eng
Выпуск #1/2015
Платформа LECO Pegasus – сочетание газовой хроматографии и времяпролетной масс-спектрометрии
Просмотры: 3206
Визит в Европейский технический центр
LECO Corporation в Праге
LECO Corporation в Праге
О деятельности Центра нам рассказал его руководитель, Томаш Ковальчук.
www.j-analytics.ru
Компания LECO широко известна своими решениями в области элементного анализа, спектрометрии, двумерной газовой хроматографии и времяпролетной масс-спектрометрии высокого разрешения. В 2011 году времяпролетный масс-спектрометр высокого разрешения HRT удостоился золотой медали Pittcon Editors' Awards 2011. Это поистине революционная разработка, к которой в значительной мере причастны российские исследователи.
Лучший способ увидеть системы с времяпролетными масс-спектрометрическими детекторами LECO – посетить Европейский технический центр LECO в Праге. Центр был открыт в 2002 году. Здесь представлено самое современное оборудование компании, в том числе оборудование для времяпролетной масс-спектрометрии и двумерной газовой хроматографии серии Pegasus. Это одновременно учебный центр, офис технической и методологической поддержки. В задачу лаборатории входит проведение обучающих семинаров и практических занятий для пользователей и потенциальных клиентов, демонстрационный анализ их образцов, апробация специализированных методик и разработка для новых аналитических задач комплексных решений с помощью оборудования LECO.
www.j-analytics.ru
Томаш, какие задачи решает Европейский технический центр LECO в Праге?
Лаборатория используется как демонстрационный и технический центр для заказчиков из Восточной Европы. Подобный центр у LECO есть только в США в Сент-Джозефе (шт. Мичиган), где расположена штаб-квартира корпорации. В нашем Центре мы занимаемся обучением и технической поддержкой заказчиков, отработкой методик, различными предпродажными задачами. Здесь потенциальные заказчики могут оценить возможности оборудования LECO, проанализировать свои образцы. Со своей стороны, мы оказываем пользователям методическую помощь, помогаем им достичь наилучшего результата, например, подбираем методики, оптимальные для тех или иных видов образцов. Здесь же проводятся регулярные семинары для сервисных инженеров по инновациям в новых моделях, для специалистов по продажам, по преимуществам применения оборудования для решения конкретных задач заказчиков и т.д. У нас действует горячая линия – если пользователь столкнулся с проблемой, он может позвонить, и наши эксперты помогут решить проблему.
Представительство компании LECO в России работает с 1991 года, открыты офисы в Москве и Екатеринбурге. В московском офисе компании установлено большое количество анализаторов для демонстрации заказчикам, но именно в техническом центре в Праге, сотрудники которого говорят по-русски, можно ознакомится с работой практически всего производимого компанией оборудования, включая новейшие разработки, такие как времяпролетные масс-спектрометры.
Вы проводите обучение только здесь?
Не обязательно. Мы с коллегами много ездим по Восточной Европе, чтобы обучать заказчиков на местах. Для достаточно простых в эксплуатации приборов, таких как системы элементного анализа, этого вполне достаточно. В случае хроматомасс-спектрометрического оборудования ситуация иная. Для заинтересованных заказчиков мы проводим предварительный учебно-практический семинар для того, чтобы продемонстрировать преимущества нашего оборудования, показать, как могут быть решены их аналитические задачи, объяснить технические особенности и даже дать возможность самим поработать на оборудовании. После инсталляции прибора мы проводим подробный обучающий курс в лаборатории на уже установленном оборудовании, поскольку конфигурация каждого прибора в чем-то уникальна. И далее, когда у пользователей появляются практические вопросы в процессе работы, мы обеспечиваем полную техническую поддержку и проводим курсы дополнительного обучения.
Каким оборудованием оснащен Центр?
Здесь представлено практически полное портфолио оборудования компании LECO – приборы для элементного анализа как органических, так и неорганических материалов, системы металлографического анализа, атомно-эмиссионные спектрометры тлеющего разряда (GDS). Большой интерес для заказчиков представляет система для анализа органических образцов на содержание серы, углерода и азота TruMac CNS, а также анализаторы неорганических материалов нового поколения CS844, ONH836.
Установленный в лаборатории спектрометр тлеющего разряда GDS500 является наилучшим выбором в случае, если необходимо оперативно, без перекалибровок определять химический состав большого количества сплавов на различной основе. Данная возможность реализуется благодаря линейным рабочим калибровочным графикам в широком динамическом диапазоне, минимальной спектральной интерференции и минимальному влиянию эффекта металлургической истории образца. Спектрометр GDS500 отлично зарекомендовал себя для анализа таких сложных образцов, как алюминиевые сплавы с высоким содержанием кремния, сплавы с высоким содержанием свинца, серы, фосфора, бора, магния, материалы с низкой точкой плавления (припой, олово, цинк и свинец).
В лаборатории представлен полный комплект оборудования для металлографического анализа. Для пробоподготовки мы используем отрезной станок MSX250 с диаметром диска от 250 до 300 мм, пресс для заливки образцов PR-36, установку шлифовки и полировки GPX300. Автоматическая система измерения твердости АМН43 позволяет проводить анализ микро- и макротвердости по Виккерсу в полуавтоматическом и полностью автоматическом режимах. Система строит цветовую карту твердости образцов, причем возможно сформировать панорамное изображение поверхности и программно задавать области анализа. Наши специалисты помогут разработать технологии получения качественных шлифов для металлографического анализа, подобрать необходимые материалы для резки, заливки, шлифовки и полировки заготовок.
Для металлографического анализа применяется система анализа изображений IA44. В ней задействованы технические решения различных производителей – микроскоп, предметный столик с микроприводом, видеокамера. Однако сердце этой системы – не имеющее аналогов программное обеспечение компании LECO. Оно позволяет оценить количественные характеристики образцов, такие как доли различных неметаллических включений, толщины покрытий и т.п.
И, конечно, у нас в техническом центре представлены системы газовой хроматографии и времяпролетной масс-спектрометрии (ГХ-МС) – серия Pegasus.
Расскажите подробнее о решениях для ГХ-МС.
В области ГХ-МС компания LECO производит несколько типов инструментов. Причем компания занимается только времяпролетными масс-спектрометрами. В нашем Центре представлены две установки ГХ-МС – Pegasus 4D и система ГХ-МС высокого разрешения Pegasus GC-HRT. Начнем с первой.
Система Pegasus 4D – это сочетание двумерной газовой хроматографии (ГХ×ГХ) с времяпролетным масс-спектрометрическим детектированием. Возможна и конфигурация с обычным газовым хроматографом – в этом случае система называется Pegasus НТ. Pegasus 4D предоставляет широкие возможности при решении различных аналитических задач в области метаболомики, рутинного количественного анализа, криминалистики, анализа питьевых и сточных вод и т.д.
Двумерная газовая хроматография достаточно интересна сама по себе. В этом методе все аналиты последовательно разделяются на двух хроматографических колонках (рис.1). Причем сорбенты в двух колонках должны быть различной селективности. Как правило, в первой колонке неподвижная фаза неполярна, во второй – сильно полярна. Это делается для того, чтобы задействовать различные механизмы разделения.
Первичный газовый хроматограф – это достаточно простой прибор, поэтому специалисты LECO предпочли использовать уже существующее решение – ГХ Agilent 7890A. Между компаниями Agilent и LECO заключен договор, в рамках которого наше программное обеспечение может управлять системой Agilent. После разделения на первой ГХ-колонке каждая фракция на выходе направляется во вторичную колонку, расположенную в своем встроенном программируемом термостате. Между этими колонками установлен модулятор – устройство, позволяющее реализовать принцип полной двумерной хроматографии, для которой необходимо обеспечить фокусировку аналитов перед разделением на вторичной колонке. В наших системах используется термомодулятор, и для его работы не требуется использование жидкого азота, либо других расходных материалов, сжиженных газов, что удобно для пользователей. Сам модулятор, вторичный термостат, управляющая электроника – все это разработано и изготавливается компанией LECO.
В модуляторе происходит криофокусировка – сначала поток сильно охлаждается, а затем быстро нагревается и одним импульсом направляется во вторую колонку. Для этого в модуляторе предусмотрены две зоны, где нагрев и охлаждение быстро сменяют друг друга. Для охлаждения и нагрева используются четыре форсунки: две – для обдувки горячим воздухом и две – охлажденным. В результате криофокусировки элюат из первой колонки нарезается на небольшие фракции, которые по очереди направляются для разделения на вторичной колонке. Вторая колонка очень короткая, и скорость разделения в ней в 100–150 раз выше, чем в первой. То есть за 4–5 с, пока происходит криофокусировка следующей фракции на выходе из первой колонки, предыдущая фракция успевает пройти вторичную колонку. Кроме того, из-за криофокусировки пики существенно сужаются – до 50 мс. В итоге из одного широкого пика мы получаем серию очень узких пиков, ширина которых на уровне базовой линии составляет 0,1–0,2 с. Сужение пиков приводит к увеличению их интенсивности, что увеличивает чувствительность прибора. Поскольку вещества, которые коэлюируются на одной колонке, разделяются на вторичной колонке с иной фазой, мы наблюдаем разделение хроматографических пиков во втором измерении. Тем самым существенно растет разрешение хроматографической системы в целом.
В итоге каждый хроматографический пик характеризуют два времени удерживания – на первой и второй колонках, а хроматограммы могут быть представлены в виде трехмерных поверхностей (рис.2). Например, есть два изомера. При одномерной хроматографии их очень сложно разделить, поскольку эти два маленьких пика перекрывает пик из матрицы. Но при разделении пика во втором измерении, мы получим достаточно четкую картину. При этом в третьем измерении мы видим различную интенсивность пиков, отражающую количественное содержание в образце, а наличие масс-спектра в каждой точке двумерной хроматограммы дает информацию о химическом строении каждого компонента.
Немаловажно, что LECO предлагает "безрасходный" модулятор, в котором для охлаждения не используется жидкий азот, что снижает эксплуатационные расходы и делает систему более удобной в использовании. Для охлаждения при криофокусировке в модуляторе традиционно применялся жидкий азот. В наших системах вместо сосуда с жидким азотом используется внешний чиллер (охладитель) – например, система компании SP Scientific. Такой чиллер обеспечивает охлаждение до температуры порядка -80°С. Эта система применима для множества задач, в частности – для анализа нефтепродуктов, пестицидов, диоксинов, полихлорбифенилов и т.п.
Сам по себе принцип ГХ×ГХ открывает большие возможности для химика-аналитика. Однако они возрастают еще больше с применением масс-спектрометрического детектирования и последующей математической обработкой результатов. Так называемый алгоритм деконволюции, когда программное обеспечение автоматически отслеживает масс-хроматограммы во всем диапазоне масс и выделяет в очищенные масс-спектры те ионы, максимумы пиков которых совпадают. При этом программа проводит автоматический поиск пиков, даже если они скрыты фоном матрицы или пиками других компонентов. Этот алгоритм требует не менее 20 масс-спектров на пик. Поскольку на выходе из вторичной колонки ширина хроматографических пиков очень мала, до 50–100 мс, необходимо проводить регистрацию масс-спектров в детекторе со скоростью не ниже 200 полных масс-спектров в секунду. Такое быстродействие на сегодня обеспечивает только времяпролетный масс-спектрометрический детектор.
Кроме того, для корректной работы алгоритма деконволюции и возможности автоматизации обработки результатов анализа важно, чтобы масс-спектры были полными и не происходило никакого искажения интенсивности ионов во всем диапазоне масс. Именно отсутствие искажения масс-спектров является еще одним важным достоинством времяпролетных масс-спектрометрических детекторов. В случае других типов масс-спектрометров (например, квадрупольных, сканирующего типа) всегда наблюдаются различия в масс-спектрах одного и того же вещества, если сравнивать масс-спектры на разных склонах хроматографического пика. Это искажает результаты последующей математической обработки. Напротив, времяпролетные детекторы лишены подобного недостатка, поскольку одновременно регистрируют все ионы во всем диапазоне масс и формируют полный спектр.
В системе Pegasus 4D используется времяпролетный масс-спектрометр с однократным отражением (рис.3). Аналит из колонки попадает в ионный источник, в котором используется метод электронной ионизации. Одно из важных достоинств конструкции нашего ионного источника – его не требуется чистить. Он построен по принципу open space ("открытое пространство"), где неионизированные компоненты постоянно удаляются мощным турбонасосом, и никакого загрязнения не происходит. Образовавшиеся ионы посредством ортогонального ускорителя направляются в трубу масс-спектрометра с частотой 500 ионных пакетов в секунду. В конце трубы ионы отражаются от ионного зеркала – рефлектрона, пролетают обратно и попадают на детектор. Отношение массы ионов к заряду регистрируется с точностью до единиц в номинальных значениях. Важное техническое преимущество данного детектора – он обладает очень высокой производительностью, позволяя измерять до 500 спектров в секунду, причем – и это принципиально – во всем диапазоне масс. В то же время прибор обеспечивает очень высокую чувствительность. Таким образом, именно высокопроизводительный времяпролетный масс-спектрометр позволяет полностью раскрыть потенциальные возможности двумерной ГХ.
Системы LECO – это уникальный аппаратно-программный комплекс, в котором реализовано много инновационных решений, но отдельно подчеркну достоинства программного обеспечения, которое дает пользователю принципиально новые возможности при обработке результатов. Помимо того, что работа всей системы управляется единым программным обеспечением, также в нем проводится математическая обработка полученных результатов по различным процедурам и автоматизированным сценариям. Для этого служит программа ChromaTOF. Она позволяет полностью управлять прибором и обеспечивает максимальную автоматизацию и производительность анализов. С помощью ChromaTOF возможно изменять, например, параметры работы модулятора непосредственно в ходе анализа. И в то же время, программа автоматически, используя алгоритм деконволюции, обрабатывает экспериментальные данные, определяет компоненты и выделяет "чистые" масс-спектры. Таким образом, ChromaTOF позволяет обнаружить все пики на исходной хроматограмме, даже те, которые могут быть скрыты пиками фона (стационарная фаза с колонок, компоненты матрицы, другие целевые компоненты и т.д.).
Чтобы закончить рассказ о системе Pegasus 4D, остановимся на устройствах подготовки и ввода проб. Наша система может быть оснащена различными типами автосамплеров, но сегодня самыми многофункциональными следует признать устройства, производимые немецкой компанией Gerstel. Именно поэтому LECO заключило с ней соглашение, позволяющее полностью интегрировать систему Gerstel – причем как аппаратную, так и программную часть. Это дает пользователям дополнительные возможности, облегчает работу операторов и увеличивает производительность системы.
В чем особенности систем подготовки и ввода проб Gerstel?
Представленная у нас в лаборатории система Pegasus 4D синхронизирована с универсальным автосамплером MPS, оснащенным наиболее востребованными модулями. Конечно же, этот автосамплер позволяет проводить стандартные процедуры с жидкими образцами, такие как отбор аликвоты, смешивание, разбавление, дериватизация, фильтрование, ввод пробы, но есть и модули для работы с вязкими жидкостями, газообразными пробами, твердыми образцами или твердофазными экстрактами.
Одна из особенностей универсального автосамплера MPS – он оснащен двумя манипуляторами. Это важно, когда программируется сложная многостадийная процедура подготовки пробы, например, с дериватизацией, так как шприцы разных объемов, скажем, 10 и 100 мкл, могут быть задействованы одновременно. Кроме того, роботизированные манипуляторы помимо универсальных держателей для шприцев содержат магнитные и механические захваты для транспортировки виал разного объема, сорбционных трубок и лайнеров разных типов. Немаловажно, что все процедуры задаются в программе, а подготовка каждой следующей пробы начинается автоматически, пока идет анализ предыдущей – так, чтобы проба была подготовлена как раз ко времени готовности системы к анализу следующего образца. Это очень удобно, экономит время и увеличивает производительность.
Помимо привычного S/SL-инжектора (split/splitless), позволяющего работать с делением и без деления потока при вводе проб, Pegasus 4D может быть оснащен системой термопрограммируемого инжектирования (CIS), обладающей целым рядом преимуществ. CIS-инжектор позволяет улучшить чувствительность системы благодаря использованию различных режимов. Например, возможно концентрирование аналитов при вводе жидких проб большого объема или при работе в режиме криоловушки в случае применения устройств для термодесорбции или пиролиза. Как известно, при использовании S/SL-инжектора объем вводимой пробы не должен превышать 2 мкл, иначе при ее нагревании до 200–250°С объем превысит емкость лайнера (вкладыша испарителя), что приведет к загрязнению сочлененных узлов и искажению результатов анализа. В CIS-инжектор можно вводить пробы большого объема (10–20 мкл), в результате количества аналитов, содержащихся в пробе даже в низкой концентрации, становится достаточно для детектирования и надежной идентификации. Проба вводится при пониженной температуре в специальный CIS-лайнер (узкий извилистый с инертным покрытием), далее при небольшом нагревании производится удаление растворителя и концентрирование аналитов, а ввод в капиллярную колонку происходит уже без деления потока и при быстром повышении температуры со скоростью 720°С/мин вплоть до 650°С. Охлаждение возможно жидким азотом или охлажденным углекислым газом, а также электрически, на основе эффекта Пельтье (до -40°С).
Система позволяет вводить большие объемы проб – вплоть до 1 мл, что позволяет снизить пределы детектирования, не нужно предварительное сильное концентрирование проб. Это удобно, например, при анализе приоритетных загрязняющих веществ в экологических образцах, пестицидов и опасных примесей в продуктах питания, ядов и запрещенных препаратов в экстрактах из биологических тканей или смывах с различных объектов при криминалистической экспертизе.
При наличии CIS-инжектора, систему можно оснастить устройством для автоматической термодесорбции (TDU). В целом получается универсальная очень удобная конфигурация для работы с различными типами образцов. Не нужно никакого дополнительного оборудования – все происходит в одном приборе. Причем все манипуляции с виалами и лайнерами могут проводиться как вручную, так и в полностью автоматическом режиме. В устройство TDU можно помещать различные сорбционные трубки. Полые TDU-трубки с перегородкой из фриттованного стекла позволяют проводить прямое десорбционное инжектирование с твердых образцов без какой-либо пробоподготовки. Полые TDU-трубки с выемкой используются для десорбции с магнитных перемешивающих Twister-элементов после экстракции веществ на их сорбирующую поверхность (например, из водных образцов большого объема при простом перемешивании на магнитной мешалке по очень легкой и удобной методике SBSE – stir bar sorptive extraction). Десорбция в TDU может проводиться также из специальных микровиал, в которые можно помещать жидкие, в том числе вязкие, пробы, что предохраняет всю систему от загрязнения нелетучими компонентами. Заполненные различными сорбентами TDU-трубки после предварительного кондиционирования используются для улавливания веществ при пропускании газовой или водной фазы. Далее они помещаются в устройство TDU для прямого десорбционного инжектирования, что исключает потерю аналитов.
В устройство для термодесорбции может быть встроен также специальный пиролитический модуль PYRO, который позволяет проводить пиролиз образцов при температурах до 1000°С с переносом аналитов сразу в систему термопрограммируемого инжектирования CIS без каких-либо трансферных линий, то есть без потерь. В этом случае CIS-инжектор вначале работает в режиме криоловушки, а потом испарителя. Причем можно программировать и комбинировать режимы, например, вначале проводить анализ веществ, испаряющихся из образца при термодесорбции, потом резко повышать температуру в PYRO-модуле и анализировать уже продукты пиролиза. Такая конфигурация широко применяется при изучении способов получения топлива из возобновляемого сырья, тяжелой матричной нефти, может использоваться для контроля загрязнения окружающей среды полимерными компонентами буровых растворов при добыче из сланцевых пластов.
Подчеркну, что систему термопрограммируемого инжектирования CIS, устройство для термодесорбции TDU, пиролитический модуль PYRO можно использовать и без многофункционального автосамплера, выполняя все манипуляции в ручном режиме. Автосамплер позволяет автоматизировать эти процедуры.
Многофункциональный автосамплер MPS позволяет в автоматическом режиме проводить парофазный анализ как в статическом, так и в динамическом режиме. При анализе по методу Headspace виала с образцом нагревается, чтобы установить равновесие между жидкой и паровой фазой, и специальный шприц отбирает аликвоту из газовой фазы над поверхностью жидкости для инжектирования. После чего шприц продувается в нагреваемом боксе для удаления остатков аналита. Отметим, что техника Headspace в таком статическом режиме не позволяет детектировать компоненты с низким содержанием, поэтому более эффективно проводить парофазный анализ с использованием модуля DHS для динамического парофазного анализа, когда из газовой фазы потоком газа-носителя летучие компоненты в течение определенного времени выдуваются и улавливаются, и после этого анализируются. Все эти процедуры могут быть полностью автоматизированы, что гарантирует идентичность методики пробоподготовки для разных образцов.
При оснащении автосамплера опцией SPME (solid phase microextraction) возможно проводить в автоматическом режиме и твердофазную микроэкстракцию. Сорбирующие SPME-нити, покрытые различными типами сорбентов, например, полидиметилсилоксаном или карбоксеном, позволяют проводить экстракцию прямо из жидкого образца или из газовой фазы над его поверхностью. Специальный шприц устроен таким образом, что при отборе пробы нить выводится из иглы, после заданного времени для сорбции нить втягивается обратно, а после вкола в инжектор хроматографа нить снова выводится из иглы для десорбции аналитов напрямую. Причем из-за отсутствия растворителя можно работать в режиме без деления потока, что обеспечивает попадание всех аналитов в детектор без потерь. Этим преимуществом обладает и методика SPME, и SBSE с использованием Twister-элементов.
Повторюсь, сочетание всех перечисленных решений – как приборных, так и программных – делает систему Pegasus 4D уникальным инструментом для очень широкого ряда применений. Однако для задач, требующих высокого разрешения, мы предлагаем новую систему Pegasus GC-HRT.
В чем особенности системы сверхвысокого разрешения Pegasus GC-HRT?
Основная особенность системы Pegasus GC-HRT –
это устройство масс-спектромет-рического детектора. Принци-
пиально иная конструкция времяпролетного масс-спектрометра обеспечивает разрешение до 50 000 и точность лучше 1 ppm во всем диапазоне масс. При этом прибор обеспечивает высокую скорость регистрации полных спектров, до 200 спектров в секунду, а его динамический диапазон превышает четыре порядка. Помимо электронной ионизации, он может работать и в режиме химической ионизации.
За счет чего достигаются столь выдающиеся характеристики?
За счет оригинальной конструкции. Как известно, разрешение времяпролетных МС напрямую связано с длиной пути дрейфа ионов от источника до детектора. Основную ошибку измерения масс вносит временной разброс ионного пакета, формируемого ионным источником. Можно существенно повысить точность разделения ионов, увеличив дрейфовый путь за счет многократных отражений. Однако в классическом ионном рефлектроне при отражении ионы теряют энергию, что искажает время пролета, появляется шум. В среднем, при каждом отражении теряется до 50% ионов, поэтому применение нескольких сеточных зеркал кардинально снижает чувствительность.
Решение всех этих проблем было найдено еще в СССР. Были разработаны бессеточные зеркала, ионные линзы с обратной фокусировкой. На их основе группой А.Н.Веренчикова была предложена схема многоотражательного масс-анализатора с планарными бессеточными ионными зеркалами. Эти решения были запатентованы и приобретены LECO. В результате был создан масс-спектрометр с многократным отражением на основе зигзагообразного пути дрейфа – технология FFP (folded flight path).
Конструктивно устройство состоит из двух блоков ионных зеркал, между которыми в бесполевом пространстве расположены периодические линзы (рис.4). Ионы вводятся в анализатор под малым углом к нормали зеркал. Испытывая ряд отражений, они поднимаются вверх, проходя общий путь 10 м. В верхней линзе поток поворачивается и направляется в обратную сторону – еще 10 м, общий путь составляет 20 м. В таком режиме обеспечивается разрешение 25 000 на уровне полувысоты пика. Если в первой линзе развернуть поток ионов, еще раз направив его в анализатор, мы получим полный путь в 40 м и разрешением на уровне 50 000 – режим сверхвысокого разрешения. В обоих режимах высокого разрешения обеспечивается точность определения масс лучше 1 ppm. Отметим, что при этом сам масс-анализатор достаточно компактен – 75 см длиной и 30 см высотой.
В системе детектирования применяется электронная система сбора данных KADAS (Kinetic Algorithmic Data Acquisition System), которая обеспечивает возможность сверхбыстрой регистрации масс-спектров высокого разрешения, а также позволяет сократить размер файла, содержащего ГХ/МС-данные. Прибор работает под управлением программы ChromaTOF-HRT, которая позволяет проводить автоматический поиск компонентов и выделение "чистых" масс-спектров (True Signal Deconvolution), содержит калькуляторы для расчета точных масс молекулярных и фрагментных ионов, рассчитывает теоретическое изотопное распределение и сравнивает его с регистрируемым, строит карты детектируемых компонентов по дефектам масс.
Важно подчеркнуть, что высокая разрешающая способность МС Pegasus GC-HRT практически не зависит от абсолютного значения массы иона и сохраняется для легких и тяжелых ионов. Широкий линейный динамический диапазон позволяет регистрировать неискаженное изотопное распределение, причем даже в тех случаях, когда интенсивности масс-спектральных пиков отличаются на несколько порядков. Это существенно увеличивает достоверность идентификации веществ. На основе данных о точном значении m/z молекулярного иона можно установить брутто-формулу неизвестного соединения, например, метаболита фармацевтического препарата.
Прибор позволяет работать практически
со всеми веществами с массами до 1000 Да (т.е. доступными для ГХ-разделения). Это такие вещества, как нефть и нефтепродукты, пестициды, диоксины, полихлорированные дифенилы, метаболомики, яды, компоненты продуктов питания и лекарств, в том числе многие наркотики и т.д.
В целом, система Pegasus GC-HRT – мощный инструмент, обеспечивающий немало преимуществ химикам-аналитикам, работающим в области анализа объектов окружающей среды, стойких органических загрязнителей, нефтехимической продукции, душистых и ароматических веществ, фармацевтических препаратов, а также проводящим метаболомные исследования и занимающимся вопросами безопасности продуктов питания. В нашем Центре мы всегда готовы продемонстрировать возможности этого прибора, помочь заказчикам в полной мере воспользоваться его возможностями.
Конечно, мы рассмотрели лишь некоторые особенности ГХ-МС систем серии Pegasus и совсем немного успели рассказать про другое оборудование LECO. Чтобы рассказать обо всех возможностях нашей новой линейки аналитического оборудования, не хватит и дня. Для этого мы и проводим учебные курсы для специалистов из разных областей. И возможности нашего центра открыты для всех.
Спасибо за интересный рассказ!
С Т.Ковальчуком беседовал И.Шахнович
www.j-analytics.ru
Компания LECO широко известна своими решениями в области элементного анализа, спектрометрии, двумерной газовой хроматографии и времяпролетной масс-спектрометрии высокого разрешения. В 2011 году времяпролетный масс-спектрометр высокого разрешения HRT удостоился золотой медали Pittcon Editors' Awards 2011. Это поистине революционная разработка, к которой в значительной мере причастны российские исследователи.
Лучший способ увидеть системы с времяпролетными масс-спектрометрическими детекторами LECO – посетить Европейский технический центр LECO в Праге. Центр был открыт в 2002 году. Здесь представлено самое современное оборудование компании, в том числе оборудование для времяпролетной масс-спектрометрии и двумерной газовой хроматографии серии Pegasus. Это одновременно учебный центр, офис технической и методологической поддержки. В задачу лаборатории входит проведение обучающих семинаров и практических занятий для пользователей и потенциальных клиентов, демонстрационный анализ их образцов, апробация специализированных методик и разработка для новых аналитических задач комплексных решений с помощью оборудования LECO.
www.j-analytics.ru
Томаш, какие задачи решает Европейский технический центр LECO в Праге?
Лаборатория используется как демонстрационный и технический центр для заказчиков из Восточной Европы. Подобный центр у LECO есть только в США в Сент-Джозефе (шт. Мичиган), где расположена штаб-квартира корпорации. В нашем Центре мы занимаемся обучением и технической поддержкой заказчиков, отработкой методик, различными предпродажными задачами. Здесь потенциальные заказчики могут оценить возможности оборудования LECO, проанализировать свои образцы. Со своей стороны, мы оказываем пользователям методическую помощь, помогаем им достичь наилучшего результата, например, подбираем методики, оптимальные для тех или иных видов образцов. Здесь же проводятся регулярные семинары для сервисных инженеров по инновациям в новых моделях, для специалистов по продажам, по преимуществам применения оборудования для решения конкретных задач заказчиков и т.д. У нас действует горячая линия – если пользователь столкнулся с проблемой, он может позвонить, и наши эксперты помогут решить проблему.
Представительство компании LECO в России работает с 1991 года, открыты офисы в Москве и Екатеринбурге. В московском офисе компании установлено большое количество анализаторов для демонстрации заказчикам, но именно в техническом центре в Праге, сотрудники которого говорят по-русски, можно ознакомится с работой практически всего производимого компанией оборудования, включая новейшие разработки, такие как времяпролетные масс-спектрометры.
Вы проводите обучение только здесь?
Не обязательно. Мы с коллегами много ездим по Восточной Европе, чтобы обучать заказчиков на местах. Для достаточно простых в эксплуатации приборов, таких как системы элементного анализа, этого вполне достаточно. В случае хроматомасс-спектрометрического оборудования ситуация иная. Для заинтересованных заказчиков мы проводим предварительный учебно-практический семинар для того, чтобы продемонстрировать преимущества нашего оборудования, показать, как могут быть решены их аналитические задачи, объяснить технические особенности и даже дать возможность самим поработать на оборудовании. После инсталляции прибора мы проводим подробный обучающий курс в лаборатории на уже установленном оборудовании, поскольку конфигурация каждого прибора в чем-то уникальна. И далее, когда у пользователей появляются практические вопросы в процессе работы, мы обеспечиваем полную техническую поддержку и проводим курсы дополнительного обучения.
Каким оборудованием оснащен Центр?
Здесь представлено практически полное портфолио оборудования компании LECO – приборы для элементного анализа как органических, так и неорганических материалов, системы металлографического анализа, атомно-эмиссионные спектрометры тлеющего разряда (GDS). Большой интерес для заказчиков представляет система для анализа органических образцов на содержание серы, углерода и азота TruMac CNS, а также анализаторы неорганических материалов нового поколения CS844, ONH836.
Установленный в лаборатории спектрометр тлеющего разряда GDS500 является наилучшим выбором в случае, если необходимо оперативно, без перекалибровок определять химический состав большого количества сплавов на различной основе. Данная возможность реализуется благодаря линейным рабочим калибровочным графикам в широком динамическом диапазоне, минимальной спектральной интерференции и минимальному влиянию эффекта металлургической истории образца. Спектрометр GDS500 отлично зарекомендовал себя для анализа таких сложных образцов, как алюминиевые сплавы с высоким содержанием кремния, сплавы с высоким содержанием свинца, серы, фосфора, бора, магния, материалы с низкой точкой плавления (припой, олово, цинк и свинец).
В лаборатории представлен полный комплект оборудования для металлографического анализа. Для пробоподготовки мы используем отрезной станок MSX250 с диаметром диска от 250 до 300 мм, пресс для заливки образцов PR-36, установку шлифовки и полировки GPX300. Автоматическая система измерения твердости АМН43 позволяет проводить анализ микро- и макротвердости по Виккерсу в полуавтоматическом и полностью автоматическом режимах. Система строит цветовую карту твердости образцов, причем возможно сформировать панорамное изображение поверхности и программно задавать области анализа. Наши специалисты помогут разработать технологии получения качественных шлифов для металлографического анализа, подобрать необходимые материалы для резки, заливки, шлифовки и полировки заготовок.
Для металлографического анализа применяется система анализа изображений IA44. В ней задействованы технические решения различных производителей – микроскоп, предметный столик с микроприводом, видеокамера. Однако сердце этой системы – не имеющее аналогов программное обеспечение компании LECO. Оно позволяет оценить количественные характеристики образцов, такие как доли различных неметаллических включений, толщины покрытий и т.п.
И, конечно, у нас в техническом центре представлены системы газовой хроматографии и времяпролетной масс-спектрометрии (ГХ-МС) – серия Pegasus.
Расскажите подробнее о решениях для ГХ-МС.
В области ГХ-МС компания LECO производит несколько типов инструментов. Причем компания занимается только времяпролетными масс-спектрометрами. В нашем Центре представлены две установки ГХ-МС – Pegasus 4D и система ГХ-МС высокого разрешения Pegasus GC-HRT. Начнем с первой.
Система Pegasus 4D – это сочетание двумерной газовой хроматографии (ГХ×ГХ) с времяпролетным масс-спектрометрическим детектированием. Возможна и конфигурация с обычным газовым хроматографом – в этом случае система называется Pegasus НТ. Pegasus 4D предоставляет широкие возможности при решении различных аналитических задач в области метаболомики, рутинного количественного анализа, криминалистики, анализа питьевых и сточных вод и т.д.
Двумерная газовая хроматография достаточно интересна сама по себе. В этом методе все аналиты последовательно разделяются на двух хроматографических колонках (рис.1). Причем сорбенты в двух колонках должны быть различной селективности. Как правило, в первой колонке неподвижная фаза неполярна, во второй – сильно полярна. Это делается для того, чтобы задействовать различные механизмы разделения.
Первичный газовый хроматограф – это достаточно простой прибор, поэтому специалисты LECO предпочли использовать уже существующее решение – ГХ Agilent 7890A. Между компаниями Agilent и LECO заключен договор, в рамках которого наше программное обеспечение может управлять системой Agilent. После разделения на первой ГХ-колонке каждая фракция на выходе направляется во вторичную колонку, расположенную в своем встроенном программируемом термостате. Между этими колонками установлен модулятор – устройство, позволяющее реализовать принцип полной двумерной хроматографии, для которой необходимо обеспечить фокусировку аналитов перед разделением на вторичной колонке. В наших системах используется термомодулятор, и для его работы не требуется использование жидкого азота, либо других расходных материалов, сжиженных газов, что удобно для пользователей. Сам модулятор, вторичный термостат, управляющая электроника – все это разработано и изготавливается компанией LECO.
В модуляторе происходит криофокусировка – сначала поток сильно охлаждается, а затем быстро нагревается и одним импульсом направляется во вторую колонку. Для этого в модуляторе предусмотрены две зоны, где нагрев и охлаждение быстро сменяют друг друга. Для охлаждения и нагрева используются четыре форсунки: две – для обдувки горячим воздухом и две – охлажденным. В результате криофокусировки элюат из первой колонки нарезается на небольшие фракции, которые по очереди направляются для разделения на вторичной колонке. Вторая колонка очень короткая, и скорость разделения в ней в 100–150 раз выше, чем в первой. То есть за 4–5 с, пока происходит криофокусировка следующей фракции на выходе из первой колонки, предыдущая фракция успевает пройти вторичную колонку. Кроме того, из-за криофокусировки пики существенно сужаются – до 50 мс. В итоге из одного широкого пика мы получаем серию очень узких пиков, ширина которых на уровне базовой линии составляет 0,1–0,2 с. Сужение пиков приводит к увеличению их интенсивности, что увеличивает чувствительность прибора. Поскольку вещества, которые коэлюируются на одной колонке, разделяются на вторичной колонке с иной фазой, мы наблюдаем разделение хроматографических пиков во втором измерении. Тем самым существенно растет разрешение хроматографической системы в целом.
В итоге каждый хроматографический пик характеризуют два времени удерживания – на первой и второй колонках, а хроматограммы могут быть представлены в виде трехмерных поверхностей (рис.2). Например, есть два изомера. При одномерной хроматографии их очень сложно разделить, поскольку эти два маленьких пика перекрывает пик из матрицы. Но при разделении пика во втором измерении, мы получим достаточно четкую картину. При этом в третьем измерении мы видим различную интенсивность пиков, отражающую количественное содержание в образце, а наличие масс-спектра в каждой точке двумерной хроматограммы дает информацию о химическом строении каждого компонента.
Немаловажно, что LECO предлагает "безрасходный" модулятор, в котором для охлаждения не используется жидкий азот, что снижает эксплуатационные расходы и делает систему более удобной в использовании. Для охлаждения при криофокусировке в модуляторе традиционно применялся жидкий азот. В наших системах вместо сосуда с жидким азотом используется внешний чиллер (охладитель) – например, система компании SP Scientific. Такой чиллер обеспечивает охлаждение до температуры порядка -80°С. Эта система применима для множества задач, в частности – для анализа нефтепродуктов, пестицидов, диоксинов, полихлорбифенилов и т.п.
Сам по себе принцип ГХ×ГХ открывает большие возможности для химика-аналитика. Однако они возрастают еще больше с применением масс-спектрометрического детектирования и последующей математической обработкой результатов. Так называемый алгоритм деконволюции, когда программное обеспечение автоматически отслеживает масс-хроматограммы во всем диапазоне масс и выделяет в очищенные масс-спектры те ионы, максимумы пиков которых совпадают. При этом программа проводит автоматический поиск пиков, даже если они скрыты фоном матрицы или пиками других компонентов. Этот алгоритм требует не менее 20 масс-спектров на пик. Поскольку на выходе из вторичной колонки ширина хроматографических пиков очень мала, до 50–100 мс, необходимо проводить регистрацию масс-спектров в детекторе со скоростью не ниже 200 полных масс-спектров в секунду. Такое быстродействие на сегодня обеспечивает только времяпролетный масс-спектрометрический детектор.
Кроме того, для корректной работы алгоритма деконволюции и возможности автоматизации обработки результатов анализа важно, чтобы масс-спектры были полными и не происходило никакого искажения интенсивности ионов во всем диапазоне масс. Именно отсутствие искажения масс-спектров является еще одним важным достоинством времяпролетных масс-спектрометрических детекторов. В случае других типов масс-спектрометров (например, квадрупольных, сканирующего типа) всегда наблюдаются различия в масс-спектрах одного и того же вещества, если сравнивать масс-спектры на разных склонах хроматографического пика. Это искажает результаты последующей математической обработки. Напротив, времяпролетные детекторы лишены подобного недостатка, поскольку одновременно регистрируют все ионы во всем диапазоне масс и формируют полный спектр.
В системе Pegasus 4D используется времяпролетный масс-спектрометр с однократным отражением (рис.3). Аналит из колонки попадает в ионный источник, в котором используется метод электронной ионизации. Одно из важных достоинств конструкции нашего ионного источника – его не требуется чистить. Он построен по принципу open space ("открытое пространство"), где неионизированные компоненты постоянно удаляются мощным турбонасосом, и никакого загрязнения не происходит. Образовавшиеся ионы посредством ортогонального ускорителя направляются в трубу масс-спектрометра с частотой 500 ионных пакетов в секунду. В конце трубы ионы отражаются от ионного зеркала – рефлектрона, пролетают обратно и попадают на детектор. Отношение массы ионов к заряду регистрируется с точностью до единиц в номинальных значениях. Важное техническое преимущество данного детектора – он обладает очень высокой производительностью, позволяя измерять до 500 спектров в секунду, причем – и это принципиально – во всем диапазоне масс. В то же время прибор обеспечивает очень высокую чувствительность. Таким образом, именно высокопроизводительный времяпролетный масс-спектрометр позволяет полностью раскрыть потенциальные возможности двумерной ГХ.
Системы LECO – это уникальный аппаратно-программный комплекс, в котором реализовано много инновационных решений, но отдельно подчеркну достоинства программного обеспечения, которое дает пользователю принципиально новые возможности при обработке результатов. Помимо того, что работа всей системы управляется единым программным обеспечением, также в нем проводится математическая обработка полученных результатов по различным процедурам и автоматизированным сценариям. Для этого служит программа ChromaTOF. Она позволяет полностью управлять прибором и обеспечивает максимальную автоматизацию и производительность анализов. С помощью ChromaTOF возможно изменять, например, параметры работы модулятора непосредственно в ходе анализа. И в то же время, программа автоматически, используя алгоритм деконволюции, обрабатывает экспериментальные данные, определяет компоненты и выделяет "чистые" масс-спектры. Таким образом, ChromaTOF позволяет обнаружить все пики на исходной хроматограмме, даже те, которые могут быть скрыты пиками фона (стационарная фаза с колонок, компоненты матрицы, другие целевые компоненты и т.д.).
Чтобы закончить рассказ о системе Pegasus 4D, остановимся на устройствах подготовки и ввода проб. Наша система может быть оснащена различными типами автосамплеров, но сегодня самыми многофункциональными следует признать устройства, производимые немецкой компанией Gerstel. Именно поэтому LECO заключило с ней соглашение, позволяющее полностью интегрировать систему Gerstel – причем как аппаратную, так и программную часть. Это дает пользователям дополнительные возможности, облегчает работу операторов и увеличивает производительность системы.
В чем особенности систем подготовки и ввода проб Gerstel?
Представленная у нас в лаборатории система Pegasus 4D синхронизирована с универсальным автосамплером MPS, оснащенным наиболее востребованными модулями. Конечно же, этот автосамплер позволяет проводить стандартные процедуры с жидкими образцами, такие как отбор аликвоты, смешивание, разбавление, дериватизация, фильтрование, ввод пробы, но есть и модули для работы с вязкими жидкостями, газообразными пробами, твердыми образцами или твердофазными экстрактами.
Одна из особенностей универсального автосамплера MPS – он оснащен двумя манипуляторами. Это важно, когда программируется сложная многостадийная процедура подготовки пробы, например, с дериватизацией, так как шприцы разных объемов, скажем, 10 и 100 мкл, могут быть задействованы одновременно. Кроме того, роботизированные манипуляторы помимо универсальных держателей для шприцев содержат магнитные и механические захваты для транспортировки виал разного объема, сорбционных трубок и лайнеров разных типов. Немаловажно, что все процедуры задаются в программе, а подготовка каждой следующей пробы начинается автоматически, пока идет анализ предыдущей – так, чтобы проба была подготовлена как раз ко времени готовности системы к анализу следующего образца. Это очень удобно, экономит время и увеличивает производительность.
Помимо привычного S/SL-инжектора (split/splitless), позволяющего работать с делением и без деления потока при вводе проб, Pegasus 4D может быть оснащен системой термопрограммируемого инжектирования (CIS), обладающей целым рядом преимуществ. CIS-инжектор позволяет улучшить чувствительность системы благодаря использованию различных режимов. Например, возможно концентрирование аналитов при вводе жидких проб большого объема или при работе в режиме криоловушки в случае применения устройств для термодесорбции или пиролиза. Как известно, при использовании S/SL-инжектора объем вводимой пробы не должен превышать 2 мкл, иначе при ее нагревании до 200–250°С объем превысит емкость лайнера (вкладыша испарителя), что приведет к загрязнению сочлененных узлов и искажению результатов анализа. В CIS-инжектор можно вводить пробы большого объема (10–20 мкл), в результате количества аналитов, содержащихся в пробе даже в низкой концентрации, становится достаточно для детектирования и надежной идентификации. Проба вводится при пониженной температуре в специальный CIS-лайнер (узкий извилистый с инертным покрытием), далее при небольшом нагревании производится удаление растворителя и концентрирование аналитов, а ввод в капиллярную колонку происходит уже без деления потока и при быстром повышении температуры со скоростью 720°С/мин вплоть до 650°С. Охлаждение возможно жидким азотом или охлажденным углекислым газом, а также электрически, на основе эффекта Пельтье (до -40°С).
Система позволяет вводить большие объемы проб – вплоть до 1 мл, что позволяет снизить пределы детектирования, не нужно предварительное сильное концентрирование проб. Это удобно, например, при анализе приоритетных загрязняющих веществ в экологических образцах, пестицидов и опасных примесей в продуктах питания, ядов и запрещенных препаратов в экстрактах из биологических тканей или смывах с различных объектов при криминалистической экспертизе.
При наличии CIS-инжектора, систему можно оснастить устройством для автоматической термодесорбции (TDU). В целом получается универсальная очень удобная конфигурация для работы с различными типами образцов. Не нужно никакого дополнительного оборудования – все происходит в одном приборе. Причем все манипуляции с виалами и лайнерами могут проводиться как вручную, так и в полностью автоматическом режиме. В устройство TDU можно помещать различные сорбционные трубки. Полые TDU-трубки с перегородкой из фриттованного стекла позволяют проводить прямое десорбционное инжектирование с твердых образцов без какой-либо пробоподготовки. Полые TDU-трубки с выемкой используются для десорбции с магнитных перемешивающих Twister-элементов после экстракции веществ на их сорбирующую поверхность (например, из водных образцов большого объема при простом перемешивании на магнитной мешалке по очень легкой и удобной методике SBSE – stir bar sorptive extraction). Десорбция в TDU может проводиться также из специальных микровиал, в которые можно помещать жидкие, в том числе вязкие, пробы, что предохраняет всю систему от загрязнения нелетучими компонентами. Заполненные различными сорбентами TDU-трубки после предварительного кондиционирования используются для улавливания веществ при пропускании газовой или водной фазы. Далее они помещаются в устройство TDU для прямого десорбционного инжектирования, что исключает потерю аналитов.
В устройство для термодесорбции может быть встроен также специальный пиролитический модуль PYRO, который позволяет проводить пиролиз образцов при температурах до 1000°С с переносом аналитов сразу в систему термопрограммируемого инжектирования CIS без каких-либо трансферных линий, то есть без потерь. В этом случае CIS-инжектор вначале работает в режиме криоловушки, а потом испарителя. Причем можно программировать и комбинировать режимы, например, вначале проводить анализ веществ, испаряющихся из образца при термодесорбции, потом резко повышать температуру в PYRO-модуле и анализировать уже продукты пиролиза. Такая конфигурация широко применяется при изучении способов получения топлива из возобновляемого сырья, тяжелой матричной нефти, может использоваться для контроля загрязнения окружающей среды полимерными компонентами буровых растворов при добыче из сланцевых пластов.
Подчеркну, что систему термопрограммируемого инжектирования CIS, устройство для термодесорбции TDU, пиролитический модуль PYRO можно использовать и без многофункционального автосамплера, выполняя все манипуляции в ручном режиме. Автосамплер позволяет автоматизировать эти процедуры.
Многофункциональный автосамплер MPS позволяет в автоматическом режиме проводить парофазный анализ как в статическом, так и в динамическом режиме. При анализе по методу Headspace виала с образцом нагревается, чтобы установить равновесие между жидкой и паровой фазой, и специальный шприц отбирает аликвоту из газовой фазы над поверхностью жидкости для инжектирования. После чего шприц продувается в нагреваемом боксе для удаления остатков аналита. Отметим, что техника Headspace в таком статическом режиме не позволяет детектировать компоненты с низким содержанием, поэтому более эффективно проводить парофазный анализ с использованием модуля DHS для динамического парофазного анализа, когда из газовой фазы потоком газа-носителя летучие компоненты в течение определенного времени выдуваются и улавливаются, и после этого анализируются. Все эти процедуры могут быть полностью автоматизированы, что гарантирует идентичность методики пробоподготовки для разных образцов.
При оснащении автосамплера опцией SPME (solid phase microextraction) возможно проводить в автоматическом режиме и твердофазную микроэкстракцию. Сорбирующие SPME-нити, покрытые различными типами сорбентов, например, полидиметилсилоксаном или карбоксеном, позволяют проводить экстракцию прямо из жидкого образца или из газовой фазы над его поверхностью. Специальный шприц устроен таким образом, что при отборе пробы нить выводится из иглы, после заданного времени для сорбции нить втягивается обратно, а после вкола в инжектор хроматографа нить снова выводится из иглы для десорбции аналитов напрямую. Причем из-за отсутствия растворителя можно работать в режиме без деления потока, что обеспечивает попадание всех аналитов в детектор без потерь. Этим преимуществом обладает и методика SPME, и SBSE с использованием Twister-элементов.
Повторюсь, сочетание всех перечисленных решений – как приборных, так и программных – делает систему Pegasus 4D уникальным инструментом для очень широкого ряда применений. Однако для задач, требующих высокого разрешения, мы предлагаем новую систему Pegasus GC-HRT.
В чем особенности системы сверхвысокого разрешения Pegasus GC-HRT?
Основная особенность системы Pegasus GC-HRT –
это устройство масс-спектромет-рического детектора. Принци-
пиально иная конструкция времяпролетного масс-спектрометра обеспечивает разрешение до 50 000 и точность лучше 1 ppm во всем диапазоне масс. При этом прибор обеспечивает высокую скорость регистрации полных спектров, до 200 спектров в секунду, а его динамический диапазон превышает четыре порядка. Помимо электронной ионизации, он может работать и в режиме химической ионизации.
За счет чего достигаются столь выдающиеся характеристики?
За счет оригинальной конструкции. Как известно, разрешение времяпролетных МС напрямую связано с длиной пути дрейфа ионов от источника до детектора. Основную ошибку измерения масс вносит временной разброс ионного пакета, формируемого ионным источником. Можно существенно повысить точность разделения ионов, увеличив дрейфовый путь за счет многократных отражений. Однако в классическом ионном рефлектроне при отражении ионы теряют энергию, что искажает время пролета, появляется шум. В среднем, при каждом отражении теряется до 50% ионов, поэтому применение нескольких сеточных зеркал кардинально снижает чувствительность.
Решение всех этих проблем было найдено еще в СССР. Были разработаны бессеточные зеркала, ионные линзы с обратной фокусировкой. На их основе группой А.Н.Веренчикова была предложена схема многоотражательного масс-анализатора с планарными бессеточными ионными зеркалами. Эти решения были запатентованы и приобретены LECO. В результате был создан масс-спектрометр с многократным отражением на основе зигзагообразного пути дрейфа – технология FFP (folded flight path).
Конструктивно устройство состоит из двух блоков ионных зеркал, между которыми в бесполевом пространстве расположены периодические линзы (рис.4). Ионы вводятся в анализатор под малым углом к нормали зеркал. Испытывая ряд отражений, они поднимаются вверх, проходя общий путь 10 м. В верхней линзе поток поворачивается и направляется в обратную сторону – еще 10 м, общий путь составляет 20 м. В таком режиме обеспечивается разрешение 25 000 на уровне полувысоты пика. Если в первой линзе развернуть поток ионов, еще раз направив его в анализатор, мы получим полный путь в 40 м и разрешением на уровне 50 000 – режим сверхвысокого разрешения. В обоих режимах высокого разрешения обеспечивается точность определения масс лучше 1 ppm. Отметим, что при этом сам масс-анализатор достаточно компактен – 75 см длиной и 30 см высотой.
В системе детектирования применяется электронная система сбора данных KADAS (Kinetic Algorithmic Data Acquisition System), которая обеспечивает возможность сверхбыстрой регистрации масс-спектров высокого разрешения, а также позволяет сократить размер файла, содержащего ГХ/МС-данные. Прибор работает под управлением программы ChromaTOF-HRT, которая позволяет проводить автоматический поиск компонентов и выделение "чистых" масс-спектров (True Signal Deconvolution), содержит калькуляторы для расчета точных масс молекулярных и фрагментных ионов, рассчитывает теоретическое изотопное распределение и сравнивает его с регистрируемым, строит карты детектируемых компонентов по дефектам масс.
Важно подчеркнуть, что высокая разрешающая способность МС Pegasus GC-HRT практически не зависит от абсолютного значения массы иона и сохраняется для легких и тяжелых ионов. Широкий линейный динамический диапазон позволяет регистрировать неискаженное изотопное распределение, причем даже в тех случаях, когда интенсивности масс-спектральных пиков отличаются на несколько порядков. Это существенно увеличивает достоверность идентификации веществ. На основе данных о точном значении m/z молекулярного иона можно установить брутто-формулу неизвестного соединения, например, метаболита фармацевтического препарата.
Прибор позволяет работать практически
со всеми веществами с массами до 1000 Да (т.е. доступными для ГХ-разделения). Это такие вещества, как нефть и нефтепродукты, пестициды, диоксины, полихлорированные дифенилы, метаболомики, яды, компоненты продуктов питания и лекарств, в том числе многие наркотики и т.д.
В целом, система Pegasus GC-HRT – мощный инструмент, обеспечивающий немало преимуществ химикам-аналитикам, работающим в области анализа объектов окружающей среды, стойких органических загрязнителей, нефтехимической продукции, душистых и ароматических веществ, фармацевтических препаратов, а также проводящим метаболомные исследования и занимающимся вопросами безопасности продуктов питания. В нашем Центре мы всегда готовы продемонстрировать возможности этого прибора, помочь заказчикам в полной мере воспользоваться его возможностями.
Конечно, мы рассмотрели лишь некоторые особенности ГХ-МС систем серии Pegasus и совсем немного успели рассказать про другое оборудование LECO. Чтобы рассказать обо всех возможностях нашей новой линейки аналитического оборудования, не хватит и дня. Для этого мы и проводим учебные курсы для специалистов из разных областей. И возможности нашего центра открыты для всех.
Спасибо за интересный рассказ!
С Т.Ковальчуком беседовал И.Шахнович
Отзывы читателей
