ガス質量分析計とは？

ガス質量分析計は、既知のサンプル中の元素の濃度を決定するため、および未知のサンプルの組成を推定するためのツールとして使用される分析機器です。 磁場中の原子または分子に由来する荷電イオンの偏向を検出することにより機能します。 無機分析では、各元素原子が特徴的なスペクトルを生成します。 より重い原子は、より大きな電荷を持つ原子と同様に、より偏向されます。 この基本構成のいくつかの機能強化により、ガス分析計は元素分析だけでなく有機分析にも役立ちます。

元素分析に使用される基本的なガス質量分析計では、元のサンプルから目的の元素を抽出または分離することにより、液体サンプルが最初に調製されます。 次に、液体は、原子から1つまたは複数の電子を打ち落とす電子流による衝撃によって気化およびイオン化されます。 正に帯電したイオンは、磁場を直角に通過し、イオンに横方向の力を及ぼします。 偏向の程度は、イオンの電荷と質量の比に正比例します。

ガス質量分析計の原理は簡単に理解できますが、機器はコンポーネントの慎重な組み合わせです。 気化したサンプルは、真空イオン化室に導入されます。 真空が必要です。そうでない場合、新しく作成されたイオンはすぐに空気分子と衝突します。 電離箱では、電気的に加熱された金属コイルが電子を横方向に放射し、原子から電子を放出してイオンを形成します。イオンは電子トラップで収集されます。 電離箱は正の10,000ボルトで動作します。

正イオンは、わずかに高い正電圧に保たれたイオン反発板によってイオン化室から加速されます。 高度にエネルギーを与えられた粒子の流れは、タイトなビームに集中され、電磁石によって誘導された磁場を通過します。 質量電荷比に応じて、イオンは程度の差はあれ偏向されます。 電磁石の電荷を変化させて、検出プレート上の目的のイオン流に焦点を合わせることができます。 検出器は、各イオンストリームによって生成された電流を比較して、相対存在量を決定します。

各要素には特徴的なスペクトルがあります。 スペクトルは、各電荷/質量比の相対的な量のチャートです。 チャート上の各線は、最初の電子をノックオフし、次に2番目の電子、3番目の電子、というようにノックオフすることによって生成されるイオンの相対濃度に関連しています。 スペクトルをリファレンスの元素質量スペクトルと比較することにより、スペクトルを生成する元素を決定できます。

有機分析におけるガス質量分析計の使用は、もう少し複雑です。 有機化合物は、電離箱に多種多様な電離フラグメントを生成します。 単純な有機化合物の質量スペクトルもはるかに複雑で、多くの場合、より多くの解釈が必要になります。 スペクトルが非常にきれいな場合、ガス質量分析計を使用して有機化合物の同一性を確認できますが、多くの場合、他の手法からの相関結果が必要です。

ガスクロマトグラフィー質量分析計（GC / MS）では、化合物の混合物が最初にガスクロマトグラフィーによって分離され、次にガス質量分析計に供給されます。 この組み合わせ機器のガスクロマトグラフィー部分では、気化した分子はキャリアガスを拡散する能力によって分離します。 キャリアガスの種類、温度、および流量を変えることにより、異なる混合物を分離して、各化合物のきれいな別々のサンプルを得ることができます。 適切なガスクロマトグラフとその後の質量分析計の設定を決定するには、最適化が必要です。 製造工場や油井などの自然な供給源などでサンプル供給源が特徴付けられると、これらの機器は経済的で信頼できる結果を生み出します。