Principios de análisis instrumental

252 Capítulo 11 Espectrometría de masas <« En general, los canales multiplicadores de electrones son potentes, confiables y tienen la aptitud de proporcionar altas ganancias de corriente y tiempos de respuesta en nanosegundos. Estos transductores se instalan directamente detrás de la rendija de salida de un espectrómetro de masas de sector magnético, por– que los iones que alcanzan el transductor suelen tener suficiente energía cinética para expulsar electrones desde la primera etapa del dispositivo. Los multiplicadores de electrones también pueden usarse con analizadores de masas que utilizan haces iónicos de baja energía cinética (esto es, cuadrupolos), pero en estas aplica– ciones el haz de iones que sale del analizador se acelera a varios miles de electronvoltios antes de incidir en la primera etapa. Copa de Faraday La figura 11.3 es un esquema de un colector de Faraday en forma de copa. El transductor está alineado de manera que los iones que salen del analizador choquen contra el electrodo del colector. Este último está rodeado por una jaula que impide que escapen los iones reflejados y los electrones secundarios expelidos. El elec– trodo colector y la jaula están conectados a tierra mediante una resistencia grande. La carga de Jos iones positivos que inciden en la placa es neutralizada por un flujo de electrones procedentes de tierra a través de la resistencia. La caída de voltaje resultante en la resistencia se aumenta por medio de un amplificador de alta impedancia. La respuesta de este transductor es independiente de la energía, masa y naturaleza química del ion. La copa de Faraday es barata y sencilla, desde el punto de vista mecánico y eléctrico. Su principal desventaja es la necesidad de un amplificador de alta impedancia, el cual restringe la velocidad a la que se puede efec– tuar el barrido del espectro (véase la sección 3B.4). Además, el transductor de copa de Faraday es menos sensible que el multipli– cador de electrones porque no proporciona amplificación interna. Transductores en serie La analogía entre los espectrómetros ópticos y los espectróme– tros de masas abarca los sistemas de detección. Como ya se ha visto, los transductores en serie han innovado la espectrometría óptica para sistemas en los cuales la radiación electromagnética dispersada se enfoca en un plano o superficie curva. Un trans– ductor en serie colocado en el plano focal de un espectrómetro de masas (véase la figura 11.9) proporciona varias ventajas impor– tantes comparado con la detección de un solo canal; la más importante es la detección simultánea de varios elementos de resolución Otros tienen un ciclo de trabajo mayor, mejor preci- ~ iones ) Apertura T Caja de Faraday Electrodo FIGURA 11.3 Detector de copa de Faraday. El potencial en las placas supresoras de iones se ajusta para reducir al mínimo la respuesta diferencial en función de la masa. sión al usar mediciones de relación y patrones internos, y detec– ción mejorada de seíi.ales transitorias rápidas. Placas de microcanales. Un tipo de transductor en serie para la espectrometría de masas es el detector electroóptico de iones que se ilustra en la figura 11.4a. El elemento clave en este tipo de detector es el multiplicador de electrones de microcanal, o placa microcanal, al cual se le llama intensificador de imágenes en algu– nas aplicaciones ópticas. El diseíi.o y principios fundamentales de operación de la placa microcanal se ilustran en la figura 11.4b. La placa consta de una configuración de minúsculos tubos con diá– metro de 6 J-Lm, hecha de vidrio de plomo. En ambos lados del arreglo se depositan unos electrodos metálicos y se aplica un vol– taje de casi 1500 V entre los extremos de los canales. Cada tubo actúa como un multiplicador de electrones de modo que por cada partícula que choca contra la pared interior de un canal.son expelidos 1000 electrones desde cada extremo del mismo. Si se requiere una ganancia mayor, se pueden colocar en cascada dos o más placas microcanal para proporcionar seíi.ales apropiadas al experimento. En el detector electroóptico de iones de la figura 11.4a se ha colocado una pantalla fosforescente detrás de la placa microcanal de modo que la cascada de electrones produzca un destello de luz que se dirige mediante fibra óptica a un detector óptico en serie. Los datos reunidos a partir del detector proporcionan entonces resolución bidimensional de iones que aparecen en el plano focal de un espectrómetro de masas. Microtransductor de Faraday en serie. Recientemente se introdujo un nuevo transductor para espectrometría de masas que promete detectar de manera simultánea iones en el plano focal de los espectrómetros de masas del tipo de Mattauch-Herzog y otras aplicaciones similares.s Un dispositivo de copa de Faraday con– tiene electrodos de Faraday de oro conectados a amplificadores capacitivos de transimpedancia. Cada amplificador integra la carga en el electrodo y el voltaje de salida se conmuta por medio de un multiplexor al sistema de datos para que se efectúe la con– versión de seíi.al analógica en digital. También se han desarrollado detectores de tira en serie tipo Faraday los cuales contienen 512 elementos detectores en los instrumentos de tercera generación y 1696 detectores en los de cuarta generación. 6 Otros tipos de sistemas de detección Los detectores tipo centelleo están constituidos de fósforo crista– lino disperso en una fina lámina de aluminio que se instala sobre la 5 A. K. Knight IV, R. P. Sperline, G. M. Hieftje, E. Young, C.}. Barinaga, D. W. Koppe– naal, y M. B. Denton, lnt. f. Mass Spectrom., 2002,215, 131, DOI: 10.1016/51387· 3806(02)00528-6; }. H. Barnes IV, G. D. Schilling, G. M. Hieftje, R. P. Sperline, M. B. Denton, C.}. Barinaga, D. W. Koppenaal, f. Am. Soc. Mass Spectrom., 2004, 15, 769-776, DOI: 10.1016/j.jasms.2004.01.010; }. H. Barnes IV, G. D. Schilling, R. P. Sperline, M. B. Denton, E. T. Young, C.}. Barinaga, D. W. Koppenaal, G. M. Hieftje, Anal. Chem., 2004,76,2531-2536, DOI: 10.1021/ac030337u; }. H. Barnes IV etal., f. Anal. At. Spectrom., 2004, 19,751-756, DO!: 10.1039/b311353a; G. D. Schilling et al., Anal. Chem., 2006, 78,4319, DOI: 10.1021/ac052026k. 6 A. A. Rubinshtein, et al.,]. Anal. At. Spec., 2010,25,735, DOI: 10.1039/B913118C; }. A. Fe!ton, et al., f. Anal. A t. Spec., 2011,26,300, DO!: 10.1039/CO}A00087F.