Vad är en gasmasspektrometer?
En gasmasspektrometer är ett analytiskt instrument som används för att bestämma koncentrationen av element i kända prover och som ett verktyg för att härleda sammansättningen av okända prover. Det fungerar genom att detektera avböjningen av laddade joner härledda från atomen eller molekylen i ett magnetfält. I oorganisk analys producerar varje elementatom ett karakteristiskt spektrum. Mindre massiva atomer avböjs mer, liksom atomer med en större laddning. Flera förbättringar av denna grundkonfiguration gör gasmasspektrometern användbar i organisk analys samt elementär bestämning.
I basmassaspektrometrar som används för elementanalys framställs ett vätskeprov först genom att extrahera eller på annat sätt isolera det intressanta elementet från det ursprungliga provet. Vätskan förångas sedan och joniseras genom bombardemang med en elektronström som slår av en eller flera elektroner från atomen. Den nu positivt laddade jonen passerar genom ett magnetfält i rät vinkel, vilket utövar en sidokraft på jonen. Graden av avböjning är direkt proportionell mot laddningen till massförhållandet för jonerna.
Medan principen för gasmasspektrometern är lätt att förstå, är instrumentet en försiktig kombination av komponenter. Det förångade provet införs i en evakuerad joniseringskammare. Ett vakuum krävs, annars skulle den nyskapade jonen snart kollidera med en luftmolekyl. I joniseringskammaren strålar en elektriskt uppvärmd metallspole elektroner i sidled och slår av elektroner från atomerna som bildar joner, som sedan samlas upp i en elektronfälla. Joniseringskammaren drivs med positiva 10 000 volt.
De positiva jonerna accelereras ut ur joniseringskammaren med en jonavvisande platta som hålls vid en något högre positiv spänning. Strömmen av mycket kraftiga partiklar koncentreras till en tät stråle och passeras sedan genom ett magnetfält inducerat av en elektromagnet. Beroende på förhållandet massa till laddning kommer jonerna att avböjas i mindre eller större utsträckning. Laddningen på elektromagneten kan varieras för att sätta i fokus jonströmmen av intresse på detektionsplattan. Detektorn jämför den elektriska strömmen som produceras av varje jonström för att bestämma den relativa mängden.
Varje element har ett karakteristiskt spektrum. Ett spektrum är ett diagram över den relativa mängden av varje laddning / massförhållande. Varje linje på diagrammet är relaterad till den relativa koncentrationen av joner som produceras genom att slå av den första elektronen, följt av den andra elektronen, den tredje och så vidare. Genom att jämföra ett spektrum med elementära massspektra i referenser kan elementet som producerar spektrumet bestämmas.
Användningen av gasmasspektrometern i organisk analys är lite mer komplicerad. Organiska föreningar skapar en stor mängd joniserade fragment i joniseringskammaren. Masspektra för även enkla organiska föreningar är mycket mer komplexa och utsätts ofta för mer tolkning. Gasmasspektrometern kan användas för att bekräfta identiteten hos en organisk förening om spektrumet är mycket rent, men ofta krävs korrelationsresultat från andra tekniker.
I en gaskromatografimasspektrometer (GC / MS) separeras först en blandning av föreningar genom gaskromatografi och matas sedan till en gasmasspektrometer. I gaskromatografidelen av detta kombinationsinstrument separeras förångade molekyler genom deras förmåga att diffundera genom en bärgas. Genom att variera typen, temperaturen och flödeshastigheten för bärargasen kan olika blandningar separeras för att ge rena, separata prover av varje förening. Optimering är nödvändig för att bestämma rätt gaskromatograf och efterföljande inställningar för masspektrometer. När provkällan väl har karakteriserats, såsom i en tillverkningsanläggning eller en naturlig källa såsom en oljebrunn, ger dessa instrument ekonomiska och tillförlitliga resultat.