
Un instrumento de sector es un término general para una clase de espectrómetro de masas que utiliza un sector eléctrico estático (E) o magnético (B), o alguna combinación de ambos (separados en el espacio), como analizador de masas. [ 1 ] Las combinaciones más populares de estos sectores han sido los instrumentos EB, BE (de la llamada geometría inversa), BEB de tres sectores y EBEB de cuatro sectores (eléctrico-magnético-eléctrico-magnético). La mayoría de los instrumentos de sector modernos son de doble enfoque (desarrollados por primera vez por Francis William Aston , Arthur Jeffrey Dempster , Kenneth Bainbridge y Josef Mattauch en 1936 [ 2 ] ), ya que enfocan los haces de iones tanto en dirección como en velocidad. [ 3 ]
Teoría
El comportamiento de los iones en un campo eléctrico o magnético estático, lineal y homogéneo (por separado), como el que se encuentra en un espectrómetro de masas, es sencillo. La física se describe mediante una única ecuación: la ley de Lorentz . Esta ecuación es fundamental para todas las técnicas de espectrometría de masas y se aplica también en casos no lineales y no homogéneos, siendo una ecuación importante en el campo de la electrodinámica en general.
donde E es la intensidad del campo eléctrico , B es la inducción del campo magnético , q es la carga de la partícula, v es su velocidad actual (expresada como un vector) y × es el producto vectorial .
Por lo tanto, la fuerza sobre un ion en un campo eléctrico homogéneo lineal (un sector eléctrico) es:
- ,
en la dirección del campo eléctrico, con iones positivos y en dirección opuesta con iones negativos.

La fuerza depende únicamente de la carga y la intensidad del campo eléctrico. Los iones más ligeros se desviarán más y los más pesados menos debido a la diferencia de inercia , y los iones se separarán físicamente en el espacio formando haces distintos al salir del sector eléctrico.
Y la fuerza sobre un ion en un campo magnético homogéneo lineal (un sector magnético) es:
- ,
perpendicular tanto al campo magnético como al vector de velocidad del propio ion, en la dirección determinada por la regla de la mano derecha de los productos cruzados y el signo de la carga.
La fuerza en el sector magnético se complica por la dependencia de la velocidad, pero con las condiciones adecuadas (velocidad uniforme, por ejemplo), los iones de diferentes masas se separarán físicamente en el espacio en diferentes haces, al igual que ocurre en el sector eléctrico.
Geometrías clásicas
Estas son algunas de las geometrías clásicas de los espectrógrafos de masas que se utilizan a menudo para distinguir diferentes tipos de configuraciones de sectores, aunque la mayoría de los instrumentos actuales no encajan con precisión en ninguna de estas categorías, ya que los diseños han evolucionado aún más.
Bainbridge-Jordania
La geometría del instrumento sectorial consiste en un 127,30°sector eléctrico sin una longitud de deriva inicial seguido de un sector magnético de 60° con la misma dirección de curvatura. A veces llamado "espectrómetro de masas de Bainbridge", esta configuración se usa a menudo para determinar masas isotópicas . Se produce un haz de partículas positivas a partir del isótopo en estudio. El haz está sujeto a la acción combinada de campos eléctricos y magnéticos perpendiculares . Dado que las fuerzas debidas a estos dos campos son iguales y opuestas cuando las partículas tienen una velocidad dada por
No experimentan una fuerza resultante ; pasan libremente a través de una rendija y luego son sometidas a otro campo magnético, recorriendo una trayectoria semicircular e impactando una placa fotográfica . La masa del isótopo se determina mediante un cálculo posterior.
Mattauch-Herzog
La geometría de Mattauch-Herzog consiste en un ángulo de 31,82° (sector eléctrico de radianes), una longitud de deriva que es seguida por un sector magnético de 90° de dirección de curvatura opuesta. [ 4 ] La entrada de los iones ordenados principalmente por carga en el campo magnético produce un efecto de enfoque de energía y una transmisión mucho mayor que un filtro de energía estándar. Esta geometría se usa a menudo en aplicaciones con una alta dispersión de energía en los iones producidos donde no obstante se requiere sensibilidad, como la espectrometría de masas de fuente de chispa (SSMS) y la espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS). [ 5 ] La ventaja de esta geometría sobre la geometría de Nier-Johnson es que los iones de diferentes masas se enfocan todos en el mismo plano plano. Esto permite el uso de una placa fotográfica u otra matriz de detector plano.
Nier-Johnson
La geometría de Nier-Johnson consta de un sector eléctrico de 90°, una longitud de deriva intermedia larga y un sector magnético de 60° con la misma dirección de curvatura. [ 6 ] [ 7 ]
Hinterberger–Konig
La geometría de Hinterberger-Konig consta de un sector eléctrico de 42,43°, una longitud de deriva intermedia larga y un sector magnético de 130° con la misma dirección de curvatura.
Takeshita
La geometría de Takeshita consiste en un sector eléctrico de 54,43°, una longitud de deriva corta, un segundo sector eléctrico de la misma dirección de curvatura seguido de otra longitud de deriva antes de un sector magnético de 180° de dirección de curvatura opuesta.
Matsuda
La geometría de Matsuda consta de un sector eléctrico de 85°, una lente cuadrupolar y un sector magnético de 72,5° con la misma dirección de curvatura. [ 8 ] Esta geometría se utiliza en SHRIMP y Panorama (fuente de gas, alta resolución, multicollector para medir isotopólogos en geoquímica).
Véase también
Referencias
- ↑ IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión en línea: (2006 – ) " sector eléctrico ". doi : 10.1351/goldbook.E01938
- ↑ Arthur Jeffrey Dempster (físico estadounidense) en la Encyclopædia Britannica
- ↑ Burgoyne, Thomas W.; Gary M. Hieftje (1996). "Una introducción a la óptica iónica para el espectrógrafo de masas" (resumen) . Mass Spectrometry Reviews . 15 (4): 241– 259. Bibcode : 1996MSRv...15..241B . CiteSeerX 10.1.1.625.841 . doi : 10.1002/(SICI)1098-2787(1996)15:4 < 241::AID-MAS2 > 3.0.CO ; 2-I . PMID 27082712 .
{{cite journal}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace ) - ^ Klemm, Alfred (1946). "Zur Theorie der für alle Massen doppelfokussierenden Massenspektrographen" [ La teoría de un espectrógrafo de masas con doble foco independiente de la masa ] . Zeitschrift für Naturforschung A. 1 (3): 137– 141. Bibcode : 1946ZNatA...1..137K . doi : 10.1515/zna-1946-0306 . S2CID 94043005 .
- ↑ Schilling GD; Andrade FJ; Barnes JH; Sperline RP; Denton MB; Barinaga CJ; Koppenaal DW; Hieftje GM (2006). "Caracterización de una cámara de plano focal de segunda generación acoplada a un espectrógrafo de masas de geometría Mattauch-Herzog de plasma acoplado inductivamente". Anal. Chem . 78 (13): 4319–25 . doi : 10.1021/ac052026k . PMID 16808438 .
- ↑ De Laeter; J. y Kurz; MD (2006). "Alfred Nier y el espectrómetro de masas de campo sectorial" . Journal of Mass Spectrometry . 41 (7): 847– 854. Bibcode : 2006JMSp...41..847D . doi : 10.1002/jms.1057 . PMID 16810642 .
- ↑ IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión en línea: (2006 – ) " Geometría de Nier-Johnson ". doi : 10.1351/goldbook.N04141
- ↑ US 4553029 , Matsuda, Hisashi , "Espectrómetro de masas", publicado el 12 de noviembre de 1985, asignado a Jeol Ltd.
Lecturas adicionales
- Thomson, JJ: Rayos de electricidad positiva y su aplicación a los análisis químicos; Longmans Green: Londres, 1913
- Espectrometría de masas
- Instrumentos de medición