Massaspektrometria

Massaspektrometrian käyttö

Massaspektrometria on erittäin monipuolinen analyysimenetelmä. Sen avulla saadut massaspektrit ovat tärkeä työkalu etenkin analyyttisen kemian alalla molekyylien tai seosten koostumuksen ja rakenteen selvittämisessä.

Massaspektrometri koostuu ionilähteestä, analysaattorista ja ilmaisimesta. Se mahdollistaa ionien massa-varaus-suhteen mittaamisen. Kun varaus on tiedossa, ionisoituneiden hiukkasten massa voidaan määrittää.

Massaspektrometrit voidaan rakentaa vaihtelevasti eri analyysimenetelmien, kuten kaasukromatografian (GC) ja nestekromatografian (LC), yhdistelmillä analysoitavien näytteiden monimutkaisuuden mukaan. Massaspektrometria on erittäin tehokas analyyttinen menetelmä kaasumaisten analyyttien kvalitatiiviseen ja kvantitatiiviseen määrittämiseen.

Massaspektrometrian kulku

Massaspektrometrian prosessi jaetaan neljään vaiheeseen: ionisaatio, erottelu, rekisteröinti ja tunnistaminen.

Ionisaatio

Ionilähteestä riippuen kaasut, höyrystettävät nesteet tai myös kiinteät aineet ionisoidaan ja analysoidaan kaasufaasissa. Näytteen aineet ionisoidaan ionilähteessä esimerkiksi kenttäionisaatiolla, fotoionisaatiolla, sumuionisaatiolla tai elektronionisaatiolla, minkä jälkeen ne ovat ladattuja atomeja ja fragmentteja.

Erottelu

Ionit uutetaan ionilähteestä sähkökentän avulla, kiihdytetään ja siirretään sitten analysaattoriin. Jos ionit pidetään sähkömagneettisessa kentässä määritellyllä alueella, viritys ja massan valinta voidaan toistaa useita kertoja. Tässä tapauksessa puhutaan ioniloukusta. Ionien liikkumisnopeus ioniloukussa riippuu massan ja varauksen suhteesta.

Tunnistaminen

Ionit voidaan nyt havaita eri tavoin. Muuttamalla kenttää voidaan ionien kiertorataa, jolla on määritelty massan ja varauksen suhde, destabiloida. Ionit poistuvat siten ioniloukusta ja havaitaan sitten ilmaisimella. Koska kentän muutos on tiedossa, ionien massan ja varauksen suhde voidaan määrittää ja niiden massa ja esiintymistiheys voidaan lukea saaduista massaspektreistä piikkien sijainnin ja intensiteetin perusteella. Ioniloukku-massaspektrometrien lisäksi on olemassa muun muassa lentoaika-, kvadrupol- ja sektorikenttä-massaspektrometrejä.

Tunnistaminen

Molekyylejä, jotka eroavat toisistaan fysikaalisissa ja kemiallisissa ominaisuuksissaan, mutta joilla on sama summa kaava ja siten sama massa, kutsutaan isomeereiksi. Kun nämä isomeerit hajotetaan, ne hajoavat molekyylikohtaisesti pienemmiksi ionisoituneiksi molekyyleiksi, fragmenteiksi tai atomeiksi, jotka eroavat toisistaan massan ja varauksen suhteen. Tällä tavalla on mahdollista tunnistaa puhtaat aineet ja seokset.

Massaspektrometrian sovellusalueet

Massaspektrometria (MS) on erittäin herkkä analyysimenetelmä, jota käytetään usein yhdessä muiden menetelmien kanssa (esimerkiksi ICP-MS, GC-MS, IR-MS, CE-MS tai EI-MS). Sen erittäin laaja käyttöalue ulottuu teollisuuden teknisten tuotantoprosessien ohjauksesta eri luonnontieteiden tutkimukseen ja raskasmetallien jälkien analysointiin tai monimutkaisten orgaanisten molekyylien määrittämiseen – esimerkiksi ympäristöanalyysissä.