ICP-MS: interfase, analizadores de masas, interferencias y células de reacción

Espectrometría de Masas con Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP-MS)

Interfase: Muestreador y Skimmer

La interfase es la zona de transición entre el plasma (a alta temperatura y presión) y el espectrómetro de masas (a baja presión). Está compuesta principalmente por:

1. Muestreador (Sampler): Es un cono con un pequeño orificio por donde se extrae una muestra del plasma.
2. Skimmer: Es un segundo cono, situado detrás del muestreador, que permite el paso de los iones y reduce la entrada de gases neutros al espectrómetro de masas.

A la salida del skimmer, un sistema bloquea la entrada de fotones del plasma. Tras este, unas lentes electrónicas cargadas positivamente focalizan los iones hacia un camino central.

Procesos en la interfase:

A la salida del cono muestreador, se produce una aceleración de los iones debido al paso del flujo a través del orificio, generando un chorro supersónico. Los iones más ligeros que atraviesan el skimmer se quedan en la parte externa, mientras que los más pesados se concentran en la parte central, formando una nube. Este fenómeno se conoce como efecto espacio-carga.

Analizadores de Masas

Cuadrupolo

El cuadrupolo es un analizador de masas que separa los iones según su relación masa/carga (m/z). Está formado por cuatro barras de molibdeno paralelas, conectadas por pares a una fuente de corriente continua (un par al polo positivo y otro al negativo). A cada par se le aplican potenciales de corriente alterna de radiofrecuencia.

Los iones se aceleran a la entrada del filtro cuadrupolar. La corriente continua y alterna aumentan simultáneamente. Para una combinación de potenciales dada, solo existe una trayectoria estable a través del cuadrupolo, correspondiente a una relación m/z específica. Los iones que no cumplen esta relación no atraviesan el cuadrupolo.

Una forma de usar el cuadrupolo es mantener constante la frecuencia (v) de la corriente alterna y aumentar gradualmente los potenciales U y V_RF, manteniendo constante su relación. Esto define un paso de banda que permite obtener el espectro de masas de una sustancia de forma secuencial.

Analizador de Tiempo de Vuelo (TOF)

El analizador de tiempo de vuelo (TOF) se basa en que, una vez que los iones tienen la misma energía cinética, el tiempo que tardan en recorrer la longitud del tubo de vuelo y llegar al detector depende únicamente de su relación m/z.

Los iones más ligeros viajan más rápido y llegan al detector antes que los más pesados. Dado que todos los iones tienen la misma energía cinética, sus velocidades varían inversamente con sus masas.

Ventajas del TOF:

• Detección casi simultánea de todos los iones.

Desventajas del TOF:

• Menor sensibilidad que el cuadrupolo.

Detectores

Algunos detectores comunes en ICP-MS son los multicolectores y el detector de dinodo continuo.

Interferencias

En ICP-MS, se pueden presentar varios tipos de interferencias:

• Isobáricas: Isótopos de diferentes elementos con la misma relación m/z.
• Poliatómicas: Especies moleculares con dos o más átomos cuya suma de m/z coincide con la del analito.
• Especies doblemente cargadas: Iones con doble carga que pueden interferir con iones de la mitad de su masa.

Solución a Interferencias Poliatómicas: Células de Reacción/Colisión

Las interferencias poliatómicas se pueden solucionar utilizando células de reacción/colisión. Algunos mecanismos comunes son:

1. Disociación inducida por colisión (CID): Se utiliza helio (He) para fragmentar las especies moleculares.
2. Reacción química de transferencia de átomos: Se utiliza hidrógeno (H₂).
3. Reacción química de transferencia de carga: Se utiliza hidrógeno (H₂).
4. Discriminación de energía cinética (KED): Se utiliza helio (He) y se aprovechan las diferencias de energía cinética entre los iones del analito y los iones interferentes.