Hmotnostná spektrometria (MS) je analytická laboratórna technika na oddelenie zložiek vzorky ich hmota a elektrický náboj. Prístroj používaný v MS sa nazýva hmotnostný spektrometer. Vytvára hmotnostné spektrum, ktoré vynáša pomer hmotnosti k náboju (m / z) zlúčenín v zmesi.
Ako funguje hmotnostný spektrometer
Tri hlavné časti hmotnostného spektrometra sú ion zdroj, hmotnostný analyzátor a detektor.
Krok 1: Ionizácia
Počiatočná vzorka môže byť pevná látka, kvapalina alebo plyn. Vzorka sa odparí na a plynový a potom ionizovaný zdrojom iónov, zvyčajne stratou elektrónu, aby sa stal katiónom. Dokonca aj druhy, ktoré normálne tvoria anióny alebo zvyčajne nevytvárajú ióny, sa konvertujú na katióny (napr. Halogény ako chlór a vzácne plyny ako argón). Ionizačná komora je udržiavaná vo vákuu, takže vzniknuté ióny môžu cez prístroj postupovať bez toho, aby do vzduchu vchádzali do molekúl. Ionizácia je od elektrónov, ktoré sa vyrábajú zahrievaním kovovej cievky, až kým sa neuvoľnia elektróny. Tieto elektróny sa zrážajú s molekulami vzoriek a zrazia jeden alebo viac elektrónov. Pretože odstránenie viac ako jedného elektrónu vyžaduje viac energie, väčšina katiónov produkovaných v ionizačnej komore nesie náboj +1. Pozitívne nabitá kovová platňa posúva vzorkové ióny do ďalšej časti stroja. (Poznámka: Mnoho spektrometrov pracuje v negatívnom i pozitívnom iónovom režime, preto je dôležité poznať nastavenie, aby ste mohli analyzovať údaje.)
Krok 2: Zrýchlenie
V hmotnostnom analyzátore sa potom ióny urýchlia cez potenciálny rozdiel a zamerali sa na lúč. Účelom zrýchlenia je poskytnúť všetkým druhom rovnakú kinetickú energiu, ako napríklad spustenie závodu so všetkými bežcami na tej istej línii.
Krok 3: Priehyb
Iónový lúč prechádza magnetickým poľom, ktoré ohýba nabitý prúd. Ľahšie komponenty alebo komponenty s vyšším iónovým nábojom sa v poli vychylia viac ako ťažšie alebo menej nabité komponenty.
Existuje niekoľko rôznych typov analyzátorov hmotnosti. Analyzátor času letu (TOF) urýchľuje ióny na rovnaký potenciál a potom určuje, ako dlho je potrebné, aby zasiahli detektor. Ak všetky častice začínajú rovnakým nábojom, rýchlosť závisí od hmotnosti a ľahšie komponenty sa dostanú do detektora ako prvý. Iné typy detektorov merajú nielen to, koľko času trvá, než sa častica dostane do detektora, ale koľko je vychýlené elektrickým a / alebo magnetickým poľom, čo okrem spravodlivých informácií poskytuje hmota.
Krok 4: Detekcia
Detektor počíta počet iónov pri rôznych výchylkách. Dáta sú vynesené do grafu alebo spektra rôzne hmotnosti. Detektory pracujú tak, že zaznamenávajú indukovaný náboj alebo prúd spôsobený iónom narážajúcim na povrch alebo okolo neho. Pretože je signál veľmi malý, možno použiť multiplikátor elektrónov, Faradayov pohár alebo detektor iónov na fotóny. Signál je značne zosilnený, aby sa vytvorilo spektrum.
Použitie hmotnostnej spektrometrie
MS sa používa na kvalitatívnu aj kvantitatívnu chemickú analýzu. Môže sa použiť na identifikáciu prvkov a izotopov vzorky, na určenie hmotnosti molekúl a ako nástroj na pomoc pri identifikácii chemických štruktúr. Môže merať čistotu vzorky a molárnu hmotnosť.
Klady a zápory
Veľkou výhodou hromadnej špecifikácie oproti mnohým iným technikám je to, že je neuveriteľne citlivá (na milión dielov). Je to vynikajúci nástroj na identifikáciu neznámych komponentov vo vzorke alebo na potvrdenie ich prítomnosti. Nevýhody hromadnej špecifikácie sú v tom, že nie je dobré identifikovať uhľovodíky, ktoré produkujú podobné ióny, a nedokáže od seba rozlíšiť optické a geometrické izoméry. Nevýhody sa kompenzujú kombináciou ČŠ s inými technikami, ako je plynová chromatografia (GC-MS).