Разрешающая способность масс-спектрометра

Разрешающая способность (или разрешение) масс-спектрометра характеризует его способность отличить между собой две близкие массы $m$ и $m+\Delta m$. Согласно определению ИЮПАК:

Разрешение двух пиков гауссовой формы на масс-спектрограмме.

$R={\frac {m}{\Delta m}}$

Расчёт на примере магнитно-секторного прибора

Для магнитно-секторного анализатора разрешающая способность определяется напряжённостью магнитного поля $B$ и значением ускоряющего напряжения иона $V$. Кинетическая энергия иона в ускоряющем поле выражается следующей формулой:

$zeV={\frac {mv^{2}}{2}}$

где:

$z$ — заряд иона в единицах заряда электрона $e$

$V$ — ускоряющее напряжение (обычно от 2 до 8 кВ)

$m$ — масса иона

$v$ — скорость иона

Попадая в магнитное поле напряжённостью $B$ перпендикулярно магнитным силовым линиям, этот ион будет двигаться по окружности R, причём сила Лоренца уравновешивается центробежной силой:

$Bzev={\frac {mv^{2}}{R}}$

Магнитно-секторные приборы могут измерять значения $m/z$ до 10000, обладают наивысшей точностью измерения масс (< 5 м д.), а также наилучшим динамическим диапазоном — $10^{7}$.

Масс-спектрометрия высокого разрешения

Зависимость формы пика ионов с массой близкой к 28 Да от разрешающей способности масс-спектрометра (молекулы азота, монооксида углерода и этилена).

На этом рисунке приведён пример увеличения разрешающей способности масс-спектрометра, необходимой для разделения близких по массам молекул азота ($28,006148$ Да), монооксида углерода ($27,994915$ Да) и этилена ($28,03300$ Да).

Для разделения пиков ионов $CO$ и $C_{2}H_{4}$ с массами $27,994915$ и $28,03300$ Да необходимо разрешение не менее $R=28/(28,03300-27,994915)=770$, тогда как для разделения $CO$ и $N_{2}$ с массой $28,006148$ Да — уже более $2500$.

Литература

А. Т. Лебедев «Масс-спектрометрия в органической химии» М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003, 493с. ISBN 5-94774-052-4.