Che cos'è uno spettrometro di massa gassosa?
Uno spettrometro di massa gassosa è uno strumento analitico utilizzato per determinare la concentrazione di elementi in campioni noti e come strumento per dedurre la composizione di campioni sconosciuti. Funziona rilevando la deflessione di ioni carichi derivati dall'atomo o dalla molecola in un campo magnetico. Nell'analisi inorganica, ogni atomo elementare produce uno spettro caratteristico. Gli atomi meno massicci vengono deviati di più, così come gli atomi con una carica maggiore. Numerosi miglioramenti a questa configurazione di base rendono lo spettrometro di massa gassosa utile nell'analisi organica e nella determinazione elementale.
Negli spettrometri di massa gassosa di base utilizzati per l'analisi elementale, un campione liquido viene prima preparato estraendo o isolando in altro modo l'elemento di interesse dal campione originale. Il liquido viene quindi vaporizzato e ionizzato mediante bombardamento con un flusso di elettroni che espelle uno o più elettroni dall'atomo. Lo ione ora carico positivamente passa attraverso un campo magnetico ad angolo retto, che esercita una forza laterale sullo ione. Il grado di deflessione è direttamente proporzionale al rapporto carica-massa degli ioni.
Mentre il principio dello spettrometro di massa gassosa è facilmente comprensibile, lo strumento è un'accurata combinazione di componenti. Il campione vaporizzato viene introdotto in una camera di ionizzazione evacuata. È necessario un vuoto o lo ione appena creato si scontrerebbe presto con una molecola d'aria. Nella camera di ionizzazione, una bobina di metallo riscaldata elettricamente irradia elettroni lateralmente, espellendo elettroni dagli atomi formando ioni, che vengono quindi raccolti in una trappola di elettroni. La camera di ionizzazione funziona a 10.000 volt positivi.
Gli ioni positivi vengono accelerati fuori dalla camera di ionizzazione da una piastra repellente agli ioni tenuta a una tensione positiva leggermente superiore. Il flusso di particelle altamente energizzate viene concentrato in un fascio stretto e quindi fatto passare attraverso un campo magnetico indotto da un elettromagnete. A seconda del rapporto massa / carica, gli ioni verranno deviati in misura minore o maggiore. La carica sull'elettromagnete può essere variata per mettere a fuoco il flusso ionico di interesse sulla piastra di rilevamento. Il rilevatore confronta la corrente elettrica prodotta da ciascun flusso di ioni per determinare l'abbondanza relativa.
Ogni elemento ha uno spettro caratteristico. Uno spettro è un grafico dell'abbondanza relativa di ciascun rapporto carica / massa. Ogni linea sul grafico è correlata alla concentrazione relativa degli ioni prodotta eliminando il primo elettrone, seguito dal secondo elettrone, dal terzo e così via. Confrontando uno spettro con spettri di massa elementare nei riferimenti, è possibile determinare l'elemento che produce lo spettro.
L'uso dello spettrometro di massa gassosa nell'analisi organica è un po 'più complicato. I composti organici creeranno una grande varietà di frammenti ionizzati nella camera di ionizzazione. Gli spettri di massa di composti organici anche semplici sono molto più complessi e sono spesso soggetti a maggiore interpretazione. Lo spettrometro di massa gassosa può essere utilizzato per confermare l'identità di un composto organico se lo spettro è molto pulito, ma spesso sono richiesti risultati correlati da altre tecniche.
In uno spettrometro di massa con gascromatografia (GC / MS), una miscela di composti viene prima separata mediante gascromatografia e quindi alimentata a uno spettrometro di massa gassosa. Nella porzione gascromatografica di questo strumento combinato, le molecole vaporizzate si separano dalla loro capacità di diffondersi attraverso un gas di trasporto. Variando il tipo, la temperatura e la portata del gas di trasporto, è possibile separare diverse miscele per fornire campioni puliti e separati di ciascun composto. L'ottimizzazione è necessaria per determinare il gascromatografo corretto e le successive impostazioni dello spettrometro di massa. Una volta caratterizzata la fonte del campione, ad esempio in un impianto di produzione o una fonte naturale come un pozzo di petrolio, questi strumenti producono risultati economici e affidabili.