Το φασματόμετρο μάζας αερίου είναι ένα αναλυτικό όργανο που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης στοιχείων σε γνωστά δείγματα και ως εργαλείο για την εξαγωγή της σύνθεσης άγνωστων δειγμάτων. Λειτουργεί ανιχνεύοντας την εκτροπή φορτισμένων ιόντων που προέρχονται από το άτομο ή το μόριο σε ένα μαγνητικό πεδίο. Στην ανόργανη ανάλυση, κάθε στοιχειακό άτομο παράγει ένα χαρακτηριστικό φάσμα. Τα άτομα με μικρότερη μάζα εκτρέπονται περισσότερο, όπως και τα άτομα με μεγαλύτερο φορτίο. Αρκετές βελτιώσεις σε αυτή τη βασική διαμόρφωση καθιστούν το φασματόμετρο μάζας αερίου χρήσιμο στην οργανική ανάλυση καθώς και στον στοιχειακό προσδιορισμό.
Στα βασικά φασματόμετρα μάζας αερίου που χρησιμοποιούνται για στοιχειακή ανάλυση, ένα υγρό δείγμα παρασκευάζεται πρώτα με εκχύλιση ή με άλλο τρόπο απομόνωση του στοιχείου που ενδιαφέρει από το αρχικό δείγμα. Το υγρό στη συνέχεια εξατμίζεται και ιονίζεται με βομβαρδισμό με ρεύμα ηλεκτρονίων που εκτινάσσει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια από το άτομο. Το πλέον θετικά φορτισμένο ιόν διέρχεται από ένα μαγνητικό πεδίο σε ορθή γωνία, το οποίο ασκεί μια πλάγια δύναμη στο ιόν. Ο βαθμός εκτροπής είναι ευθέως ανάλογος με την αναλογία φορτίου προς μάζα των ιόντων.
Ενώ η αρχή του φασματόμετρου μάζας αερίου είναι εύκολα κατανοητή, το όργανο είναι ένας προσεκτικός συνδυασμός συστατικών. Το εξατμισμένο δείγμα εισάγεται σε έναν εκκενωμένο θάλαμο ιονισμού. Απαιτείται κενό, διαφορετικά το νεοδημιουργημένο ιόν θα συγκρουστεί σύντομα με ένα μόριο αέρα. Στον θάλαμο ιονισμού, ένα ηλεκτρικά θερμαινόμενο μεταλλικό πηνίο ακτινοβολεί ηλεκτρόνια στο πλάι, καταρρίπτοντας ηλεκτρόνια από τα άτομα που σχηματίζουν ιόντα, τα οποία στη συνέχεια συλλέγονται σε μια παγίδα ηλεκτρονίων. Ο θάλαμος ιονισμού λειτουργεί στα θετικά 10,000 βολτ.
Τα θετικά ιόντα επιταχύνονται έξω από το θάλαμο ιονισμού από μια ιοναπωθητική πλάκα που διατηρείται σε ελαφρώς υψηλότερη θετική τάση. Το ρεύμα των σωματιδίων με υψηλή ενέργεια συγκεντρώνεται σε μια σφιχτή δέσμη και στη συνέχεια περνά μέσα από ένα μαγνητικό πεδίο που προκαλείται από έναν ηλεκτρομαγνήτη. Ανάλογα με την αναλογία μάζας προς φορτίο, τα ιόντα θα εκτρέπονται σε μικρότερο ή μεγαλύτερο βαθμό. Το φορτίο στον ηλεκτρομαγνήτη μπορεί να ποικίλλει για να φέρει στο επίκεντρο το ενδιαφέρον ρεύμα ιόντων στην πλάκα ανίχνευσης. Ο ανιχνευτής συγκρίνει το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται από κάθε ρεύμα ιόντων για να προσδιορίσει τη σχετική αφθονία.
Κάθε στοιχείο έχει ένα χαρακτηριστικό φάσμα. Το φάσμα είναι ένα διάγραμμα της σχετικής αφθονίας κάθε αναλογίας φορτίου/μάζας. Κάθε γραμμή στο διάγραμμα σχετίζεται με τη σχετική συγκέντρωση των ιόντων που παράγονται με την απομάκρυνση του πρώτου ηλεκτρονίου, ακολουθούμενο από το δεύτερο ηλεκτρόνιο, το τρίτο και ούτω καθεξής. Συγκρίνοντας ένα φάσμα με στοιχειακά φάσματα μάζας σε αναφορές, μπορεί να προσδιοριστεί το στοιχείο που παράγει το φάσμα.
Η χρήση του φασματόμετρου μάζας αερίου στην οργανική ανάλυση είναι λίγο πιο περίπλοκη. Οι οργανικές ενώσεις θα δημιουργήσουν μια μεγάλη ποικιλία ιονισμένων θραυσμάτων στον θάλαμο ιονισμού. Τα φάσματα μάζας ακόμη και απλών οργανικών ενώσεων είναι πολύ πιο πολύπλοκα και συχνά υπόκεινται σε περισσότερη ερμηνεία. Το φασματόμετρο μάζας αερίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επιβεβαίωση της ταυτότητας μιας οργανικής ένωσης εάν το φάσμα είναι πολύ καθαρό, αλλά συχνά απαιτούνται συσχετιστικά αποτελέσματα από άλλες τεχνικές.
Σε ένα φασματόμετρο μάζας με αέρια χρωματογραφία (GC/MS), ένα μείγμα ενώσεων διαχωρίζεται πρώτα με αέρια χρωματογραφία και στη συνέχεια τροφοδοτείται σε ένα φασματόμετρο μάζας αερίου. Στο τμήμα αέριας χρωματογραφίας αυτού του οργάνου συνδυασμού, τα εξατμισμένα μόρια διαχωρίζονται λόγω της ικανότητάς τους να διαχέονται μέσω ενός αερίου φορέα. Μεταβάλλοντας τον τύπο, τη θερμοκρασία και τον ρυθμό ροής του φέροντος αερίου, μπορούν να διαχωριστούν διαφορετικά μείγματα για να δώσουν καθαρά, ξεχωριστά δείγματα κάθε ένωσης. Η βελτιστοποίηση είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό του σωστού αέριου χρωματογράφου και των επακόλουθων ρυθμίσεων του φασματόμετρου μάζας. Μόλις χαρακτηριστεί η πηγή του δείγματος, όπως σε ένα εργοστάσιο παραγωγής ή μια φυσική πηγή όπως μια πετρελαιοπηγή, αυτά τα όργανα παράγουν οικονομικά, αξιόπιστα αποτελέσματα.