Massespektrometri (MS) er en analytisk laboratorieteknik til at adskille komponenterne i en prøve med deres masse og elektrisk ladning. Instrumentet brugt i MS kaldes massespektrometer. Det producerer et massespektrum, der afbilder forholdet mellem masse og ladning (m / z) af forbindelser i en blanding.
Sådan fungerer et massespektrometer
De tre hoveddele af et massespektrometer er ion kilde, masseanalysator og detektor.
Trin 1: Ionisering
Den indledende prøve kan være et fast stof, en væske eller en gas. Prøven fordampes til a gas og derefter ioniseret af ionkilden, normalt ved at miste et elektron til at blive en kation. Selv arter, der normalt danner anioner eller normalt ikke danner ioner, konverteres til kationer (f.eks. Halogener som klor og ædelgasser som argon). Ioniseringskammeret holdes i et vakuum, så de ioner, der produceres, kan fortsætte gennem instrumentet uden at løbe ind i molekyler fra luften. Ionisering er fra elektroner, der produceres ved at opvarme en metalspole, indtil den frigiver elektroner. Disse elektroner kolliderer med prøvemolekyler og slår en eller flere elektroner fra. Da det tager mere energi at fjerne mere end et elektron, har de fleste kationer, der er produceret i ioniseringskammeret, en +1-ladning. En positiv ladet metalplade skubber prøveionerne til den næste del af maskinen. (Bemærk: Mange spektrometre fungerer i enten negativ iontilstand eller positiv iontilstand, så det er vigtigt at kende indstillingen for at analysere dataene.)
Trin 2: Acceleration
I masseanalysatoren accelereres derefter ionerne gennem en potentiel forskel og fokuseret ind i en bjælke. Formålet med acceleration er at give alle arter den samme kinetiske energi, som at starte et løb med alle løbere på samme linje.
Trin 3: Afbøjning
Ionstrålen passerer gennem et magnetfelt, der bøjer den ladede strøm. Lettere komponenter eller komponenter med mere ionisk ladning vil afbøje marken mere end tungere eller mindre ladede komponenter.
Der er flere forskellige typer masseanalysatorer. En TOF-analysator (accelerationstid) fremskynder ioner til det samme potentiale og bestemmer derefter, hvor lang tid der er behov for dem til at ramme detektoren. Hvis partiklerne alle starter med den samme ladning, afhænger hastigheden af massen, hvor lettere komponenter når først detektoren. Andre typer detektorer måler ikke kun, hvor lang tid det tager for en partikel at nå detektoren, men hvor meget det afbøjes af et elektrisk og / eller magnetisk felt, hvilket giver information udover bare masse.
Trin 4: Registrering
En detektor tæller antallet af ioner ved forskellige afbøjninger. Dataene er afbildet som en graf eller et spektrum af forskellige masser. Detektorer fungerer ved at registrere den inducerede ladning eller strøm forårsaget af en ion, der rammer en overflade eller passerer. Da signalet er meget lille, kan der bruges en elektronmultiplikator, Faraday kop eller ion-til-fotondetektor. Signalet forstærkes kraftigt for at producere et spektrum.
Massespektrometri-anvendelser
MS anvendes til både kvalitativ og kvantitativ kemisk analyse. Det kan bruges til at identificere elementer og isotoper i en prøve, til at bestemme masserne af molekyler og som et værktøj til at hjælpe med at identificere kemiske strukturer. Det kan måle prøvens renhed og molmasse.
Fordele og ulemper
En stor fordel ved massespecifikation i forhold til mange andre teknikker er, at den er utroligt følsom (dele pr. Million). Det er et glimrende værktøj til at identificere ukendte komponenter i en prøve eller bekræfte deres tilstedeværelse. Ulemperne ved massespecifikationer er, at det ikke er meget godt til at identificere kulbrinter, der producerer lignende ioner, og at det ikke er i stand til at adskille optiske og geometriske isomerer fra hinanden. Ulemperne kompenseres ved at kombinere MS med andre teknikker, såsom gaskromatografi (GC-MS).