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Espectrometría de Masas

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Jeimy Mejia

on 7 April 2014

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Transcript of Espectrometría de Masas

Espectrometría de Masas
La Espectrometría de Masas es una poderosa técnica micro analítica usada para identificar compuestos desconocidos, para cuantificar compuestos conocidos, y para elucidar la estructura y propiedades químicas de moléculas. La detección de compuestos puede ser llevada a cabo con cantidades realmente pequeñas de muestra y obtener información característica como el peso y algunas veces la estructura del analito.
Fundamentos Teórico
La espectrometría de masas se fundamenta en la separación de partículas moleculares o atómicas por su diferente masa.

El proceso de la espectrometría de masas comprende básicamente cuatro etapas:
• Ionización de la muestra.
• Aceleración de los iones por un campo eléctrico.
• Dispersión de los iones según su masa/carga.
• Detección de los iones y producción de la correspondiente señal eléctrica.

Instrumentación en E.M.
Partes del equipo y funcionamiento

Un espectrómetro de masas es un instrumento que mide las masas de moléculas individuales que han sido convertidas en iones. Un espectrómetro de masas no mide la masa molecular directamente, pero mide la relación masa/carga de los iones formados de las moléculas
Los espectrómetros de masas tienen siete componentes mayores:
1. Un sistema de entrada
2. Una fuente de iones,
3. un analizador de masas
4. Un detector
5. Un sistema vacío
6. Un sistema de control
7. Y un sistema de datos

Espectrometría de Masas
Muchas
Gracias!!!!!
La velocidad que adquieren viene regida por la fórmula:
v = [2eV/m] ½
De esto deducimos que el radio es igual a:

r = (2Vm/H2e) ½
Dispersión de los iones según su relación masa/carga
Basándonos en la ecuación anterior podemos calcular la relación m/e que es:
m/e = H2.r2/2V
Dado que la mayoría de los iones formados en la segunda etapa tienen una sola carga y que el resto de parámetros se mantienen constantes, la relación m/e suele ser la masa del ión.

Sistema de entrada:
junto con la fuente de iones y el tipo de analizador de masas definen el tipo de espectrómetro y las capacidades del sistema.

Cámara de ionización

Las fuentes de iones de los espectrómetros de masas, tienen todas unas características comunes, pese a la variabilidad de tipos existente y es que todas transforman los componentes de una muestra en iones.


Tipos de cámaras de ionización:

Fuentes de fase gaseosa
Fuentes de ionización química (ci).
Fuentes de ionización por campo (fi).
Fuentes de desorción
Fuentes de desorción por campo (fd).
Desorción/ionización por láser asistida por una matriz (maldi).
Ionización por electro nebulización (esi/ms).
Fuentes de bombardeo con átomos rápidos (fab).
Desorción por plasma (pd).
Espectrometría de masas de iones secundarios (sims).
Ionización por termo nebulización (ts).


Sistema acelerador.

En el sistema acelerador las partículas ionizadas producidas por el impacto de los electrones son obligados a atravesar ranuras aceleradora por una pequeña diferencia de potencial.

Analizadores de masa.
Para la separación de iones con diferente relación m/e se dispone de varios dispositivos. Lo ideal es que el analizador fuera capaz de distinguir entre diferencias muy pequeñas de masa.

Existen diferentes tipos de analizadores de masas:

Analizadores de sector magnético
Espectrómetros de doble enfoque
Espectrómetro de masa cuadripolar
Analizadores de masas de tiempo de vuelo (TOF)
Analizadores de trampa de iones
Transformada de Fourier (FT)



Detectores.

Los iones procedentes del sistema acelerador llegan al detector el cual generalmente está constituido por un cátodo emisor que al recibir el impacto producido por las partículas cargadas emite electrones. Estos electrones son acelerados hacia un dínodo el cual emite varios electrones más al recibir el impacto de cada electrón. Este proceso se repite varias

Obtención y análisis de un espectrograma de masas.
Como consecuencia del bombardeo electrónico en la cámara de ionización, las moléculas se rompen en una serie de fragmentos. Gracias a esto se pueden determinar que es la muestra por comparación y por otra parte, la intensidad relativa de los distintos picos, permite deducir la proporción en que cada componente se encuentra en la muestra.

El pico mayor del espectrograma de masa se llama pico base. Normalmente la altura de este pico se toma como valor cien. Las intensidades de los demás picos se expresan en porcentajes de la intensidad del pico base.
Forma iones a partir del “gas reactivo” por bombardeo con electrones. Los iones del gas reactivo sufren reacciones con moléculas de la muestra produciéndose iones de la misma. La ionización química (CI) es mucho más suave que la ionización por impacto electrónico (EI), por lo que se produce menos fragmentación.

El gas reactivo más común es el metano
, que produce iones con prácticamente cualquier molécula de muestra. Otros gases reactivos (isobutano, amoniaco) son más selectivos y producen incluso menos fragmentación.
OJ
Ion Molecular. El ión molecular, M+ provee la más importante información en el espectro de masa. Desafortunadamente, para algunos tipos de compuestos el ión molecular no es lo suficientemente estable para ser encontrado con apreciable abundancia en el espectro de IE. Para estos casos la espectrometría de masas proporciona la técnica de ionización
química
Recomendaciones

Para mayor precisión, exactitud y validación del método, espectroscopia de masa es acoplada a Cromatografía de Gas y Cromatografía Liquida de alta resolución.


Las aplicaciones son tan numerosas y abarcan tantos campos que resulta complicado citarlas todas, a continuación veremos las más características:

• Elucidación de la estructura de moléculas orgánicas y biológicas.
• Determinación del peso molecular de péptidos, proteínas y oligonucleicos.
• Identificación de drogas de abuso y sus metabolitos en sangre, orina y saliva.
• Determinación de residuos de pesticidas en alimentos.
• Control de compuestos orgánicos volátiles en el agua de suministro

Aplicaciones cualitativas
• Determinación de la formula molecular.
• Identificación de compuestos por su fragmentación patrón
• Estudiar la abundancia de isótopos: estudiar la edad de la muestra por su proporción de isótopos que se pueden medir los isótopos no radiactivos.

Aplicaciones cuantitativas.
Para la determinación cuantitativa de los componentes de una mezcla es conveniente que cada uno de ellos presente por lo menos un pico que difiera claramente de los demás.
Las aplicaciones cuantitativas de la espectrometría de masas para análisis cuantitativo son de dos tipos:

1. Determinación cuantitativa de especies moleculares o tipos de especies moleculares en muestras orgánicas, biológicas y ocasionalmente inorgánicas

2. Determinación de la concentración de elementos en muestras inorgánicas y, en menor medida, de muestras orgánicas y biológicas: Se crean curvas de calibrado que nos permiten el análisis cuantitativo gracias a la existencia de picos únicos para cada componente y cada valor de relación masa/carga m/z.

Aplicaciones de E.M.
Análisis de cocaína y benzoÍlecgonina en orina mediante CG/EM usando extracción en fase sólida
Fundamento:
Técnica de GC-MS técnica microanalítica requiere cantidades pequeñas de muestra. En la espectroscopia de masas la muestra es ionizada (y por tanto destruida) usando diversos procedimientos para ello.

Equipamiento
• Se utilizaron equipos de CG-EM
• El detector espectrométrico de masa fue operado en el modo de scan (m/z 50-500 de esta forma de registro de iones y sus intensidades sirven para establecer el peso molecular y estructura del compuesto a ser analizado)
• Balanza analítica digital.

Reactivo
• Se usó como gas reactivo el metano
• Se usó palmitato de etilo como estándar para fijación de tR (tiempo de retención de 17,68 min).
• Estándar primario de cocapropileno
• Fase móvil Helio Alta Pureza 99,99% como gas de arrastre.
• Fase estacionaria es 100% de dimetilpolisilxano.

Aplicación de la técnica mediante CG/EM usando extracción en fase sólida
Procedimiento y Preparación
1.
Introducción de la Muestra se agregaron 0,5 mL de orina, 250 ng de cocaína y 250 ng de estándar interno cocapropileno, a un vial de 1 mL que contenía 20 µL de una solución de fluoruro de sodio al 2,5% y una pequeña barra magnética de agitación.
Se insertan las agujas en un sistema SPME (Microextracción en fase sólida) a través de la perforación que sella el vial, se sumergió la fibra SPME en la muestra durante 30 min, asegurando una completa desorción del analito extraído.
Luego es transferida al puerto de inyección del instrumento de separación (generalmente un aparato de cromatografía de gases donde la desorpción de las moléculas toma lugar. La cromatografía de gases permite cuantificar los compuestos separados y en algunos casos identificarlos haciendo
Su puerto de inyección hace que las muestras liquidas se evaporen inmediatamente, ya que la temperatura máxima del puerto es de 300 °C, la temperatura del horno se puede elevar hasta que la columna lo permita, luego en el detector de masas, el alto vacio llega casi a cero, haciendo que el trayecto de las especies químicas detectables sea mucho más rápido, ayudado por el cuadrupolo (cambian la dirección de los iones que están volando a través del analizador total. Los iones incorporan un campo magnético o el campo eléctrico que dobla las trayectorias del ion dependientes en su masa y carga, desviando la mudanza más rápida, iones más ligeros más. Así, el analizador dirige las partículas al detector, variando un campo eléctrico o magnético que se basa en el cociente masa/carga (m/z). ) que hace más selectiva la técnica. La columna usa como La fase estacionaria es 100% de dimetilpolisilxano.
En el Espectrometro de masa realiza la Ionización de la muestra, en la que se transformaron los átomos o moléculas en especies iónicas en fase gaseosa por cromatografía de gases, con la consiguiente pérdida de electrones o protones.
Separación y el análisis de los iones moleculares y de los fragmentos cargados producidos según su relación m/z
Finalmente, se obtiene el espectro de masas, en el que se presenta la abundancia relativa de los iones y fragmentos separa os respecto a la relación masa/carga.
Cromatograma de cocaína (a) y sus metabolitos: ecgonina metil éster y benzoílecgonina (b).
Muestra de los cromatogramas de cocaína y del estándar interno (cocapropileno) en metanol (inyección directa, 20 ng de cada uno, on-column), la droga y el estándar interno según se extrajeran de una orina sembrada y un extracto de una orina blanco. Los extractos son muy limpios - el fondo de la orina no interfiere con el análisis. Los respectivos valores de recuperación para la cocaína y el estándar interno, determinados por comparación de las áreas de los picos de los extractos con respecto a aquellos de la solución metanólica, fueron de 20% y 30%. Las extracciones fueron lineales desde 30 ng-250 ng/0,5mL de orina; el límite de detección para la cocaína fue de aproximadamente 6 ng/0,5mL de orina.
Ambos compuestos pudieron ser automáticamente detectados en la orina de un adicto a cocaína, extraídos a m/z 182 y 196.
Resultados y Conclusiones
Ventajas y Desventajas
Ventajas:
• Capacidad de identificación
• Análisis cualitativo y cuantitativo
• Identificación de una substancia en presencia de otras similares
• Alta sensibilidad
• Técnica universal y especifica
• Información isotópica
• Técnica rápida
• Excelente resolución de masa
• Excelente exactitud de masa
• Excelente sensibilidad

Desventaja:
• Precio: Sistemas de alto costo
• Adquisición espectral lenta (tiempo de análisis largos)
• Necesidad de disponer de la muestra en fase vapor sin descomposición lo que implica que la sustancia a analizar sea: Volátil, Termoestable
• Es una técnica destructiva.
• Es necesario un alto vacío (10-6torr).
• Dificultad operativa.
• Dificultad de analizar sustancias de alto peso molecular.


se requieren guantes quirúrgicos (latex o vinilo), mandiles, anteojos de protección y máscaras con filtro para solventes orgánicos.
• La manipulación de ácidos concentrados y solventes debe realizarse bajo una campana extractora de gases, y se debe evitar la inhalación, ingestión y el contacto con la piel.
• Cada reactivo debe ser considerado como un peligro potencial a la salud, y la exposición a estos compuestos debe ser minimizada por buenas prácticas de laboratorio.
• Se deben lavar escrupulosamente las manos después de manipular soluciones de química

Precauciones para la manipulación del instrumento
• El espectrómetro muestra mensajes de precaución en la barra verde de la parte inferior del programa cuando el sensor detecta algún problema, haciendo posible el apagado manual del equipo antes de que se apague automáticamente.
• Existen sistemas de ventilación para asegurar que la temperatura interior del equipo se encuentra dentro de los límites. El equipo se apagará automáticamente si cualquiera de estos ventiladores fallan.
• Debido a la toxicidad, los gases del sistema de vacío deben eliminarse a través del sistema de ventilación del instrumento conectado al sistema general de extracción del laboratorio.

Medidas de Bioseguridad
El problema es la posibilidad de vaporización de la muestra. Como norma general, se puede decir que la condición necesaria para que se pueda obtener el espectro del compuesto, es que su presión de vapor sea igual o superior a 10-6 mm de mercurio, a una temperatura tal que la muestra no pirolice; para poder realizar el espectro, no es necesario vaporizar toda la muestra, sino únicamente la cantidad necesaria para alcanzar la presión indicada anteriormente.
Problemas y Soluciones más frecuentes
Conclusiones
En general se puede concluir que este método analítico tiene un alto espectro para determinación de sustancias, tanto de forma cuantitativa como cualitativa. Un amplio uso en diferentes rubros. Siendo muy fiable en sus resultados.
Ionización de la muestra
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