Что такое газовый масс-спектрометр?

Газовый масс-спектрометр - это аналитический инструмент, используемый для определения концентрации элементов в известных образцах и в качестве инструмента для определения состава неизвестных образцов. Это работает, обнаруживая отклонение заряженных ионов, полученных из атома или молекулы в магнитном поле. В неорганическом анализе каждый элементарный атом производит характерный спектр. Менее массивные атомы больше отклоняются, как и атомы с большим зарядом. Несколько усовершенствований этой базовой конфигурации делают газовый масс-спектрометр полезным для органического анализа, а также для определения элементов.

В основных газовых масс-спектрометрах, используемых для элементного анализа, жидкая проба сначала готовится путем извлечения или иного выделения интересующего элемента из исходной пробы. Затем жидкость испаряется и ионизируется путем бомбардировки потоком электронов, который выбивает один или несколько электронов из атома. Теперь положительно заряженный ион проходит через магнитное поле под прямым углом, которое оказывает боковую силу на ион. Степень отклонения прямо пропорциональна отношению заряда к массе ионов.

Хотя принцип газового масс-спектрометра легко понять, прибор представляет собой тщательное сочетание компонентов. Испаренный образец вводится в вакуумированную ионизационную камеру. Требуется вакуум, или недавно созданный ион скоро столкнется с молекулой воздуха. В ионизационной камере электрически нагреваемая металлическая катушка излучает электроны вбок, отбрасывая электроны из атомов, образующих ионы, которые затем собираются в ловушке для электронов. Ионизационная камера работает при положительном напряжении 10000 вольт.

Положительные ионы ускоряются из ионизационной камеры ионно-отталкивающей пластиной, удерживаемой при немного более высоком положительном напряжении. Поток частиц под высоким напряжением концентрируется в плотный пучок, а затем проходит через магнитное поле, индуцированное электромагнитом. В зависимости от отношения массы к заряду ионы будут отклоняться в меньшей или большей степени. Заряд на электромагните может изменяться, чтобы сфокусировать интересующий поток ионов на пластине обнаружения. Детектор сравнивает электрический ток, производимый каждым потоком ионов, для определения относительного содержания.

Каждый элемент имеет характерный спектр. Спектр представляет собой диаграмму относительного содержания каждого соотношения заряд / масса. Каждая линия на графике связана с относительной концентрацией ионов, образующихся при сбивании первого электрона, затем второго электрона, третьего и т. Д. Сравнивая спектр с элементными масс-спектрами в ссылках, можно определить элемент, производящий спектр.

Использование газового масс-спектрометра в органическом анализе немного сложнее. Органические соединения создают большое разнообразие ионизированных фрагментов в ионизационной камере. Масс-спектры даже простых органических соединений намного сложнее и часто подвергаются большей интерпретации. Газовый масс-спектрометр может использоваться для подтверждения идентичности органического соединения, если спектр очень чистый, но часто требуются коррелирующие результаты других методов.

В масс-спектрометре газовой хроматографии (ГХ / МС) смесь соединений сначала разделяют газовой хроматографией, а затем подают в газовый масс-спектрометр. В части газовой хроматографии этого комбинированного прибора испаренные молекулы отделяются по своей способности диффундировать через газ-носитель. Изменяя тип, температуру и скорость потока газа-носителя, различные смеси могут быть разделены для получения чистых, отдельных образцов каждого соединения. Оптимизация необходима для определения правильного газового хроматографа и последующих настроек масс-спектрометра. Как только источник пробы охарактеризован, например, на заводе-изготовителе или природном источнике, таком как нефтяная скважина, эти приборы дают экономичные, надежные результаты.