Хромато-масс-спектрометр «Кристалл МС» (Аппаратно-программный комплекс «Кристалл 5000» с масс-спектрометрическим детектором)

Назначение и область применения

Хромато-масс-спектрометр «Кристалл МС» предназначен для обнаружения и определения веществ и соединений, входящих в состав медицинской, пищевой, сельскохозяйственной и других видов продукции, лекарственных, психотропных и наркотических средств, биологических систем, контроля экологической обстановки.

Область применения комплекса - химический и структурный анализ веществ и соединений в органической химии, медицине, судебно-медицинской экспертизе, криминалистике, токсикологии, при производстве и контроле качества различных видов пищевой, парфюмерной, фармацевтической, промышленной и сельскохозяйственной продукции, при наркотическом и экологическом контроле, а также в учебных, научно-исследовательских учреждениях и центрах санэпиднадзора Министерства Здравоохранения РФ.

Описание

Принцип действия комплекса основан на применении методов газо-адсорбционной, газожидкостной хроматографии в изотермическом режиме, режиме линейного программирования температуры колонок и методов масс-спектрометрии.

Состав комплекса:

• газовый хроматограф на базе «Хроматэк-Кристалл К5000.1» c комплектом сменных хроматографических детекторов;
• масс-спектрометрический детектор (МСД) DSQ фирмы Finigan;
• дополнительное газохроматографическое и масс-спектрометрическое оборудование, устройства для ручного и автоматического ввода жидких, газовых, парообразных, твердых проб.
• масс-спектрометрические или хроматографические колонки;
• персональный компьютер;
• программное обеспечение.

Комплекс может содержать сменные хроматографические детекторы:

• пламенно-ионизационный (ПИД) - поставляется по умолчанию;
• пламенно-фотометрический (ПФД);
• электронозахватный (ЭЗД);
• по теплопроводности (ДТП);
• термохимический (ДТХ);
• фотоионизационный (ФИД);
• термоионный (ТИД);

Хроматографические детекторы обеспечивают получение информации об анализируемых веществах по времени удерживания, амплитуде и площади пиков. Масс-спектрометрический детектор расширяет возможности анализа за счет получения дополнительной спектральной информации о хроматографических пиках.

Комплекс позволяет реализовывать разработанные ранее методики измерений, формировать и отрабатывать новые методики с использованием методов математической обработки результатов измерений.

Эксплуатация комплекса осуществляется в закрытых взрыво- и пожаробезопасных лабораторных помещениях при номинальных значениях климатических факторов на комплекс по ГОСТ 15150 для вида климатического исполнения УХЛ 4.2:

• температуре окружающего воздуха 283...308 К (10...35 &grad;С);
• относительной влажности не более 80 %;
• атмосферном давлении 84...107 кПа (630...800 мм. рт. ст.);

Но при этом, в случае комплектации с масс-спектрометрическим детектором, температура окружающей среды должна быть в диапазоне 288...304 К (15...31 °C).

Электрическое питание комплекса осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В, частотой 50Гц.

Газовое питание комплекса

Газ-носитель:

• азот особой чистоты по ГОСТ 9293 (объемная доля азота не менее 99,996 %; объемная доля кислорода не более 0,001 %; концентрация водяных паров не более 0,005 г/м³; содержание оксида и диоксида углерода не нормируется);
• гелий газообразный марки А по ТУ 51-940 (объемная доля гелия не менее 99,995 %, объемная доля азота не более 0,005 %, объемная доля кислорода не более 0,0001 %, объемная доля двуокиси углерода не более 0,0002 %, объемная доля углеводородов не более 0,0001 %, объемная доля водяных паров не более 0,0005 %);
• гелий газообразный марки 60 по ТУ 2114-001- 45905715-02 или по ТУ 0271-001-45905715-02 (объемная доля гелия не менее 99,9999 %, объемная доля азота не более 0,000045 %, объемная доля кислорода и аргона в сумме не более 0,000015 %, объемная доля окиси и двуокиси углерода не более 0,0001 %, объемная доля метана не более 0,00001 %, объемная доля водяных паров не более 0,0002 %) - для работы с МСД.

Питание пламенных детекторов:

• водород марки А по ГОСТ 3022 (объемная доля водорода не менее 99,99 %. объемная доля кислорода не более 0,01 %, концентрация водяных паров не более 0,5 г/м³ , оксид и диоксид углерода отсутствуют), или от генератора водорода 214.4.464.014;
• воздух по ГОСТ 17433, класс загрязненности 1 или от компрессора 214.2.993.002.

Рабочие давления газов:

• газа-носителя - 0,36...0,44 МПа;
• водорода - 0,14...0,44 МПа;
• воздуха - 0,17...0,44 МПа.

Масс-спектрометрический детектор

В стандартную комплектацию входит масс-спектрометрический детектор FINNIGAN DSQ.

Название детектора происходит от английского Dual Stage Quadrupole - двустадийный квадруполь и означает, что перед основным аналитическим квадруполем в отличие от обычной схемы построения установлен квадрупольный префильтр. Это обеспечивает, с одной стороны, лучшую фокусировку пучка ионов, с другой стороны, предохраняет квадруполь от загрязнений.

Основные особенности масс-спектрометрического детектора

• Источник ионов Ion Bright выполнен из высококачественного инертного металла и обеспечивает минимизацию абсорбции на стенках и максимальный выход ионов.
• Стержни квадруполя выполнены из высококачественного металла с высочайшей точностью, что обеспечивает практически бесконечный срок его службы.
• Стержни квадрупольного префильтра изогнуты, что препятствует попаданию нейтральных частиц из источника ионов на детектор и, соответственно, улучшению отношения сигнал/шум.
• Низкий уровень шумов.

Детектор снабжен современной высокоскоростной цифровой электроникой, которая в сочетании с высококачественными электродами квадруполя, обеспечивает самую высокую скорость сканирования, доступную на квадрупольных приборах.

Технические характеристики масс-спектрометрического детектора

Чувствительность в режиме ионизации электронным ударом

При вводе 1 мкл раствора октафторнафталина в изооктане с концентрацией 1 пг/мкл отношение сигнал:шум для массы m/z 284 а.е.м. при сканировании от 200 до 300 а.е.м. со скоростью 5 сканирований в секунду лучше чем:

• 75:1 (с насосом 70 л/сек)
• 100:1 (с насосом 250 л/сек)
• 100:1 (с насосом 200/200 л/сек)

Чувствительность в режиме химической ионизации - положительные ионы

При вводе 1 мкл раствора бензофенона в н-гептане с концентрацией 10 пг/мкл отношение сигнал:шум для массы m/z 183 а.е.м. при сканировании от 80 до 230 а.е.м. со скоростью 2 сканирования в секунду лучше чем (с метаном в качестве газа-реагента):

• 10:1 (с насосом 250 л/сек)
• 10:1 (с насосом 200/200 л/сек)

Чувствительность в режиме химической ионизации - отрицательные ионы

При вводе 1 мкл раствора октафторнафталина в изооктане с концентрацией 1 пг/мкл отношение сигнал:шум для массы m/z 284 а.е.м. при сканировании от 200 до 300 а.е.м. со скоростью 5 сканирований в секунду лучше чем (с метаном в качестве газа-реагента):

• 100:1 (с насосом 250 л/сек)
• 100:1 (с насосом 200/200 л/сек)

Возможности сканирования

• Полное сканирование в заданном диапазоне (от м1 до м2)
• Сегментированное сканирование (от м1 до м2, промежуток, от м3 до м4, промежуток, от м5 до м6, и т.д.)
• Сканирование по селективно выбранным ионам (SIM) (диапазон сканирования равный одной или нескольким (2-3) массам)
• Полное сканирование и SIM (уникальная характеристика данного детектора)

Линейный динамический диапазон

Простирается от примерно от 100 фемтограмм до 10 нг и составляет 105

Дополнительные устройства к масс-спектрометрическому детектору

Система вакуумной откачки

Стандартная система вакуумной откачки включает турбомолекулярный насос со скоростью 70 литров в секунду, поддерживаемая форвакуумным роторным насосом.

Детектор может комплектоваться системами вакуумной откачки с турбомолекулярным насосом производительностью 250 литров в секунду (для работы в режиме химической ионизации и хроматографическими колонками большого диаметра) или вакуумной системой с раздельной откачкой области ионизации и анализа ионов 200 + 200 литров в секунду. Изменения в производительности вакуумной системы возможны, но это влечет за собой соответствующее увеличение стоимости.

Источник ионизации

Стандартно детектор комплектуется источником ионизации электронным ударом.

Дополнительно детектор может комплектоваться источником химической ионизации. Опция химической ионизации с детектированием положительно и отрицательно заряженных ионов доступна только на системах с производительностью откачки 250 литров в секунду.

Дополнительно доступна опция импульсной попеременной регистрации положительно и отрицательно заряженных ионов при химической ионизации.

Система ввода

Стандартно детектор не комплектуется системой прямого ввода пробы прямо в источник ионизации.

Система "Прямой ввод" доступна в качестве опции на детекторе с любой вакуумной системой. Доступны как прямой ввод с испарением из микротигля, так и с быстро прогреваемой проволочки. Для использования прямого ввода нет необходимости отключать хроматограф. Вакуумный шлюз устанавливается спереди детектора, а ионизационные объемы меняются с использованием вакуумного шлюза без отключения вакуумной системы.

Газовый хроматограф

Системы термостатирования

Восемь каналов регулирования позволяют независимо управлять нагреваемыми объектами

Высокая точность поддержания температур детекторов, испарителей и колонки

Термостат колонок

• Размеры для установки хроматографических колонок (ширина×высота×глубина): 220×220×160 мм
• Широкий диапазон рабочих температур: 0...450 °С с дискретностью установки 0.1 °С
• Скорость программирования до 50 °С/мин с дискретностью установки 0.1 °С/мин
• Температурная стабильность +0.02 °C при 50 °C и +0,1 при 400 °C
• Количество изотерм 5

Высокая скорость нагрева и охлаждения термостата колонки обеспечивают максимальную быстроту анализов при отличной температурной стабильности:

• Время нагрева с 20 °С до 400 °С - 7 мин. 30 с
• Время охлаждения с 400 °С до 100 °С - 4 мин. 40 с
• Время охлаждения с 400 °С до 50 °С - 10 мин.

Диапазоны установки температур термостатов детекторов, испарителей приведены в следующей таблице. Дискретность установки 0,1 °С.

Диапазон скоростей изменения температуры термостата колонок при работе в режиме программирования в зависимости от диапазона температур приведен в следующей таблице.

Количество изотермических участков - 5.

Дискретность задания скорости изменения температуры - 0,1 °С/мин.

Время изотермических участков задается в диапазоне 0...10 ч с дискретностью 1 с.

Система газового питания

Полный электронный контроль расхода или давления газов по 6 независимым каналам

Уникальная система измерения расхода газа, обеспечивающая стабильность во всем рабочем диапазоне от 1 до 800 мл/мин

Полная взаимозаменяемость регуляторов расхода газа

Дополнительные механические регуляторы давления

Диапазоны расходов газов, мл/мин:

• газа-носителя - 1...100;
• водорода - 10...200;
• воздуха - 10...800.

Дискретность установки расходов - 0,1 мл/мин.

Диапазон установки давления газа-носителя от 10 до 250 кПа с дискретностью установки 0,1 кПа.

Детекторы

Пламенно-ионизационный (ПИД)

Универсальный детектор с высокой чувствительностью для анализа широкого класса жидких и газообразных органических соединений.

Автоматический контроль поджига пламени гарантирует безопасную работу.

Легко трансформируется в детектор ТИД путем замены горелки.

При последовательном включении с метанатором позволяет анализировать оксиды углерода на уровне миллионных долей.

Метанатор - представляет собой нагреваемую металлическую трубку, заполненную катализатором и устанавливается на месте одного из испарителей или на месте кранов. Предлагается два различных варианта конструкции, отличающихся внутренним объемом.

• Объем 0.5 мл - рекомендуется для определения СО, СО2, растворенных в трансформаторном масле.
• Объем 0.5 мл - рекомендуется для определения окислов углерода в воздухе.

Детектор по теплопроводности (ДТП, катарометр)

Принцип действия его основан на измерении теплопроводности газа, которая определяется его составом. Имеет два чувствительных к изменению температуры элемента с автоматическом контролем их перегрева.

Широкий динамический диапазон детектора позволяет работать с различными концентрациями веществ без переключения диапазонов чувствительности.

Автоматическая установка нулевой линии. Высокая стабильность ее положения при изменении температуры термостата колонок и окружающего воздуха.

Долговременная стабильность чувствительности детектора позволяет избежать ежедневного процесса калибровки хроматографа.

Детектор термохимический (ДТХ)

Принцип действия ДТХ основан на измерении теплового эффекта каталитического сжигания пробы на поверхности платиновой нити. При прохождении пробы происходит ее сгорание на каталитических датчиках, выделяющаяся при этом теплота повышает температуру нити и следовательно ее сопротивление. Изменение сопротивления нити, пропорциональное концентрации анализируемого вещества, фиксируется измерительной схемой.

Детектор применяется для определения концентрации горючих газов (водород, метан, пропан и т.д.).

Пламенно-фотометрический (ПФД)

Селективный детектор по отношению к фосфор- и серусодержащих веществам. Селективность определяется установкой перед фотоумножителем оптических фильтров с различной длиной волны пропускания.

Благодаря специально разработанным инертным узлам - отсутствует контакт пробы с металлическими поверхностями, что предотвращает сорбцию химически активных компонентов пробы.

Возможна работы в одно- и двупламенном режимах.

Электронозахватный (ЭЗД)

Cелективный детектор с широким линейным динамическим диапазоном (104) и возможностью регулировки начального тока ионизации.

Источник ионизация - Ni63. Но для обслуживания детектора не требуется привлечения специально обученного персонала, т.к. конструкция детектора позволяет легко извлечь анодный электрод для чистки.

Возможна работа в режиме с применением обдува анодным газом.

Термоионный (ТИД)

Детектор ионизации пламени со щелочным металлом (бромид цезия), селективен по отношению к фосфор- и азотсодержащим веществам.

Легко трансформируется в детектор ПИД путем замены горелки.

Фотоионизационный (ФИД)

Высокочувствительный детектор универсального назначения с очень широким динамическим диапазоном. Его чувствительность к ароматическим углеводородам в 10 раз выше, чем у ПИД, он не требует дополнительных газов для питания. Источником ионизации является ультрафиолетовое излучение с определенной энергией, создаваемое специальной УФ-лампой.

Основные метрологические характеристики

Предел детектирования должен быть не более:

Пределы допускаемого значения относительного среднего квадратического отклонения (СКО) выходного сигнала (высота или площадь пика и время удерживания - для хроматографических детекторов; площадь пика и время удерживания - для МСД) должны быть не более:

Эксплуатационные характеристики

Мощность, потребляемая основными составными частями комплекса, не превышает значений, приведенных в следущем таблице.

Программное обеспечение

В комплекте с хромато-масс-спектрометром мы поставляем пакет из двух взаимодополняющих программ: Хроматэк-Аналитик новой версии 2.5 для хроматографа и Xcalibur версии 1.4 для масс-спектрометрического детектора.

Оба комплекта гармонично сочетаются на одном компьютере и обеспечивают эффективную работу с комплексом Хроматэк Аналитик.

Новизна ПО Хроматэк Аналитик заключается не только и не столько в добавленной возможности работы с масс-спектрометрическим детектором, сколько в дальнейшем совершенствовании структуры управления прибором и обработки информации. В этой версии программное обеспечение хроматографа содержит следующие модули:

Панели управления

• Программа для обработки хроматографической информации версии 2.5
• Конвертер хроматограмм
• Газовый калькулятор
• Видео уроки, облегчающие овладение операторами навыками управления хроматографом.

При работе с масс-детектором используется только программный модуль "Панели управления"

Отличительными особенностями программного обеспечения хроматографа является то, что управление хроматографом вынесено в этот отдельный независимый программный модуль, называемый Панелями управления, и произведена унификация процедур работы оператора с разными типами приборов. Выделение независимого модуля управления позволяет сопровождать и развивать программные продукты устройств (хроматографа и МСД) независимо друг от друга.

Для работы хроматографа с МСД добавлены новые возможности:

• Формирование стабильных газовых потоков с учетом вакуума на другом конце колонки.
• Введен контроль и компенсация внешнего изменения давления.
• Панели управления обеспечивают автоматическое сохранение резервных копий хроматограмм в международном формате AIA Level 1 с учетом рекомендаций стандарта GLP

Дополняет все это мощная система предоставления диагностической информации и удаленный мониторинг состояния хроматографа через локальную сеть или Интернет. При этом есть возможность передачи всех диагностических параметров хроматографа.

Ну и конечно новая возможность, которая реализована в версии 2.5 - это работа с масс-спектрометрическим детектором: формирование стабильных газовых потоков с учетом вакуума на другом конце колонки, управление температурой интерфесной трубки, синхронизация работы хроматографа и масс-детектора.

Xcalibur

Что касается программного обеспечения масс-детектора Xcalibur, то можно выделить следующее:

• Построение в режиме реального времени хроматограммы по полному ионному току (TIC) и масс-спектра
• Автоматическая или ручная настройка, контроль и поддержка стабильных параметров
• Автоматическая или ручная обработка данных
• Мастер генерации отчетов Merlin с простой и удобной настройкой под любые нужды
• Qual Browser - программа для быстрой качественной обработки хроматограмм и масс-спектров
• Quan Browser - программа для количественной обработки с удобной градуировкой.
• Программа просмотра библиотек масс-спектров для облегчения поиска спектров
• Программа для автоматической оптимизации экспериментов
• Возможность подключения пользовательских специальных программ

Дополнительные библиотеки масс-спектров

С комплексом могут поставляться:

• Библиотека масс-спектров NIST'05 содержащая 190,825 соединений со спектрами 163,198 уникальных веществ
• Библиотека масс-спектров Wiley 7th Edition (390 000 соединений и 178 000 графических структурных формул).
• Библиотека масс-спектров по наркотикам Pfleger-Mauer-Weber (около 5000 соединений), Pfleger MS Drug, Stan Pesticides
• Специализированная пестицидная библиотека Thermo Finnigan