Co to jest spektrometr masowy gazu?

Spektrometr masowy gazu jest instrumentem analitycznym stosowanym do określania stężenia pierwiastków w znanych próbkach oraz jako narzędzie do wnioskowania o składzie nieznanych próbek. Działa poprzez wykrywanie ugięcia naładowanych jonów pochodzących z atomu lub cząsteczki w polu magnetycznym. W analizie nieorganicznej każdy atom elementarny wytwarza charakterystyczne spektrum. Mniej masywne atomy są bardziej odchylane, podobnie jak atomy o większym ładunku. Kilka ulepszeń tej podstawowej konfiguracji sprawia, że ​​spektrometr masowy gazu jest przydatny w analizie organicznej, a także w oznaczaniu pierwiastków.

W podstawowym spektrometrze masowym gazu stosowanym do analizy elementarnej próbka cieczy jest najpierw przygotowywana przez ekstrakcję lub w inny sposób izolację elementu będącego przedmiotem zainteresowania od pierwotnej próbki. Ciecz jest następnie odparowywana i jonizowana przez bombardowanie strumieniem elektronów, który zrzuca jeden lub więcej elektronów z atomu. Teraz dodatnio naładowany jon przechodzi przez pole magnetyczne pod kątem prostym, który wywiera siłę boczną na jon. Stopień odchylenia jest wprost proporcjonalny do stosunku ładunku do masy jonów.

Chociaż zasada spektrometru masowego gazu jest łatwa do zrozumienia, przyrząd stanowi staranne połączenie komponentów. Odparowana próbka jest wprowadzana do opróżnionej komory jonizacyjnej. Wymagana jest próżnia, inaczej nowo powstały jon wkrótce zderzy się z cząsteczką powietrza. W komorze jonizacyjnej podgrzewana elektrycznie cewka metalowa promieniuje elektrony na boki, odbijając elektrony od atomów, tworząc jony, które są następnie gromadzone w pułapce elektronowej. Komora jonizacyjna pracuje przy dodatnim napięciu 10 000 woltów.

Jony dodatnie są przyspieszane z komory jonizacyjnej przez płytkę odpychającą jony utrzymywaną przy nieco wyższym napięciu dodatnim. Strumień wysoce energetyzowanych cząstek jest skoncentrowany w ciasną wiązkę, a następnie przechodzi przez pole magnetyczne indukowane przez elektromagnes. W zależności od stosunku masy do ładunku jony będą odchylane w mniejszym lub większym stopniu. Ładunek elektromagnesu można zmieniać, aby skupić interesujący strumień jonów na płytce detekcyjnej. Detektor porównuje prąd elektryczny wytwarzany przez każdy strumień jonów, aby określić względną obfitość.

Każdy element ma charakterystyczne spektrum. Widmo to wykres względnej obfitości każdego stosunku ładunku do masy. Każda linia na wykresie jest związana ze względnym stężeniem jonów wytwarzanych przez strącenie pierwszego elektronu, a następnie drugiego elektronu, trzeciego i tak dalej. Porównując widmo do elementarnych widm masowych w referencjach, można ustalić element wytwarzający widmo.

Zastosowanie spektrometru masowego gazu w analizie organicznej jest nieco bardziej skomplikowane. Związki organiczne stworzą dużą różnorodność zjonizowanych fragmentów w komorze jonizacyjnej. Widma masowe nawet prostych związków organicznych są znacznie bardziej złożone i często podlegają większej interpretacji. Spektrometr masowy gazu można zastosować do potwierdzenia tożsamości związku organicznego, jeśli widmo jest bardzo czyste, ale często wymagane są skorelowane wyniki innych technik.

W spektrometrze masowym chromatografii gazowej (GC / MS) mieszaninę związków najpierw rozdziela się metodą chromatografii gazowej, a następnie podaje do spektrometru masowego gazu. W części dotyczącej tego chromatografii gazowej tego połączonego przyrządu odparowane cząsteczki oddzielają się ze względu na ich zdolność do dyfuzji przez gaz nośny. Zmieniając rodzaj, temperaturę i szybkość przepływu gazu nośnego, można rozdzielić różne mieszaniny, aby uzyskać czyste, oddzielne próbki każdego związku. Optymalizacja jest konieczna do ustalenia prawidłowego chromatografu gazowego i kolejnych ustawień spektrometru mas. Po scharakteryzowaniu źródła próbki, na przykład w zakładzie produkcyjnym lub źródle naturalnym, takim jak szyb naftowy, instrumenty te dają ekonomiczne, wiarygodne wyniki.