рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Образование
/
Ионы в электромагнитном поле. Закон Лоренца

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Ионы в электромагнитном поле. Закон Лоренца

Ионы в электромагнитном поле. Закон Лоренца - раздел Образование, Лекция 14. Масс-спектрометрия В Масс-Спектрометрии Для Измерения Соотношений Массы К Заряду, Используются З...

В масс-спектрометрии для измерения соотношений массы к заряду, используются законы движения заряженных частиц в магнитном или электрическом поле, носящие имя их первооткрывателя Лоренца.

Ускоряющийся ион, покидая источник, приобретает кинетическую энергию

(7.1)

гдеz – это заряд иона, V_уск – ускоряющая разность потенциалов, m – масса иона, а u – его скорость. В однородном магнитном поле B, перпендикулярном его траектории, ион испытывает действие силы Лоренца F, которая перпендикулярна как B, так и u (рис. 7.1 а). Сила Лоренца F – это сила, испытываемая анионом с зарядом (z), движущимся в электромагнитном поле. , где E – напряженность электрического поля, а – векторное произведение напряженности магнитного поля Bи скорости иона u.

Результирующая траектория иона в магнитном поле представляет собой окружность с радиусом r, поскольку сила Лоренца уравновешивает центробежную силу.

(7.2)

а) б)

Рис. 7.1. а) Сила Лоренца F, действующая на заряженную частицу в магнитном поле B. б) Движение заряженных частицы в электрическом и магнитном полях. В обоих случаях магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости

Величина отношения массы к заряду m/z дается выражением

(7.3)

Из уравнения 7.3 следует, что в постоянном магнитном поле самые легкие ионы имеют траекторию наименьшего радиуса, который увеличивается c ростом массы иона и напряженности магнитного поля (рис. 7.1 б).

Масс-спектрометр, отклоняющий ионы по разным траекториям в соответствии с их массой может быть уподоблен стеклянной призме, разлагающей белый падающий луч света в спектр разных цветов, в соответствии с их показателем преломления. Отличие лишь в том, что разложение в спектр идет по линейному закону, тогда как в масс-спектрометре – по параболическому (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Стеклянная призма, разлагающая белый падающий луч света в спектр разных цветов и масс-спектрометр (масс-анализатор), отклоняющий ионы по разным траекториям

Однако существование в природе изотопов химических элементов осложняет сортировку заряженных частиц по их массам и делает необходимым уточнение понятия массы.

Моноизотопная масса

В большинстве химических элементов присутствуют природные изотопы, каждый из которых обладает уникальной массой и природным уровнем обогащения. Моноизотопная масса – это масса наилегчайшего стабильного изотопа элемента. Например, существуют два основных изотопа углерода: ¹²C и ¹³C, с массами 12 000 000 (моноизотопная) и 13 003 355, и природным содержанием каждого 98.9% и 1.1%, соответственно. Аналогично есть два природных изотопа азота – ¹⁴N и ¹⁵N, с массами 14 003 074 (моноизотопная) и 15 000 109, и их соотношением 99.6% и 0.4%, соответственно. Моноизотопный пик означает, что все атомы углерода в молекуле являются атомами ¹²C, все атомы азота – ¹⁴N, все атомы кислорода – ¹⁶O и т.д. Моноизотопная масса молекулы, следовательно, получается сложением моноизотопных масс всех ее элементов.

Иногда моноизотопные массы называют точными массами. В таблице 7.1 представлено соотношение точных масс с номинальными массами основных биологических элементов.

Таблица 7.1. Соотношение точных масс с номинальными массами для некоторых элементов

Элемент	Номинальная масса	Точная масса
C		12.000000
H		1.007825
O		15.994915
N		14.003074
P		30.973765
S		31.972974
F		18.998405

Измеренная масса

Когда измерения проводятся на больших статистических ансамблях молекул, то они, как правило, содержат не только наилегчайшие изотопы элементов, но также один или более атомов тяжелых изотопов. Вклад пиков тяжелых изотопов в молекулярный ионный кластер зависит от суммы значений, учитывающих содержание и вес каждого элемента. Теоретическая вероятность появления кластеров этих изотопов может быть вычислена с помощью бинома Ньютона:

(7.4)

где a – это процентное природное содержание легкого изотопа, b – процентное природное содержание тяжелого изотопа, а m – число атомов элемента в молекуле. Для небольших молекул, таких как n-бутан (C₄H₁₀), существует некоторая вероятность (~ 4%), что одна молекула природного n-бутана будет содержать атом ¹³C. Вероятность нахождения двух или трех таких атомов в одной молекуле пренебрежительно мала. Для биологических макромолекул, состоящих из нескольких сотен атомов углерода и азота, распределение изотопов становится крайне сложным, однако может быть рассчитано с помощью коммерческих программ.

Средняя масса

Средняя химическая масса элемента – это сумма масс всех его стабильных изотопов с учетом их содержания (например, 98.9% для ¹²C и 1.1% для ¹³C дадут среднюю массу 12.011 для атома углерода). Таким образом, средняя масса молекулы равна сумме средних химических масс ее элементов.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Лекция 14. Масс-спектрометрия

Что такое масс спектрометрия... Джон Фенн изобретатель метода ионизации электрораспылением для биомолекул... Масс спектрометрия это искусство измерения молекулярного веса атомов и молекул Информации о массе или весе всегда...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Ионы в электромагнитном поле. Закон Лоренца

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Разрешающая способность масс-спектрометрии
Способность к разделению масс определяется разрешающей способностью масс-спектрометра. Разрешение R здесь определяется как , где

Точность измерения массы
Точность измерения массы определяется как разность между измеренной и расчетной массами иона. Она выражается в процентах от измеренной массы (например, молекулярная масса = 10 000 ± 0.01%) или в до

Методы ионизации
В течение последних двух десятилетий масс-спектрометрия стала важнейшим аналитическим инструментом в структурной биологии. Этому способствовало развитие методов получения интактных, высокомолекуляр

От ионов в растворе к ионам в газовой фазе
Переход ионов из газовой фазы в раствор процесс самопроизвольный. В присутствии молекул растворителя, таких как H2O, «голые» (дегидратированные) ионы в газовой фазе, например Na+

Электронная ионизация
Электронная ионизация (EI от английского Electron Ionization) – наиболее часто используемая техника в масс-спектрометрии. Она является относительно простой иллюстрацией общего принципа ионизации пр

Бомбардировка быстрыми атомами
В масс-спектрометрии с использованием бомбардировки быстрыми атомами FAB (от англ. Fast Atom Bombardment), ионизация происходит при бомбардировке поверхности образца пучком атомов благородных газов

Плазменная десорбция
В масс-спектрометрии с плазменной десорбцией PD (английская аббревиатура от Plasma Desorption) образец наносится на металлическую поверхность и бомбардируется осколками ядер радиоактивного изотопа.

Ионизация лазерной десорбцией при помощи матрицы
При ионизации лазерной десорбцией лазерное излучение очень большой плотности фокусируется на маленьком участке, что приводит к крайне высокой скорости нагрева. В результате формируется локализованн

Химическая ионизация при атмосферном давлении
Химическая ионизация при атмосферном давлении APCI (английская аббревиатура Atmospheric Pressure Chemical Ionization) генерирует ионы непосредственно из раствора. Подобно электрораспылению, раствор

Фотонная ионизация при атмосферном давлении
Подвидом APСI является фотоионизация при атмосферном давлении APPI (английская аббревиатура Atmospheric Pressure Photoionization), когда десольватация осуществляется под действием ультра-фиолетовог

Ионизация лазерной десорбцией с поверхности кремния
В противоположность MALDI ионизация лазерной десорбцией с поверхности не содержит матрицы как таковой. Она осуществляется с поверхности твердого кремния и получила название DIOS (английская аббреви

Ионизация электрораспылением
Серьезную конкуренцию MALDI сегодня составляет метод ионизации, получивший название электрораспыления ЕSI (от английского Electrospray Ionization). Этот метод ионизации часто называют электродинами

Сравнение возможностей различных методов образования ионов
Достоинства и недостатки каждого метода получения ионов представлены в таблице 7.2. Из неё видно, что nanoESI, DIOS, с одной стороны, и MALDI, с другой стороны, фактически являются рекордс

Общая архитектура масс-спектрометра
Первый масс-спектрометр был построен в 1913 году, когда Дж. Дж. Томпсон предложил использовать постоянные магнитные и электрические поля для разделения двух изотопов благородного газа Ne, используя

Чувствительность
Чувствительность – одна из важнейших характеристик масс-спектрометра, показывающая какое количество вещества нужно ввести в масс-спектрометр для того, чтобы его можно было детектировать. Для просто

Скорость сканирования
Масс-анализатор пропускает ионы с разным соотношением массы и заряда за определенное время. Для анализа всех ионов масс-анализатор должен просканировать параметры поля за заданный промежуток времен

Вакуумирование
Масс-спектрометр – вакуумный прибор, снабженный специальной системой откачки. В масс-анализаторе заряженные частицы должны проходить расстояние в несколько метров, не сталкиваясь с молекулами остат

Масс-спектрометры с одиночной и двойной фокусировкой
В инструментах с одним фокусировочным сектором ионы с массой m, зарядом z и определенной кинетической энергией помещаются в магнитное поле B. Как было отмечено

Квадрупольный масс-фильтр
Разделение масс в линейном квадрупольном масс-фильтре (общепринятая английская аббревиатура Q) основано на достижении стабильной траектории для ионов с определенными значениями m/z в быстро

Kвадрупольная ионная ловушка
Квадрупольная ионная ловушка существует в линейном (английская аббревиатура LIT) и трехмерном исполнении (английская аббревиатура QIT). LIT первоначально разработана физиками, которые были заинтере

Масс-спектрометрия с фурье-преобразованием
В большинстве масс-спектрометров ионы детектируются благодаря электрическому току, который они вызывают при столкновении с поверхностью устройства, такого как электронный умножитель. Такой метод на

Времяпролетная масс-спектрометрия
Анализ масс во времяпролетном масс-спектрометре (английская аббревиатура TOF-MS от Time of Flight Mass-Spectrometers) основан на том, что ионы с разными значениями m/z обладают одинаковой эн

Тандемная масс-спектрометрия
Для получения структурной информации с помощью масс-спектрометрии молекула должна претерпеть фрагментацию с образованием ионов, значения m/z которых могут быть соотнесены со структурой. Вспо

Орбитальная ловушка ионов
В 2005 года появился коммерческий серийный масс-спектрометр, использующий в качестве масс-анализатора орбитальную ловушку ионов. В орбитальной ловушке ионов (английское сокращение Orbitrap), не исп

Представление масс-спектра вещества и его интерпретация
Масс-спектр вещества обычно представляется в виде вертикальных отрезков, каждый из которых представляет ион, имеющий определенное отношение массы к заряду m/z (положение на оси абсцисс) и ве

Масс-спектры простых соединений
Применим описанные выше правила к расшифровке нескольких простых соединений, находящихся в виде газов. На рисунке 9.2 показаны масс-спектры двуокиси углерода, пропана и циклопропана.

Нуклеиновые кислоты
Идентификация оснований Эффективность исследования нуклеиновых кислот с помощью масс-спектрометрии отстает от изучения белков. Основная причина заключается в высоком сродстве нуклеи

Карбогидраты
Моносахариды В исследовании полисахаридов возникает первый главный вопрос: из каких моносахаридов построен полисахарид? Для этого полисахарид рас