Plinski maseni spektrometar je analitički instrument koji se koristi za određivanje koncentracije elemenata u poznatim uzorcima i kao alat za određivanje sastava nepoznatih uzoraka. Djeluje tako da detektira otklon nabijenih iona dobivenih iz atoma ili molekule u magnetskom polju. U anorganskoj analizi, svaki elementarni atom proizvodi karakterističan spektar. Manje masivni atomi se više odbijaju, kao i atomi s većim nabojem. Nekoliko poboljšanja ove osnovne konfiguracije čine plinski maseni spektrometar korisnim u organskoj analizi, kao i u određivanju elemenata.
U bazičnim plinskim masenim spektrometrima koji se koriste za elementarnu analizu, tekući uzorak se prvo priprema ekstrakcijom ili na drugi način izolacijom elementa od interesa iz izvornog uzorka. Tekućina se zatim isparava i ionizira bombardiranjem strujom elektrona koja odbacuje jedan ili više elektrona iz atoma. Sada pozitivno nabijeni ion prolazi kroz magnetsko polje pod pravim kutom, što na ion djeluje bočno. Stupanj otklona izravno je proporcionalan omjeru naboja i mase iona.
Iako je princip plinskog masenog spektrometra lako razumljiv, instrument je pažljiva kombinacija komponenti. Ispareni uzorak se uvodi u evakuiranu ionizacijske komore. Potreban je vakuum, inače bi se novonastali ion uskoro sudario s molekulom zraka. U ionizacijskoj komori, električni grijani metalni svitak zrači elektrone u stranu, odstranjujući elektrone od atoma koji tvore ione, koji se zatim skupljaju u zamku elektrona. Ionizacijska komora radi na pozitivnih 10,000 XNUMX volti.
Pozitivni ioni se ubrzavaju iz ionizacijske komore pomoću ploče za odbijanje iona koja se drži na nešto većem pozitivnom naponu. Struja čestica s visokom energijom koncentrira se u čvrsti snop i zatim prolazi kroz magnetsko polje inducirano elektromagnetom. Ovisno o omjeru mase i naboja, ioni će se odmaknuti u manjoj ili većoj mjeri. Naboj na elektromagnetu može se mijenjati kako bi se u fokus stavio ionski tok od interesa na ploči za detekciju. Detektor uspoređuje električnu struju koju proizvodi svaki ionski tok kako bi odredio relativnu količinu.
Svaki element ima karakterističan spektar. Spektar je dijagram relativne zastupljenosti svakog omjera naboj/masa. Svaka linija na grafikonu povezana je s relativnom koncentracijom iona nastalih izbacivanjem prvog elektrona, a zatim drugog elektrona, trećeg i tako dalje. Usporedbom spektra sa spektrom elementarnih masa u referencama, može se odrediti element koji proizvodi spektar.
Korištenje masenog spektrometra plina u organskoj analizi je malo kompliciranije. Organski spojevi će stvoriti veliki izbor ioniziranih fragmenata u ionizacijskoj komori. Spektri mase čak i jednostavnih organskih spojeva mnogo su složeniji i često su podložni više interpretacije. Plinski maseni spektrometar može se koristiti za potvrdu identiteta organskog spoja ako je spektar vrlo čist, ali često su potrebni rezultati u korelaciji iz drugih tehnika.
U masenom spektrometru plinske kromatografije (GC/MS), smjesa spojeva se najprije odvaja plinskom kromatografijom, a zatim se dovodi u plinski maseni spektrometar. U dijelu za plinsku kromatografiju ovog kombiniranog instrumenta, isparene molekule se odvajaju svojom sposobnošću da difundiraju kroz plin nosač. Promjenom vrste, temperature i brzine protoka plina nosača, različite smjese se mogu odvojiti kako bi se dobili čisti, odvojeni uzorci svakog spoja. Optimizacija je neophodna za određivanje ispravnih postavki plinskog kromatografa i naknadnih postavki masenog spektrometra. Nakon što se okarakterizira izvor uzorka, kao što je u proizvodnom pogonu ili prirodni izvor kao što je naftna bušotina, ovi instrumenti daju ekonomične i pouzdane rezultate.