Hva massespektrometri er og hvordan det fungerer

Massespektrometri (MS) er en analytisk laboratorieteknikk for å skille komponenter i en prøve med deres masse og elektrisk lading. Instrumentet som brukes i MS kalles massespektrometer. Det produserer et massespektrum som plotter forholdet mellom masse og ladning (m / z) av forbindelser i en blanding.

De tre hoveddelene av et massespektrometer er ion kilde, masseanalysator og detektor.

Trinn 1: Ionisering

Den innledende prøven kan være et fast stoff, en væske eller en gass. Prøven fordampes til et gass og deretter ionisert av ionekilden, vanligvis ved å miste et elektron for å bli en kation. Selv arter som normalt danner anioner eller vanligvis ikke danner ioner blir konvertert til kationer (f.eks. Halogener som klor og edle gasser som argon). Ioniseringskammeret holdes i et vakuum slik at ionene som produseres kan gå gjennom instrumentet uten å løpe inn i molekyler fra luften. Ionisering er fra elektroner som produseres ved å varme opp en metallspole til den frigjør elektroner. Disse elektronene kolliderer med prøvemolekyler og slår av en eller flere elektroner. Siden det tar mer energi å fjerne mer enn ett elektron, har de fleste kationer produsert i ioniseringskammeret en ladning på +1. En positiv ladet metallplate skyver prøveionene til neste del av maskinen. (Merk: Mange spektrometre fungerer i enten negativ ionemodus eller positiv ionemodus, så det er viktig å vite innstillingen for å analysere dataene.)

Trinn 2: Akselerasjon

I masseanalysatoren akselereres deretter ionene gjennom en potensiell forskjell og fokuserte inn i en bjelke. Hensikten med akselerasjonen er å gi alle arter den samme kinetiske energien, som å starte et løp med alle løpere på samme linje.

Trinn 3: Avbøying

Ionstrålen passerer gjennom et magnetfelt som bøyer den ladede strømmen. Lettere komponenter eller komponenter med mer ionisk ladning vil avlede i feltet mer enn tyngre eller mindre ladede komponenter.

Det er flere forskjellige typer masseanalysatorer. En TOF-analysator akselererer ioner til det samme potensialet og bestemmer deretter hvor lang tid som er nødvendig for at de skal treffe detektoren. Hvis partiklene alle starter med samme ladning, avhenger hastigheten av massen, med lettere komponenter som når detektoren først. Andre typer detektorer måler ikke bare hvor lang tid det tar for en partikkel å nå detektoren, men hvor mye det avbøyes av et elektrisk og / eller magnetisk felt, noe som gir informasjon foruten bare masse.

Trinn 4: Oppdagelse

En detektor teller antall ioner ved forskjellige avbøyninger. Dataene er plottet som en graf eller et spektrum av forskjellige masser. Detektorer fungerer ved å registrere den induserte ladningen eller strømmen forårsaket av et ion som treffer en overflate eller går forbi. Fordi signalet er veldig lite, kan en elektronmultiplikator, Faraday kopp eller ion-til-fotondetektor brukes. Signalet er sterkt forsterket for å produsere et spekter.

MS brukes til både kvalitativ og kvantitativ kjemisk analyse. Det kan brukes til å identifisere elementer og isotoper i en prøve, for å bestemme massene av molekyler, og som et verktøy for å identifisere kjemiske strukturer. Den kan måle prøvens renhet og molmasse.

En stor fordel med massespesifikasjoner i forhold til mange andre teknikker er at den er utrolig følsom (deler per million). Det er et utmerket verktøy for å identifisere ukjente komponenter i en prøve eller bekrefte deres tilstedeværelse. Ulempene med massespesifikasjoner er at det ikke er veldig bra med å identifisere hydrokarboner som produserer lignende ioner, og at det ikke er i stand til å skille optiske og geometriske isomerer fra hverandre. Ulempene kompenseres for ved å kombinere MS med andre teknikker, slik som gasskromatografi (GC-MS).