ESPECTROMETRO DE MASAS

HISTORIA Diseñado por primera vez por Francis William Aston en 1919, y mejorado posteriormente por Kenneth Bainbridge y otros, fue desarrollado para medir las masas de los isótopos. En el espectrómetro de Aston la precisión al medir las diferencias de masas era de 1 parte de 10000. Actualmente, ha mejorado por la introducción de un selector de velocidades entre la fuente de iones y el imán, y asi determinar la velocidad exactamente la velocidad de los iones y limitar el margen de velocidades de los iones que entran en el imán.

El espectrómetro de masas se utiliza para determinar la relación masa carga de iones de carga conocida midiendo el radio de sus órbitas circulares en un campo magnético conocido. La ecuación 1: 𝑹= 𝒎𝒗 𝒒𝑩 nos ofrece el radio r, de la orbita circular para una partícula de masa m y carga q, que va a una velocidad v, choca perpendicularmente con un campo magnético B.

DIBUJO ESQUEMATICO DE UN ESPECTROMETRO DE MASAS http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/03/htm/sec_34.htm Los iones procedentes de la fuente iónica se aceleran bajo una diferencia de potencial ∆V y entran en un campo magnético uniforme. El campo magnético es perpendicular y saliente del plano del papel como indican los puntos dibujados. Los iones se curvan en arcos circulares y chocan sobre una placa fotográfica a una distancia x. El radio de la circunferencia es proporcional a la masa del ión.

DEDUCCIÓN RELACIÓN MASA-CARGA Los iones procedentes de una fuente, son acelerados por campo eléctrico y entran en un campo magnético uniforme por un electroimán. Si los iones parten del reposo y se mueven a través de un ∆V, su energía cinética cuando entren en el imán es igual a la pérdida de potencial: 1 2 𝑚 𝑣 2 =𝑞∆𝑉 – 2 De la ecuación 1, se despeja la velocidad y se eleva al cuadrado: 𝑣 2 = 𝑟𝑞𝐵 𝑚 2 y se remplaza en 2. Y despejando la relación carga-masa resulta: 𝑚 𝑞 = (𝐵𝑟) 2 2∆𝑉

Principales componentes de un espectrómetro de masas http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/8249/4/T5masas.pdf

Esquema del funcionamiento Filamento Moléculas neutras Placa de repulsión Placas de aceleración y centrado cargadas negativamente imán Tubo de análisis Salida de iones Bomba de vacio Analito Iones cargados positivamente (Desviados de acuerdo a m/z) Moléculas neutras, filamentos neutros e iones negativos Haz de electrones Colector Dispositivo de lectura imán imán http://mural.uv.es/caloan/

Funcionamiento Se vaporiza la muestra del material a ser analizado, a través de diversos procedimientos, entre los más usados, el bombardeo por un haz de electrones a alta velocidad. Mediante el anterior proceso, la sustancia pierde algunos electrones y se fragmenta dando diferentes iones, radicales y moléculas neutras. Los iones (moléculas o fragmentos cargados) son entonces conducidos mediante un acelerador de iones a un tubo analizador curvado sobre el que existe un fuerte campo magnético a un lado del compartimiento que atrae a cada uno de los iones con la misma fuerza (suponiendo carga idéntica) y los desvían sobre un detector. Naturalmente, los iones más ligeros se desviarán más que los iones pesados porque la fuerza en cada ion es igual pero tienen menos masa. Luego son conducidos a un colector/analizador sobre el que se recogen los impactos de dichos iones en función de la relación carga/masa de los mismos

Principio básico de funcionamiento (analizador de masa o tubo de analisis) El analizador de masa es la pieza más flexible del espectrómetro de masa. Utiliza un campo eléctrico o magnético para afectar la trayectoria o la velocidad de las partículas cargadas de una cierta manera. La fuerza ejercida por los campos eléctricos y magnéticos es definida por la FUERZA DE LORENTZ: 𝐹=𝑞 𝐸+𝑣×𝐵 E: campo eléctrico B: inducción de campo magnético q: carga de la partícula v: carga de la partícula Según lo demostrado, los instrumentos del área cambia la dirección de los iones que están volando a través del analizador total. Los iones incorporan un campo magnético o el campo eléctrico que dobla las trayectorias del ion dependientes en su masa y carga, desviando la mudanza más rápida, iones más ligeros más. Así, el analizador dirige las partículas al detector/colector, variando un campo eléctrico o magnético que se basa en el cociente masa/carga (m/z).

BIBLIOGRAFIA Fundamentos y funciones de la espectrometría de masas. Universidad de Valencia. Facultad de Farmacia. Departamento de Quimica Analitica. Espectrometría de masas. Museo Nacional de Ciencias Naturales de España. Unidad de Espectrometría de masas, Técnicas. Servicios Centrales de Apoyo a la Investigación (SCAI). España. Espectrómetro de masas. Apicultrura wiki. Tipler, Paul. Fisica. Tercera Edición.