TÉCNICAS
espectrometría de masas

La espectrometría de masas es una técnica versátil para determinar los elementos presentes en una atmósfera y determinar sus concentraciones. La resolución de la técnica depende del espectrómetro de masas utilizado. En nuestro caso utilizamos un espectrómetro de masas cuadrupolar en radio frecuencia, que tenemos acoplado a la cámara MARTE mediante un equipo autónomo de bombeo diferencial, al que llamamos RGA. En nuestro caso el espectrómetro de masas nos permite detectar masas hasta 200 uma.

En la cámara MARTE al trabajar en presiones relativamente altas de pocos mbar es imposible mantener en esas condiciones un filamento encendido (incandescente) que produzca electrones por emisión termoiónica y sea capaz de mantener un régimen estable de ionización. Utilizamos una cabeza de ionización abierta pensada para régimen de ultra alto vacío. Debido a esto nuestro cuadrupolo debe de trabajar en régimen de bombeo diferencial con respecto a la cámara MARTE. El cuadrupolo se encuentra en un equipo portátil de bombeo y conectado a la cámara de vacío a través de un tubo corrugado de aluminio en KF16. De este modo la cámara del cuadrupolo es capaz de trabajar en régimen de alto vacío o 10E-5mbar que hace posible que el filamento así como el SEM o multiplicador de electrones trabaje sin riesgo. En estas condiciones lo que hacemos es provocar una fuga en el sistema. La presión base de este equipo es 5E-8mbar sin hornear y provocamos una fuga hasta un valor de 10E-5mbar que procede en nuestro caso de la atmósfera del interior de MARTE. El control lo podemos hacer manualmente o automáticamente controlando en flujo o en presión. De este modo todo el gas que pasa por el cuadrupolo únicamente proviene de nuestra fuga que en nuestro caso es la cámara MARTE.

El espectro analógico que se muestra en rojo, corresponde al del equipo portátil de RGA cuando se encuentra a una presión de 10E-5mbar de aire. La cámara MARTE se encuentra a 7mbar. Este espectro muestra la composición del aire que proviene del interior de la cámara MARTE. Se trata de un espectro que mediante bombeo diferencial nos muestra la relación de las distintas masas que forman la atmósfera del interior de MARTE. Podemos ver como la principal composición del gas es nitrógeno, agua, oxígeno, hidrógeno y dióxido de carbono. En realidad lo que nos muestra este espectro es el valor del gas que pasa a través del cuadrupolo exactamente igual que si tuviéramos una fuga a 10E-5mbar.

El espectro analógico mostrado en azul, corresponde al espectro del equipo portátil RGA cuando se bombea contra si mismo. La presión del sistema es de 5E-8mbar. En este caso podemos ver como los principales componentes del gas residual es hidrógeno y vapor de agua con una concentración mínima de nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono.

Dentro del proyecto WLOM, la espectrometría de masas es una de las técnicas de análisis que nos van a permitir calcular la producción de oxígeno en el proceso de la fotosíntesis por parte del tapete de cianobacterias. El secreto es optimizar la técnica para obtener resultados en ppm (partes por millón), teniendo en cuenta la geometría de todo el conjunto experimental dentro de la cámara de simulación MARTE.

Cuando trabajamos con la atmósfera de Marte: fundamentalmente dióxido de carbono (95,3%) con un (2,7%) de nitrógeno, (1,6%) de argón y trazas de oxígeno (0,15%), monóxido de carbono (0,07%) y vapor de agua (0,03%). Medimos esta composición de gases de manera diferencial por el problema de la alta presión en la que se encuentra el interior de la cámara MARTE que hace imposible que se pueda mantener una ionización de manera estable a través de un filamento incandescente para producir electrones.

El espectro en verde, nos muestra el espectro analógico de la cámara RGA cuando esta se encuentra a un valor de 10E-5mbar y la cámara MARTE a un valor de 7mbar de la atmósfera de Marte. De este modo es posible realizar un RGA de la atmósfera. Podemos ver en el espectro que la masa mayoritaria o balance es el dióxido de carbono, seguido de nitrógeno, carbono y argón. Si dejamos pasar bastante tiempo, al trabajar en dinámico con la cámara MARTE, todo el gas que vamos introduciendo por la entrada de gases, termina por pasar por el equipo portátil RGA con lo que la atmósfera termina siendo lo más homogénea y parecida a la deseada en el caso de que no tengamos ningún valor de fuga apreciable.

El proyecto WLOM (Water Liquid On Mars) es un proyecto del plan nacional de investigación del MINECO con financiación desde el 30-12-2016 hasta el 29-09-2020. Código de proyecto: FIS2016-77578-R