Ionización de electrones
La ionización electrónica ( EI , anteriormente conocida como ionización por impacto de electrones [1] e ionización por bombardeo electrónico [2] ) es un método de ionización en el que los electrones energéticos interactúan con átomos o moléculas en fase sólida o gaseosa para producir iones . [3] La IE fue una de las primeras técnicas de ionización desarrolladas para espectrometría de masas . [4]Sin embargo, este método sigue siendo una técnica de ionización popular. Esta técnica se considera un método de ionización duro (de alta fragmentación), ya que utiliza electrones muy energéticos para producir iones. Esto conduce a una gran fragmentación, que puede ser útil para la determinación de la estructura de compuestos desconocidos. El EI es el más útil para compuestos orgánicos que tienen un peso molecular por debajo de 600. Además, se pueden detectar varios otros compuestos térmicamente estables y volátiles en estados sólido, líquido y gaseoso con el uso de esta técnica cuando se combinan con varios métodos de separación. [5]
La ionización de electrones fue descrita por primera vez en 1918 por el físico canadiense-estadounidense Arthur J. Dempster en el artículo de "Un nuevo método de análisis de rayos positivos ". Fue el primer espectrómetro de masas moderno y utilizó rayos positivos para determinar la relación entre la masa y la carga de varios componentes. [6] En este método, la fuente de iones utilizó un haz de electrones dirigido a una superficie sólida. El ánodo se hizo de forma cilíndrica utilizando el metal que se iba a estudiar. Posteriormente, se calentó mediante una bobina concéntrica y luego se bombardeó con electrones. Con este método, los dos isótopos de litio y los tres isótopos de magnesio, con sus pesos atómicos y proporciones relativas, pudieron ser determinados. [7] Desde entonces, esta técnica se ha utilizado con más modificaciones y desarrollos. El uso de un haz de electrones monoenergético enfocado para la ionización de átomos y moléculas en fase gaseosa fue desarrollado por Bleakney en 1929. [8] [9]
En este proceso, se expulsa un electrón de la molécula de analito (M) durante el proceso de colisión para convertir la molécula en un ion positivo con un número impar de electrones. La siguiente reacción en fase gaseosa describe el proceso de ionización de electrones [10]
donde M es la molécula de analito que se está ionizando, e - es el electrón y M + • es el ion molecular resultante .
En una fuente de iones EI , los electrones se producen a través de la emisión termoiónica al calentar un filamento de alambre que tiene corriente eléctrica que lo atraviesa. La energía cinética de los electrones bombardeados debería tener una energía más alta que la energía de ionización de la molécula de muestra. Los electrones se aceleran a 70 eV en la región entre el filamento y la entrada al bloque de la fuente de iones. La muestra bajo investigación que contiene las moléculas neutras se introduce en la fuente de iones en una orientación perpendicular al haz de electrones. Paso cercano de electrones altamente energéticos a baja presión (ca. 10 −5 a 10 −6torr) provoca grandes fluctuaciones en el campo eléctrico alrededor de las moléculas neutras e induce ionización y fragmentación. [11] La fragmentación en la ionización electrónica se puede describir utilizando las curvas de potencial de Born Oppenheimer como en el diagrama. La flecha roja muestra la energía de impacto del electrón, que es suficiente para eliminar un electrón del analito y formar un ion molecular a partir de resultados no disociativos. Debido a la mayor energía suministrada por electrones de 70 eV distintos del ión molecular, varias otras reacciones de disociación de enlaces pueden verse como resultados disociativos, mostrados por la flecha azul en el diagrama. Estos iones se conocen como iones de productos de segunda generación. El catión radicalA continuación, los productos se dirigen hacia el analizador de masas mediante un electrodo repelente. El proceso de ionización a menudo sigue reacciones de escisión predecibles que dan lugar a iones de fragmentos que, tras la detección y el procesamiento de señales, transmiten información estructural sobre el analito.
