13 Jul

Fundamentos de la espectrometría de masas

Los principios en los que se basa la espectrometría de masas son algo abstractos, así que comencemos con un ejercicio mental. Imagínese que quiere pesar un camión completamente cargado. Lo más fácil sería conducir el vehículo hasta una báscula de camiones pesados. Después, queremos pesar una rueda. Esto lo podríamos hacer con una báscula normal. A continuación queremos pesar un tornillo de esa rueda, para lo cual nos serviría cualquier báscula simple de cocina. Finalmente, imagine que lo quiere pesar es un átomo de la superficie del tornillo. ¿Cómo lo haría? Incluso la balanza más precisa y exacta construida actualmente sería incapaz de realizar la medición.

Esta fue la situación a la que se enfrentaban los químicos a principios del siglo XX. Gracias a la teoría atómica de John Dalton, sabían que la materia estaba formada por átomos y que los átomos de un mismo elemento eran iguales. Pero, ¿qué aspecto tenía un átomo y cuánto pesaba? En 1897, J.J. Thomson descubrió el electrón estudiando el comportamiento de los rayos catódicos, la corriente de partículas con carga negativa que se originaban en el cátodo en un tubo de vacío lleno de gas. Un año más tarde, en 1898, Willy Wien comenzó a trabajar con “rayos positivos”, partículas cargadas positivamente que salen del ánodo y se dirigen al cátodo. Wien observó que un campo magnético podía desviar los rayos positivos. Posteriormente, en 1907, Thomson comenzó a desviar los rayos positivos con campos eléctricos y magnéticos y descubrió que podía determinar la masa de las partículas midiendo la distancia a la cual eran desviadas.

En 1919, Francis Aston mejoró los métodos y equipos de Thomson, lo que llevó al primer espectrómetro de masas que era, literalmente, un equipo que pesaba átomos y moléculas. Hoy día también se usa para medir los pesos moleculares de los compuestos, pero también para identificar y cuantificar sustancias presentes en una muestra.  

Entendiendo la espectrometría de masas

Para comprender los principios básicos de la espectrometría de masas vamos a poner el siguiente ejemplo. Imaginemos a una persona situada en lo alto de un rascacielos en un día con mucho viento. Esa persona tiene varias pelotas de distinto tamaño: una pelota de tenis, un balón de fútbol y un balón medicinal. Y se dispone a lanzarlas al vacío una a una. A medida que cada pelota cae, el viento desvía la trayectoria a lo largo de un camino curvo. La masa de cada pelota influye en la trayectoria ya que, por ejemplo, el balón medicinal es más pesado que la pelota de tenis y por lo tanto será más difícil de mover por el viento. Así que cada pelota seguirá una trayectoria diferente.

En un espectrómetro de masas sucede lo mismo, con la excepción de que en lugar de las pelotas son los átomos los que se están desviando y son los campos eléctricos o magnéticos los que desvían la trayectoria de esos átomos.