Agilent 5977 User Manual

Система МСД Agilent
серии 5977

Руководство по
концепциям

Agilent Technologies

Примечания

Внимание

Предупреждение

© Agilent Technologies, Inc. 2013

Согласно законам США и международ­ным законам об авторском праве запре­щается воспроизведение любой части
данного руководства в любой форме и
любым способом (включая сохранение
на электронных носителях, извлечение
или перевод на иностранный язык) без
предварительного письменного разреше­ния компании Agilent Technologies, Inc.

Шифр документа

G3870-98104

Издание

Первое издание, февраль 2013 г.

Напечатано в США

Agilent Technologies, Inc.
5301 Stevens Creek Blvd.
Santa Clara, CA 95051

Microsoft® и Windows® — охраняемые
в США товарные знаки компании
Microsoft Corporation.

Версия ПО

Данное руководство относится к про­граммному обеспечению Agilent
MassHunter — версии ПО по обработке
данных, полученной прибором МСД
серии 5977 версии B.07.00, или более
поздней, если иное не оговорено допол­нительно.

.

Гарантия

Материал представлен в доку­менте «как есть» и может быть
изменен в последующих изданиях
без уведомления. Кроме того, в
пределах, допустимых действую­щим законодательством, компа­ния Agilent отказывается от всех
явных или подразумеваемых
гарантийных обязательств в отно­шении данного руководства и
любой содержащейся в нем
информации, в том числе от под­разумеваемой гарантии товарной
пригодности и гарантии пригодно­сти для конкретной цели. Компа­ния Agilent не несет ответственности
за ошибки, случайные или косвен­ные убытки, связанные с поставкой
и эффективным применением на
практике данного документа и
любой содержащейся в нем
информации. Если между компа­нией Agilent и пользователем под­писано отдельное соглашение,
условия гарантии которого не соот­ветствуют условиям гарантий,
содержащимся в данном доку­менте, то силу имеют условия
отдельного соглашения.

Технологические лицензии

Аппаратура и (или) программное обеспе­чение, описанные в данном документе,
поставляются по лицензии и могут
использоваться или копироваться только
в соответствии с условиями лицензии.

Предупреждающие
сообщения

Сообщение ВНИМАНИЕ указы­вает на опасность. Данное сооб­щение предназначено для
привлечения внимания к проце­дуре, методике и т. п., которые
при неправильном выполнении
или несоблюдении рекоменда­ций могут привести к поврежде­нию продукта или потере важных
данных. Если в документе встре­чается сообщение ВНИМАНИЕ,
не следует продолжать выполне­ние действий до тех пор, пока
указанные условия не будут пол­ностью уяснены и выполнены.

Сообщение ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
указывает на опасность. Данное
сообщение предназначено для
привлечения внимания к проце­дуре, методике и т. п., которые
при неправильном выполнении
или несоблюдении рекоменда­ций могут привести к травме
или смерти. Если в документе
встречается сообщение ПРЕДУ­ПРЕЖДЕНИЕ, не следует про­должать выполнение действий
до тех пор, пока указанные
условия не будут полностью
уяснены и выполнены.

2 Руководство по концепциям

В данном руководстве...

В руководстве описывается работа прибора Agilent МСД
серии 5977 с целью объяснения основ функционирования
аппаратного и программного обеспечения.

1 Обзор

В данном руководстве содержится информация о том, как
прибор Agilent МСД серии 5977 может быть использован
для реализации целей исследования.

2 Теория МСД и системные компоненты

Руководство содержит необходимые данные о работе
прибора Agilent МСД серии 5977.

3 Программное обеспечение MassHunter Acquisition

В руководстве описаны принципы управления прибором
Agilent МСД серии 5977 программным обеспечением
Agilent MassHunter Data Acquisition Software.

4 Теория химической ионизации

Дополнительно в руководство включены базовые понятия
теории химической ионизации в ГХ-МС.

Руководство по концепциям 3

4 Руководство по концепциям

Содержание

1 Обзор

2 Теория МСД и системные компоненты

Описание системы 8

Область применения МСД серии 5977 9
Сбор данных 9
Анализ данных 11

Функционирование МСД с одиночным квадруполем 14

Принципы работы масс-селективного детектора с

одиночным квадруполем 14

Компоненты масс-спектрометра 19

Вакуумная система 19
Анализатор 20
Ионный источник 22
Квадруполь 26
Детектор 27
Нагреватели анализатора и радиаторы 28

3 Программное обеспечение MassHunter Acquisition

Обзор 30

Общие принципы настройки 31

Компоненты, регулируемые во время настройки 32
Настройка компонентов ионного источника 36
Настройка квадруполя 38

Типы настроек, доступных в приложении MassHunter 43

Автонастройка 43
Ручная настройка 44

Руководство по концепциям 5

Сбор данных МСД 47

Сбор данных в режиме сканирования 47
Сбор данных в режиме SIM 51
Сбор данных в режиме SIM/Scan 53
Рекомендации по температурному режиму источника 53

4 Теория химической ионизации

Основы химической ионизации 56

Ссылки на литературу, посвященную химической

ионизации 57

Теория химической ионизации с образованием положительных

ионов 58
Перенос протона 60
Отщепление гидрид-иона 63
Присоединение 64
Зарядовый обмен 65

Теория химической ионизации с образованием отрицательных

ионов 66
Захват электрона 68

Диссоциативный захват электрона 69
Формирование ионной пары 70
Ионно-молекулярные реакции 70

6 Руководство по концепциям

Система МСД Agilent серии 5977
Руководство по концепциям

1
Обзор

Описание системы 8

Область применения МСД серии 5977 9
Сбор данных 9
Анализ данных 11

Эта глава содержит обзор системных компонентов
прибора Agilent МСД серии 5977, а также включает
понятия о том, как эти компоненты взаимодействуют
друг с другом для сбора данных и обработки результатов.

Agilent Technologies

7

1 Обзор

Описание системы

Описание системы

Прибор Agilent МСД серии 5977 — это автономный детектор
для капиллярной газовой хроматографии, предназначенный
для использования с газовым хроматографом Agilent.
Характеристики прибора Agilent МСД серии 5977:

• Локальная панель управления (ЛПУ) для локального
наблюдения и управления системой МСД.

• Один из двух видов насосов высокого вакуума.

• Один из четырех форвакуумных насосов.

• Три разных типа независимо нагреваемых МСД ионных

источника для электронной ионизации: стандартный
(из нержавеющей стали), инертный и для экстракции.

• Доступны режимы химической ионизации (ПХИ/ОХИ),
которые служат для добавления источника химической
ионизации (ХИ), контроллера потока газа-реагента
и

трубок, а также калибровки настроек ХИ.

• Гиперболический квадрупольный фильтр масс,
независимо нагреваемый МСД.

• Электронный умножитель (детектор) с
высокоэнергетическим динодом (ВЭД).

• Интерфейс ГХ/МСД, независимо нагреваемый ГХ.

Данная конфигурация обладает преимуществами во
многих областях применения. Сбор данных ведется с
использованием ПО Agilent MassHunter data acquisition.
Анализ полученных данных обеспечивается пакетами ПО
MassHunter Qualitative Analysis и Quantitative Analysis.

8 Руководство по концепциям

Область применения МСД серии 5977

Область применения МСД серии 5977

Система Agilent МСД серии 5977 обеспечивает низкие
пределы обнаружения при анализе сложных матриц,
равно как и работу при высокой температуре, а также
поддерживает опцию использования инертного ионного
источника. Эти функции могут быть применены для
решения большого круга задач, таких как анализ
химически активных соединений, веществ с большим
временем удерживания, включая пестициды, эндокринные
разрушители и опасные химические соединения.

Сбор данных

ПО MassHunter Data Acquisition позволяет выполнять
следующие задачи из одного окна.

Подготовка прибора

• Запуск и остановка приборов с помощью ПО.

• Загрузка параметров установки ГХ и МСД в режиме

реального времени для управления прибором.

• Оптимизация параметров МСД в автоматическом
или

ручном режиме с помощью программ настройки

Agilent и печать отчета автонастройки.

• Контроль состояния прибора в реальном времени.

• Просмотр графиков хроматограмм и параметров

приборов (ГХ и МСД) в реальном времени, печать
графического отчета в любой момент.

• Просмотр линейных центроидных спектров в
спектральном профиле диапазона масс или пиков
для

выбранного пика в реальном времени.

Обзор 1

Установка методов сбора данных

• Ввод и сохранение значений параметров для ГХ и
МСД

в методе сбора данных.

• Выбор и маркировка общих ионных хроматограмм или
извлеченных ионных хроматограмм для графического
отображения в режиме реального времени.

Руководство по концепциям 9

1 Обзор

Сбор данных

• Настройка временных сегментов для каждого типа
сканирования и анализа, когда параметры изменяются
в зависимости от сегмента времени или сканирование
выполняется в пределах сегментов времени.

• Запуск режимов SIM/Scan, используя редактор методов
MassHunter.

• Печать отчета о методе сбора данных.

Сбор данных

• Ввод информации об образце, пред- или постпрограммах
(сценариях) и запуск одиночных проб в интерактивном
режиме.

• Ввод и автоматический запуск отдельных проб либо
проб, связанных в последовательность.

• Установка пред- или постсценариев для запуска
между

• Установка и запуск последовательности для
оптимизации параметров сбора данных МСД.

• Печать отчета последовательности.

• Просмотр событий системы, в том числе времени начала

и остановки, событий выполнения анализа и ошибок.

• Печать отчета о журнале событий.

образцами в последовательности.

Чтобы узнать о том, с чего начать работу с прибором
Agilent МСД серии 5977, см. Краткое руководство Agilent
5977 Series MSD.

Чтобы узнать больше о том, как использовать прибор
Agilent МСД серии 5977 для работы с реальными
образцами и данными, см. руководство по ознакомлению
Agilent 5977 Series MSD.

Чтобы узнать, как можно выполнять индивидуальные
задачи, используя МСД, см. онлайн-справку.

Чтобы узнать больше о системе ГХ прибора Agilent серии
7890, см. системную документацию Agilent 7890 Series GC.

10 Руководство по концепциям

Анализ данных

Справка по приложению MassHunter Quantitative Analysis

Компания Agilent разработала приложение для
количественного анализа, позволяющее проводить
исследования малых количеств вещества. Эта программа
обладает следующими уникальными функциональными
возможностями:

• импорт информации непосредственно из метода

• предоставление помощника аппроксимации кривой

• окно результатов серии, с помощью которого

• автоматическое определение выбросов;

• предоставление предварительно настроенных шаблонов

Обзор 1

Анализ данных

сбора

данных;

для

проверки всех аппроксимаций и статистики по

качеству кривой;

можно

для составления основных отчетов и обеспечение
возможности создания пользовательских отчетов в
приложении Microsoft Excel.

работать сразу с целой серией данных;

См. руководство по ознакомлению Agilent MassHunter
Software — Quantitative Analysis в интерактивной справке
для количественного анализа.

Справка по приложению MassHunter Quanlitative Analysis

Данное ПО необходимо использовать для быстрого
просмотра качественных аспектов данных в быстрой
разработке метода.

Руководство по концепциям 11

1 Обзор

Анализ данных

Компания Agilent разработала приложение для
качественного анализа с целью обработки больших
объемов информации в одном центральном
расположении. С помощью этой программы можно
выполнять перечисленные здесь операции для любого
типа данных масс-спектрометра, которые были открыты:

• извлекать хроматограммы;

• просматривать и извлекать спектры пиков;

• вычитать фон;

• интегрировать хроматограммы;

• проводить поиск соединений.

Можно настроить методы для автоматического
выполнения изложенных выше и других задач при
открытии файлов с данными.

См. руководство по ознакомлению Agilent MassHunter
Software — Qualitative Analysis в интерактивной справке
для количественного анализа.

12 Руководство по концепциям

Система МСД Agilent серии 5977
Руководство по концепциям

2
Теория МСД и системные компоненты

Функционирование МСД с одиночным квадруполем 14

Принципы работы масс-селективного детектора с одиночным
квадруполем 14

Компоненты масс-спектрометра 19

Вакуумная система 19
Анализатор 20
Ионный источник 22
Квадруполь 26
Детектор 27
Нагреватели анализатора и радиаторы 28

В этой главе описывается механизм, который используется
в МСД (составная часть прибора Agilent МСД серии 5977)
для сепарирования ионов перед тем, как они достигают
детектора, где происходит их аналитическая оценка.

Agilent Technologies

13

2 Теория МСД и системные компоненты

Внешний источник

Квадрупольный фильтр масс

Детектор

ионизированных частиц
(ионный источник)

Функционирование МСД с одиночным квадруполем

Функционирование МСД с одиночным квадруполем

Этот раздел содержит описание теории
функционирования масс-селективного детектора (МСД) с
одиночным квадруполем.

Принципы работы масс-селективного детектора с одиночным квадруполем

Для описания работы МСД с одиночным квадруполем
может быть использована следующая концептуальная
модель. См. Рис. 1.

14 Руководство по концепциям

Рисунок 1 Концептуальная модель устройства МСД с одиночным

квадруполем

В данной модели:

• Все ионы, содержащиеся в пробе, формируются во
внешнем источнике ионизации и собираются в воронке.
Шарики разных цветов и размеров представляют
различные ионы с различными значениями m/z.

Теория МСД и системные компоненты 2

Принципы работы масс-селективного детектора с одиночным квадруполем

• Квадрупольный масс-анализатор представлен в виде
подвижной ленты, которая служит для фильтрации
ионов при их прохождении сквозь отверстия разных
размеров. Ионы, находящиеся в воронке, проходят
через масс-фильтр, попадая в детектор.

• Детектор представлен улавливающей воронкой,
расположенной под фильтрующей лентой.

При движении ремня (анализатора) или, иначе говоря,
при изменении установок квадруполя фильтруются ионы
с различными значениями m/z

При изменении параметров МСД по возрастающей в ходе
анализа происходит фильтрация частиц, начиная с
малых значений m/z до более высоких, в результате чего
формируется полный скан. Диапазон сканирования в ходе
сбора информации (например, диапазон сканирования
ионов со значениями m/z от 50 до 550) выбирается
пользователем. Настройки квадруполя отрегулированы
таким образом, чтобы отфильтровывать одиночную массу с
установленной пользователем скоростью сбора информации
перед тем, как произойдет изменение настроек квадруполя
для фильтрации следующего иона.

Если ремень (анализатор масс) не перемещается, детектор
продолжает фиксировать ионы с определенным значением
m/z на протяжении всего периода сканирования. Этот
тип анализа известен как детектирование выбранного
иона (selected ion monitoring, SIM). Пользователь может
установить продолжительность времени сбора данных
в режиме SIM для конкретного значения m/z. В этом
режиме работы масс-спектрометр с одиночным
квадруполем имеет наибольшую чувствительность.

Руководство по концепциям 15

2 Теория МСД и системные компоненты

Детектор

Квадрупольный анализатор масс

Принципы работы масс-селективного детектора с одиночным квадруполем

SIM-режим сбора данных

Для получения наилучшей чувствительности для
количественного измерения необходимо перевести
квадруполь в режим сбора данных SIM (Рис. 2).
Рабочий цикл — это измерение рабочего времени прибора,
в течение которого идет сбор данных. В SIM-режиме
квадруполь собирает информацию о конкретных ионах
на протяжении практически всего времени анализа.
Таким образом достигается значение сбора данных
практически в 100 % в течение этого цикла.

Рисунок 2 Квадруполь в режиме сбора данных SIM

В этом примере:

1 Все ионы (+, – и нейтральные частицы) формируются

в источнике ионизации электронным ударом.

2 Ионная оптика направляет ионы на квадрупольный

масс-анализатор.

Источник ионизации электронным ударом Agilent
состоит из ряда линз и узла отражателя, которые
направляют ионный пучок в анализатор.

3 Только ионы с конкретным значением m/z (представлены

в виде голубых шариков) попадают в детектор.

16 Руководство по концепциям

Теория МСД и системные компоненты 2

Детектор

Квадрупольный

Время (мкс) –>

анализатор масс

Принципы работы масс-селективного детектора с одиночным квадруполем

4 Детектор завершает процесс анализа.

Данная система имеет ряд преимуществ:

• наилучшая чувствительность количественного
определения;

• повышенная избирательность;

• улучшенная хроматографическая специфичность.

Сбор данных в режиме сканирования

Во время сбора данных в режиме сканирования квадруполь
выступает в роли фильтра масс на протяжении всего
эксперимента, при этом сканирование проводится за счет
постепенного увеличения высокочастотного напряжения и
напряжения постоянного тока. Такой режим обеспечивает
фильтрацию соответствующих ионов со значениями m/z на
протяжении процесса получения масс-спектра. См. Рис. 3.

Руководство по концепциям 17

Рисунок 3 Квадруполь в режиме сканирования для сбора данных

2 Теория МСД и системные компоненты

Принципы работы масс-селективного детектора с одиночным квадруполем

Сбор данных в режиме сканирования не позволяет
добиться той же чувствительности, как при использовании
SIM-режима, так как цикл детектирования каждого иона с
значением m/z значительно меньше 100 %. Квадрупольный
анализатор масс сканирует ионы последовательно,
пропуская определенные значения m/z в выбранном
диапазоне к детектору.

Режим полного сканирования, так или иначе, оказывается
полезным, потому что при его использовании удается
увидеть все ионы, формирующиеся в ионном источнике,
что, в свою очередь, предоставляет ценную информацию
о строении соединения. Эта структурная информация
необходима для создания высокочувствительного режима
сбора данных SIM, применимого в количественном анализе.

18 Руководство по концепциям

Компоненты масс-спектрометра

Основные компоненты масс-спектрометра включают
вакуумную систему, анализатор и электронику.

Вакуумная система

Вакуумная система создает глубокий вакуум, необходимый
для работы МСД. В отсутствие вакуума длина свободного
пробега частиц будет слишком мала, и ионы, идущие
из источника, будут сталкиваться с молекулами воздуха,
что вызовет фрагментацию до того, как эти ионы достигнут
детектора. В дополнение работа при высоких температурах
может повредить компоненты анализатора.

В приборе Agilent МСД серии 5977 используется два
вакуумных насоса для создания необходимой глубины
вакуума. Сначала форвакуумный насос создает
неглубокий вакуум, затем включается более мощный
насос для создания глубокого разряжения, таким образом,
создается достаточный для работы системы вакуум.
Прибор Agilent МСД серии 5977 может использовать
четыре различных типа насосов для создания
неглубокого вакуума и два типа вакуумных насосов
для создания высокой степени разряжения.

Теория МСД и системные компоненты 2

Компоненты масс-спектрометра

Вакуумная система состоит:

• из форвакуумного насоса (создает неглубокое
разряжение);

• насоса для создания высокого вакуума (диффузионного
или турбомолекулярного)

• боковой пластины (дверь анализатора)

• передних и задних пластин

• вакуумных уплотнений

• клапана калибровки и вентиляционного клапана

• системы электронного управления вакуумом

• вакуумных датчиков и электронной системы

управления датчиками

Руководство по концепциям 19

;

;

;

;

;

;

.

2 Теория МСД и системные компоненты

Анализатор

Камера анализатора — это область МСД, где функционирует
анализатор. Коллекторная камера штампована из
алюминиевого сплава. Большие отверстия в боковой,
передней и задней частях камеры покрыты пластинами,
изолирующими камеру, за счет чего поддерживается
постоянное давление. О-образные кольца обеспечивают
уплотнения между отверстиями пластин и коллектора.

Вначале форвакуумный насос снижает давление в камере
анализатора; это позволяет использовать насос для
создания высокого вакуума. Форвакуумный насос также
выкачивает газ из насоса, создающего высокий вакуум.

Прибор Agilent МСД серии 5977 имеет возможность
подключения двух видов вакуумных насосов для создания
высокого вакуума: диффузионного или турбомолекулярного.
Величина максимального расхода газа для диффузионного
насоса в МСД равна 1,5 мл/мин. Диффузионный насос
использует регулятор заслонки для предотвращения
попадания испарений в камеру анализатора. Форвакуум
диффузионного насоса фиксируется вакуумным датчиком,
а нагреватель диффузионного насоса контролируется с
панели блока питания. Турбомолекулярные насосы имеют
экран для защиты от попадания загрязнений из вакуумной
камеры, поэтому использование заслонки не является
обязательным. В турбомолекулярных насосах нет датчиков
форвакуума, давление контролируется турбоконтроллером.

Анализатор

Анализатор является основным компонентом МСД.
В режиме ЭИ образец переводится в газовую фазу в
испарителе ГХ, разделяется на компоненты за счет
физико-химических процессов в хроматографической
колонке, после чего отдельные компоненты попадают
в ионную камеру МСД, где подвергаются бомбардировке
потоком электронов, имеющих достаточную энергию
для ионизации и фрагментации этих соединений.

20 Руководство по концепциям

Теория МСД и системные компоненты 2

Нить накала

Линза ионного фокуса

Вставная или дополнительная линза экстрактора

Входная линза

Камера ионного

Квадруполь ВЭД

Электронный

Изолятор линзы

Отражатель

Корпус источника

источника

умножитель
(ЭУ)

Анализатор

Далее полученные в ионном источнике частицы
направляются в масс-фильтр. Масс-фильтр сепарирует
определенные ионы, после чего они достигают детектора.
Детектор генерирует сигнальный ток, пропорциональный
количеству пришедших ионов.

Анализатор прикреплен к вакуумной стороне боковой
пластины. Боковая пластина закреплена на петлях для
обеспечения удобного доступа к ней. Ионный источник
и масс-фильтр имеют независимые нагреватели. Каждый
установлен внутри радиатора для адекватного
распределения тепла.

Ниже представлены основные компоненты анализатора:

• Ионный источник

• Фильтр масс

• Детектор

;

;

;

• Нагреватели и радиаторы.

Ионизация образца происходит в ионном источнике,
который схематически изображен на Рис. 4 слева.
В данном случае используется источник для электронной
ионизации (ЕИ), генерирующий заряженные частицы
эмитирующимися из нити накала электронами.

Рисунок 4 Компоненты анализатора МСД

Руководство по концепциям 21

2 Теория МСД и системные компоненты

Ионный источник

Ионный источник

Источник ЭИ работает по принципу электронной
ионизации. Образец поступает в ионный источник через
ГХ/МСД-интерфейс. Электроны, испущенные нитью
накала, попадают в ионизационную камеру за счет
сил магнитного поля. Быстрые электроны (электроны,
несущие большую энергию) взаимодействуют с
молекулами образца, ионизируя и фрагментируя их.
Положительное напряжение отражателя выталкивает
катионы через объектив линзы. после чего они проходят
через несколько электростатических линз. Эти линзы
фокусируют ионы в плотный поток, который
впоследствии направляется к фильтру масс.

На Рис. 5 на странице 23 изображен источник ЭИ в
разобранном виде. Существует два типа объективов линз
для источника ЭИ, доступных в приборе Agilent МСД
серии 5977. Представленный тип источника использует
нерегулируемую статичную вставную пластину линзы и
регулируемый ионный фокус вместе с входными линзами.
Другие типы доступных объективов линз могут заменить
статичную вставную линзу линзой регулируемого
экстрактора напряжения для увеличения чувствительности.

22 Руководство по концепциям