Principios de análisis instrumental

»> 20C Espectrómetros de masas 509 Rejilla de control de electrones Filamento j Rejilla de energía Región de ionización Cátodo de iones Región de aceleración Vacío de electrones Grabador de alta velocidad FIGURA 20.15 Esquema de un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo (TOF). del tubo. Dado que todos los iones que entran en el tubo tienen la misma energía cinética, sus velocidades en él varían de manera inversa respecto a sus masas (ecuación 20.4) y, por tanto, las par– tículas más ligeras llegan primero al detector que las pesadas. El tiempo de vuelo tr es tF = !:._ = L /m V \) 2;;V (20.10) donde L es la distancia desde la fuente al detector. Los tiempos de vuelo característicos están entre 1 y 50 ¡.ts. Los instrumentos de tiempo de vuelo tienen algunas venta– jas respecto a otros tipos de espectrómetros, como su sencillez, el fácil acceso a la fuente de iones y el virtualmente ilimitado inter– valo de masas. No obstante, su resolución y su sensibilidad son limitadas. Dichos instrumentos requieren también componentes electrónicos rápidos porque los iones a menudo llegan al trans– ductor separados entre sí sólo unos microsegundos. Varios fabri– cantes de instrumentos ofrecen algunos de tiempo de vuelo, pero se utilizan menos que los espectrómetros de masas de sector mag– nético y cuadrupolares. Analizadores de trampa de iones Una trampa de iones es un dispositivo en el que los cationes o aniones gaseosos pueden formarse y quedar confinados durante largos periodos gracias a la acción de campos eléctricos y magné– ticos. En 1953, Paul 17 presentó por primera vez la trampa de iones cuadrupolar. Desde entonces se han perfeccionado varios tipos de trampas de iones. 18 En la actualidad se usan los espectrómetros de masas de trampa de iones como detectores para cromatografía y para obtener espectros de masas de una diversidad de analitos. 17 W. Paul y H. Steinwedel, Z. Naturforsch, 1953, BA, p. 448. 18 R. E. March y). F. ). Todd, eds., Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometry, 2a. ed., Hoboken, CA: Wiley, 2005; R. E. March, Mass Spectrom. Rev., 2009, 28, p. 961; DOI: 10.1002/mas.20250; R. E. March, lnt. f. Mass Spectrom., 2000,200, p. 285, DO!: 10.1016/Sl387-3806(00)00345-6; C. Hao y R. E. March, Int. f. Mass Spectrom., 2001,212, p. 337, DO!: 10.1016/Sl387-3806(01)00465-l. Por su trabajo al idear la técnica de la trampa de iones, Wolfang Paul y Hans Dehmelt fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1989. La figura 20.16 es una vista de una sección transversal de una trampa de iones sencilla que puede encontrarse en el comercio. Consta de un electrodo anular central en forma de dona y de un par de electrodos colectores. Se aplica un potencial de radiofre– cuencia variable al electrodo anular mientras los dos electrodos colectores están conectados a tierra. Los iones con un valor de miz adecuado circulan en una órbita estable dentro de la cavidad que está rodeada por el anillo. Cuando se incrementa el potencial de radiofrecuencia, las órbitas de los iones más pesados llegan a estabilizarse, pero las de los iones más ligeros se desestabilizan, lo que causa que choquen con la pared del electrodo anular. Cuando este instrumento funciona como un espectróme– tro de masas, los iones producidos por una fuente de impacto de electrones o de ionización química penetran a través de una rejilla en el electrodo colector superior. La fuente de ionización u Filamento T'P"~~D ({)¡~~(}Electrodo los extremos EB EB O de anillo \ 00 o ~------~ Transductor multiplicado de electrones Señal de iones FIGURA 20.16 Espectrómetro de masas con trampa de iones. (Adaptación de Watson, Introduction to Mass Spectrometry, p. 89, Philadelphia: Lippincott-Raven Press, 1997.)