Qu'est-ce qu'un spectromètre de masse à gaz?
Un spectromètre de masse à gaz est un instrument d'analyse utilisé pour déterminer la concentration d'éléments dans des échantillons connus et comme outil pour déduire la composition d'échantillons inconnus. Cela fonctionne en détectant la déviation des ions chargés dérivés de l'atome ou de la molécule dans un champ magnétique. En analyse inorganique, chaque atome d'élément produit un spectre caractéristique. Les atomes moins massifs sont plus déviés, tout comme les atomes avec une plus grande charge. Plusieurs améliorations apportées à cette configuration de base rendent le spectromètre de masse en phase gaz utile pour l'analyse organique ainsi que pour la détermination élémentaire.
Dans les spectromètres de masse à gaz de base utilisés pour l'analyse élémentaire, un échantillon liquide est tout d'abord préparé en extrayant ou en isolant de toute autre manière l'élément concerné de l'échantillon d'origine. Le liquide est ensuite vaporisé et ionisé par bombardement avec un flux d'électrons qui élimine un ou plusieurs électrons de l'atome. L'ion maintenant chargé positivement traverse un champ magnétique à angle droit, qui exerce une force latérale sur l'ion. Le degré de déviation est directement proportionnel au rapport charge sur masse des ions.
Bien que le principe du spectromètre de masse de gaz soit facile à comprendre, l’instrument est une combinaison judicieuse de composants. L'échantillon vaporisé est introduit dans une chambre d'ionisation sous vide. Un vide est nécessaire, sinon l'ion nouvellement créé entrerait bientôt en collision avec une molécule d'air. Dans la chambre d'ionisation, une bobine métallique chauffée électriquement irradie des électrons sur le côté, les éliminant des atomes formant les ions, qui sont ensuite collectés dans un piège à électrons. La chambre d'ionisation fonctionne à une tension positive de 10 000 volts.
Les ions positifs sont accélérés hors de la chambre d'ionisation par une plaque repoussant les ions maintenue à une tension positive légèrement supérieure. Le flux de particules hautement énergétiques est concentré dans un faisceau étroit, puis passé dans un champ magnétique induit par un électro-aimant. En fonction du rapport masse sur charge, les ions seront déviés dans une moindre mesure ou davantage. La charge sur l'électroaimant peut être modifiée pour focaliser le flux d'ions d'intérêt sur la plaque de détection. Le détecteur compare le courant électrique produit par chaque flux d'ions pour déterminer l'abondance relative.
Chaque élément a un spectre caractéristique. Un spectre est un graphique de l'abondance relative de chaque rapport charge / masse. Chaque ligne du graphique est liée à la concentration relative des ions produits en faisant tomber le premier électron, suivi du deuxième électron, du troisième, etc. En comparant un spectre à des spectres de masse élémentaires dans des références, l'élément produisant le spectre peut être déterminé.
L'utilisation du spectromètre de masse en analyse organique est un peu plus compliquée. Les composés organiques créeront une grande variété de fragments ionisés dans la chambre d'ionisation. Les spectres de masse de composés organiques, même simples, sont beaucoup plus complexes et font souvent l'objet de plus d'interprétations. Le spectromètre de masse en phase gazeuse peut être utilisé pour confirmer l'identité d'un composé organique si le spectre est très propre, mais des résultats en corrélation provenant d'autres techniques sont souvent nécessaires.
Dans un spectromètre de masse pour chromatographie en phase gazeuse (GC / MS), un mélange de composés est d'abord séparé par chromatographie en phase gazeuse, puis introduit dans un spectromètre de masse en phase gazeuse. Dans la partie chromatographie en phase gazeuse de cet instrument combiné, les molécules vaporisées se séparent par leur capacité à diffuser à travers un gaz vecteur. En faisant varier le type, la température et le débit du gaz vecteur, différents mélanges peuvent être séparés pour donner des échantillons propres et séparés de chaque composé. Une optimisation est nécessaire pour déterminer le chromatographe en phase gazeuse correct et les réglages ultérieurs du spectromètre de masse. Une fois que la source de l'échantillon est caractérisée, comme dans une usine de fabrication ou une source naturelle telle qu'un puits de pétrole, ces instruments produisent des résultats économiques et fiables.