Spettrometria per mobilità ionica: principio, utilizzo

La spettrometria per mobilità ionica è una tecnica analitica che è usata per la rilevazione di composti presenti nell’atmosfera come gas: nervini, irritanti per la pelle, nocivi per i polmoni e per il sangue oltre a sostanze provenienti dall’industria petrolchimica.

Già nel 1987 Sir Ernest Rutherford misurò la mobilità degli ioni formati dalla ionizzazione a raggi X  caratterizzandone successivamente le loro mobilità. Dal 1948 furono condotti studi sulla mobilità ionica fin quando nel 1970 fu introdotta la tecnica della spettrometria per mobilità ionica.

Utilizzo

Negli ultimi anni è stata utilizzata per rilevare esplosivi e narcotici nei dispositivi presenti negli aeroporti.

La spettrometria per mobilità ionica è largamente utilizzata sia utilizzando dispositivi mobili che fissi ed è particolarmente efficace se accoppiata ad altre tecniche strumentali quali la spettrometria di massa e gascromatografia e  in quanto è in grado di fornire informazioni sulle strutture di ioni poliatomici, ioni macromolecolari e proteine.

Principio

Il principio su cui si basa tale tecnica è la separazione di ioni gassosi dovuta alla loro mobilità che dipende dalla loro dimensione, forma e carica in presenza di un campo elettrico debole.

In tale tecnica è utilizzato il nichel 63 come sorgente ionizzante.
Dal momento che la camera di ionizzazione è mantenuta a pressione ambiente, le molecole più abbondanti sono quelle dell’aria che danno origine agli ioni reagenti positivi come NH₄⁺, NO⁺ e H₃O⁺ e negativi come O^2-.

Tali ioni reagendo successivamente con le molecole di analita con processi di trasferimento di carica, protonazione e deprotonazione generano gli ioni prodotto.

Le velocità degli ioni prodotto sono misurate attraverso un tubo di deriva in cui è presente una miscela gassosa di azoto, argon e elio.

Gli ioni si muovono sotto l’influenza di un debole campo elettrico E con una velocità v_D e la mobilità dello ione in una determinata miscela gassosa è data da:
v_D = KE

essendo K misurato sperimentalmente sulla base del tempo t che impiega lo ione ad attraversare il tubo di deriva di lunghezza L riempito con una determinata miscela gassosa:
K = L/tE

Poiché K dipende dalla temperatura e dalla pressione, a scopi pratici si usa la mobilità ionica normalizzata K₀ definita dalla seguente equazione:
K₀ = K(273/T)(p/760)

È spesso utile dedurre informazioni sulla struttura di ioni specifici utilizzando una sezione trasversale di collisione determinata sperimentalmente per un determinato ione che rappresenta la superficie media della molecola che interagisce con il gas inerte secondo un moto tridimensionale.