Espectrofotometría de masas

ESPECTROFOTOMETRÍA DE MASAS

1.- INTRODUCCIÓN

La espectrometría de masas tiene su origen en los experimentos desarrollados en el Cavendish Laboratory de la Universidad de Cambridge en Inglaterra en 1897 por Joseph John Thomson, él descubrió que descargas eléctricas en gases producían iones y que estos rayos de iones podían adoptar diferentes trayectorias parabólicas de acuerdo a su masacuando pasaban a través de campos electromagnéticos. Thomson realizó la construcción del primer espectrómetro de masas, llamado parábola espectrográfica, para la determinación de la relación masa/carga de iones.

Según la física clásica, cuando una partícula cargada se desplaza por campos eléctricos o magnéticos se aplican las dos leyes siguientes:


(ley de la fuerza de Lorentz)


(segundaley de Newton del movimiento)
Donde F es la fuerza aplicada a la partícula cargada (ión), m es la masa de la partícula, a es la aceleración, Q es la carga eléctrica, E es el campo eléctrico, y v × B es el producto vectorial de la velocidad del ión y la inducción magnética.
Al combinar las dos ecuaciones de campo anteriores surge la ecuación:
.
Esta ecuación diferencial es la ecuación clásicapara el movimiento de una partícula cargada en el vacío. Junto con las condiciones iniciales de la partícula determina el movimiento de la partícula en el espacio con el tiempo. Tiene como consecuencia que dos partículas con la misma relación m/Q se desplazarán de la misma forma a través del campo. Por ello la relación masa carga es una magnitud física importante en los ámbitos científicos donde laspartículas cargadas interactúan con campos magnéticos o eléctricos.

Uno de los estudiantes de Thomson, Francis William Aston fue quien diseño varios espectrómetros de masas en los cuales los iones eran dispersados por sus masas y enfocados de acuerdo a su velocidad.
Durante los 30´s y 40´s, Nier y algunos otros incorporaron las tecnologías de vacío y electrónica para mejorar el desempeño delos primeros diseños de espectrómetros.
En los 60´s la espectrometría de masas se estableció como una técnica para caracterizar compuestos orgánicos. Este fue asistido con la introducción de una fuente de ionización química.
Actualmente, los espectrómetros de masas son utilizados para el estudio de un amplio rango de sustancias y materiales con alta precisión y sensibilidad. Los campos deaplicación son desde estudios astronómicos del sistema solar, geofísica y geoquímica, hasta análisis químicos y en forma fundamental en investigaciones de química, toxicología, ciencias ambientales, y en forma creciente en ciencias biológicas y biomédicas.

2.-FUNDAMENTO TEÓRICO
IONIZACIÓN DE LA MUESTRA
Hoy en día, esta técnica continúa teniendo los mismos fundamentos que en su origen, aunque elespectrómetro de hoy en día poco tenga que ver con su predecesor. La espectrometría de masas se fundamenta en la separación de partículas moleculares o atómicas por su diferente masa. El proceso de la espectrometría de masas comprende básicamente cuatro etapas:
 Ionización de la muestra.  Aceleración de los iones por un campo eléctrico.  Dispersión de los iones según su masa/carga. Detección de los iones y producción de la correspondiente señal eléctrica.
La ionización de la muestra se consigue por bombardeo mediante electrones (e-) según el proceso: M + e- à M+ + 2e-
B. Aceleración de los iones por un campo eléctrico
Convertimos una fracción significativa de los átomos formados en la etapa 1 en un flujo de iones, generalmente positivos y de carga única. La velocidad queadquieren viene regida por la formula: v = [2eV/m] ½
Donde V es el potencial aplicado, “e” la carga del electrón y “m” la masa. Cuando las partículas aceleradas se someten a la acción de un campo magnético (H) describen una trayectoria circular de radio r alrededor de este campo, desarrollando una fuerza centrífuga mv2/r, la cual es igual a la fuerza de atracción del campo Hev. De esto...