Espectometria de massas

Espectometria de massas

Espectometria de massas

A espectrometria de massas (MS) utiliza o movimento de íons em campos elétricos e magnéticos para classificá-los de acordo com sua relação massa -carga. Desta maneira, a espectrometria de massas é uma técnica analítica por meio da qual as substâncias químicas se identificam, separando os íons gasosos em campos elétricos e magnéticos. Os instrumentos usados nestes estudos chamam-se espectrômetros de massas, sob o princípio que os íons podem ser desviados a campos elétricos e magnéticos. O dispositivo que realiza esta operação e utiliza meios elétricos para detectar os íons classificados é conhecido como espectrômetro de massas. A MS oferece informação qualitativa e quantitativa sobre a composição atômica e molecular de materiais inorgânicos e orgânicos.

Espectometria de massas - Instrumental

Os espectrômetros de massas constam de quatro partes básicas: um sistema de manipulação para introduzir a amostra desconhecida no equipamento; uma fonte de íon, na qual é produzido um feixe de partículas proveniente da amostra; um analisador que separa partículas de acordo com a massa; um detector, no qual os íons separados são recolhidos e caracterizados.

O espectrômetro requer um percurso de colisão livre para os íons e, por tanto, funciona a vácuo ou em condições quase a vácuo. O sistema de entrada da amostra está desenhado para uma mínima perda de vácuo. A fonte de íon cria fragmentos de íon gasosos da amostra. Existem dois tipos de fontes de íon: Fontes de fase de gás e fontes de desorção.Fontes de fase de gás

Nas Fontes de fase de gás, a amostra é volatilizada antes de ionizar os componentes gasosos . A amostra se vaporiza fora da fonte de energia. Os exemplos deste método com a ionização química, ionização por impacto de elétrons e ionização por campo.

Ionização química

Na ionização química, uma pequena quantidade de átomos gasosos é ionizada por colisão com átomos produzidos pelo bombardeamento do gás reativo. Alguns dos gases reativos mais comuns são metano, oxigênio, amônia e hidrogênio.Ionização por impacto de elétrons

O impacto eletrônico é o método de ionização mais usado. Utiliza-se um fecho gerado pela lâmpada de tungstênio ou de filamento rênio para ionizar os átomos de fase de gás ou moléculas. Formam-se íons durante a colisão do feixe com as moléculas da amostra.

M + e- -> M+. + 2e-

Aqui M representa a molécula do analito e M+ é seu íon molecular. Os íons positivos são acelerados por um campo elétrico e transportados ao campo magnético. Ao mudar a voltagem de aceleração, ou seja, a velocidade da partícula ou a força do campo magnético, os íons de diferentes proporções massa-carga podem ser recolhidos e medidos.Ionização por campo

As moléculas podem perder um elétron quando colocadas num campo elétrico muito alto. Os campos altos podem ser criados em uma fonte de íon aplicando alta voltagem entre o cátodo e o ânodo, o que se chama emissor de campo. Um emissor de campo consiste em um cabo coberto por partículas de carbono microscópicas, as quais, geralmente, amplificam o campo efetivo dos pontos de carbono. A amostra gasosa no sistema de entrada passa à área de campo alto ao redor dos microtips do emissor. Os elétrons do analito são extraídos pelos microtips e há pouca ou nenhuma fragmentação de íons.

Fontes de Desorção

Nas fontes de desorção os íons se formam na fase condensada. Uma grande vantagem da ionização por desorção é que permite a análise de moléculas não voláteis e termicamente instáveis. Dois exemplos de fontes de desorção são desorção por campo e bombardeamento de átomos acelerados.

Desorção por campo

A desorção por campo é uma técnica valiosa para o estudo de fenômenos como espécies de desorção e os resultados de reações químicas em superfícies. Também é um método útil para as moléculas polares lipofílicas. Na desorção por campo utiliza-se um emissor de multitips similar ao que se usa na ionização por campo. O eletrodo é montado sobre uma sonda que pode ser removida do compartimento da amostra e recoberta com uma solução da amostra. A ionização é realizada aplicando alta potência ao eletrodo. Às vezes é necessário aquecer o emissor com corrente elétrica.Bombardeamento de átomos rápidos

Durante o bombardeamento de átomos rápidos um feixe de energia alta de átomos neutros, comumente xenônio ou argônio, uma amostra sólida provoca desorção e ionização. Esta técnica é usada para moléculas biológicas grandes que são difíceis de penetrar na fase de gás. O feixe atômico é produzido acelerando os íons a partir de uma fonte e através de uma cela de carga. Os íons levantam um elétron em colisão com átomos neutros para formar um raio de átomos de alta energia.

Design de analisador de Massas

O objetivo do analisador de massas é separar os íons que são produzidos na fonte de acordo com as diferentes relações de massa-carga. Os design de analisador mais comuns incluem os analisadores de quadrupolo, de setor magnético e analisadores de massa por tempo de vôo.

QuadrupoloUm campo quadrupolo é formado por quatro rolos paralelos aos quais aplica-se uma corrente contínua que afeta o percurso dos íons viajando pelo trajeto centralizado entre os 4 rolos. Para as voltagens dadas, somente os íons de uma relação massa- carga determinada podem passar através do filtro do quadrupolo, enquanto os outros são varridos como moléculas descarregadas. Ao variar os sinais elétricos a um quadrupolo, pode-se variar a faixa da relação massa-carga transmitida. Isto possibilita a varredura espectral.

Analisador de setor magnético

O analisador de setor magnético emprega um campo magnético que faz com que os íons viajem em um percurso circular de 189, 90 ou 60 graus. Inicialmente os íons são acelerados através da fenda B no tubo de metal do analisador. Os íons de diferentes massas podem ser varridos através da fenda de saída variando a força do campo do magneto ou o potencial de aceleração entre as fendas A e B. Os íons que passam através da fenda de saída caem em um eletrodo coletor, resultando na corrente que depois será amplificada e registrada.

Analisador de massa por tempo de vôo

Um espectrômetro de massa por tempo de vôo usa as diferenças de tempo que levam os íons gerados e acelerados para chegar a um eletrodo coletor. Os íons da fonte são acelerados por um pulso de campo elétrico. As partículas aceleradas passam através de um tubo de vôo de um metro de comprimento.

O princípio essencial da espectrometria de massa por tempo de vôo baseia-se em que todos os íons são acelerados com a mesma energia. Suas velocidades são inversamente proporcionais às raízes quadradas de suas massas. Os íons mais leves de alta velocidade chegam ao detector antes do que os íons mais pesados de baixa velocidade.Sistema de recolhimento de íons

O sistema de recolhimento de íons mede a abundância relativa de fragmentos de cada massa. Diferentes tipos de detectores são disponíveis para espectrômetros de massas. O detector usado para a maioria dos experimentos de rotina é o multiplicador de elétrons. Outro tipo de detector é o de placas fotográficas revestidas com emulsão de brometo de prata, o qual é sensível aos íons energéticos. Uma placa fotográfica pode dar uma resolução mais alta que o detector elétrico.

Manejo de Dados

Os dados são guardados em um computador através de um modem.

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