Definición de unidad de masa atómica Definición de amu (atomic mass unit): 1 amu es la doceava parte de la masa de un átomo 12C aislado, en reposo, y en su estado fundamental.

Espectroscopía de masas Conceptos básicos de Espectroscopios de masa. Fuente de iones La sustancia de a ser examinada es obtenida de la forma de iones atómicos o moléculas libres. Los iones poseen una o múltiples cargas positivas. Fuente de iones Haz divergente de iones positivos. Distribución continua de velocidades v. Conjunto discreto de valores 2

Espectroscopía de masas Hay dos parámetros independientes a determinar: v y M. Se requieren dos ecuaciones. Se realizan dos operaciones independientes sobre el haz. Mediante la aplicación de conocidos campos estáticos, magnéticos o eléctricos, se pueden determinar la energía cinética y la cantidad de movimiento Mv de cada ion. Los filtros de energía y cantidad de movimiento se aplican consecutivamente sobre el haz de iones. 3

Espectroscopía de masas Filtros de energía Filtro de energía de condensador cilíndrico: Dos sectores conductores cilíndricos uniaxiales, a una diferencia de potencial apropiada para producir un campo eléctrico radial uniforme. : Radio de curvatura de la trayectoria. : Campo eléctrico radial 4

Espectroscopía de masas Filtro de energía por aceleración Placas cargadas tal que hay una diferencia de potencial U. 5

Espectroscopía de masas Filtros de cantidad de movimiento 6

Espectroscopía de masas Filtro de velocidad 7

Espectroscopía de masas Espectroscopios de masa Fuente de iones y combinación de filtros que provee un medio de formar y observar espectros de masa. Hay dos clases generales: Espectrógrafos de masa: Aparatos capaces de producir un espectro de masa de líneas sobre una placa fotográfica o sobre una pantalla fosforescente. Espectrómetros de masa: Aparatos donde el haz es enfocado sobre una rendija fija y allí los iones son detectados y medidos eléctricamente. 8

Espectroscopía de masas Espectrógrafo de masa de doble enfoque

Espectroscopía de masas Espectrómetro de masa de doble enfoque

Espectroscopia de masas Esquematización del paso de una muestra por los principales componentes de un instrumento de espectroscopia de masas. http://www.ugr.es/~quio red/espec/ms1.html

Espectroscopia de masas Esquematización del paso de una muestra por los principales componentes de un instrumento de espectroscopia de masas. http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/espectrometro.html

Espectroscopia de masas Aspecto clásico de un espectrograma de masas, en el que se señalan su pico base y su ión molecular más importante. La tabla situada a la derecha nos indica la concentración y la relación m/z de cada uno de los elementos presentes en la muestra analizada. Como consecuencia del bombardeo electrónico en la cámara de ionización, las moléculas se rompen en una serie de fragmentos, siempre que una misma molécula se rompa en las mismas condiciones nos dará el mismo tipo y número de fragmentos y constituyen la fragmentación patrón. Gracias a esto se pueden determinar que es la muestra por comparación y por otra parte, la intensidad relativa de los distintos picos, permite deducir la proporción en que cada componente se encuentra en la muestra. http://www.ugr.es/~quio red/espec/ms1.html

Espectroscopia de masas El pico del espectrograma que aparece con valor más elevado de m/e corresponde a la molécula ionizada sin fragmentar y recibe el nombre de masa patrón. Esta masa patrón nos permite determinar con rapidez y precisión la masa molecular, siempre que se opere con una tensión de ionización no excesivamente elevada, la cual produciría la fragmentación total de la molécula. El pico mayor del espectrograma de masa se llama pico base. Normalmente la altura de este pico se toma como valor cien. Las intensidades de los demás picos se expresan en porcentajes de la intensidad del pico base.

Espectroscopía de masas El método del doblete en la espectroscopía de masas La alta dispersión disponible en las espectroscopías de masa permite la completa resolución de iones que tienen el mismo valor entero de ne/M pero ligeramente diferente valor numérico. Diferencias de masas pueden ser obtenidas con alta precisión. Ajustando la fuente de iones o el tiempo de exposición se pueden obtener dobletes de masa (cuando el haz analizado tenga dos componentes con el mismo valor entero de ne/M ) de igual intensidad. El método es ilustrando en la Figura siguiente donde se muestra el doblete (en realidad, un triplete) correspondiente a iones moleculares mono ionizados, cada uno con número de masa total 28. 15

Espectroscopía de masas

Espectroscopía de masas Los dobletes fundamentales O,C,D,H A partir de estos dobletes pueden relacionarse las masas de los isótopos 12C, 16O, 2H y 1H. Los tres dobletes de masa son: Para simplificar la notación escribimos:

Espectroscopía de masas Experimentalmente se observan los valores a, b y c para la separación de los dobletes. Tenemos las siguientes ecuaciones: Datos esperados con valores actuales de masas atómicas. 18

Espectroscopía de masas Con los datos a, b y c medidos se pueden calcular las masas de 1H , 2H, 16O y , sabiendo que la masa del 12C es 12 uma. En la tabla II se dan valores para determinar las masas del y de la misma manera. Phys. Rev. 84, 717 (1951) Atención al hecho que en el año 1951 la uma se definía tal que la masa atómica del 16O era 16 umas. 19

Espectroscopía de masas Verificación experimental de la equivalencia entre masa y energía La primera comparación experimental directa de la energía liberada en una reacción nuclear y el cambio en la masa total en reposo fue hecha en 1933 por Bainbridge.

Espectroscopía de masas Valores Q de reacciones comparados con dobletes de espectroscopía de masa Consideremos la reacción nuclear: Q es la energía cinética liberada en la reacción cuando 15N se forma en su nivel fundamental.

Espectroscopía de masas Si Reacción exoérgica. Reacción endoérgica. Para Se puede encontrar el Q de la reacción con la medida de dobletes espectroscópicos: [Jordan y Bainbridge, Phys. Rev. 50,98L (1936)]

Diagramas de energía para reacciones nucleares Núcleo compuesto excitado Tout Tin 20 Mev 14N + 2H Q=8.61 Mev 15N + 1H 14N + 2H = 16 amu + 20.71 MeV 15N + 1H = 16 amu + 12.10 MeV Nivel fundamental del núcleo compuesto 16 amu 0 Mev 16O