Масс-спектрометрия в органической химии
Год издания: 2015
Автор: Лебедев А.Т.
Жанр или тематика: Органическая химия, масс-спектрометрия
Издательство: Техносфера
ISBN: 978-5-94836-409-4
Язык: Русский
Формат: PDF
Качество: Отсканированные страницы + слой распознанного текста
Интерактивное оглавление: Нет
Количество страниц: 706
Описание: В учебном пособии рассматриваются основы современной масс-спектрометрии органических соединений: методы ионизации и разделения ионов, физикохимические аспекты процессов масс-спектрометрической фрагментации, наиболее важные направления фрагментации важнейших классов органических соединений, аналитические аспекты масс-спектрометрии, а также области применения масс-спектрометрии. Большой раздел посвящен масс-спектрометрии биоорганических соединений. Отдельная глава повествует о масс-спектрометрии без пробоподготовки. Основное внимание уделено подходам для установления структуры органических соединений по масс-спектрам. Этот материал подкреплен большим количеством задач, решение которых позволит получить практические навыки работы со спектрами.
Для студентов старших курсов химических, биохимических, химико-технологических, биомедицинских и экологических специальностей, а также аспирантов, преподавателей и научных сотрудников, работающих в перечисленных выше областях.
Остальные раздачи популярных научных книг и учебных курсов у меня в профиле https://rutr.life/forum/tracker.php?rid=38512892
Оглавление
Предисловие ко второму изданию ............................................................................ 11
Предисловие............................................................................................................. 13
Введение................................................................................................................... 17
Глава 1. Система ввода образца .............................................................................. 19
1.1. Баллон напуска........................................................................................... 19
1.2. Прямой ввод ............................................................................................... 20
1.3. Мембранный ввод (Membrane inlet mass spectrometry, MIMS)................. 21
1.4. Газовая хроматография/масс-спектрометрия .......................................... 23
1.4.1. Ввод пробы в систему ГХ/МС .......................................................... 23
1.4.2. Запись масс-спектров в режиме ГХ/МС .......................................... 26
1.4.3. ГХ×ГХ/МС ....................................................................................... 30
1.5. Жидкостная хроматография/масс-спектрометрия
(ЖХ/МС, LC/MS) ...................................................................................... 34
1.5.1. Ленточный транспортер (moving belt) .............................................. 35
1.5.2. Прямой ввод жидкости (direct liquid introduction, DLI) .................. 36
1.5.3. Поток частиц (particle beam) ............................................................. 36
1.5.4. Термораспыление, термоспрей (thermospray, TSP),
плазмораспыление, плазмаспрей (plasmaspray)............................... 37
1.6. Сверхкритическая флюидная хроматография/масс-спектрометрия
(СФХ/МС) .................................................................................................. 38
1.7. Капиллярный электрофорез /масс-спектрометрия, КЭ/МС
(Capillary Electrophoresis/Mass spectrometry, CE/MS)................................ 41
1.8. Ионная хроматография/масс-спектрометрия (ИХ/МС) ......................... 42
1.9. Атмосферный ввод ..................................................................................... 42
Глава 2. Физические основы процессов масс-спектрометрической фрагментации
................................................................................................................................. 44
2.1. Электронная ионизация (Electron Ionization, EI) ..................................... 44
2.2. Физические основы масс-спектрометрической фрагментации............... 49
2.2.1. Квазиравновесная теория ................................................................. 50
2.2.2. Фотодиссоциация, разрешенная во времени................................... 54
2.3. Метастабильные ионы ............................................................................... 55
2.4. Полуколичественная теория фрагментации ............................................. 58
Глава 3. Основные правила и подходы к интерпретации масс-спектров ............. 59
3.1. Стабильность ионов и нейтральных частиц.............................................. 59
3.1.1. Правило выброса максимального алкильного радикала ................. 61
3.1.2. Правило Стивенсона (Стивенсона – Одье) ..................................... 63
3.1.3. Правило четноэлектронных ионов................................................... 65
3.1.4. Правило степеней свободы ............................................................... 66
3.1.5. Прочность химических связей.......................................................... 67
3.1.6. Структурные и стереохимические факторы..................................... 68
3.1.7. Орто-эффект...................................................................................... 70
3.1.8. Масс-спектрометрия хиральных соединений.................................. 72
Предисловие ко второму изданию ............................................................................ 11
Предисловие............................................................................................................. 13
Введение................................................................................................................... 17
Глава 1. Система ввода образца .............................................................................. 19
1.1. Баллон напуска........................................................................................... 19
1.2. Прямой ввод ............................................................................................... 20
1.3. Мембранный ввод (Membrane inlet mass spectrometry, MIMS)................. 21
1.4. Газовая хроматография/масс-спектрометрия .......................................... 23
1.4.1. Ввод пробы в систему ГХ/МС .......................................................... 23
1.4.2. Запись масс-спектров в режиме ГХ/МС .......................................... 26
1.4.3. ГХ×ГХ/МС ....................................................................................... 30
1.5. Жидкостная хроматография/масс-спектрометрия
(ЖХ/МС, LC/MS) ...................................................................................... 34
1.5.1. Ленточный транспортер (moving belt) .............................................. 35
1.5.2. Прямой ввод жидкости (direct liquid introduction, DLI) .................. 36
1.5.3. Поток частиц (particle beam) ............................................................. 36
1.5.4. Термораспыление, термоспрей (thermospray, TSP),
плазмораспыление, плазмаспрей (plasmaspray)............................... 37
1.6. Сверхкритическая флюидная хроматография/масс-спектрометрия
(СФХ/МС) .................................................................................................. 38
1.7. Капиллярный электрофорез /масс-спектрометрия, КЭ/МС
(Capillary Electrophoresis/Mass spectrometry, CE/MS)................................ 41
1.8. Ионная хроматография/масс-спектрометрия (ИХ/МС) ......................... 42
1.9. Атмосферный ввод ..................................................................................... 42
Глава 2. Физические основы процессов масс-спектрометрической фрагментации
................................................................................................................................. 44
2.1. Электронная ионизация (Electron Ionization, EI) ..................................... 44
2.2. Физические основы масс-спектрометрической фрагментации............... 49
2.2.1. Квазиравновесная теория ................................................................. 50
2.2.2. Фотодиссоциация, разрешенная во времени................................... 54
2.3. Метастабильные ионы ............................................................................... 55
2.4. Полуколичественная теория фрагментации ............................................. 58
Глава 3. Основные правила и подходы к интерпретации масс-спектров ............. 59
3.1. Стабильность ионов и нейтральных частиц.............................................. 59
3.1.1. Правило выброса максимального алкильного радикала ................. 61
3.1.2. Правило Стивенсона (Стивенсона – Одье) ..................................... 63
3.1.3. Правило четноэлектронных ионов................................................... 65
3.1.4. Правило степеней свободы ............................................................... 66
3.1.5. Прочность химических связей.......................................................... 67
3.1.6. Структурные и стереохимические факторы..................................... 68
3.1.7. Орто-эффект...................................................................................... 70
3.1.8. Масс-спектрометрия хиральных соединений.................................. 72
5.13. Ионизация электрораспылением, электроспрей (ИЭР) .......................134
5.14. Ионизация акустическим распылением.................................................140
5.15. Матрично активированная лазерная десорбция/ионизация
(МАЛДИ) .................................................................................................141
5.16. Лазерная десорбционная масс-спектрометрия (Laser desorption
mass spectrometry, LDMS) ........................................................................151
Глава 6. Разделение и регистрация ионов .............................................................154
6.1. Магнитный секторный масс-спектрометр...............................................154
6.2. Электростатический анализатор. Двухфокусный секторный
масс-спектрометр ......................................................................................155
6.3. Масс-спектрометрия высокого разрешения............................................156
6.4. Масс-спектрометрия с преобразованием Фурье (МС ПФ).....................159
6.5. Квадрупольный анализатор ......................................................................164
6.6. Ионная ловушка........................................................................................165
6.7. Времяпролетный анализатор ....................................................................167
6.8. Орбитальная ловушка (Orbitrap)...............................................................173
6.9. Детектирование ионов ..............................................................................176
Глава 7. Тандемная масс-спектрометрия, МС/МС...............................................181
7.1. Активация ионов .......................................................................................182
7.1.1. Активация соударением или диссоциация, индуцированная
(активированная) столкновениями ................................................182
7.1.2. Диссоциация, индуцированная столкновением
с поверхностью ................................................................................186
7.1.3. Другие методы инициирования фрагментации ..............................188
7.1.3.1. Диссоциация, активированная электронами .....................188
7.1.3.2. Фотодиссоциация (Photodissociation).................................189
7.1.4. Последовательная тандемная масс-спектрометрия, МСn ..............191
7.2. Анализаторы ионов в тандемной масс-спектрометрии...........................193
7.2.1. Система трех квадруполей ...............................................................193
7.2.2. Магнитные секторные приборы......................................................196
7.2.2.1. Спектр кинетических энергий ионов, проанализированных
по массе (MIKES) ...............................................................196
7.2.2.2. Высвобождение кинетической энергии
при фрагментации ...............................................................198
7.2.2.3. Связанные сканирования....................................................199
7.2.3. Ионная ловушка...............................................................................206
7.2.4. Масс-спектрометрия с преобразованиями Фурье ..........................207
7.2.5. Тандемная масс-спектрометрия на приборах МАЛДИ ..................208
7.2.6. Приборы продленной геометрии ....................................................210
7.2.7. Приборы гибридной геометрии.......................................................212
7.2.8. Орбитальные ловушки .....................................................................214
7.3. Автоматизированные методы записи тандемных спектров ....................215
7.4. Инверсия заряда ........................................................................................216
7.5. Нейтрализация-реионизация ...................................................................218
Глава 8. Методы на основе масс-спектрометрии и родственные
масс-спектрометрии ..............................................................................................221
8.1. Пиролитическая масс-спектрометрия .....................................................221
8.2. Реакция переноса протона........................................................................224
8.3. Масс-спектрометрия выбранных ионов в потоке....................................228
8.4. Спектрометрия ионной подвижности......................................................230
8.4.1. Дрейфовая спектрометрия ионной подвижности ..........................231
8.4.2. Спектрометрия приращения ионной подвижности .......................234
8.4.3. Спектрометр ионной подвижности на основе бегущей волны ......235
8.4.4. Улавливающий спектрометр ионной подвижности........................236
8.4.5. Спектрометр ионной подвижности на основе поперечной
модуляции ........................................................................................236
8.4.6. Варианты комплексных методов с использованием
ионной подвижности.......................................................................237
Глава 9. Масс-спектрометрия с ионизацией на воздухе
(Ambient Ionization Mass Spectrometry) .................................................................240
9.1. Методы на основе спрея ...........................................................................242
9.1.1. Десорбционная электрораспылительная ионизация .....................242
9.1.2. Нано-ДЭРИ......................................................................................245
9.1.3. Ионизация акустическим распылением на воздухе .......................247
9.1.4. Экстракционная электрораспылительная ионизация....................249
9.1.5. Спрей с бумаги .................................................................................251
9.1.6. Спрей с листа....................................................................................253
9.2. Плазменные методы..................................................................................256
9.2.1. Прямой анализ в реальном времени ...............................................257
9.2.2. Низкотемпературная плазма............................................................259
9.2.3. Десорбционная химическая ионизация при атмосферном давлении
..........................................................................................................261
9.2.4. Масс-спектрометрия с ионизацией быстрым испарением
на воздухе .........................................................................................262
9.3. Лазерные методы.......................................................................................265
9.3.1. Электрораспылительная лазерная десорбция/ионизация .............266
9.3.2. Лазерная абляция с электрораспылительной ионизацией.............267
9.3.3. Другие лазерные методы ..................................................................268
9.4. Методы ионизации в системе ввода .........................................................269
9.5. Количественные аспекты ионизации на воздухе.....................................271
9.6. Проведение химических реакций методами
масс-спектрометрии с ионизацией на воздухе.........................................272
9.7. Мягкое напыление на воздухе ..................................................................275
9.8. Использование портативных масс-спектрометров..................................276
9.9. Методы масс-спектрометрической (молекулярной) визуализации
(Imaging mass spectrometry)........................................................................280
9.10. Он-лайн контроль хирургических операций методами
масс-спектрометрии с ионизацией на воздухе.......................................287
9.11. Будущее масс-спектрометрии с ионизацией на воздухе........................290
Глава 8. Методы на основе масс-спектрометрии и родственные
масс-спектрометрии ..............................................................................................221
8.1. Пиролитическая масс-спектрометрия .....................................................221
8.2. Реакция переноса протона........................................................................224
8.3. Масс-спектрометрия выбранных ионов в потоке....................................228
8.4. Спектрометрия ионной подвижности......................................................230
8.4.1. Дрейфовая спектрометрия ионной подвижности ..........................231
8.4.2. Спектрометрия приращения ионной подвижности .......................234
8.4.3. Спектрометр ионной подвижности на основе бегущей волны ......235
8.4.4. Улавливающий спектрометр ионной подвижности........................236
8.4.5. Спектрометр ионной подвижности на основе поперечной
модуляции ........................................................................................236
8.4.6. Варианты комплексных методов с использованием
ионной подвижности.......................................................................237
Глава 9. Масс-спектрометрия с ионизацией на воздухе
(Ambient Ionization Mass Spectrometry) .................................................................240
9.1. Методы на основе спрея ...........................................................................242
9.1.1. Десорбционная электрораспылительная ионизация .....................242
9.1.2. Нано-ДЭРИ......................................................................................245
9.1.3. Ионизация акустическим распылением на воздухе .......................247
9.1.4. Экстракционная электрораспылительная ионизация....................249
9.1.5. Спрей с бумаги .................................................................................251
9.1.6. Спрей с листа....................................................................................253
9.2. Плазменные методы..................................................................................256
9.2.1. Прямой анализ в реальном времени ...............................................257
9.2.2. Низкотемпературная плазма............................................................259
9.2.3. Десорбционная химическая ионизация при атмосферном давлении
..........................................................................................................261
9.2.4. Масс-спектрометрия с ионизацией быстрым испарением
на воздухе .........................................................................................262
9.3. Лазерные методы.......................................................................................265
9.3.1. Электрораспылительная лазерная десорбция/ионизация .............266
9.3.2. Лазерная абляция с электрораспылительной ионизацией.............267
9.3.3. Другие лазерные методы ..................................................................268
9.4. Методы ионизации в системе ввода .........................................................269
9.5. Количественные аспекты ионизации на воздухе.....................................271
9.6. Проведение химических реакций методами
масс-спектрометрии с ионизацией на воздухе.........................................272
9.7. Мягкое напыление на воздухе ..................................................................275
9.8. Использование портативных масс-спектрометров..................................276
9.9. Методы масс-спектрометрической (молекулярной) визуализации
(Imaging mass spectrometry)........................................................................280
9.10. Он-лайн контроль хирургических операций методами
масс-спектрометрии с ионизацией на воздухе.......................................287
9.11. Будущее масс-спектрометрии с ионизацией на воздухе........................290
11.4.3. Масс-спектрометрическое секвенирование
олигонуклеотидов ........................................................................472
11.4.4. Программное обеспечение для секвенирование олигонуклеотидов
........................................................................................................475
11.4.5. Прикладные аспекты масс-спектрометрии нуклеиновых
кислот ...........................................................................................475
11.5. Метаболомика (метабономика) ..............................................................476
11.5.1. Инструментальные аспекты метаболомики..................................477
11.5.2. Варианты метаболомных исследований .......................................480
11.5.3. Программное обеспечение метаболомики ...................................482
11.6. Масс-спектрометрический анализ микроорганизмов...........................483
Глава 12. Количественный масс-спектрометрический анализ ............................488
12.1. Масс-хроматография...............................................................................491
12.2. Масс-фрагментография, мониторинг заданных ионов .........................502
12.3. Мониторинг заданных реакций..............................................................504
12.4. Дериватизация аналитов .........................................................................506
12.5. Установление количества соединения в образце по площади
хроматографического пика .....................................................................507
12.6. Метод внешнего стандарта......................................................................508
12.7. Метод внутреннего стандарта .................................................................509
12.8. Метод изотопного разбавления ..............................................................511
12.9. Метод добавок .........................................................................................512
Глава 13. Обобщенные задачи................................................................................513
Глава 14. Решения задач.........................................................................................553
Приложение ............................................................................................................617
Литература ..............................................................................................................638
Список принятых и предлагаемых сокращений, русских и английских терминов,
относящихся к масс-спектрометрии ........................................................................682
Приложение 1. Инновационные подходы и аналитические решения
на основе масс-спектрометрии ................................................................................705
Приложение 2. Критерии подбора оптимальной конфигурации
ГХ/МС оборудования в зависимости от аналитической задачи ..............................721