Роздільна здатність (мас-спектрометрія)

Роздільна здатність (або роздільність) — у мас-спектрометрії — здатність розділити йони з невеликою різницею відношень маса/заряд. Для окремого піка, що походить від однозаряджених йонів з масою m в масспектрі, розділення можна виразити як m /Δm, де Δm — ширина піка на висоті, яка є певною часткою загальної висоти піка (рекомендованими є три її значення 50 %, 5 % та 0.5 % від загальної висоти).

Розділення двох піків гаусової форми на мас-спектрограмі.

Відповідно до визначення ІЮПАК^[1][2]:

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

Розрахунок на прикладі магнітно-секторного приладу

Для магнітно-секторного аналізатора роздільна здатність визначається напруженістю магнітного поля ${\displaystyle B}$ та значенням прискорювальної напруги іона ${\displaystyle V}$. Для кінетичної енергії іона в прискорювальному полі маємо формулу:

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

де:

${\displaystyle z}$ — заряд іона в одиницях заряду електрона ${\displaystyle e}$,

${\displaystyle V}$ — прискорювальна напруга (зазвичай від 2 до 8 кВ),

${\displaystyle m}$ — маса іона,

${\displaystyle v}$ — швидкість іона.

Потрапляючи в магнітне поле напруженістю ${\displaystyle B}$ перпендикулярно до магнітних силових ліній, цей іон рухатиметься по колу радіуса R, причому сила Лоренца надаватиме доцентрового прискорення:

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

Магнітно-секторні прилади можуть вимірювати значення ${\displaystyle m/z}$ до 10000, мають найвищу точність вимірювання мас (< 5 м д.), а також найкращий динамічний діапазон — ${\displaystyle 10^{7}}$.

Мас-спектрометрія високої роздільності

Залежність форми піку іонів із масою близькою 28 Да від роздільності мас-спектрометра (молекули азоту, монооксиду вуглецю та етилену)

На малюнку наведено приклад збільшення роздільної здатності мас-спектрометра, необхідної для розділення близьких за масою молекул азоту (${\displaystyle 28,006148}$ Да), монооксиду вуглецю (${\displaystyle 27,994915}$ Да) та етилену (${\displaystyle 28,03300}$ Да).

Для розділення піків іонів ${\displaystyle CO}$ і ${\displaystyle C_{2}H_{4}}$ з масами ${\displaystyle 27,994915}$ і ${\displaystyle 28,03300}$ Да необхідна роздільність не менше ${\displaystyle R=28/(28,03300-27,994915)=770}$, тоді як для розділення ${\displaystyle CO}$ і ${\displaystyle N_{2}}$ з масою ${\displaystyle 28,006148}$ Да — вже більше ${\displaystyle 2500}$.