POČÁTKY HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE U NÁS: HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE V ÚSTAVU FYZIKÁLNÍ CHEMIE AKADEMIE VĚD (ČÁST I)

Význam tématu

Rozvoj hmotnostní spektrometrie ve 2. polovině 20. století jako klíčové analytické metody otevřel bohaté možnosti pro izotopovou analýzu, identifikaci organických látek i studium iontových procesů. V českém prostředí se díky iniciativě Ústavu fyzikální chemie ČSAV stala hmotnostní spektrometrie základním nástrojem pro výzkum i průmyslovou praxi – od studia reakcí iontů a přesmyků v organických molekulách po precizní stanovení izotopového složení plynů, minerálních vod či detekci dopingových látek.

Cíle a přehled studie / článku

Článek sleduje historické počátky a vývoj hmotnostní spektrometrie v Československu, zejména v laboratoři fyzikální chemie v Praze. Popisuje klíčové osobnosti, stavbu prvních domácích přístrojů, rozvoj metody a její aplikace v oblasti organické, anorganické i izotopové analýzy. Zaměřuje se na technické i vědecké milníky, rozšíření instrumentálního vybavení a přenos know-how do dalších ústavů a průmyslových laboratoří.

Použitá metodika a instrumentace

V raných 50. letech skupina pod vedením V. Čermáka a V. Hanuše postavila první Nierův spektrometr s magnetickým polem o 60° odklonu a poloměrem 152 mm. Používal se difuzní pumpy Leybold, skleněné vakuové části a fotografické záznamy spekter. Dále byl konstruován Dempsterův analyzátor (180° odklon, rozlišovací schopnost 50–60 hm. j.) a upravován pro srážkové experimenty. V 60. letech přišel sovětský komerční model MCH 1303 (rozlišení ~600–1200 hm. j.), v 70. letech japonský JMS-D100 s dvojí fokusací a rozlišením >10 000 hm. j., později VG 7070E a přístroj ZAB pro volné radikály. Elektronika zahrnovala nízkoproudé zesilovače i vibrační kondenzátorové detektory, později počítačové datasystémy.

Hlavní výsledky a diskuse

Laboratoř zaznamenala první spektrum rtuti už v prosinci 1953. Následovaly aplikace na analýzu vzácných plynů, znečištění neonu, izotopové poměry argonu, deuteria ve vodíku či methylovaných kaprolaktamů. V organické chemii byly zkoumány přesmyky iontů substituovaných thiofenů, toluenu, vývoj tropyliového iontu C7H7+ nebo acetylidů. Prostudovány byly i srážkové procesy iontů s molekulami alkalických kovů. Významná byla spolupráce na detekci dopingových látek, forenzní analýze a záchraně lidského života při otravách. Později se rozvinulo studium volných radikálů a interakcí s povrchy katalyzátorů.

Přínosy a praktické využití metody

• Precizní izotopové stanovení ve vědách o Zemi, geologii i balneologii.
• Strukturální identifikace organických a bioorganických sloučenin (alkaloidy, drogistické látky).
• Kvalitní kontrola průmyslových produktů (kaprolaktam, plyny).
• Forenzní a toxikologické analýzy, detekce dopingových látek ve sportu.
• Studium iontových mechanismů, katalýzy a volných radikálů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj metod vysokého rozlišení, dvojí fokusace a rychlých datasystémů otevírá cestu k analýze komplexních směsí i biomolekul. Hybridní analyzátory, měkká ionizace (ESI, MALDI), chromatografické i mikrofluidní spojení a ambientní ionizační techniky povedou k rozšíření aplikací v medicíně, environmentální analýze i materiálových vědách. Vzniká prostor pro in-situ a operando měření v průmyslových procesech.

Závěr

Historie hmotnostní spektrometrie v českém prostředí ukazuje, jak kombinace technické invence, odborného nasazení a mezinárodní spolupráce dokázala vybudovat silné odborné zázemí. Přeměna vlastních konstrukcí na vysoce přesné komerční přístroje a jejich nasazení v různých oblastech analytiky zásadně posílily kvalitu výzkumu i aplikované chemie.

Reference

• Čermák V., Hanuš V., Pacák M.: Slaboproudý obzor 20, 603 (1959).
• Čermák V.: Chem. Prům. 7, 8 (1957).
• Čermák V., Hanuš V.: Chem. Prům. 34, 235 (1959).
• Rylander P. N., Meyerson S., Grubb H. M.: J. Am. Chem. Soc. 79, 901 (1957).
• Hanuš V., Čermák V.: Collect. Czech. Chem. Commun. 24, 1602 (1959).
• Hanuš V.: Nature 184, 1796 (1959).
• Čermák V., Hanuš V., Hládek L., Herman Z., Pacák M., Schulz L.: Collect. Czech. Chem. Commun. 27, 1633 (1962).
• Dolejšek Z., Hála S., Hanuš V., Landa S.: Collect. Czech. Chem. Commun. 31, 435 (1966).
• Dolejšek Z., Hanuš V., Vokáč K.: Adv. Mass Spectrom. 3, 503 (1964).
• Dolejš L., Hanuš V.: Tetrahedron 23, 2997 (1967).
• Mach K., Varga V., Hanuš V., Sedmera P.: J. Organomet. Chem. 415, 87 (1991).
• Tureček F., Hanuš V.: Mass Spectrom. Rev. 3, 85 (1984).
• Dolejšek Z., Novákova J.: Can. J. Chem. 59, 1824 (1981).
• Mach K., Nováková J., Hanuš V., Dolejšek Z.: Collect. Czech. Chem. Commun. 51, 2675 (1986).