Fundamentos y Mecanismos de la Espectrometría de Masas (EM) y su Relación con la Cromatografía
Introducción a la Espectrometría de Masas
La espectrometría de masas es una técnica experimental que permite la medición de iones derivados de moléculas. El espectrómetro de masas es un instrumento que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos e isótopos atómicos, separando los núcleos atómicos en función de su relación masa-carga (m/z).
El espectrómetro de masas mide razones carga/masa de iones, calentando un haz de material del compuesto a analizar hasta vaporizarlo e ionizar los diferentes átomos. La espectrometría de masas se fundamenta en la separación de partículas moleculares o atómicas por su diferente masa.
Proceso Básico de la Espectrometría de Masas
El proceso de la espectrometría de masas comprende básicamente cuatro etapas:
- Ionización de la muestra.
- Aceleración de los iones por un campo eléctrico.
- Dispersión de los iones según su relación masa/carga.
- Detección de los iones y producción de la correspondiente señal eléctrica.
Resolución en Espectrometría
La resolución (m/Δm) es la capacidad de separar y medir masas de iones de similar masa molecular.
Componentes Fundamentales del Espectrómetro
Un espectrómetro de masas tiene tres componentes fundamentales:
- La fuente de ionización.
- El analizador de masa.
- El detector.
El analizador de masa utiliza un campo eléctrico o magnético para afectar la trayectoria o la velocidad de las partículas cargadas de una cierta manera.
Principios Físicos: La Fuerza de Lorentz
La fuerza ejercida por los campos eléctricos y magnéticos es definida por la fuerza de Lorentz:
Donde E es la fuerza del campo eléctrico, B es la inducción del campo magnético, q es la carga de la partícula, v es su velocidad y X simboliza el producto vectorial. Todos los analizadores utilizan las fuerzas de Lorentz de una manera u otra en la determinación de la relación masa-carga.
El Detector y el Espectro de Masa
El detector registra la carga inducida o la corriente producida cuando un ion pasa cerca o golpea una superficie. La señal es producida en el detector durante la trayectoria de la misma y generará un espectro de masa.
Sistema General de Componentes
Los componentes clave del sistema incluyen:
- Sistema de entrada de muestras.
- Cámara de ionización.
- Acelerador.
- Analizadores.
- Detector.
Ionización de la Muestra y Fórmulas de Velocidad
La ionización de la muestra se consigue por bombardeo mediante electrones (e-) según el proceso:
M + e- → M+ + 2e-
La velocidad que adquieren los iones viene regida por la fórmula:
v = [2eV/m]1/2
Y el radio de curvatura es:
r = (2Vm/H2e)1/2
La Cromatografía como Método de Separación
La cromatografía es un método físico de separación para la caracterización de mezclas complejas. Las técnicas cromatográficas[1] son muy variadas, pero en todas ellas hay dos fases esenciales:
- Fase móvil: Consiste en un fluido (gas, líquido o fluido supercrítico) que arrastra a la muestra.
- Fase estacionaria: Se trata de un sólido o un líquido fijado en un sólido.
Los componentes de la mezcla interaccionan de distinta forma con la fase estacionaria. De este modo, los componentes atraviesan la fase estacionaria a distintas velocidades y se van separando.