Spettroscopia - spettroscopia di massa

Spettroscopia di massa

E’ una tecnica non propriamente spettroscopica, in quanto non coinvolge

l’interazione tra molecola e radiazione. La s. di m. permette di determinare:

a. peso molecolare di una sostanza

b. peso molecolare dei "frammenti" che compongono la molecola

c. formula bruta una molecola è ionizzata per espulsione di un

Il principio su cui si basa è il seguente: in parte si frammenta

elettrone; il radicale catione che si forma (ione molecolare)

generando Lo ione molecolare e i vari ioni che si originano per

ioni frammento.

frammentazione (ioni (cationi e radicali cationi) vengono discriminati

frammento)

sulla base della loro massa e rivelati da un detector.

Lo strumento è costituito dai seguenti blocchi:

a. Sistema di introduzione del campione

b. Camera di ionizzazione

c. Analizzatore di ioni

d. Detector

e. Registratore

Introduzione del campione (Sample Inlet System)

L’introduzione del campione nella camera di ionizzazione può essere fatta sia allo

stato solido, usando una sonda, che allo stato liquido o gassoso, usando un sistema di

valvole che permettono di accedere alla camera di ionizzazione senza che questa

venga a contatto con l’esterno. La quantità di prodotto necessario per registrare uno

spettro è dell’ordine dei microgrammi/nanogrammi. E' possibile utilizzare l'uscita di

un sistema GC o HPLC come ingresso dello spettrometro di massa. Queste tecniche,

note come GC-MS e HPLC-MS, sono estremammente utili nell'analisi di miscele di

prodotti.

Camera di ionizzazione

La camera di ionizzazione è costituita da un cilindro tenuto sotto alto vuoto

-6

(10 Atm); in queste condizioni, ed a opportune temperature, tutti i composti, anche

quelli solidi, passano allo stato gassoso. Per ionizzare le molecole esistono varie

tecniche: (EI). La ionizzazione per impatto elettronico è la

a. Electronic Impact Ionization

tecnica più comune. Un filamento di tungsteno incandescente emette un fascio

di elettroni che, accelerati verso un anodo posto dalla parte opposta al

filamento, acquistano un’elevata energia (ca. 70 eV). Quando questi elettroni

vengono a contatto con la sfera elettronica di una molecola (impatto

elettronico), le trasferiscono la loro energia, provocando l’espulsione di un

elettrone con formazione di un radical catione.

Siccome l’energia necessaria per ionizzzare una molecola organica è di ca.

b. 13-14 eV, i radical cationi sono prodotti ad un’energia vibrazionale molto alta,

che ne può determinare la frammentazione con formazione di un radicale e un

catione. Tutti gli ioni positivi (cationi e radical cationi) sono respinti da una

piastra, tenuta ad un potenziale positivo, verso una serie di piastre forate,

tenute a potenziale positivo crescente, dette piastre acceleratrici. Nel loro

tragitto gli ioni subiscono un’accelerazione proporzionale al potenziale V delle

piastre acceleratrici e vengono espulsi, attraverso una fenditura di uscita, con

2

un’energia cinetica ½mv = zV (z è la carica degli ioni; in genere, z = 1).

2

Questo tipo di ionizzazione è Gli ioni vengono generati ad un livello

hard.

energetico molto alto e si possono avere frammentazioni estese che lasciano

poco o nulla dello ione molecolare. Questo ha portato alla messa a punto di

tecniche di ionizzazione soft.

Le principali sono:

c. (CI). La ionizzazione chimica viene utilizzata quando gli

Chemical Ionization

ioni molecolari prodotti con il metodo dell’impatto elettronico sono troppo

poco stabili e si frammentano completamente. Il metodo consiste

nell’introdurre, insieme al campione, del metano in forte eccesso.

Statisticamente sarà il metano ad essere ionizzato per impatto lelettronico,

4.+ 3.

generando CH ; questo, incontrando un’altra molecola di CH , forma CH e

4

5+

CH , che funziona da acido per una molecola organica M generando l’acido

+

coniugato MH . Questa specie non viene generata ad un livello vibrazionale

eccitato, e non frammenta. La particolarità è che nello spettro vedremo lo ione

molecolare + 1.

d. (FAB). Nella ionizzazione per bombardamento

Fast Atomic Bomdardment

atomico il prodotto è introdotto in una matrice liquida e bombardato con

elettroni ad alta velocità provenienti da una superfice metallica (Cesio)

opportunamente riscaldata.

e. (ESI). Il campione, sciolto in un solvente polare, è

Electron Spray Inonisation

nebulizzato a pressione atmosferica dentro alla camera di ionizzazione

attraver