Hmotnostní spektrometrie (MS) je analytická laboratorní technika k oddělení složek vzorku jejich Hmotnost a elektrický náboj. Přístroj používaný v MS se nazývá hmotnostní spektrometr. Vytváří hmotnostní spektrum, které vynáší poměr hmotnosti k náboji (m / z) sloučenin ve směsi.
Jak funguje hmotnostní spektrometr
Tři hlavní části hmotnostního spektrometru jsou ion zdroj, hmotnostní analyzátor a detektor.
Krok 1: Ionizace
Počáteční vzorek může být pevná látka, kapalina nebo plyn. Vzorek se odpaří na a plyn a poté ionizován zdrojem iontů, obvykle ztrátou elektronu, aby se stal kationtem. Dokonce i druhy, které normálně vytvářejí anionty nebo obvykle nevytvářejí ionty, se převádějí na kationty (např. Halogeny jako chlor a vzácné plyny jako argon). Ionizační komora je udržována ve vakuu, takže vytvořené ionty mohou postupovat nástrojem, aniž by do vzduchu vcházely do molekul. Ionizace je od elektronů, které se vyrábějí zahříváním kovové cívky, dokud neuvolní elektrony. Tyto elektrony se srazí s molekulami vzorků a srazil jeden nebo více elektronů. Protože odstranění více než jednoho elektronu vyžaduje více energie, většina kationtů produkovaných v ionizační komoře nese náboj +1. Pozitivně nabitá kovová deska tlačí ionty vzorku do další části stroje. (Poznámka: Mnoho spektrometrů pracuje v negativním iontovém režimu nebo v pozitivním iontovém režimu, proto je důležité znát nastavení, aby bylo možné data analyzovat.)
Krok 2: Zrychlení
V hmotnostním analyzátoru jsou ionty urychleny přes potenciální rozdíl a zaměřil se do paprsku. Účelem zrychlení je poskytnout všem druhům stejnou kinetickou energii, jako začít závod se všemi běžci na stejné linii.
Krok 3: Průhyb
Iontový paprsek prochází magnetickým polem, které ohýbá nabitý proud. Lehčí komponenty nebo komponenty s více iontovým nábojem se budou v poli vychýlit více než těžší nebo méně nabité komponenty.
Existuje několik různých typů hmotnostních analyzátorů. Analyzátor času letu (TOF) urychluje ionty na stejný potenciál a poté určuje, jak dlouho je potřeba, aby zasáhly detektor. Pokud všechny částice začínají se stejným nábojem, rychlost závisí na hmotnosti, přičemž lehčí komponenty dosáhnou nejprve detektoru. Jiné typy detektorů měří nejen to, kolik času trvá, než částice dosáhne detektoru, ale kolik je vychýleno elektrickým a / nebo magnetickým polem, což kromě spravedlivých informací přináší Hmotnost.
Krok 4: Detekce
Detektor počítá počet iontů při různých výchylkách. Data jsou vynesena do grafu nebo spektra různé masy. Detektory pracují tak, že zaznamenávají indukovaný náboj nebo proud způsobený iontem dopadajícím na povrch nebo kolem něj. Protože je signál velmi malý, lze použít multiplikátor elektronů, Faradayův pohár nebo detektor iontů na foton. Signál je velmi zesílen, aby se vytvořilo spektrum.
Použití hmotnostní spektrometrie
MS se používá pro kvalitativní i kvantitativní chemickou analýzu. Může být použit k identifikaci prvků a izotopů vzorku, ke stanovení hmotností molekul a jako nástroj k identifikaci chemických struktur. Může měřit čistotu vzorku a molární hmotnost.
Výhody a nevýhody
Velkou výhodou hromadné specifikace oproti mnoha jiným technikám je, že je neuvěřitelně citlivá (na milion dílů). Je to vynikající nástroj pro identifikaci neznámých komponent ve vzorku nebo pro potvrzení jejich přítomnosti. Nevýhody hromadné specifikace spočívají v tom, že není příliš dobrá v identifikaci uhlovodíků, které produkují podobné ionty, a není schopna rozeznat optické a geometrické izomery odděleně. Nevýhody jsou kompenzovány kombinací MS s jinými technikami, jako je plynová chromatografie (GC-MS).