Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 467 de 495

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Vogel: Análise Química Quantitativa

19.2 Sistemas de vácuo

Embora os princípios da espectrometria de massas sejam simples e fáceis

de entender, a diversidade, a complexidade e o alto custo de muitos

aparelhos podem parecer um pouco intimidantes. O diagrama de blocos da

Fig. 19.2 relaciona os componentes principais destes aparelhos e ilustra

como os computadores podem ser usados como interfaces para aquisição e

processamento de dados e para o controle do instrumento. Veremos mais

detalhes deste tópico adiante, porém, até mesmo os espectrômetros de

massas mais complexos devem satisfazer as mesmas exigências, a produção

de íons na fase gasosa, sua análise segundo a massa e sua detecção

sucessiva pela razão massa/carga. Como isto é feito, a resolução que se

pode obter e os limites de detecção (10 fg ou menos) são hoje bem

diferentes dos experimentos originais com átomos de massas inferiores a

100. (As maiores massas moleculares estudadas hoje são > 200 000 u.)

 

19.2 Sistemas de vácuo

 

Quase todos os experimentos de espectrometria de massas são feitos em

alto vácuo. Isto permite a conversão da maior parte das moléculas em íons,

em fase gás, com tempo de vida suficientemente longo para permitir sua

medida. O sistema ideal deve ser capaz de produzir e manter vácuo de 10 –4

a 10 –8 torr (10 mPa a 1 μPa), mesmo quando moléculas orgânicas voláteis

são colocadas no sistema e aquecidas até 300°C. O sistema deve poder,

também, ser evacuado, após limpeza ou manutenção, a partir da pressão

atmosférica, de modo a atingir um vácuo aceitável em um tempo razoável.

Além disso, deve ser possível levar a área de trabalho do sistema da pressão

atmosférica até o vácuo adequado em até cinco minutos. Várias técnicas são

usadas para fazer isso em espectrômetros comerciais, mas todas têm

algumas características comuns. O primeiro estágio, ou vácuo grosseiro, é

produzido por bombas rotatórias de dois estágios, confiáveis e capazes de

altas velocidades de bombeamento. Elas são colocadas em série com o

estágio de alto vácuo, no qual dois sistemas diferentes podem ser usados.

As bombas de difusão a óleo convencionais são extremamente confiáveis

e são capazes de produzir alto vácuo em ambientes relativamente

volumosos (elas têm velocidades de bombeamento de 200 a 750 l·s –1), mas os custos de utilização e manutenção são altos. O óleo especial usado nestas

bombas é caro e deve ser substituído em intervalos regulares para manter o

desempenho. Existe também um certo risco de contaminação do

espectrômetro com o óleo. O segundo método, cada vez mais utilizado,

envolve o uso de bombas turbomoleculares, dispositivos puramente

mecânicos que não dependem de fontes aquecidas e não contêm óleo, que

são mais seguros, no sentido de que não podem contaminar o espectrômetro

de massas. Melhorias na fabricação das bombas turbomoleculares levaram,

recentemente, a bombas que têm vantagens sobre as bombas de difusão a

óleo, exceto quando altas velocidades de bombeamento são necessárias.

 

Fig. 19.1 Espectros de impacto de elétrons de (a) cloro-etano e (b) dicloro-metano