Aplicații ale spectrometriei de masă în chimia organică

Capitolul 1. Spectrometria de masă – Generalităti

Spectrometria de masă este o metodă instrumentală de analiză a compuşilor organici având la bază fragmentarea moleculelor în ioni de masă diferită cu sarcină pozitivă şi separarea lor în fascicule de ioni cu aceeaşi masă folosind concomitent interacţiunea acestora cu un câmp electric şi magnetic.

În principiu, are loc bombardarea substanţei de cercetat cu un fascicul de electroni, urmată de accelerarea ionilor formaţi şi separarea lor funcţie de masă prin acţiunea concomitentă a unui câmp electric şi magnetic.

Un spetrometru de masă cuprinde:

- un compartiment de producere a ionilor sub acţiunea unui fascicul de electroni (1);

- un compartiment de accelerare a ionilor în câmp electric longitudinal (2);

- un compartiment de separare în câmp magnetic transversal funcţie de raportul m/e (3);

- un compartiment de detectare a ionilor (4)

Când detectorul (4) este o placă fotografică, care este impresionată mai mult sau mai puţin funcţie de numărul ionilor, aparatul se numeşte spectrograf.

Aparatele moderne înregistrează curentul ionic (proporţional cu numărul de ioni) sub formă de spectru, funcţie de masa ionilor şi de abundenţa lor; asemenea aparate se numesc spectrometre de masă.

Majoritatea spectrometrelor de masă realizează separarea ionilor pozitivi, deoarece la bombardarea moleculelor de cercetat (cel mai adesea organice) cu un fascicul de electroni se expulzează un electron din moleculă formându-se un ion pozitiv.

Diferenţa esenţială a spectrometriei de masă de celelalte metode spectrale constă în aceea că după înregistrarea spectrului substanţei cercetate, aceasta nu mai poate fi recuperată, fiind transformată în ioni, pe când în celelalte metode au loc numai modificări în starea fizică a substanţei.

Schema unui spectrometru de masă cu focalizare magnetică este redată în figura 1.

Figura 1. Schema unui spectrometru de masă

- Proba este introdusă în spectrometru şi vaporizată;

- Ionii de sarcină e (un multiplu al sarcinii electronului) sunt produşi prin bombardarea probei cu un flux de electroni în camera de ionizare; energia electronilor trebuie să fie mai mare de 70 eV (1eV = 96,5 KJ.mol-1; 70 eV = 6750 KJ.mol-1)

- Ionii rezultaţi sunt acceleraţi într-un câmp electric căpătând o energie cinetică similară câmpului;

- Ionii de masă m sunt deviaţi în câmp magnetic funcţie de raportul m/e pe diferite traiectorii circulare;

- Variind tăria câmpului magnetic se pot focaliza pe detector ionii de o anumită masă m (m/e) ;

- Ionii focalizaţi sunt detectaţi şi se înregistrează spectrul de masă.

Spaţiul interior al spectrometrului de masă este puternic vidat.

Fiecărui raport m/e îi corespunde o traiectorie de o anumită rază:

În câmp electric energia de accelerare este egală cu energia cinetică:

unde:

m - masa (Kg); e - sarcina ionului; v - viteza ionului (m/s); UA - tensiunea de accelerare (V).

În câmp magnetic forţa magnetodinamică este egală cu forţa centrifugă:

sau