Espectrômetro de massa

Definição

A espectrometria de massa é o campo que trata da separação e análise de substâncias de acordo com as massas dos átomos e moléculas das quais a substância é composta.

A espectrometria de massa é uma ferramenta usada para analisar rapidamente a composição molecular de uma amostra, ajudando os cientistas a determinar a estrutura química.

A espectrometria de massa é uma poderosa técnica analítica usada para quantificar materiais conhecidos, identificar compostos desconhecidos em uma amostra e elucidar a estrutura e as propriedades químicas de diferentes moléculas.

O processo completo envolve a conversão da amostra em íons gasosos, com ou sem fragmentação, os quais são caracterizados pela razão massa/carga (m/z) e abundância relativa.

O processo tem várias etapas que servem para separar as moléculas e diferenciar seu tamanho e carga.

Esta técnica estuda basicamente o efeito da energia ionizante nas moléculas.

Depende de reações químicas na fase gasosa em que as moléculas de amostra são consumidas durante a formação de espécies iônicas e neutras.

O que é um espectrômetro de massa?

Um espectrômetro de massa é um dispositivo que pode ser usado para determinar a composição química de uma amostra com altos graus de precisão.

As técnicas facilitadoras foram desenvolvidas no início do século 20 por vários cientistas.

O espectrômetro de massa é utilizado milhares de vezes por dia por pesquisadores de laboratórios e universidades de todo o mundo.

O espectrômetro de massa funciona com base no princípio de que diferentes produtos químicos têm diferentes massas.

Para determinar a massa de produtos químicos em uma amostra, a amostra é primeiro vaporizada e depois ionizada. O resultado é um gás ionizado que é acelerado através de uma câmara.

Como os gases ionizados respondem aos campos magnéticos, um ímã na parede da câmara é usado para dobrar os íons em direção a um detector.

Os íons mais leves são dobrados rapidamente em direção ao detector, enquanto os íons mais pesados são dobrados a uma taxa mais lenta.

A distribuição resultante de íons, chamada espectro de massa, pode ser usada para determinar o conteúdo da amostra original.

Existem muitos tipos diferentes de ionização para o espectrômetro de massas, incluindo ionização por elétrons, ionização química, ionização por electropulverização, dessorção/ionização por laser assistida por matriz, bombardeamento rápido de átomos, termopulverização, ionização química por pressão atmosférica, massa de íons secundários espectrometria e ionização térmica.

A ionização por eletropulverização, que foi desenvolvida apenas algumas décadas atrás, é particularmente útil quando a amostra é sólida, e não líquida ou gasosa.

Quando se sabe que uma amostra contém uma mistura complexa de produtos químicos com pesos moleculares diferentes, como em amostras biológicas, é necessário um espectrômetro de massa mais preciso.

Por outro lado, para amostras compostas por apenas algumas moléculas simples, um espectrômetro de massa mais primitivo funcionará bem.

Um espectrômetro de massa é usado com uma variedade de outras abordagens para determinar a composição dos produtos químicos. Também pode ser usado para detectar isótopos.

Embora a técnica do espectrômetro de massa não diga diretamente quanto de cada produto químico uma amostra contém, mas apenas quais produtos químicos ela contém, uma interpretação cuidadosa dos espectros de massa pode fornecer informações sobre as proporções químicas.

Espectrômetro de massa

Como um espectrômetro de massa funciona

Principio básico

Um espectrômetro de massa gera vários íons a partir da amostra sob investigação, depois os separa de acordo com sua razão massa/carga específica (m/z) e depois registra a abundância relativa de cada tipo de íon.

O primeiro passo na análise espectrométrica de massa dos compostos é a produção de íons na fase gasosa do composto, basicamente por ionização eletrônica. Este íon molecular sofre fragmentação.

Cada íon de produto primário derivado do íon molecular, por sua vez, sofre fragmentação e assim por diante.

Os íons são separados no espectrômetro de massa de acordo com a razão massa/carga e são detectados proporcionalmente à sua abundância. Um espectro de massa da molécula é assim produzido.

Ele exibe o resultado na forma de um gráfico de abundância de íons versus proporção massa-carga.

Os íons fornecem informações sobre a natureza e a estrutura de sua molécula precursora. No espectro de um composto puro, o íon molecular, se presente, aparece no valor mais alto de m/z (seguido por íons contendo isótopos mais pesados) e fornece a massa molecular do composto.

Resumo

A espectrometria de massa é uma técnica analítica estabelecida que identifica compostos orgânicos medindo a massa (mais corretamente, razão massa/carga) da molécula do composto.

A espectrometria de massa é digna de nota entre as técnicas analíticas, porque os sinais produzidos por um espectrômetro são o resultado direto de reações químicas como ionização e fragmentação, em vez de alterações no estado de energia típicas da maioria das outras técnicas espectroscópicas.

A espectrometria de massa pode ser considerada uma técnica analítica definitiva se a saída de dados atender às necessidades de detecção e precisão do usuário.

Embora a espectrometria de massa possa ser usado para a análise de metais, elementos não metálicos e radionuclídeos, quando empregado como uma técnica analítica de campo, é mais geralmente usado para análises orgânicas.

A primeira aplicação geral da espectrometria de massa molecular ocorreu no início da década de 1940 na indústria do petróleo para análise quantitativa de misturas de hidrocarbonetos em crackers catalíticos.

O acoplamento de espectrômetros de massa com sistemas de cromatografia gasosa permite a separação e a subsequente determinação de componentes de misturas altamente complexas com um alto grau de certeza.

Compostos similares podem ser retidos por diferentes períodos de tempo na coluna da cromatografia gasosa, permitindo identificação e quantificação separadas, mesmo que os dois compostos, ou fragmentos de compostos, tenham proporções de massa para carga (m/z) semelhantes. O tempo de retenção, portanto, fornece uma fonte secundária de identificação.

Para uma discussão sobre identificação por tempo de retenção, consulte Cromatografia a Gás.

Recentemente, os fabricantes de espectrômetros de massa, particularmente os espectrômetros acoplados aos sistemas de cromatografia gasosa, reduziram significativamente seu tamanho geral e aumentaram a durabilidade. Essas mudanças permitem que o que antes era um instrumento de bancada de laboratório seja portátil (ou transportável) e suficientemente robusto para realizar análises de campo.

Espectrômetro de massa

Fonte: www.chemguide.co.uk/www.premierbiosoft.com/www.dictionary.com/chemistry.emory.edu/biologydictionary.net/www.wisegeek.org/www.broadinstitute.org/www2.chemistry.msu.edu/clu-in.org