¿Qué es un espectrómetro de masas de gas?

Un espectrómetro de masas de gas es un instrumento analítico utilizado para determinar la concentración de elementos en muestras conocidas y como una herramienta para deducir la composición de muestras desconocidas. Funciona detectando la desviación de iones cargados derivados del átomo o molécula en un campo magnético. En el análisis inorgánico, cada átomo elemental produce un espectro característico. Los átomos menos masivos se desvían más, al igual que los átomos con una carga mayor. Varias mejoras en esta configuración básica hacen que el espectrómetro de masas de gas sea útil en el análisis orgánico, así como en la determinación elemental.

En los espectrómetros de masas de gas básicos utilizados para el análisis elemental, primero se prepara una muestra líquida extrayendo o aislando el elemento de interés de la muestra original. El líquido se vaporiza e ioniza por bombardeo con una corriente de electrones que expulsa uno o más electrones del átomo. El ion ahora cargado positivamente pasa a través de un campo magnético en ángulo recto, que ejerce una fuerza lateral sobre el ion. El grado de desviación es directamente proporcional a la relación carga / masa de los iones.

Si bien el principio del espectrómetro de masas de gas se entiende fácilmente, el instrumento es una combinación cuidadosa de componentes. La muestra vaporizada se introduce en una cámara de ionización evacuada. Se requiere un vacío, o el ion recién creado pronto colisionaría con una molécula de aire. En la cámara de ionización, una bobina de metal calentada eléctricamente irradia electrones de lado, eliminando electrones de los átomos que forman iones, que luego se recogen en una trampa de electrones. La cámara de ionización funciona a 10.000 voltios positivos.

Los iones positivos son acelerados fuera de la cámara de ionización por una placa repelente de iones mantenida a un voltaje positivo ligeramente más alto. La corriente de partículas altamente energizadas se concentra en un haz apretado y luego pasa a través de un campo magnético inducido por un electroimán. Dependiendo de la relación de masa a carga, los iones se desviarán en mayor o menor medida. La carga en el electroimán se puede variar para enfocar la corriente de iones de interés en la placa de detección. El detector compara la corriente eléctrica producida por cada corriente de iones para determinar la abundancia relativa.

Cada elemento tiene un espectro característico. Un espectro es un gráfico de la abundancia relativa de cada relación carga / masa. Cada línea en el gráfico está relacionada con la concentración relativa de los iones producidos al eliminar el primer electrón, seguido por el segundo electrón, el tercero, y así sucesivamente. Al comparar un espectro con espectros de masas elementales en referencias, se puede determinar el elemento que produce el espectro.

El uso del espectrómetro de masas de gas en el análisis orgánico es un poco más complicado. Los compuestos orgánicos crearán una gran variedad de fragmentos ionizados en la cámara de ionización. Los espectros de masas de compuestos orgánicos incluso simples son mucho más complejos y a menudo están sujetos a una mayor interpretación. El espectrómetro de masas de gas puede usarse para confirmar la identidad de un compuesto orgánico si el espectro está muy limpio, pero a menudo se requieren resultados correlacionados de otras técnicas.

En un espectrómetro de masas por cromatografía de gases (GC / MS), una mezcla de compuestos se separa primero por cromatografía de gases y luego se alimenta a un espectrómetro de masas de gases. En la porción de cromatografía de gases de este instrumento combinado, las moléculas vaporizadas se separan por su capacidad de difundirse a través de un gas portador. Al variar el tipo, la temperatura y la velocidad de flujo del gas portador, se pueden separar diferentes mezclas para obtener muestras limpias y separadas de cada compuesto. La optimización es necesaria para determinar el cromatógrafo de gases correcto y las configuraciones posteriores del espectrómetro de masas. Una vez que se caracteriza la fuente de la muestra, como en una planta de fabricación o en una fuente natural como un pozo de petróleo, estos instrumentos producen resultados económicos y confiables.