Устройство управления разверткой низких энергий ионизирующих электронов для формирования совокупного масс-спектра отрицательных ионов с использованием квадрупольного масс-спектрометра

Для масс-спектрометрических детекторов большинства газовых хромато-масс-спектрометрических комплексов (ГХ/МС) в базовой комплектации штатным является режим работы с положительными ионами, образуемыми действием электронов с высокой заданной энергией (как правило, 70 эВ), заведомо превышающей энергию ионизации молекул. Вместе с тем мы показали, что конструктивно заложенная в некоторых серийных приборах возможность понижать энергию ионизирующих электронов в доионизационную область позволяет получать также и масс-спектры отрицательных ионов (ОИ), что существенно расширяет аналитический потенциал стандартного оборудования. Образование ОИ происходит в диапазоне низких энергий электронов 0 – 15 эВ в процессах резонансного захвата электронов молекулами (РЗЭ). В отличие от положительных ионов, интенсивность образования ОИ резко (резонансным образом) зависит от энергии электронов, причем эта зависимость характеристична для каждого химического соединения. От энергии электронов существенно зависят как относительная интенсивность пиков, так и ионный состав формируемого масс-спектра ОИ. В связи с этими особенностями отрицательного ионообразования при хромато-масс-спектрометрическом анализе сложных смесей разнородных соединений возникает проблема нахождения оптимальной энергии ионизирующих электронов для одинаково эффективного масс-спектрометрического определения всех компонентов смеси. Для решения этой проблемы предложена методика получения совокупных максимально полных по ионному составу и интенсивностям масс-спектров ОИ РЗЭ путем многократной вариации энергии ионизирующих электронов в заданном диапазоне от 0 до 10 эВ. Для технической реализации этой методики в ЗАО СКБ «Хроматэк» было создано специальное электронное устройство [1], прошедшее опытную эксплуатацию в составе комплекса газового хроматографа с квадрупольным масс-спектрометром «Хроматэк». В статье описан принцип работы устройства и представлены результаты проведенных испытаний.

1. Пат. 188483 РФ, МПК H01J 49/30. Устройство питания катода масс-спектрометра переменным током для периодической вариации энергии эмитируемых электронов при регистрации масс-спектров отрицательных ионов / Терентьев А. Г., Брусенин А. А., Хатымов Р. В., Тукторов Р. Ф. Опубл. 16.04.2019.

2. Терентьев А. Г., Морозик Ю. И., Рыбальченко И. В. и др. Определение структурных характеристик О-алкил-S-2-(N,N-диалкиламино)этилалкилтиофосфонатов по масс-спектрам электронной ионизации / Масс-спектрометрия. 2015. Т. 12. № 4. С. 259 – 267.

3. Хатымов Р. В., Иванова М. В., Терентьев А. Г., Рыбальченко И. В. Различение стереоизомеров 2-хлорвинилдихлорарсина и бис-(2-хлорвинил)хлорарсина по данным масс-спектрометрии отрицательных ионов и квантово-химических расчетов / Журн. общей химии. 2015. Т. 85. № 11. С. 1855 – 1863. DOI: 10.1134/S1070363215110158.

4. Терентьев А. Г., Морозик Ю. И., Иванова М. В., Дудкин А. В. Идентификация и установление молекулярной структуры эфиров фосфорных кислот путем совместного применения масс-спектров электронной ионизации с регистрацией положительных и отрицательных ионов / Журн. аналит. химии. 2020. Т. 75. № 2. С. 132 – 144. DOI: 10.31857/S0044450220020176.

5. Мазунов В. А., Щукин П. В., Хатымов Р. В., Муфтахов М. В. Масс-спектрометрия отрицательных ионов в режиме резонансного захвата электронов (учебный обзор) / Масс-спектрометрия. 2006. Т. 3. № 1. С. 11 – 32.

6. Хвостенко В. И., Рафиков С. Р. Основные правила образования отрицательных ионов при диссоциативном захвате электронов многоатомными молекулами / Докл. АН СССР. 1975. Т. 220. С. 892 – 894.

7. Хвостенко В. И., Толстиков Г. А. Применение масс-спектрометрии отрицательных ионов в органической химии / Успехи химии. 1976. Т. 45 № 2. С. 251 – 279.

8. Терентьев А. Г., Хатымов Р. В., Иванова М. В. Применение масс-спектрометрии отрицательных ионов в аналитических целях на ГХ-МС комплексе / Изв. УНЦ РАН 2014. № 3. С. 86 – 90.

9. Wei J., Liu S., Fedoreyev S. A., Voinov V. G. A study of resonance electron capture ionization on a quadrupole tandem mass spectrometer / Rapid Commun. Mass Spectrom. 2000. Vol. 14. N 18. P. 1689 – 1694. DOI: 10.1002/1097-0231(20000930)14:18<1689::AID-RCM75>3.0.CO;2-G.

10. Пат. 158407 РФ, МПК H01J 49/00. Устройство для сохранения катода масс-спектрометра при работе с малыми энергиями ионизации / Тереньтьев А. Г., Иванова М. В., Хатымов Р. В., Дудкин А. В. Опубл. 27.12.2015.

11. Самохин А. С., Ревельский А. И., Ревельский И. А. Сопоставление масс-спектров ионизации электронами ряда органических соединений (ММ <200 Да), зарегистрированных с помощью различных типов масс-спектрометров / Масс-спектрометрия. 2011. Т. 8. № 2. С. 106 – 110.

12. База данных масс-спектров отрицательных ионов токсичных химикатов (varhbz). Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2015621486 от 24.09.2015 г.

13. База данных спрогнозированных масс-спектров отрицательных ионов соединений групп: алкилдихлорфосфатов, диалкилхлорфосфатов, V-газов, О-алкилалкилфторфосфонатов «LibNegMS 1.0». Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2016621328 от 28.09.2016 г.

14. Терентьев А. Г., Хатымов Р. В., Легков М. А. и др. Интерпретация и прогнозирование масс-спектров отрицательных ионов некоторых групп фосфорсодержащих элементоорганических соединений / Масс-спектрометрия. 2016. Т. 13. № 3. С. 193 – 202.

15. Прогнозирование масс-спектров отрицательных ионов соединений: алкилдихлорфосфатов, диалкилхлорфосфатов, V-газов, О-алкилалкилфторфосфонатов «PRONEGMS 1.0». Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016661049 от 28.09.2016 г.

16. Терентьев А. Г., Дудкин А. В., Морозик Ю. И. Получение аналитической информации о соединении для проведения структурно-группового анализа по масс-спектрам отрицательных ионов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 8. С. 8 – 15. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-8-8-15.

17. Хвостенко В. И. Масс-спектрометрия отрицательных ионов в органической химии. — М.: Наука, 1981. С. 163.