Кимёда физикавий усуллар

III БОБ
МАСС - СПЕКТРОСКОПИЯ
1.Ионланиш ва диссоциацияланиш. Спектр олиш
шароитлари
Органик моддаларнинг масс-спектроскопия усули 1950-йилларнинг ўрталарида бунёдга келиб, унинг кенг миқёсда ривожланиши 1960 йилдан бошланди.
Масс-спектроскопияни спектроскопик усулларнинг бири деб қаралади, аммо бундай қараш қисман хато ҳисобланади. Оптик спектроскопияда нурланишдан кейин модда молекуласи бошлангич ҳолатга ўзгармасдан қайтади, аммо масс-спектроскопияда молекула қўзғалади, ионланади ва молекуляр ион парчаланади ва бу парчаланган ионлардан бошлангич молекула ҳосил қилиш мумкин эмас. Шундай қилиб, масс-спектрни ҳосил бўлишга сабабчи бўлган бир қанча ҳодисаларнинг йиғиндисини молекуланинг бир ҳолатдан иккинчи ҳолатга ўтиш ҳодисаси деб қараш нотўғри ҳисобланади.
Macс-спектрометрия усулининг бошқа усуллардан устунликларидан бири, бу усул ёрдамида намунанинг миқдори пикограммлар (10~¹² г) бўлганда ҳам ўрганиш мумкинлигидадир, бу эса жуда оз миқдордаги биологик фаол моддаларнинг таркибини аниқлашда катта ёрдам беради. Бу миқдордаги моддаларни бошқа физикавий усуллар ёрдамида ўрганиш анча қийинчилик туғдиради. Буни тасдиқлаш мақсадида адабиётлардан маълум бўлган шундай бир мисолни баён этиш мақсадга мувофиқ ҳисобланади.
1968 йилда "Химия ва ҳаёт" ойномасида жуда бир қизиқарли мақола босиб чиқарилади. 1963-64 йилларда бир гурух олимлар Колумбия чангалзорларига экспедиция уюштириб, у ердан 2500 дона кокои номли майда қора бақачаларни йиғиб оладилар ва махсус ишловлар олиб бориб уларнинг терисидан тахминан 30 мг заҳарли модда-батрахотоксин ажратиб оладилар. Бу модда оқсил тузилишга эга бўлмаган заҳарли моддалар ичида энг кучлиси ҳисобланар экан. Бу заҳарнинг тузилиши тўғрисидаги энг бошланғич маълумот миқдори жуда оз бўлса ҳам масс-спектроскопия ёрдамида олинди.
Агар масс-спектрометр электрон ҳисоблаш машинаси (ЭҲМ) билан жиҳозланган бўлса жуда ҳам оз миқдордаги доривор моддаларни аниқлаш мумкин (масалан, гормонал препаратларни аниқлаш миқдори 200-300 пикограмм).
Масс-спектроскопиянинг энг муҳим амалий ишларидан бири мураккаб органик бирикмалар, металлорганик бирикмалар ва пептидларнинг тузилишини аниқлашда берадиган маълумотлари ҳисобланади.
Органик моддаларнинг масс-спектроскопия ёрдамида ўрганиладиган соҳалари қуйидагилар:
1) Табиий газлар; 2) Ҳаво; 3) Саноат чиқиндилари;
4) Ёниш натижасида ҳосил бўладиган газлар; 5)Аэрозоллар.
А+Ш даги масс-спектрометрларнинг ҳамма турлари ташқи муҳитни текширишда моддаларнинг концентрацияси 10^-7 г бўлганда ҳам муҳим ахборот беради. Масс-спектрометр ёрдамида илгари қишлоқ хўжалигида ишлатилиб келинган ДДТ препарати 30 га яқин метаболит ҳосил қилиши аниқланган.
Моддаларнинг масс-спектрини олиш учун намуна ионланиш ва диссоциаланиш жараёнига учраши зарур. Молекулада бўладиган ионланиш ва диссоцияланиш ҳодисалари электронлар зарбаси, фотонлар ва кучли электр майдони таъсирида рўй беради.
Ионланиш. Масс-спектрометрда бўлакли ионларнинг ҳосил бўлиш жараёни молекулани электронлар билан таъсирланишидан бошланади, бунда энергия 100 эВ га тенг бўлса, тезлиги 5.9.10^б мсек бўлади, молекула билан унинг тўқнашиш вақти тахминан 10^-7 секундга тенг бўлади.
Кучли электронлар оқими молекуланинг электрон қавати билан таъсирлашиб молекуланинг электрон қўзғалган ҳолати рўй беради ва у қуйидаги формула билан ифодаланади:

h -Планк доимийси
Е -қўзғалган ҳолат энергияси

Оддий масс-спектрометрияда Е15 эВ, 410~⁷ сек.га тенг.

- ни қўзғалган молекуланинг ёки ионнинг ҳосил бўлиш вақти деб қараш мумкин.
Атом ва молекулаларнинг ионлантирувчи электронлар билан тўқнашувини қуйидагича изоҳлаш мумкин: Электрон ўзининг маълум энергиясини йўқотади (Е), молекула эса янги қўзғалган ҳолатга ўтади. Молекуляр ион  электрон Е нинг энг кичик қийматида ионлар ҳосил бўлиш имкониятига эга бўлса, буни ионланиш энергияси деб айтилади.
Энергиянинг сақланиш қонунидан:
Е₀Е₁Е₀; Е₀JЕ₂Е
E₀ - таъсир этаётган электрон энергияси;
E₀ - электрон йўқотган энергияси;
Е₁ - тарқалган электрон энергияси;
J - ионланиш энергияси;
Е - қўзғалган молекуляр ионнинг энергияси;
Е₂- молекуладан уриб чиқарилган электрон энергияси;
EJ - ни кўпинча ионланиш потенциали деб айтилади, яъни бу молекуляр ион ҳосил бўлишидаги энг кичик энергиядир.

Органик моддалар ионланишининг бирқанча умумий усуллари бор.

Фотонлар таъсирида ионланиш. Кўпинча органик мод-даларнинг ионланиш потенциали 13 эВ дан кичик қийматда бўлгани учун ионланишни олиб бориш учун қисқа тўлқин узунликдаги нурланишдан фойдаланиш мумкин. Фотонларнинг қулай манбаи сифатида нурланиш энергияси 21,21 эВ га тенг бўлган гелийли асбобдан фойдаланиш мумкин. Ионизацион камерада нурланиш интенсивлиги қанча юқори бўлса, камерадан ионларнинг чиқиши шунча кўп бўлади.
Вакуумда чўғланган симдан ҳосил бўлган электронлар маълум потенциал билан тезлашади ва ионизацион камерага кириб боради. Шундай қилиб электронлар ev қийматга эга бўлади, потенциал 5 дан 100 эВ оралиқгача ўзгаради, аммо масс-спектрни 70 эВ да ўлчанади, чунки бу кучланиш ионларнинг максимал тарзда ҳосил бўлишига етарли ҳисобланади.
Кимёвий ионланиш, Молекула ва ионлар тўқнашганда янги зарядланган заррачаларни ҳосил бўлиш реакцияларини кузатиш мумкин. Масалан, метаннинг молекуляр иони нейтрал молекуласи билан реакцияга киришиб мустахкам СН₃^ ион ҳосил қилиши мумкин: СН₄^  СН₄  СН₃^  ^СH₃
Замонавий масс-спектрометрларда турли хил ионланиш ходисалари ишлатилади, бу ўз навбатида айниқса аралашмаларни ўрганилганда кўп миқдордаги ахборотларни олишга имкон беради. Бу услуб мураккаб пептидларни тахлил этиш ишларида фойдаланилиб, бунда улар ферментатив гидролизга учратилади ва ҳосил бўлган аралашманинг масс-спектри тўғридан-тўғри олинади. Бундай масс-спектрда фақат молекуляр ионлар бўлади, уларнинг ҳосил бўлиши учун ионланиш жараёни кучли электр майдон таъсир этиб олиб борилади, буни майдон ионланиши ёки майдон десорбцияси деб айтилади. Ҳосил бўлган молекуляр ионларнинг массалари бўйича пептидларнинг молекуляр оғирлиги аниқланади. Oлинган маълумотлар ЭХМ да ишланиб гидролизатдаги пептидлар кетма-кетлиги аниқланади.
Масс-спектрометр - электр ва магнит майдонларининг вакуумда учаётган ионлар дастасига кўрсатадиган таъсирига асосланган бўлиб, модданинг ионлаштирилган зарраларини массалари бўйича ажратувчи асбоб ҳисобланади. Macс-спектроскопия услуби деганда, ионлар массасининг электр зарядига нисбатини аниқлаш орқали моддани текшириш усули тушунилади.
Масс-спектрометрларнинг турлари жуда кўп бўлиб уларнинг ҳаммасида қуйидаги муҳим қисмлар мавжуд бўлади:

Ўрганиладиган моддаларни масс-спектрометрга киритишнинг бирқанча усуллари мавжуд:
Совуқ ҳолда киритиш. Бу усул газлар учун, ҳамда уй температурасида ва 10^-2 мм.см.ус. босимида осон учадиган моддалар учун ишлатилади.
Иссиқ ҳолда киритиш. Органик моддаларни буғ ҳолатига келиши учун масс-спектрометр системасини 300° гача қиздирилади.
Тўғридан-тўғри киритиш. Масс-спектр олиш учун системада чуқур вакуум ҳосил қилиш (10~⁶ мм. см. устунига яқин) билан бирга қиздирилса кўп бирикмалар осон буғланади. Бу усул билан молекула оғирлиги 2000 гача бўлган бирикмаларнинг масс-спектрини олиш мумкин.
Хроматографдан киритиш. Газ хроматограф устунидан ўрганиладиган модданинг ва газ - ташувчининг аралашмаси чиқади. Газ - ташувчи оқимнинг тезлиги одатда 50 мл.мин. ташкил этади, аммо бундай газ ҳажмини ион манбасига киритиш мумкин эмас, шунинг учун ўрганиладиган модданинг миқдорини камайтирмасдан газ-ташувчини ажратиб олиш керак.
Замонавий масс-спектрометрлар электрон ҳисоблаш машинаси (ЭҲМ) ҳамда суюқлик ва газ хроматографлари билан биргаликда бошқарилади.