Hva er et gassmassespektrometer?

Et gassmassespektrometer er et analytisk instrument som brukes til å bestemme konsentrasjonen av elementer i kjente prøver og som et verktøy for å utlede sammensetningen av ukjente prøver. Det fungerer ved å oppdage avbøyningen av ladede ioner fra atomet eller molekylet i et magnetfelt. I uorganisk analyse produserer hvert elementatom et karakteristisk spektrum. Mindre massive atomer avbøyes mer, det samme er atomer med større ladning. Flere forbedringer av denne grunnleggende konfigurasjonen gjør gassmassespektrometeret nyttig i organisk analyse samt elementær bestemmelse.

I basiske gassmassespektrometre brukt til elementanalyse blir en flytende prøve først fremstilt ved å trekke ut eller på annen måte isolere elementet av interesse fra den opprinnelige prøven. Væsken fordampes og ioniseres deretter ved bombardement med en elektronstrøm som slår av en eller flere elektroner fra atomet. Det nå positivt ladede ionet passerer gjennom et magnetfelt i rette vinkler, som utøver en sidelengs kraft på ionet. Graden av avbøyning er direkte proporsjonal med ladningen til masseforholdet for ionene.

Mens prinsippet om gassmassespektrometer er lett å forstå, er instrumentet en forsiktig kombinasjon av komponenter. Den fordampede prøven føres inn i et evakuert ioniseringskammer. Et vakuum er nødvendig, eller det nyopprettede ionet ville snart kollidere med et luftmolekyl. I ioniseringskammeret stråler en elektrisk oppvarmet metallspole elektroner sidelengs, og slår av elektroner fra atomene som danner ioner, som deretter samles i en elektronfelle. Ioniseringskammeret drives med positive 10.000 volt.

De positive ionene blir akselerert ut av ioniseringskammeret av en ionepellerende plate holdt ved en litt høyere positiv spenning. Strømmen av sterkt energiserte partikler blir konsentrert i en tett bjelke og deretter ført gjennom et magnetfelt indusert av en elektromagnet. Avhengig av forholdet mellom masse og ladning, vil ionene avbøyes i mindre eller større grad. Ladningen på elektromagneten kan varieres for å sette i fokus ionestrømmen av interesse på deteksjonsplaten. Detektoren sammenligner den elektriske strømmen som produseres av hver ionestrøm for å bestemme den relative overflod.

Hvert element har et karakteristisk spekter. Et spektrum er et diagram over den relative mengden av hvert ladning / masseforhold. Hver linje på diagrammet er relatert til den relative konsentrasjonen av ionene som produseres ved å slå av det første elektronet, etterfulgt av det andre elektronet, det tredje og så videre. Ved å sammenligne et spektrum med elementale massespektre i referanser, kan elementet som produserer spekteret bestemmes.

Bruken av gassmassespektrometeret i organisk analyse er litt mer komplisert. Organiske forbindelser vil skape et stort utvalg av ioniserte fragmenter i ioniseringskammeret. Massespektrene til til og med enkle organiske forbindelser er mye mer komplekse og er ofte gjenstand for mer tolkning. Gassmassespektrometeret kan brukes for å bekrefte identiteten til en organisk forbindelse hvis spekteret er veldig rent, men ofte er det nødvendig med korrelasjonsresultater fra andre teknikker.

I et gasskromatografimassespektrometer (GC / MS) blir en blanding av forbindelser først separert ved gasskromatografi og deretter tilført et gassmassespektrometer. I gasskromatografidelen av dette kombinasjonsinstrumentet separeres fordampede molekyler ved deres evne til å diffundere gjennom en bærergass. Ved å variere type, temperatur og strømningshastighet for bærergassen, kan forskjellige blandinger separeres for å gi rene, separate prøver av hver forbindelse. Optimalisering er nødvendig for å bestemme riktig innstilling av gasskromatograf og påfølgende massespektrometer. Når først prøvekilden er karakterisert, for eksempel i et produksjonsanlegg eller en naturlig kilde som en oljebrønn, gir disse instrumentene økonomiske, pålitelige resultater.