Espectrómetro de masa
El espectrómetro de masas es un instrumento analítico que se utiliza para determinar la cantidad y tipo de las masas moleculares, o la relatividad de los isótopos y la composición química de las muestras. Su principio de funcionamiento de basa en medir la relación masa a carga eléctrica") y la abundancia de iones en la fase gaseosa.[1].
En un procedimiento típico de un espectrómetro de masa, una muestra, que puede ser sólida, líquida o gaseosa, se ioniza, por ejemplo, bombardeándola con un haz de electrones. Esto puede hacer que algunas de las moléculas de la muestra se rompan en fragmentos cargados positivamente o simplemente se carguen positivamente sin fragmentarse. Luego, estos iones (fragmentos) se separan según su relación masa-carga, por ejemplo acelerándolos y sometiéndolos a un campo eléctrico o magnético: los iones con la misma relación masa-carga sufrirán la misma cantidad de deflexión. [2] Los iones se detectan mediante un mecanismo capaz de detectar partículas cargadas, como un multiplicador de electrones. Los resultados se muestran como espectros de la intensidad de la señal de los iones detectados en función de la relación masa-carga. Los átomos o moléculas de la muestra se pueden identificar correlacionando masas conocidas (por ejemplo, una molécula completa) con las masas identificadas o mediante un patrón de fragmentación característico.
Se caracterizan por poseer un medio para introducir las sustancias que se requiera analizar, un mecanismo para ionizar las sustancias, un acelerador que dirige los iones hacia el instrumento de medida, y un mecanismo que separe los iones analizados y registre el resultado (que por lo general son registrados eléctricamente en forma de gráficas).
El espectro energético de las partículas de masa conocida también puede medirse determinando el tiempo de vuelo entre dos detectores (y, por tanto, la velocidad) en un espectrómetro de tiempo de vuelo. Alternativamente, si se conoce la velocidad, se pueden determinar las masas en un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo.
Un espectrómetro de tiempo de vuelo (TOF, por sus siglas en inglés) es un instrumento utilizado principalmente para medir la masa de los iones en función de su tiempo de vuelo a través de un tubo de vacío. En este dispositivo, los iones se aceleran mediante un campo eléctrico y luego viajan a través de un espacio vacío hacia un detector. Dado que los iones con diferentes masas tendrán diferentes velocidades, el tiempo que tardan en llegar al detector varía según su masa. Este tiempo se utiliza para calcular la relación masa/carga (m/z) de los iones, lo que permite la identificación y cuantificación de diferentes compuestos en una muestra.
El funcionamiento básico de un espectrómetro TOF implica la siguiente secuencia de pasos: primero, los átomos o moléculas de la muestra se ionizan, generalmente mediante un proceso de ionización por láser o por una fuente de iones. Una vez ionizados, los iones son acelerados por un campo eléctrico y viajan a través del tubo de vuelo. Cuanto mayor sea la masa del ion, más lento será su vuelo, y cuanto menor sea su masa, más rápido llegará al detector. El detector mide el tiempo exacto que tardan los iones en llegar, lo que permite calcular su relación masa/carga.
Los espectrómetros TOF son especialmente útiles cuando se requiere una alta resolución en la medición de masas y cuando se trabajan con mezclas complejas. Son ideales para aplicaciones en proteómica, análisis de biomoléculas, análisis de compuestos químicos complejos, y en la industria farmacéutica para la caracterización de fármacos. También son recomendados en situaciones donde se necesita una alta precisión y rapidez en la adquisición de datos, como en la espectrometría de masas de alta resolución o en investigaciones de masas isotópicas.
Cuando una partícula con carga eléctrica (carga q, masa m) entra en un campo magnético constante B con un ángulo recto, es deflectada hacia una trayectoria circular de radio r, a causa de la fuerza de Lorentz. El momento p de la partícula se obtiene a partir de la relación.
donde m y v son la masa y velocidad de la partícula. El principio del foco del espectrómetro más antiguo y más simple, el espectrómetro semicircular,[3] inventado por J. K. Danisz, se muestra a la izquierda. Un campo magnético constante se encuentra aplicado en forma perpendicular a la hoja. Las partículas cargadas con momento p que pasan por la ranura son deflectadas en trayectorias circulares de radio r = p/qB. Se observa que todas ellas colisionan con la línea horizontal en casi el mismo punto, el foco; allí debe colocarse un contador de partículas. Variando B, ello permite medir el espectro de energía de las partículas alfa en un espectrómetro de partículas alfa, de partículas beta en un espectrómetro de partículas beta,[4] de las partículas (o sea iones rápidos) en un espectrómetro de partículas, o para medir el contenido relativo de varias masas en un espectrómetro de masas.
Desde la época de Danysz, se han diseñado numerosos tipos de espectrómetros más complicados que el del tipo semicircular.[4].