масс-спектрометрический детектор работает в условиях глубокого вакуума, создаваемого турбомолекулярным насосом, работу которого обеспечивает форвакуумный насос.
Результаты анализа, чувствительность и капиллярные колонки
Результатом работы МСД является полный ионный ток, характеризующий количество вещества, поступающего из хроматографической колонки в детектор в данный момент времени, т.е. хроматограмма, и спектр масс (масс-спектр) для каждого хроматографического пика. Масс-спектр представляет собой набор всех возможных фрагментов молекулы, включая молекулярный ион, как зависимость интенсивностей тока в детекторе в зависимости от массы иона, точнее отношения массы иона к его заряду.
Высокая чувствительность метода ГХ-МСД определяет очень маленький объём жидкой пробы, вводимой с помощью микрошприца – всего 1–2 микролитра раствора с содержанием анализируемого вещества на уровне 10 нанограмм.
Для разделения пробы на компоненты используются капиллярные колонки с различной степенью полярности, как правило, длиной от 10 до 100 метров. В зависимости от характера исследуемой пробы и выбранной программы продолжительность разделения на компоненты составляет от 5 минут до часа.
Библиотеки масс-спектров и количественный анализ
Для расшифровки масс-спектров используются библиотеки. Так библиотека масс-спектров NIST'05 содержит 190 825 соединений со спектрами 163 198 уникальных веществ, библиотека масс-спектров Wiley 7th Edition – 390 000 соединений и 178 000 графических структурных формул, библиотека масс-спектров по наркотикам Pfleger-Mauer-Weber около 5000 соединений. Существует также специализированная библиотека пестицидов Thermo Finnigan.
Сравнение спектра, полученного в процессе анализа, со спектром в библиотеке производится компьютером с использованием специального программного обеспечения. В результате формируется таблица соединений с идентичным спектром, в которой указывается степень совпадения полученного спектра с библиотечным. В дополнение к масс-спектру и названию соединения на экран выводится структурная формула соединения.
Количественный анализ требует использования стандартных образцов анализируемых компонентов. Точность количественного хроматографического анализа в значительной степени определяется выбором наиболее рационального метода расчёта концентрации веществ. Основными методами получения количественных результатов являются метод абсолютной градуировки и метод внутреннего стандарта.
Конструкция современного ГХ-МС и производители
Конструктивно современный газовый хроматограф с масс-селективным детектором представляет собой классический газовый хроматограф с регулятором и делителем потока газа-носителя, автоматическим устройством ввода проб, термостатом с капиллярной колонкой, собственно масс-селективным детектором с турбомолекулярным вакуумным насосом, управляющим компьютером с системой сбора данных и соответствующим программным обеспечением. Для размещения этого оборудования требуется лабораторный стол и стол для компьютера.
В качестве газа-носителя используется гелий высокой степени чистоты, подаваемый из расположенного рядом с прибором баллона. Потребляемая мощность на уровне 2–4 кВт. Для защиты прибора, в первую очередь компьютера и турбомолекулярного насоса от перебоев с подачей электроэнергии необходимо использовать бесперебойные источники питания. Некоторые модели хроматографа с масс-селективным детектором имеют встроенные источники бесперебойного питания.
Зарубежные и китайские производители
Среди зарубежных производителей хроматографов с масс-селективным детектором можно выделить Agilent Technologies Inc. (США), Shimadzu (Япония), PerkinElmer Inc. (США). Сложившаяся ситуация, связанная с санкционной политикой по отношению к России, привела к переориентации на китайский рынок, а главное, к импортозамещению. Ведущим производителем газовых хроматографов с масс-селективным детектором в Китае является Jiangsu Skyray Instrument Co., Ltd.
Российские производители: Хроматэк и Мета-хром
В России газовые хроматографы с масс-селективным детектором производят «Хроматэк» (г. Йошкар-Ола), «Мета-хром» (г. Йошкар-Ола), «ИНТЕРЛАБ» (г. Москва).
Модель «Хроматэк-Кристалл 5000»: Хроматограф с масс-спектрометрическим детектором оборудован МСД от компании Thermo Fisher Scientific с диапазоном определяемых масс от 1,2 до 1100 а.е.м. Отношение сигнал/шум МСД при вводе 1,0·10⁻¹¹ г гексахлорбензола не менее 1500:1. Хроматограф также может комплектоваться серийным отечественным квадрупольным масс-спектрометрическим детектором «Хроматэк» с конкурентными техническими характеристиками на уровне лучших зарубежных образцов, разработанным инженерами СКБ «Хроматэк» на основе многолетнего опыта эксплуатации.
Модель «Кристаллюкс-4000М»: ООО «НПФ «Мета-хром» выпускает (ГХ-МС) систему на базе хроматографа Кристаллюкс-4000М и масс-спектрометрического детектора с диапазоном определяемых масс от 1,0 до 1200 а.е.м. Отношение сигнал/шум МСД при вводе 1,0·10⁻¹¹ г гексахлорбензола не менее 1500:1. Система подходит как для рутинных анализов, так и для научных исследований в области пищевых продуктов, экологии, химической промышленности, нефте- и газопереработки, медицины и криминалистики.
Нормативная база и стандарты
Метод (ГХ-МС) нашёл конкретное воплощение в государственных стандартах и иных нормативно-технических документах, касающихся экологии, безопасности продуктов питания и промышленной продукции.
Сочетание высокой чувствительности с возможностью идентификации огромного количества органических соединений делает метод (ГХ-МС) незаменимым инструментом химика-аналитика. Данный метод не только широко используется в научно-исследовательских и аналитических лабораториях, но и нашёл конкретное воплощение в государственных стандартах и иных нормативно-технических документах, например:
- ГОСТ Р ИСО 11338-2-2008 Выбросы стационарных источников. Определение содержания полициклических ароматических углеводородов.
- МУК 4.1.741-99 Хромато-масс-спектрометрическое определение фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена, хризена и бензо(а)пирена в воде.
- МУК 4.1.739-99 Хромато-масс-спектрометрическое определение бензола, толуола, хлорбензола, этилбензола, о-ксилола, стирола в воде.
- ГОСТ Р ИСО 18363-2019 Жиры и масла животные и растительные. Определение содержания сложных эфиров жирных кислот монохлорпропандиолов (МХПД) и глицидола с применением (ГХ-МС).
- ГОСТ 31792-2012 Рыба, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Определение содержания диоксинов и диоксинподобных полихлорированных бифенилов хромато-масс-спектральным методом.
- ГОСТ 31983-2012 Продукты пищевые, корма, продовольственное сырьё. Методы определения содержания полихлорированных бифенилов.
- ГОСТ ISO/TR 18818 - 2020 Продукция парфюмерно-косметическая. Аналитические методы. Обнаружение и количественное определение диэтаноламина методом (ГХ-МС).
- ГОСТ Р 51521-99 Хладагенты, пропелленты, продукция в аэрозольной упаковке и материалы полимерные. Методы определения озоноразрушающих веществ.
Подбор, поставка и сервисное обслуживание газовых хроматографов с масс-селективным детектором (ГХ-МС)
Идентификация и количественное определение органических соединений с чувствительностью до нанограммового уровня требуют точной настройки хромато-масс-спектрометрических систем, квалифицированного подбора капиллярных колонок, газов-носителей и библиотек масс-спектров. Правильная конфигурация (ГХ-МС), подбор автосемплеров, турбомолекулярных насосов и систем бесперебойного питания обеспечивает воспроизводимость результатов, соответствие требованиям ГОСТ и МУК, а также успешное прохождение аккредитации по методикам определения ПАУ, диоксинов, пестицидов и наркотических веществ. Грамотный подбор и валидация методики гарантируют высокую точность анализа в экологии, пищевой промышленности, криминалистике и фармацевтике.
Для консультации по подбору газового хроматографа с масс-селективным детектором, выбору квадрупольных или времяпролётных МСД, капиллярных колонок под ваши задачи, библиотек масс-спектров (NIST, Wiley, специализированных), а также расчёту итоговой стоимости оставьте заявку через форму на сайте или свяжитесь с нами любым удобным способом:
8 (800) 100-98-81
Бесплатный звонок по России
info@proflabspb.ru
Напишите нам в любое время
Наши специалисты помогут выбрать оптимальную конфигурацию (ГХ-МС) системы с учётом требуемой чувствительности, диапазона масс и целевых аналитов, обеспечат поставку сертифицированного оборудования от российских и зарубежных производителей, проведут пусконаладку, валидацию методик по ГОСТ, обучение работе с ПО и библиотеками масс-спектров, а также окажут гарантийное и послегарантийное техническое сопровождение по всей России.
Часто задаваемые вопросы
По сравнению с идентификацией по времени удерживания, ГХ-МС имеет практически неограниченные возможности идентификации органических соединений по газохроматографическим индексам удерживания и масс-спектрам, обеспечивая высочайшую чувствительность и точность.
Дериватизация – это химическое превращение веществ на стадии подготовки проб с целью улучшения их летучести и термической стабильности. Наиболее распространенный метод – силилирование, при котором активный атом водорода в функциональных группах заменяется на силильную группировку.
В России газовые хроматографы с масс-селективным детектором производят компании «Хроматэк» (г. Йошкар-Ола), «Мета-хром» (г. Йошкар-Ола) и «ИНТЕРЛАБ» (г. Москва).
Наиболее популярные библиотеки: NIST'05 (более 190 000 соединений), Wiley 7th Edition (390 000 соединений), специализированная библиотека по наркотикам Pfleger-Mauer-Weber (около 5000 соединений) и библиотека пестицидов Thermo Finnigan.
