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Espectrómetro de masas

Espectrómetro de masas
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Dispositivo que separa los átomos o fragmentos moleculares de distinta masa y las medidas de las masas con notable precisión.

Espectómetro de masas. Dispositivo que separa los átomos o fragmentos moleculares de distinta masa y las medidas de las masas con notable precisión. Es ampliamente utilizado en la geología , la química , la biología , y la energía nuclear física.

Historia

Después de la Primera Guerra Mundial, Francis William Aston construyó en 1919, un nuevo tipo de aparato de rayos positivos, al que llamó un espectrógrafo en masa y que se llamó más tarde, el espectrómetro de masas.

Este era rudimentario con un poder de resolución de 130 y recibe en 1922 el premio Nóbel por su descubrimiento, mediante el espectrógrafo de masas, de un gran número de isótopos de elementos no radiactivos.


En 1934 Josef Mattauch y Richard Herzog desarrollan un espectrómetro de masa de doble enfoque y Arthur Jeffrey Dempster en 1936 la fuente de ionización por chispa. En 1937 Aston construye un espectrógrafo con un poder de resolución de 2000.

Los primeros espectometros de masas comerciales aparecieron al finalizar la II Guerra Mundial.

Fundamentación

La espectrometría de masas se fundamenta en un principio simple: cuando un flujo de partículas cargadas se somete a la acción de un campo magnético, experimenta una desviación; la amplitud de dicha desviación depende de la masa y de la carga de las partículas que integran el flujo.

Funcionamiento

Este aparato de rayos positivos utiliza campos magnéticos y electrostáticos que producen desviaciones opuestas en el mismo plano para convertir las moléculas en iones, a continuación, ordena los iones por su masa-carga cociente.

Características

Todos los espectrómetros de masas cuentan con cuatro características comunes: un sistema para introducir la sustancia que se desea analizar en el instrumento, un sistema para ionizar la sustancia, un acelerador que dirige los iones hacia el instrumento de medida y un sistema para separar los distintos iones analizados y para registrar el espectro de masas de la sustancia.

Partes

El espectrómetro o espectrógrafo de masas consta, esencialmente, de tres partes: la cámara de ionización, la cámara de desviación y el detector.

Cámara de ionización

En la cámara de ionización, los átomos de la sustancia que se pretende identificar reciben una energía de excitación que les hace perder electrones. A veces dicha energía se consigue simplemente calentando la muestra. Como consecuencia de la pérdida de electrones, los átomos se convierten en partículas cargadas positivamente que reciben el nombre de iones. Los iones producidos en la cámara de ionización pasan luego a la cámara de desviación.

Camara de desviación

La cámara de desviación está sometida a un campo magnético intenso. Cuando el flujo de iones positivos atraviesa la cámara, la trayectoria de cada uno de ellos experimenta una desviación por efecto del campo magnético; en lugar de atravesar la cámara en línea recta, lo hacen siguiendo una curva. El grado de curvatura de cada trayectoria depende de la masa y la carga del ion positivo; los iones pesados siguen una trayectoria que no se aparta mucho de la línea recta, mientras que los más ligeros resultan más desviados.

Al salir de la cámara de desviación, los iones positivos chocan con una placa fotográfica, o un elemento similar, instalada en el detector.

Detector

El detector registra la magnitud de las desviaciones con respecto a la línea recta experimentadas por las trayectorias de las partículas que integran la muestra, indicando así la masa y la carga de dichas partículas. Dado que cada elemento y cada átomo poseen una masa y una carga características, la lectura del registro recogido por el detector permite identificar los átomos presentes en la muestra.

Aplicaciones

Los espectrómetros de masas pueden proporcionar un alto grado de resolución como ayuda a los análisis de mezclas complejas. Por ejemplo, los productos del refinado y procesamiento del petróleo, que contienen normalmente hidrocarburos muy similares, son difíciles de separar con métodos de análisis químico convencionales, pero pueden ser aislados y analizados con un espectrómetro de masas.

Se consigue una mayor precisión con espectrómetros de masas en serie, que consisten en varios espectrómetros colocados uno tras otro. En el campo de la biología molecular, los espectrómetros en serie (con dos espectrómetros de masas) permiten determinar en pocos minutos la secuencia lineal de los aminoácidos de una proteína.

Estos espectrómetros de masas son más de mil veces más precisos que un dispositivo único, lo que hace que resulten muy útiles para analizar cantidades muy pequeñas de compuestos biológicos con masas moleculares muy altas. Los dispositivos más sensibles que pueden emplearse en la espectrometría de masas son los aceleradores electrostáticos en serie, que comprenden varios espectrómetros de masas dispuestos en serie y conectados a un potente acelerador electrostático de partículas.

Al permitir determinar las masas de las partículas que forman parte de una muestra, con el objeto de identificarlas, la espectrometría de masas ha tenido y tiene aplicaciones innumerables.

Actualmente, por ejemplo, se emplea para identificar los vestigios de sustancias hallados en lugares donde se ha cometido un delito, cuando las cantidades encontradas son demasiado pequeñas para ser identificadas de otra manera.

Fuentes