Estequiometria

ESPECTROMETRÍA DE MASAS.

La espectrometría de masas es una técnica instrumental universal y especifica, altamente sensible y que permite la identificación inequívoca de una sustancia.

El principio de la espectrometría de masas es la producción de iones a partir de compuestos neutros y la observación de la subsiguiente descomposición de esos iones. Estos iones descompuestos (fragmentos que también poseen carga) se mueven rápidamente y son “clasificados” de acuerdo a su relación m/z (masa/nº de cargas del ión). El espectrómetro de masas no solo clasifica los fragmentos, sino que además mide la cantidad de ellos que se forman.

Cuando a una molécula se le suministra una determinada energía la molécula se descompone siguiendo un patrón concreto en el que se obtienen siempre los mismos fragmentos y en la misma relación de intensidad. Este patrón concreto se representa gráficamente en el espectro de masas, al que denomina por esta razón “huella digital de la sustancia”. De esta forma, el espectro de masas permite la identificación inequívoca de las moléculas.

Los espectrómetros de masas son instrumentos sofisticados que en general constan de:

A) Un sistema de introducción de muestra, que puede ser entre otros un cromatógrafo de líquidos o un cromatógrafo de gases.

B) Una fuente de ionización, que es donde se produce la fragmentación molecular característica de cada compuesto,

C) Un analizador o filtro de masas que separa los fragmentos iónicos generados en función de su relación masa/carga

D) Un detector que recoge y caracteriza los fragmentos iónicos que salen del analizador.

Además todo el sistema se encuentra sometido a alto vacío (1x10-4-1x10-5 torr.) para evitar colisiones entre los fragmentos iónicos generados.

Existen diferentes tipos de espectrómetros de masas en función del analizador que posean. Los analizadores más comunes son: cuadrupolo (Q), triple cuadrupolo (QqQ), sector magnético, trampa de iones (IQ), tiempo de vuelo (TOF).

La elección del sistema de introducción de muestra en el espectrómetro de masas dependerá de las propiedades físico-químicas de los compuestos a detectar. El acoplamiento de la cromatografía tanto líquida (LC) como gaseosa (GC) como sistema de introducción de muestra, incrementa la capacidad de identificación de la técnica, proporcionando una herramienta de identificación y confirmación única.

La fuente de ionización es el lugar del espectrómetro de masas en el que se introduce la muestra y en el que se produce la ionización.

Cuando el sistema de introducción de muestra es un acoplamiento GC, la muestra se encuentra en estado vaporizado y la única función de la fuente de ionización es ionizar las moléculas neutras (conferirles carga) por aplicación de una determinada energía. En este tipo de acoplamientos la ionización se produce en estado de vacío.

En el caso de los acoplamientos LC, las fuentes de ionización son interfases más sofisticadas que han tardado casi más de 30 años en ser desarrolladas. Este lento desarrollo se ha debido a que en el acoplamiento LC la muestra se encuentra disuelta en el efluente procedente del sistema LC. Esto resulta incompatible con el alto vacío requerido en la espectrometría de masas. Por esta razón, las interfases o fuentes de ionización desarrolladas han tenido la doble función de eliminar el disolvente (normalmente presente en ordenes de 0.5-0.5 ml/min), y vaporizar la muestra e ionizarla. En este acoplamiento, la ionización se produce a presión atmosférica.

En la tabla siguiente se pueden observar las técnicas de ionización más habitualmente empleadas en los acoplamientos GC y LC.

TIPO

CARACTERISTICAS

LIMITACIONES

IONIZACIÓN POR IMPACTO ELECTRONICO (EI)

• Universal (ioniza gran variedad de moléculas).

• Muy reproducible (permite creación de librerías espectrales).

• Moléculas se ionizan por bombardeo de un haz de electrones con carga de 70eV (generalmente).

• En algunos casos, excesiva fragmentación de moléculas.

• Moléculas termolábiles se degradan al vaporizarse.

• Solo EM de iones positivos.

• Poco selectivo.

ACOPLAMIENTO GC

IONIZACIÓN QUÍMICA (CI)

• Es más suave y más controlable. (Menor descomposición de moléculas).

• Obtención de iones quasimoleculares. Permiten determinar peso molecular.

• Moléculas se ionizan por colisión con un gas reactivo. (metano, amoniaco).

• En función gas seleccionado, la ionización puede ser universal o selectiva.

• Poco reproducible. Las abundancias relativas de los iones presentan mayor variabilidad. Dificulta creación librerías espectrales.

• Ionización en estado gaseoso: Moléculas termolábiles se degradan.

IONIZACIÓN POR ELECTROSPRAY (ESI)

• Permite obtener iones multicargados (posibilidad análisis péptidos y proteínas)

• Funciona bien con ácidos y bases preformados en disolución y con compuestos a los que se les pueda inducir carga (analitos polares o con heteroátomos).

• No utiliza temperaturas elevadas (permite análisis moléculas lábiles).

• Se pueden obtener espectro de masas de iones positivos y negativos.

• Es una ionización muy suave. Genera pocos fragmentos (poca información estructural).

• Suelen formarse aductos con los tampones utilizados en la fase móvil de LC.

• La sensibilidad es muy dependiente del flujo de fase móvil del LC y del pH de esta.

ACOPPAMIENO LC

IONIZACIÓN QUÍMICA A PRESIÓN ATMOSFÉRICA (APCI)

• Es una ionización química mediante reacciones ión-molécula a presión atmosferica.

• Permite análisis de moléculas con bajo peso molecular no volátiles.

• Su sensibilidad no depende el pH ni del flujo de fase móvil.

• Más sensible que ESI.

• Permite obtener EM de iones positivos y negativos.

• Es una ionización muy suave. Genera pocos fragmentos (poca información estructural).

• Ionización se produce en fase gaseosa: algunas moleculas labiles pueden descomponerse por la temperatura.

En el grafico siguiente se observa el rango de aplicación de las diferentes técnicas de ionización de acuerdo al tamaño y a la polaridad de las sustancias.

101011101022101033101044101055Peso MolecularPeso MolecularIIóóniconicoPolaridad analitoPolaridad del analitoElectrosprayAPCIGC/MSNeutroNeutroLC/ MSEI y CI101011101022101033101044101055Peso CI

El analizador es la parte del espectrómetro de masa donde tiene

...