פרק 10. ספקטרומטריית מסות

10.1 מהי מסה ולמה היא חשובה?

כאשר כימאי או חוקר חומרים מקבל לידיו חומר בלתי מוכר, אחת השאלות הראשונות והבסיסיות ביותר היא:

מהי המסה המולקולרית שלו?

לכאורה זהו נתון בודד ויבש, אך לעיתים קרובות הוא לבדו מספיק כדי לצמצם באופן דרמטי את מספר האפשרויות לזהות החומר. המסה המולקולרית עונה, ולו בעקיפין, על שורה של שאלות:

• האם מדובר במולקולה קטנה או גדולה?
• האם התרכובת מכילה הלוגנים (כלור, ברום)?
• אילו איזוטופים נוכחים, ובאיזה יחס?
• האם התרחשה פולימריזציה — והאם ניתן לאפיין את התפלגות המסות בפולימר?
• האם התרחש פירוק או זיהום?

כדי לענות על שאלות אלה ברגישות גבוהה במיוחד פותחה אחת השיטות העוצמתיות ביותר בכימיה האנליטית:

ספקטרומטריית מסות (Mass Spectrometry, MS).

בשונה מן השיטות הספקטרוסקופיות שראינו בפרקים הקודמים (FTIR, Raman, NMR), שבהן הדגימה בולעת או פולטת קרינה ונשארת שלמה, ספקטרומטריית מסות פועלת בדרך שונה מהותית: היא שוקלת את החלקיקים עצמם. לשם כך עליה תחילה להפוך אותם ליונים, ואז למדוד את תנועתם בשדות חשמליים ומגנטיים. זוהי, במובן זה, שיטה הרסנית — הדגימה מנוצלת בתהליך — אך התמורה היא רגישות וכושר זיהוי יוצאי דופן.

---

10.2 רעיון היסוד

הרעיון המרכזי פשוט באופן מפתיע. אם נצליח לבצע שלושה צעדים:

1. להפוך את המולקולות הנייטרליות ליונים;
2. להאיץ את היונים בשדה חשמלי;
3. למדוד את תנועתם בשדה מגנטי או חשמלי;

— נוכל להסיק מתוך אופן תנועתם מהי מסתם. ככל שהיון כבד יותר, כך קשה יותר להסיט או להאיץ אותו (בדיוק כמו שקשה יותר לדחוף עגלה כבדה), והמכשיר מתרגם הבדל זה למדידת מסה.

בפועל, כמובן, המערכת מורכבת בהרבה — אך זהו העיקרון הבסיסי, וכדאי לשמור אותו לנגד העיניים לאורך כל הפרק. כל ספקטרומטר מסות, מהפשוט ועד המתוחכם ביותר, בנוי משלושה חלקים המקבילים לשלושת הצעדים: מקור יינון, מפריד מסה (אנלייזר), וגלאי.

---

10.3 מן המולקולה אל היונים

קיימת בעיה מיידית שיש לפתור לפני הכל. מולקולות נייטרליות כמעט שאינן מושפעות משדות חשמליים או מגנטיים. חסר להן מטען שבאמצעותו השדה יכול “לאחוז” בהן ולהסיטן. לכן, לפני שנוכל לשלוט בתנועתן ולמדוד את מסתן, עלינו להעניק להן מטען — כלומר, ליינן אותן.

תהליך זה נקרא יינון (Ionization), והוא הצעד הראשון והקריטי בכל מדידת MS.

10.4 מהו יון?

יון הוא אטום או מולקולה בעלי מטען חשמלי — חיובי או שלילי. דוגמאות:

• Na⁺ — יון אטומי פשוט (אטום שאיבד אלקטרון);
• Fe²⁺ — יון אטומי בעל מטען כפול;
• M⁺· — יון מולקולרי שנוצר כאשר מולקולה שלמה (M) מאבדת אלקטרון בודד (הנקודה מסמנת אלקטרון לא-מזווג, ולכן מדובר ברדיקל-קטיון);
• [M+H]⁺ — מולקולה שלמה שאליה נוסף פרוטון (מימן בעל מטען חיובי). צורה זו נפוצה מאוד בשיטות יינון עדינות.

ברגע שהמולקולה הפכה ליון בעל מטען, ניתן להאיץ אותה, להסיטה ולמדוד אותה באמצעות שדות חשמליים ומגנטיים. כל מה שיתרחש בהמשך הפרק תלוי בצעד זה.

---

חלק א’: יינון

10.5 מדוע היינון כה חשוב?

במקרים רבים, שיטת היינון משפיעה על התוצאה הסופית יותר מכל חלק אחר של המכשיר. הסיבה היא שכמות האנרגיה המושקעת בתהליך היינון קובעת את גורל המולקולה:

• יינון עדין (רך) מעניק מעט אנרגיה, ולכן נוטה לשמור על המולקולה שלמה. התוצאה: פסגה ברורה המייצגת את המסה המולקולרית, אך מעט מאוד מידע מבני.
• יינון אגרסיבי (קשה) מעניק אנרגיה רבה, ולכן עלול לפרק את המולקולה לרסיסים. התוצאה: לעיתים הפסגה המולקולרית כמעט נעלמת, אך מתקבל “טביעת אצבע” עשירה של רסיסים.

אין כאן “טוב” ו”רע” מוחלטים — מדובר בהחלטה הנגזרת ממטרת הניתוח. אם רוצים לדעת רק את המסה המולקולרית של חומר טהור, נעדיף יינון רך. אם רוצים לזהות חומר על סמך דפוס פירוקו, נעדיף יינון קשה. לכן בחירת שיטת היינון היא החלטה אנליטית מרכזית.

10.6 Electron Ionization (EI)

זוהי אחת משיטות היינון הוותיקות והחשובות ביותר, ודוגמה מובהקת ליינון קשה. אלומה של אלקטרונים מהירים (בעלי אנרגיה אופיינית של 70 אלקטרון-וולט) פוגעת במולקולות בשלב הגז. הפגיעה מעיפה אלקטרון בודד מן המולקולה, ויוצרת את היון המולקולרי:

$M+e^{-}\to M^{+\bullet }+2e^{-}$

היון $M^{+\bullet }$ נקרא היון המולקולרי (Molecular Ion), ומסתו (כמעט) שווה למסת המולקולה המקורית.

10.7 יתרונות EI

• ספקטרים עשירים במידע — דפוס הפירוק האופייני מהווה טביעת אצבע מבנית;
• קיימות ספריות ספקטרים ענקיות וסטנדרטיות (כגון ספריית NIST), המאפשרות זיהוי אוטומטי בהשוואה למאגר;
• זיהוי יעיל ואמין של תרכובות רבות, במיוחד אורגניות נדיפות.

עובדת קיומן של ספריות הספקטרים היא יתרון מעשי עצום: מכיוון ש-EI ב-70 eV נותן דפוס פירוק עקבי וניתן לשחזור בכל מכשיר בעולם, ניתן פשוט להשוות את הספקטרום הנמדד למאגר ולקבל זיהוי.

10.8 חסרונות EI

החיסרון נובע ישירות מהיותו יינון קשה: התהליך אלים יחסית, ולעיתים המולקולה מתפרקת כמעט לחלוטין. במקרים כאלה הפסגה המולקולרית — דווקא זו שנותנת את המסה המולקולרית — עלולה להיות חלשה מאוד או להיעדר כליל, ואז קשה לקבוע את משקל המולקולה המקורית. כמו כן, EI מתאים בעיקר למולקולות קטנות ונדיפות שניתן להעביר לשלב הגז בלי לפרקן בחום.

10.9 Electrospray Ionization (ESI)

אחת השיטות החשובות ביותר כיום, ודוגמה מובהקת ליינון רך. בשיטה זו מרססים תמיסה של הדגימה דרך נימה הנתונה במתח חשמלי גבוה. נוצרות טיפות זעירות וטעונות, הממשיכות להתאדות עד שהיונים משתחררים אל שלב הגז — כמעט ללא פירוק.

ESI מתאימה במיוחד ל:

• מולקולות גדולות;
• פולימרים;
• חומרים ביולוגיים (חלבונים, פפטידים).

תכונה ייחודית וחשובה של ESI: היא נוטה ליצור יונים בעלי מטענים מרובים ([M+nH]ⁿ⁺). תכונה זו, שתחילה נראית כסיבוך, היא למעשה מה שמאפשר לשקול מולקולות ענק — כפי שנבין מיד בחלק על m/z.

10.10 MALDI

ראשי תיבות של Matrix Assisted Laser Desorption Ionization — יינון בסיוע מטריצה ופולס לייזר. הדגימה מעורבבת עם חומר “מטריצה” הבולע אנרגיית לייזר; פולס לייזר פוגע במטריצה, זו בולעת את עיקר האנרגיה ו”מעיפה” את מולקולות הדגימה אל שלב הגז כשהן שלמות ומיוננות. גם זוהי שיטה רכה.

MALDI חשובה במיוחד עבור:

• ביומולקולות (חלבונים גדולים);
• פולימרים סינתטיים;
• מקרומולקולות באופן כללי.

עבור חוקר החומרים, MALDI היא כלי מרכזי לאפיון פולימרים — היא מאפשרת לראות את שרשרת המסות של יחידות החזרה ולהעריך את אורכי השרשראות.

10.11 ICP-MS — יינון לניתוח יסודי

שלוש השיטות שראינו עד כה נועדו לזהות מולקולות. אך בחקר חומרים נדרש לעיתים קרובות מידע אחר לחלוטין: אילו יסודות קיימים בדגימה, ובאיזה ריכוז — כולל יסודות בכמויות עקבות זעירות. לשם כך פותחה שיטת יינון שונה במהותה: ICP (Inductively Coupled Plasma).

ב-ICP מוזרקת הדגימה לתוך פלזמת ארגון בטמפרטורה של אלפי מעלות. בחום הקיצוני הזה כל הקשרים הכימיים נשברים, המולקולות מתפרקות לחלוטין, והאטומים עצמם מיוננים. כאשר משלבים מקור זה עם ספקטרומטר מסות מתקבל ICP-MS — אחת השיטות הרגישות ביותר הקיימות לניתוח יסודי כמותי, המסוגלת לזהות יסודות בריכוזים של חלקי-מיליארד (ppb) ואף פחות.

שימו לב להבדל המהותי: בעוד ש-EI, ESI ו-MALDI שואפות לשמור על המולקולה (שלמה או מתפרקת בצורה מבוקרת), ICP עושה בדיוק את ההפך — היא הורסת את המולקולה לחלוטין כדי לשקול את האטומים הבודדים. בחקר חומרים, קורוזיה ובקרת טוהר של מתכות וסגסוגות, ICP-MS היא לעיתים השיטה החשובה ביותר בפרק כולו.

10.12 השוואת שיטות יינון

שיטה	אופי	סוג דגימות אופייני
EI	קשה	מולקולות קטנות ונדיפות
ESI	רך	מולקולות גדולות בתמיסה
MALDI	רך	מקרומולקולות, פולימרים, ביומולקולות
ICP	הרסני (יסודי)	יסודות (ניתוח כמותי, עקבות)

---

חלק ב’: יחס מסה למטען

10.13 מה באמת נמדד?

כאן נמצאת אחת הנקודות המבלבלות ביותר עבור סטודנטים, וחשוב להבהירה היטב. בניגוד לאמונה הרווחת, ספקטרומטר מסות אינו מודד מסה ישירות. מה שהוא מודד בפועל הוא היחס

$\frac{m}{z}$

כלומר יחס המסה למטען (mass-to-charge ratio): המסה $m$ של היון מחולקת במספר היחידות של מטענו, $z$.

הסיבה לכך פיזיקלית: תנועת היון בשדה אינה תלויה במסה לבדה ולא במטען לבדו, אלא ביחס ביניהם. שדה נתון מסיט יון קל בעל מטען יחיד בדיוק כפי שהוא מסיט יון כבד פי שניים בעל מטען כפול — שכן המטען הכפול “נתפס” חזק יותר על ידי השדה ומפצה על המסה הגדולה.

10.14 דוגמה מספרית

נניח שני יונים:

• יון בעל מסה 100 Da ומטען 1+ → m/z = 100/1 = 100
• יון בעל מסה 200 Da ומטען 2+ → m/z = 200/2 = 100

שני היונים יופיעו באותו מקום בדיוק בספקטרום, אף שמסותיהם שונות פי שניים. המכשיר אינו מבחין ביניהם על סמך המיקום בלבד — שכן הוא מודד את היחס, לא את המסה.

מכאן מובן מדוע התכונה של ESI ליצור מטענים מרובים היא כה שימושית: מולקולת ענק שמסתה, נניח, 50,000 Da, אם תישא 50 מטענים, תופיע ב-m/z = 1000 — בתחום שכל מכשיר רגיל מסוגל למדוד. ריבוי המטענים “מקפל” מסות עצומות אל תוך תחום מדידה נוח.

10.15 הספקטרום

הספקטרום של MS הוא גרף פשוט:

• ציר X: ערכי m/z;
• ציר Y: עוצמת האות (שכיחות היונים).

כל פסגה מייצגת יון בעל m/z מסוים, וגובהה מציין כמה יונים כאלה נוצרו. קריאת הספקטרום היא, בבסיסה, פירוש של מערך הפסגות הזה.

---

חלק ג’: מפרידי מסה (אנלייזרים)

10.16 תפקידו של מפריד המסה

לאחר שנוצרו היונים, החלק השני של המכשיר נדרש להפריד ביניהם לפי m/z — לגרום ליונים בעלי יחס שונה להגיע למקומות שונים או בזמנים שונים, כך שהגלאי יוכל לספור כל סוג בנפרד. קיימים כמה סוגי אנלייזרים, הנבדלים בעיקרון הפיזיקלי ובביצועים.

10.17 Magnetic Sector (מגזר מגנטי)

אחד הסוגים הראשונים שפותחו. שדה מגנטי מסיט את היונים הנעים במסלול מעוקל. יונים בעלי m/z שונה סוטים ברדיוסים שונים — הקלים סוטים חזק, הכבדים סוטים מעט — ובאמצעות סריקת עוצמת השדה ניתן להביא כל סוג יון בתורו אל הגלאי. יתרונו המרכזי: דיוק גבוה.

10.18 Quadrupole (ארבעה-קוטב)

אחד האנלייזרים הנפוצים ביותר כיום. הוא מורכב מארבעה מוטות מקבילים, שעליהם מופעל שילוב של מתח ישר ומתח מתחלף. בתנאים נתונים, רק יונים בעלי m/z מסוים מצליחים לעבור דרך המוטות בלי להתנגש בהם; כל השאר נפלטים. על ידי סריקת המתחים, ה-quadrupole “מסנן” יון אחר יון. יתרונו: פשטות, מהירות ועלות נמוכה יחסית — ולכן הוא נפוץ במיוחד במכשירים שגרתיים ובמערכות משולבות (GC-MS, LC-MS).

10.19 Time of Flight — TOF (זמן מעוף)

הרעיון פשוט ואלגנטי במיוחד. כל היונים מקבלים אותה אנרגיה קינטית בעת ההאצה. אך מאחר שאנרגיה קינטית היא $E=\frac{1}{2}m{v}^2$, יונים בעלי מסות שונות מגיעים למהירויות שונות: היונים הקלים נעים מהר ומגיעים ראשונים אל הגלאי, ואילו הכבדים מגיעים מאוחר יותר. די אפוא למדוד את זמן המעוף לאורך צינור ידוע, וממנו לחשב את המסה. יתרונו: תחום מסות רחב מאוד (כמעט בלתי מוגבל למעלה), ולכן הוא מתאים במיוחד לפולימרים ולמקרומולקולות, ומשולב לרוב עם MALDI.

10.20 Orbitrap

אחד האנלייזרים המודרניים והמדויקים ביותר. היונים סובבים סביב אלקטרודה מרכזית בתבנית מורכבת, ותדירות התנודה שלהם תלויה ב-m/z. ניתוח התדרים (בדומה לעקרון העומד בבסיס FT) מאפשר רזולוציה גבוהה במיוחד — הבחנה בין יונים שמסותיהם שונות בשבריר זעיר. ה-Orbitrap נפוץ במחקר מתקדם הדורש קביעת נוסחה מולקולרית מדויקת.

10.21 השוואה בין אנלייזרים

סוג	עיקרון	יתרון מרכזי
Magnetic Sector	הסטה בשדה מגנטי	דיוק גבוה
Quadrupole	סינון במתח חשמלי	פשטות, מהירות, מחיר
TOF	מדידת זמן מעוף	תחום מסות רחב
Orbitrap	תדירות סיבוב	רזולוציה גבוהה מאוד

---

חלק ד’: יון מולקולרי ופירוק

10.22 היון המולקולרי

במקרים רבים מופיעה בספקטרום פסגה המייצגת את המולקולה השלמה שאיבדה (או קיבלה) מטען — היון המולקולרי. זוהי לעיתים הפסגה החשובה ביותר בכל הספקטרום, משום שמיקומה (ה-m/z שלה) חושף ישירות את המסה המולקולרית של החומר הנחקר.

לכן, כאשר קוראים ספקטרום, אחת המשימות הראשונות היא לזהות את היון המולקולרי. יש לזכור את האזהרה מסעיף 10.8: ביינון קשה כמו EI, היון המולקולרי עלול להיות חלש או נעדר.

10.23 מדוע מולקולות מתפרקות?

היון המולקולרי שנוצר ביינון קשה הוא בדרך כלל מצב עתיר אנרגיה — נשארה בו אנרגיה עודפת מתהליך היינון. כדי להתייצב, היון “משחרר” אנרגיה זו בכך שהוא מתפרק לחלקים קטנים יותר. תהליך זה נקרא Fragmentation (פירוק).

10.24 מדוע הפירוק מועיל?

במבט ראשון נראה הפירוק כהפרעה — הוא “הורס” את המולקולה ומחליש את הפסגה המולקולרית. אך בפועל הוא מקור מידע רב-ערך. הסיבה: דפוס הפירוק אינו אקראי. קשרים חלשים נשברים ביתר קלות, ורסיסים יציבים נוצרים בעדיפות — ולכן מערך הרסיסים תלוי ישירות במבנה המולקולה.

כל מולקולה מתפרקת ב”דרכה שלה”, ויוצרת מערך פסגות אופייני המשמש כטביעת אצבע מבנית. זהו בדיוק הבסיס לזיהוי באמצעות ספריות הספקטרים: לא משווים מסה בודדת, אלא את כל דפוס הפירוק. לחוקר חומרים, ערך מיוחד יש בכך שאפשר לזהות, למשל, תוסף או מזהם ספציפי לפי דפוס הפירוק שלו, גם בלי לדעת מראש מהו.

10.25 Base Peak (פסגת הבסיס)

הפסגה הגבוהה ביותר בספקטרום נקראת פסגת הבסיס (Base Peak). מקובל להגדיר את עוצמתה כ-100%, ולמדוד את כל שאר הפסגות כאחוז יחסי אליה. הגדרה זו מנרמלת את הספקטרום ומקלה על השוואה בין מדידות ובין מאגרים. שימו לב: פסגת הבסיס אינה בהכרח היון המולקולרי — לעיתים קרובות דווקא רסיס יציב במיוחד הוא הפסגה הגבוהה ביותר.

10.26 דפוסי פירוק אופייניים

לכל משפחת תרכובות קיימים דפוסי פירוק אופייניים וחוזרים, הנובעים מן הקשרים החלשים ומן הרסיסים היציבים האופייניים לאותה משפחה. כך, למשל, לאלקאנים, לאלכוהולים, לקטונים ולאסטרים יש “חתימות” פירוק שונות זו מזו. הכרת דפוסים אלה מאפשרת לעיתים לזהות את משפחת התרכובת עוד לפני זיהוי מלא. (פירוט המנגנונים המדויקים שייך לקורס בכימיה אורגנית; לצרכינו די בעיקרון שהדפוס אופייני ושימושי לזיהוי.)

---

חלק ה’: איזוטופים

10.27 מדוע איזוטופים חשובים?

אטומים של אותו יסוד אינם בהכרח בעלי אותה מסה — קיימים איזוטופים, הנבדלים במספר הנייטרונים. בספקטרומטריית מסות, שרגישותה למסה גבוהה, האיזוטופים אינם “רעש” אלא מקור מידע: הם יוצרים פסגות נוספות בדפוס אופייני, המסגיר את נוכחותם של יסודות מסוימים. דוגמאות בולטות:

• כלור: ³⁵Cl ו-³⁷Cl
• ברום: ⁷⁹Br ו-⁸¹Br

10.28 תבניות איזוטופיות

כאשר מולקולה מכילה יסוד בעל כמה איזוטופים נפוצים, היון המולקולרי אינו מופיע כפסגה בודדת אלא כאשכול פסגות המופרדות זו מזו ביחידת מסה (בדרך כלל פסגות M, M+2 וכדומה). היחס בין עוצמות הפסגות באשכול משקף בדיוק את השכיחות הטבעית של האיזוטופים — ולכן הוא ניתן לחיזוי ולזיהוי מיידי.

10.29 כלור — דפוס M : M+2 ביחס 3:1

הכלור הטבעי מורכב מ-³⁵Cl (שכיחות כ-75%) ומ-³⁷Cl (שכיחות כ-25%) — יחס של בערך 3:1. לכן מולקולה המכילה אטום כלור אחד תיתן בספקטרום שתי פסגות: הפסגה הראשית (M, עם ³⁵Cl) ופסגה נוספת ב-M+2 (עם ³⁷Cl), שעוצמתה כשליש מן הראשית. דפוס M : M+2 ביחס 3:1 הוא חתימה אופיינית לנוכחות כלור.

10.30 ברום — דפוס M : M+2 ביחס 1:1

הברום הטבעי מורכב מ-⁷⁹Br ו-⁸¹Br בשכיחות כמעט זהה (בערך 50% כל אחד). לכן מולקולה המכילה אטום ברום אחד נותנת שתי פסגות בעלות עוצמה דומה, M ו-M+2, בגובה כמעט שווה. זהו אולי סימן הזיהוי הקל והמיידי ביותר בכל ספקטרומטריית המסות: שתי פסגות “תאומות” במרחק 2 יחידות מסה = ברום.

10.31 שימוש באיזוטופים לזיהוי

המסקנה המעשית: לעיתים ניתן לקבוע נוכחות של יסוד מסוים רק על סמך דפוס האיזוטופים, עוד לפני כל ניתוח נוסף. מעבר לכלור ולברום, גם ליסודות אחרים החשובים בחקר חומרים יש חתימות איזוטופיות שימושיות. יתרה מכך — כאשר מספר אטומי כלור או ברום במולקולה גדל, צורת האשכול האיזוטופי הופכת מורכבת ואופיינית עוד יותר, ומאפשרת לקבוע אפילו את מספר אטומי ההלוגן.

---

חלק ו’: MS/MS (טנדם)

10.32 מדוע נדרש שלב נוסף?

לעיתים ספקטרום בודד אינו מספיק — במיוחד כאשר הדגימה היא תערובת מורכבת. בתערובת, פסגות הפירוק של מולקולות שונות מתערבבות זו בזו, וקשה לדעת איזה רסיס שייך לאיזו מולקולת אם. נדרשת דרך “לבודד” מולקולה אחת ולחקור רק אותה.

10.33 Tandem MS

הפתרון הוא MS/MS (ספקטרומטריית מסות בטור, Tandem MS), המבצעת שלושה צעדים:

1. בחירה: מתוך כלל היונים בוחרים יון אחד בעל m/z מסוים (היון ה”הורה”);
2. פירוק: מפרקים יון נבחר זה במכוון (לרוב בהתנגשות עם גז אינרטי);
3. מדידה: מודדים את m/z של תוצרי הפירוק (היונים ה”בנים”).

כך מקבלים את דפוס הפירוק של מולקולה אחת בלבד, מבודד מן השאר.

10.34 יתרונות

• זיהוי מדויק יותר — דפוס הפירוק של יון מבודד חד-משמעי יותר;
• סלקטיביות גבוהה — ניתן להתמקד ברכיב מבוקש בלבד;
• עבודה עם תערובות מורכבות ללא הפרדה כימית מוקדמת.

---

חלק ז’: שילוב עם כרומטוגרפיה

10.35 מדוע לשלב?

ראינו ש-MS מתקשה לעיתים עם תערובות. גישה אחת לפתרון היא MS/MS; גישה משלימה וחזקה אף יותר היא להפריד את התערובת פיזית לפני ההגעה ל-MS. כאן נכנסת לתמונה הכרומטוגרפיה — משפחת שיטות המסוגלת להפריד תערובת למרכיביה לפי קצב מעברם דרך מצע מפריד. בשילוב, הכרומטוגרפיה מזרימה ל-MS רכיב אחד בכל רגע, וכל רכיב מזוהה בנפרד.

10.36 GC-MS

שילוב של כרומטוגרפיית גז (Gas Chromatography) עם ספקטרומטריית מסות. הכרומטוגרף מפריד את התערובת לרכיביה הנדיפים לפי זמן יציאתם מן העמודה, וכל רכיב נכנס בתורו ל-MS לזיהוי. GC-MS היא אחת השיטות החשובות ביותר באנליזה אורגנית, ומתאימה לחומרים נדיפים ויציבים בחום.

10.37 LC-MS

שילוב של כרומטוגרפיה נוזלית (Liquid Chromatography) עם MS. כאן ההפרדה נעשית בתמיסה, ולכן השיטה מתאימה לחומרים שאינם נדיפים או רגישים לחום — בדיוק אלה ש-GC אינה יכולה לטפל בהם. LC-MS משולבת לרוב עם יינון רך מסוג ESI.

10.38 מדוע GC-MS ו-LC-MS כה נפוצות?

החוזק נובע מחלוקת התפקידים: הכרומטוגרפיה מפרידה, וה-MS מזהה. כל שיטה לבדה מוגבלת — כרומטוגרפיה מפרידה אך אינה מזהה בוודאות, ו-MS מזהה אך מתקשה בתערובות — אך ביחד הן מספקות יכולת אנליטית חזקה במיוחד, שהפכה לתקן בתעשייה ובמחקר.

---

חלק ח’: יישומים בחקר חומרים

10.39 פולימרים

• זיהוי המונומרים הבונים את השרשרת;
• אפיון התפלגות המסות ואורכי השרשראות (בעיקר ב-MALDI-TOF);
• זיהוי תוצרי פירוק ותוספים.

10.40 קורוזיה

• זיהוי מזהמים אורגניים המאיצים או מעכבים קורוזיה;
• זיהוי תוצרי פירוק של מעכבי קורוזיה;
• ב-ICP-MS: מעקב כמותי אחר יונים מתכתיים המשתחררים לתמיסה (קצב הקורוזיה).

10.41 ציפויים

• זיהוי רכיבים אורגניים בציפוי;
• איתור מזהמים ותוספים;
• אפיון שלמות הציפוי ותוצרי התפרקותו.

10.42 בקרת איכות

• זיהוי חומרים ואימות הרכבם;
• איתור זיופים (למשל בחומרי גלם);
• איתור זיהומים בריכוזי עקבות (חוזקה המיוחד של ICP-MS).

---

חלק ט’: יתרונות ומגבלות

10.43 יתרונות

• רגישות גבוהה במיוחד — מן הגבוהות בכל השיטות האנליטיות;
• מספקת מסה מולקולרית ומידע מבני (דרך הפירוק);
• מספקת מידע יסודי כמותי (ב-ICP-MS), עד לרמת עקבות;
• מתאימה לתערובות (בשילוב כרומטוגרפיה או MS/MS).

10.44 מגבלות

• ציוד יקר ומורכב לתפעול;
• פרשנות הספקטרום עלולה להיות מורכבת;
• מצריך יינון — והדגימה נהרסת בתהליך;
• לא כל חומר מתאים לכל שיטת יינון (יש להתאים את השיטה לדגימה).

10.45 מה MS יודע ומה אינו יודע?

חשוב למקם את MS ביחס לשאר השיטות. ספקטרומטר מסות מצוין במתן:

• מסה מולקולרית;
• מידע מבני (דרך דפוסי פירוק);
• מידע יסודי ואיזוטופי.

אך הוא בדרך כלל אינו מספק:

• מבנה גבישי (זו מלאכת ה-XRD);
• מורפולוגיה ותמונת פני שטח (זו מלאכת המיקרוסקופ — SEM);
• תמונה מרחבית ישירה של הדגימה.

לכן, כמו שאר השיטות בקורס זה, MS אינו עומד לבדו אלא משמש כחלק ממערך כלים משלים: הוא עונה על שאלת ה”מה” (מסה, הרכב, זהות) בעוד שיטות אחרות עונות על שאלות ה”כיצד מסודר” וה”כיצד נראה”.

---

סיכום

ספקטרומטריית מסות היא אחת השיטות החזקות והרגישות ביותר לזיהוי חומרים ולקביעת מסה מולקולרית. השיטה בנויה על שלושה צעדים: יינון המולקולות, הפרדת היונים לפי m/z, וגילוי ופרשנות הספקטרום.

הבחירה בשיטת היינון — קשה (EI) או רכה (ESI, MALDI), ועד הרסנית-יסודית (ICP) — היא ההחלטה האנליטית המכרעת, הקובעת אם נקבל מסה מולקולרית שלמה, טביעת אצבע של רסיסים, או ניתוח יסודי כמותי. מעבר למסה המולקולרית עצמה, מידע רב-ערך מתקבל מדפוסי הפירוק (זיהוי מבני) ומדפוסים איזוטופיים (זיהוי יסודות, כגון חתימת הברום 1:1 וחתימת הכלור 3:1).

בחקר חומרים בולטים שני יישומים: MALDI-TOF לאפיון פולימרים, ו-ICP-MS לניתוח יסודי ברגישות עד רמת עקבות — כלי מרכזי בקורוזיה, בבקרת טוהר ובאפיון מתכות וסגסוגות.

בפרק הבא נלמד לעומק את שיטות הכרומטוגרפיה, המאפשרות להפריד תערובות מורכבות לרכיביהן — לפני הזיהוי ב-MS או באמצעי גילוי אחרים.