¿Cómo funciona un espectrómetro de masas?

La respuesta de Robert Frost es una buena descripción básica de un tipo de espectrómetro de masas. Sin embargo, es uno que comprende una fracción muy pequeña de espectrómetros de masas en uso hoy en día. Solo me gustaría agregar un poco sobre los tipos de especificaciones de masa que son mucho más comunes en el laboratorio moderno. Tocaré tres tipos de analizadores que representan una gran mayoría de los sistemas actuales y dos tipos de ionización que nos permiten trabajar con moléculas grandes y / o polares que no son susceptibles a la ionización por impacto de electrones descrita en su respuesta.

1) Cuadrupolos y sistema relacionado

Se aplica una combinación de corriente alterna y corriente alterna de radiofrecuencia a un conjunto de electrodos de tal manera que solo los iones de una relación masa / carga elegida tengan una trayectoria estable a través del analizador. Una de las implementaciones más comunes es un conjunto de cuatro barras paralelas establecidas en una matriz cuadrada, de modo que los iones deben volar por el eje largo de las barras para alcanzar el detector; esa disposición se llama cuadrupolo lineal. Se puede utilizar un dispositivo similar como analizador de masas y como trampa de iones, lo que permite realizar una gama mucho más amplia de experimentos.

2) analizadores de tiempo de vuelo

Estos son conceptualmente muy simples. Los iones de muestra se aceleran al caer a través de una diferencia de potencial fija. Todos los iones de la misma carga adquieren la misma energía cinética, pero los iones ligeros volarán más rápido que los iones pesados ​​(piense en KE = 1 / 2mv ^ 2). Si dejamos que los iones vuelen sobre una distancia fija y medimos el tiempo que lleva hacer el vuelo, podemos calcular la relación masa-carga para cada ión en función de su tiempo de vuelo.

3) trampas electrostáticas

Aquí me refiero principalmente a un dispositivo: el Orbitrap, producido por Thermo Scientific. En lugar de aplicar voltajes de RF y CC como en un cuadrupolo, el Orbitrap usa solo voltaje de CC. Debido a la forma de su electrodo, los iones se mueven en una trayectoria donde un componente depende solo de su relación masa-carga. Al medir la frecuencia de ese movimiento, podemos determinar la relación masa-carga del ion. Menciono el Orbi porque resulta que puede producir una resolución de masa muy alta y una precisión de masa muy alta en un dispositivo (relativamente) asequible, al menos asequible en comparación con el estándar de oro para esas mediciones: resonancia de ciclotrón de iones de transformación de Fourier.

4) ionización por electropulverización

Golpear su muestra con electrones rápidos para ionizarlos solo funciona si su muestra ya está en la fase gaseosa. Muchas moléculas realmente interesantes (proteínas, ácidos nucleicos y muchas otras moléculas biológicamente relevantes) son esencialmente no volátiles y, por lo tanto, no funcionan con el impacto de los electrones. Electrospray supera esta limitación al producir iones directamente desde la superficie del disolvente en el que se disuelve la muestra. Para que funcione, solo necesita bombear su muestra a través de un tubo capilar fino y aplicar un voltaje al extremo del tubo. Los iones se producirán a medida que el líquido salga del tubo y se puedan tomar muestras en la MS. Además de trabajar con moléculas no volátiles, Electrospray tiene la ventaja de agregar muy poca energía a las moléculas de la muestra para que el ion molecular intacto se pueda observar fácilmente en el espectro, a diferencia del impacto de los electrones donde es común la pérdida sustancial o incluso total del ion molecular. .

4) Desorción / ionización láser asistida por matriz (MALDI)

MALDI funciona esencialmente con el mismo conjunto de moléculas que el electrospray. En MALDI cristaliza su muestra con un gran exceso de una matriz orgánica. La matriz se selecciona para que absorba la luz a la frecuencia de un láser en su EM. Cuando se dispara el láser a la mezcla muestra / matriz, la matriz absorbe la energía del láser, se calienta rápidamente y expulsa los iones de la matriz y de la muestra en la fase gaseosa. Estos iones se muestrean en la MS y se analizan. Una de las propiedades interesantes de MALDI es que, como técnica pulsada (disparos láser), se adapta muy bien a las especificaciones de masa de tiempo de vuelo, ya que requieren una fuente pulsada de iones para medir el tiempo de vuelo. Por lo tanto, el MALDI-TOF MS como un tipo común de instrumento.

Tal vez has escuchado antes sobre el electrón? El electrón es una pequeña parte fundamental de la vida. Hace que el espectrómetro funcione al golpear otra sustancia y causar una cadena reaccionaria de nitrificación-rectificación. Esta es un área profunda en la filogenia de la química. Le aconsejo que busque más información en un buen sitio web como wikipedia. En mis años de experiencia esto es muy cierto. Tengo experiencia personal con electrones.