Un spectrometru de masă de gaz este un instrument analitic utilizat pentru a determina concentrația elementelor din probe cunoscute și ca instrument de deducere a compoziției probelor necunoscute. Funcționează prin detectarea deviației ionilor încărcați derivați din atom sau moleculă într-un câmp magnetic. În analiza anorganică, fiecare atom elementar produce un spectru caracteristic. Atomii mai puțin masivi sunt deviați mai mult, la fel ca și atomii cu o sarcină mai mare. Câteva îmbunătățiri ale acestei configurații de bază fac ca spectrometrul de masă a gazului să fie util în analiza organică, precum și în determinarea elementară.
În spectrometrele de masă gazoase de bază utilizate pentru analiza elementară, o probă lichidă este mai întâi pregătită prin extragerea sau izolarea în alt mod a elementului de interes din proba originală. Lichidul este apoi vaporizat și ionizat prin bombardare cu un curent de electroni care elimină unul sau mai mulți electroni din atom. Ionul acum încărcat pozitiv trece printr-un câmp magnetic în unghi drept, care exercită o forță laterală asupra ionului. Gradul de deformare este direct proporțional cu raportul sarcină/masă al ionilor.
În timp ce principiul spectrometrului de masă de gaz este ușor de înțeles, instrumentul este o combinație atentă de componente. Proba vaporizată este introdusă într-o cameră de ionizare evacuată. Este necesar un vid, altfel ionul nou creat s-ar ciocni în curând cu o moleculă de aer. În camera de ionizare, o bobină de metal încălzită electric radiază electroni în lateral, eliminând electronii din atomii formând ioni, care sunt apoi colectați într-o capcană de electroni. Camera de ionizare funcționează la o tensiune pozitivă de 10,000 volți.
Ionii pozitivi sunt accelerați în afara camerei de ionizare de o placă de respingere ionică menținută la o tensiune pozitivă puțin mai mare. Fluxul de particule puternic energizate este concentrat într-un fascicul strâns și apoi trecut printr-un câmp magnetic indus de un electromagnet. În funcție de raportul dintre masă și sarcină, ionii vor fi deviați într-o măsură mai mică sau mai mare. Sarcina electromagnetului poate fi variată pentru a focaliza fluxul de ioni de interes pe placa de detectare. Detectorul compară curentul electric produs de fiecare curent de ioni pentru a determina abundența relativă.
Fiecare element are un spectru caracteristic. Un spectru este o diagramă a abundenței relative a fiecărui raport sarcină/masă. Fiecare linie de pe diagramă este legată de concentrația relativă a ionilor produși prin eliminarea primului electron, urmat de al doilea electron, al treilea și așa mai departe. Prin compararea unui spectru cu spectrele de masă elementare în referințe, poate fi determinat elementul care produce spectrul.
Utilizarea spectrometrului de masă de gaz în analiza organică este puțin mai complicată. Compușii organici vor crea o mare varietate de fragmente ionizate în camera de ionizare. Spectrele de masă chiar și ale compușilor organici simpli sunt mult mai complexe și sunt adesea supuse mai multor interpretări. Spectrometrul de masă de gaz poate fi utilizat pentru a confirma identitatea unui compus organic dacă spectrul este foarte curat, dar adesea sunt necesare rezultate corelate din alte tehnici.
Într-un spectrometru de masă cu cromatografie gazoasă (GC/MS), un amestec de compuși este mai întâi separat prin cromatografie în gaz și apoi alimentat la un spectrometru de masă cu gaz. În porțiunea de cromatografie în gaz a acestui instrument combinat, moleculele vaporizate se separă prin capacitatea lor de a difuza printr-un gaz purtător. Variind tipul, temperatura și debitul gazului purtător, diferite amestecuri pot fi separate pentru a da probe curate, separate din fiecare compus. Optimizarea este necesară pentru a determina cromatograful de gaze corecte și setările ulterioare ale spectrometrului de masă. Odată ce sursa de probă este caracterizată, cum ar fi într-o fabrică de producție sau într-o sursă naturală, cum ar fi un puț de petrol, aceste instrumente produc rezultate economice, de încredere.