Principios de análisis instrumental

508 Capítulo 20 Espectrometría de masas molecular <« Analizador magnético Analizador electrostático + 1 (AES) - ;;;::--_¿---- 1 + ' ~/~ - Hendidura ~~ &A~ ,¡ !/ \ 1 + (¡! 1¡ - l j Hendidura de salida de la fuente - ____¿ 1 Fuente de iones Plano foca l \\ de energía---------._ e~\\ \ Punto de Rendija de salida --~ ~ --d bl f t o e en oque Plano de 1 dirección focalc Colector de iones FIGURA 20.14 Diseño de Nier-Johnson de un espectrómetro de masas de doble enfoque. una precisión de algunas partes por millón, es necesario diseñar instrumen tos que corrijan tanto las distribuciones direcciona– les como las de energía de los iones que abandonan la fuente . El término doble enfoque se aplica a los espectrómetros de masas en los cuales las aberraciones direccionales y de energía de una población de iones se reducen al mínimo de modo simultáneo, El doble enfoque se consigue al utilizar combinaciones de campos magnéticos y electrostáticos cuidadosamente seleccionadas. En el instrumento de doble enfoque cuyo esquema se muestra en la figura 20.13, el haz de iones pasa en primer lugar a través de un analizador electrostático que consiste en dos placas metálicas lisas y curvas en las que se aplica un voltaje de corriente continua que tiene el efecto de limitar la energía cinética de los iones que llegan al sector magnético a un intervalo muy bien definido. Los iones cuyas energías son mayores que las promedio chocan con la parte superior de la rendija del analizador electrostático y se pierden yendo hacia tierra. Los iones que tienen energías inferiores a la promedio chocan con el lado inferior de la rendija del analizador electrostático, por lo que son eliminados. El enfoque direccional en el sector magnético tiene lugar a lo largo del plano focal llamado den la figura 20.13; el enfoque de energía es producido a lo largo del plano denominado e. Por consiguiente, sólo los iones con una determinada miz son doble– mente enfocados en la intersección de d y e para cualquier poten– cial de aceleración y una intensidad de campo magnético dados. Por tanto, la rendija del colector se coloca en este punto de doble enfoque. En el mercado se encuentra disponible una amplia variedad de espectrómetros de doble enfoque. Los más complejos son capa– ces de alcanzar una resolución del orden de 10 5 . También pueden adquirirse instrumentos de doble enfoque más compactos (y más baratos). Un instrumento característico de este tipo tiene un sec– tor electrostático de unos 15 cm y un deflector magnético de 10 cm y 90°. En estos instrumentos son usuales las resoluciones de 2500. A menudo se utilizan como detectores para columnas cromatográficas de gases o de líquidos. El espectrómetro que se muestra en la figura 20.14 se basa en el diseño llamado de Nier-]ohnson . Otro diseño de doble enfo– que, que utiliza características geométricas Mattauch-Herzog se muestra en la figura 11.1O. La disposición de este tipo de ins– trumentos es la única en la que los planos de energía y dirección focal coinciden; por esta razón, el diseño Mattauch-Herzog puede utilizar una placa fotográfica o un detector en serie para registrar el espectro. El transductor es situado a lo largo del plano focal, donde se enfocan todos-los iones, independientemente de cuál sea su relación masa-carga. Espectrómetros de masas cuadrupolares Por lo regular, los espectrómetros de masas cuadrupolares son menos caros, más toscos y más compactos que los de sector mag– nético. En general, son los espectrómetros de masas que se ven– den con mayor facilid ad_ También poseen la ventaja de emplear tiempos de barrido pequeños (es decir, < 100 ms), lo cual es par– ticularmente útil para realizar barridos de picos cromatográficos en tiempo real. Los analizadores cuadrupolares son los más utili– zados hoy en día. En la sección 11B.2 hay un estudio detallado de los espectrómetros de masas cuadrupolares. Analizadores de masas de tiempo de vuelo (TOF) Como se vio en la sección 11B.3, en los instrumentos de tiempo de vuelo (TOF), los iones positivos se producen en forma periódica al bombardear la muestra con impulsos breves de electrones, de iones secundarios o de fotones generados por láser. Los iones produci– dos de esta forma son acelerados en un tubo de arrastre libre de campo mediante un campo eléctrico pulsante de 10 3 a 10 4 V (véase la figura 20.15). La separación de los iones en función de la masa se produce durante su recorrido hasta el detector, situado al final