Espectroscopía de Masa de Elementos

Definir la espectrometría de masas

Empecemos por definir la espectrometría de masas.

La mayoría de los espectrómetros de masas utilizan una técnica denominada ionización por impacto de electrones (EI). Esta técnica utiliza un haz de electrones para eliminar un electrón (o electrones) de una molécula, formando un catión radical. Este catión radical también se denomina ion parental o ion molecular.

¿Tienes curiosidad por saber cómo funciona un espectrómetro de masas? ¡Echemos un vistazo!

Supongamos que tienes una muestra de metano (_CH4). En primer lugar, se introduce la muestra de gas en el espectrómetro. A continuación, se proyectan electrones sobre las moléculas de gas, que pueden romperse en fragmentos y crear cationes radicales. Estas partículas cargadas viajan hasta un detector de iones tras ser desviadas por un fuerte campo magnético que divide los iones en función de su relación masa-carga (m/z).

Al aumentar el campo magnético, los iones de los isótopos más pesados se desplazan hacia el detector de iones. Este detector de iones está conectado a un ordenador, que muestra el espectro de masas de la muestra. El detector de iones puede detectar su relación masa-carga (que es su masa atómica), y el número de átomos que llegan al detector para cada valor m/z.

Espectroscopia de masas atómicas

Cuando el ordenador lee los datos recogidos del detector de iones, crea un espectro de masas que nos indica el número de componentes de la muestra, la masa molecular relativa de cada componente y su abundancia relativa.

Veamos el espectro de masas del cobre natural. Este espectro de masas nos muestra la existencia de dos isótopos de cobre. Concretamente, nos indica las abundancias fraccionarias de ambos isótopos. Así, observando el espectro de masas, podemos saber que el cobre elemental tiene un 69,17% de ^63Cuy un 30,83% de ^65Cu.

Fig. 2: Espectro de masas del cobre (Cu), StudySmarter Originals.

Si aún te sientes confuso, ¡no te estreses! Dentro de un rato veremos más ejemplos de gráficos de espectros de masas.

Ecuación de la espectrometría de masas

La espectrometría de masas explica la relación entre el espectro de masas de un elemento y las masas de los isótopos de dicho elemento. Recuerda: los elementos se presentan en la naturaleza como mezclas de isótopos.

Podemos utilizar la información de la espectroscopia de masas para calcular la masa atómica relativa de un elemento, utilizando la siguiente ecuación:

$$A_{r}=\frac{\Sigma (masa del isótopo\cdot abundancia del isótopo)}{100}$$

Veamos el espectro de masas del neón. Observa que muestra tres picos, o tres isótopos del neón: ^20Ne(90,9% de abundancia), ^21Ne(0,3% de abundancia) y ^22Ne(8,8% de abundancia).

Fig. 3: Espectro de masas del Neón (Ne), StudySmarter Original.

Podemos utilizar la ecuación anterior para averiguar la masa atómica relativa del Neón.

$$A_{r}=\frac{\Sigma (masa del isótopo\cdot abundancia del isótopo)}{100}$$

$$A_{r}del neón (Ne)=frac{(20\cdot 90,9)+(21\cdot 0,3)+(22\cdot 8,8)}{100}=20,2$$

Espectroscopia de masas: Gráficos de elementos

Antes de ver algunos ejemplos de preguntas relacionadas con la espectrometría de masas que podrías ver en tu examen, ¡vamos a ver las gráficas (espectro de masas) de algunos elementos!

El Flúor y el Yodo sólo tienen un pico en su espectro de masas. Por tanto, tanto el ^19Fcomo el ^127Itienen una abundancia del 100%. En cambio, el Bromo elemental tiene dos picos, por lo que es 51% bromo-79 y 49% bromo-81. El cloro también tiene dos picos en su espectro de masas: 76% ^35Cl, y 24% ^37Cl

Fig. 5: Espectros de masas de los halógenos, StudySmarter Original.

A continuación se muestra el espectro de masas del selenio. ¿Puedes adivinar cuántos isótopos de selenio (Se) existen? Si has dicho 5, ¡tienes razón!

Fig. 6: Espectro de masas del selenio, StudySmarter Original.

Ejemplos de espectrometría de masas

Ahora que sabemos cómo analizar un espectro de masas, veamos algunos ejemplos de preguntas de examen.

Vamos a resolver otra cuestión.