Mass spectrometry
Técnica que mide las relaciones masa-carga de los iones para el análisis químico.
La espectrometría de masas (EM) es una técnica analítica que mide la relación masa-carga de los iones, presentando los resultados como un espectro de masas: una gráfica de la intensidad de la señal frente a esta relación. Este espectro se utiliza para determinar la firma elemental o isotópica de una muestra, las masas de partículas y moléculas, y para dilucidar la identidad o estructura química. La técnica se aplica en muchos campos tanto a muestras puras como a mezclas complejas.
En un procedimiento típico, una muestra sólida, líquida o gaseosa se ioniza, a menudo mediante bombardeo con un haz de electrones. Esto puede provocar que las moléculas se fragmenten en piezas con carga positiva o que adquieran carga positiva sin romperse. Estos iones se separan luego por su relación masa-carga, comúnmente acelerándolos a través de campos eléctricos o magnéticos, que desvían por igual a los iones con la misma relación. Un detector, como un multiplicador de electrones, captura las partículas cargadas, y los datos resultantes se muestran como un espectro. La identificación de átomos o moléculas se logra correlacionando masas conocidas o patrones de fragmentación característicos.
La historia de la EM comenzó en 1886, cuando Eugen Goldstein observó "rayos canales" con carga positiva que se alejaban del ánodo en descargas de gas. Wilhelm Wien utilizó posteriormente campos eléctricos y magnéticos perpendiculares para separar estos rayos por su relación carga-masa, y J. J. Thomson mejoró el dispositivo reduciendo la presión, creando el espectrógrafo de masas. Los primeros instrumentos registraban espectros en placas fotográficas o usaban pantallas de fósforo. Las técnicas modernas fueron ideadas por Arthur Jeffrey Dempster y F.W. Aston en 1918 y 1919. Los espectrómetros de masas sectoriales llamados calutrones, desarrollados por Ernest O. Lawrence, se utilizaron para el enriquecimiento de uranio durante el Proyecto Manhattan. Innovaciones posteriores incluyeron la técnica de trampa de iones, reconocida con un Premio Nobel de Física en 1989, y la ionización por electrospray y la desorción láser suave, que obtuvieron un Premio Nobel de Química en 2002 por su aplicación a macromoléculas biológicas.
Un espectrómetro de masas consta de cinco componentes: una entrada de muestra, una fuente de iones, un analizador de masas, un detector y un sistema de datos. La entrada prepara la muestra; la fuente de iones convierte una parte en una corriente de iones; el analizador de masas separa los iones por su relación masa-carga; y el detector mide las abundancias, proporcionando a veces información espacial.
Quick Facts
- Field
- Analytical chemistry, physics
- Known for
- Measuring mass-to-charge ratio of ions; identifying chemical composition and isotopic ratios
- Key inventors
- Eugen Goldstein
- Wilhelm Wien
- J. J. Thomson
- Arthur Jeffrey Dempster
- F.W. Aston
- Ernest O. Lawrence
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Contexto y trasfondo
La espectrometría de masas es una técnica analítica utilizada para determinar la relación masa-carga de los iones. Los resultados se presentan como un espectro de masas, una gráfica de intensidad frente a la relación masa-carga, que se emplea para identificar la composición elemental o isotópica de una muestra, las masas de partículas y moléculas, y la estructura química de los compuestos. En un procedimiento típico, una muestra sólida, líquida o gaseosa se ioniza, a menudo mediante bombardeo con un haz de electrones, lo que puede provocar que las moléculas se rompan en fragmentos con carga positiva o que adquieran carga positiva sin fragmentarse. Estos iones se separan luego por su relación masa-carga, por ejemplo acelerándolos a través de campos eléctricos o magnéticos, donde los iones con la misma relación sufren la misma desviación. Detectados por un mecanismo como un multiplicador de electrones, los iones producen un espectro de intensidad de señal frente a la relación masa-carga. Los átomos o moléculas se identifican correlacionando masas conocidas o patrones de fragmentación característicos. El instrumento consta de cinco componentes: una entrada de muestra, una fuente de iones, un analizador de masas, un detector y un sistema de datos. La fuente de iones convierte una parte de la muestra en una corriente de iones, que luego es separada por el analizador de masas según la relación masa-carga. El detector mide la abundancia de cada ion, y algunos detectores también proporcionan información espacial.
Guía del lector
La espectrometría de masas es una técnica analítica fundamental de gran importancia. Permite la identificación de elementos, isótopos y estructuras moleculares mediante la medición de las relaciones masa-carga de los iones. Su desarrollo abarca más de un siglo, desde los rayos canales de Goldstein hasta los métodos de ionización modernos que permiten el análisis de grandes biomoléculas como las proteínas. La flexibilidad de la técnica se evidencia en sus cinco componentes (entrada de muestra, fuente de iones, analizador de masas, detector y sistema de datos), cada uno variable de forma independiente. Las aplicaciones van desde muestras puras hasta mezclas complejas, incluyendo el acoplamiento con cromatografía de gases (CG-EM) o cromatografía líquida (HPLC-EM). El papel del calutrón en el enriquecimiento de uranio durante el Proyecto Manhattan resalta su impacto histórico. Los premios Nobel otorgados por la técnica de trampa de iones y las técnicas de ionización suave subrayan su evolución continua. La espectrometría de masas sigue siendo esencial en química, física, biología y medicina para el análisis preciso de composición y estructura.
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