espectrometria de massa atômica

ESPECTROMETRIA DE MASSA ATÔMICA

Fernanda da Silva PereiraIvone de Paula PiresMíryan Cristina Fernandes Silva

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Espectrometria de Massa Atômica

A espectrometria de massa atômica é uma ferramenta versátil e largamente usada na identificação dos elementos presentes em amostras e na determinação de suas concentrações.

Quase todos os elementos da tabela periódica podem ser determinados por espectrometria de massa.

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Ionização - formação de íons livres

Fragmentação e detecção desses íons com base na sua relação de massa/carga(m/z)

Registro do número de íons formando um espectro de massas

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Aplicações

Análise de proteínas, peptídeos e oligonucleotídeos.

Na indústria farmacêutica.

Aplicabilidade clínica: análise de hemoglobina, teste de drogas, “screening” neonatal.

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DesvantagensVantagens


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Aspectos Gerais da Espectrometria de Massa

Uma análise por espectrometria de massa atômica envolve as seguintes etapas:

- Atomização;

- Conversão de fração substancial dos átomos;

- Separação dos íons formados na etapa 2;

- Contagem de íons de cada tipo ou medida da corrente iônica.

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Pesos Atômicos em Espectrometria de Massa

Na espectrometria de massa em contraste com a maioria dos tipos de química, quase sempre estamos interessados na massa exata m de um isótopo particular de um elemento, ou na massa exata de compostos contendo um conjunto particular de isótopos.

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O peso atômico químico é sem dúvida, o tipo de peso que interessa aos químicos para a maioria de seus trabalhos.

O peso molecular médio, ou químico, de um composto é então a soma dos pesos atômicos químicos dos átomos mostrados na formula do composto.Assim o peso molecular químico do CH4 é 12,01115+4x1,00797=16,0434Da.

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O peso atômico químico é sem dúvida, o tipo de peso que interessa aos químicos para a maioria de seus trabalhos. O peso molecular médio, ou químico, de um composto é então a soma dos pesos atômicos químicos dos átomos mostrados na formula do composto.

Assim o peso molecular químico do CH4 é: 12,01115+4x1,00797=16,0434Da.

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Razão Massa - Carga

A razão massa-carga é o termo obtido pela divisão da massa atômica ou molecular M de um íon pelo número de cargas Z que o ion possui.

Ex:

12C1H2+4, m/z=17,035/2=8,518

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Razão Massa - Carga

A relação massa-carga quase sempre e abreviada pelo termo mais conveniente massa.

Esta abreviação não está correta, mas é largamente utilizada na literatura de espectrometria de massa.

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Tipos de Espectrometros de Massa

A espectrometria de massa por ionização térmica e a espectrometria de massa por fonte de centelha foram os primeiros métodos espectrométricos de massa desenvolvidos para analise elementar quantitativa e qualitativa.

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Tipos de Espectrometro de Massa Atômica

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Espectrometro de Massa Atômica

A ionização é obtida por energia elétrica ou térmica. A saída da fonte de íons positivos, o mais comum, ou negativos, que são então acelerados para dentro do analisador de massa.

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Espectrometro de Massa Atômica

Em comum com o espectrômetro optico, o espectrômetro de massa contem um transdutor que converte o feixe de ions para um sinal elétrico.

http://www.brasilescola.com/quimica/formula-molecular.htm

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Componentes de um Espectrometro de Massa Atômica

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Transdutor para Espectrometria de Massa

O multiplicador de elétrons é o transdutor mais utilizado em experimentos de rotina.

(figura livro).

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Transdutor de Espectrometria de Massa

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A figura mostra um esquema de multiplicador de elétrons de dinodo discreto projetado para a detecção de ions positivos. Esse transdutor é muito parecido com um transdutor de uma fotomultiplicadora para ultravioleta/visível, com cada dinodo sendo submetido a uma voltagem sucessivamente mais alta.

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Em geral os multiplicadores de elétrons são robustos e simples,confiáveis e são capazes de fornecer altos ganhos de corrente e tempos de resposta de nanosegundos.

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Copo de Faraday

O elétrodo coletor está inclinado com relação ao caminho dos ions que chegam, de forma que as partículas que atingem ou deixem o eletrodo sejam refletidas para longe da entrada do copo.

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Outros Sistemas de Detecção

Placas fotográficas recobertas por emulsão de brometo de prata são sensíveis a íons energéticos. A detecção fotográfica é mais frequente encontrada em instrumentos de fonte de centelha.

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Analisadores de Massa Quadripolares

O tipo mais comum de espectrômetro de massa usando em espectrometria de massa atômica é o analisador de massa quadripolar.

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Compacto RobustoBaixo Custo

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O espectrômetro de massa quadripolar é mais parecido com um fotômetro de filtro óptico de banda variável de um fotômetro óptico do que um espectrômetro óptico no qual uma rede dispersa simultaneamente um espectro de radiação eletromagnética.

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Trajetórias de um íons em um quadripolo

Da física Newtoniana, sabe-se que o momento dos íons de igual energia cinética é diretamente proporcional à raiz quadrada da sua massa. E sem dúvia, mais difícil desviar um íon pesado do que um leve.

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Varredura com um filtro quadripolar

As equações diferenciais que são necessárias para descrever o comportamento dos íons de diferentes massas em um quadripolo são complexas e difíceis de tratar analiticamente.

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Analisadores de Massa de Tempo de vôo

Nos instrumentos tipo tempo de vôo, os íons positivos são produzidos periodicamente pelo bombardeio da amostra com pulsos rápidos de elétrons, íons secundários ou fótons gerados pcr lasers.

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Analisadores de Massa de Tempo de vôo

Os tempos de vôos típicos são na ordem de mircrossegundos, de modo que e necessária a existência de dispositivos eletrônicos extremamente rápidos para aquisição de dados.

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Analisadores de dupla focalização

Um espectrômetro de massa de dupla focalização contem dois dispositivos para focalização do feixe de íons:

- Analisador eletrostático

- Analisador de setor magnético.

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Espectrometria de Massa com plasma

A espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICPMS) cresceu e se torno uma das mais importantes técnicas para analise elementar devido aos seus baixos limites de detecção para a maioria dos elementos, ao seu alto grau de seletividade e à sua razoável precisão e exatidão.

http://slideplayer.com.br/slide/1249899/

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Espectrometria de Massa com plasma

Nessas aplicações uma tocha de ICP (Plasma indutivamente acoplado)serve como otimizador e ionizador.

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http://slideplayer.com.br/slide/1249899/

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Instrumentos para ICPMS

Uma parte fundamental do instrumento é a interface que acopla a tocha de ICP, que opera sob pressão atmosférica como o espectrômetro de massa que requer pressões menores que 10 -

4 torr.

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http://www.directindustry.com/prod/spectro-analytical-l

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Tem sido atingidos tempos de medida de 10s por elemento, com limite de detecção no intervalo de 0,1 a 10 ppb para a maioria dos elementos, com desvios-padrão relativos a 2% a 4% para concentrações nas regiões centrais das curvas de calibração.

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Espectros de Massa Atômica e Interferencias

Uma das vantagens do uso da detecção espectrométrica de massa de plasma indutivamente acoplado em vez da detecção óptica é que os espectros de massa são normalmente muito mais simplese fáceis de interpretar que os correspondentes espectros ópticos.

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O espectro óptico contem uma dezena ou mais de linhas intensas do cério e centenas de linhas mais fracas do elemento, todas superpostas a um espectro complicado de fundo.

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Interferencias Espectroscopicas

As interferêncis espectroscópicas podem ocorrer quando uma espécie iônica no plasma tem o mesmo valor de m/z que um íon do analito.

Interferencias Isobáricas: são elementos que tem isótopos com quase a mesma massa. Para a espectrometria demassa atômica com um espectrômetro de massa quadripolar, as espécies isobáricas são isótopos que diferem em massa por menos de uma unidade

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Interferencias por íon Poliatomico: um problema de interferência que normalmente é mais serio do que o causado pelos elementos isobáricos provem das espécies poliatômicas formadas por interações entre espécies no plasma e espécies na matriz ou da atmosfera.

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Interferencia por Especies Oxido e Hidroxido: A classe de interferências mais seria no ICPMS envolve óxidos e hidróxidos formados pelo analito, pela matriz dos componentes, pelo solvente, e pelos gases do plasma.

A redução da formação de óxidos e hidróxidos,no plasma e o objetivo de muitas pesquisas hoje em dia.

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Efeitos da Matriz

No ICPMS, os efeitos da matriz são observáveis para concetrações maiores do que 500 a a1000 ug/ml. Normalmente esses efeitos causam a redução no sinal do analito, embora sob certas condições experimentais o aumento do sinal possa ser observado.

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Aplicações do ICPMS

O ICPMS pode ser empregado a determinação qualitativa, semiquantitativa e quantitativa de um ou mais elementos da amostra.

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Aplicações Qualitativa e Semiquantitativa

Aplicações Qualitativa e Semiquantitativa

Como o ICPMS é facilmente adaptável a analise multielementar, é um método bastante adequado para caracterização e analise semiquantitativa de vários elementos de ocorrência em produtos naturais e em materiais complexos manufaturados.

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Limites de Detecção

Uma das principais atrações do ICPMS é que os limites de detecção com espectrometria de massa são mais baixos em relação aos atingíveis pela detecção óptica. Em muitos casos são iguais ou as vezes melhores que os obtidos pelos métodos de absorção atômica eletrotérmica.

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Limites de Detecção

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Análise Quantitativa

O método quantitativo mais usado de ICPMS utiliza um conjunto de padrões de calibraçõ para preparação de uma curva de calibração. Padroes aquosos simples são normalmente adequados se as soluções desconhecidas são suficientemente diluídas.

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Medidas de Razão Isotópica

A medida de razão isotópica é de considerável importância em muitos campos da ciência e da medicina. Os químicos e os clínicos usam material isotopicamente enriquecido como traçadores em vários tipos de estudo.

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Espectrometria de Massa com Fonte de Centelha

Na espectrometria de massa com centelha os constituintes atômicos de uma amostra são convertidos por uma centelha de radiofrequência de alto potencial a ions gasosos para analise de massa.

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Espectrometria de Massa com Fonte de Centelha

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Espectros

Na espectrometria de massa com centelha os constituintes atômicos de uma amostra são convertidos por uma centelha de radiofrequência de alto potencial a ions gasosos para analise de massa.

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Espectrometria de Massa por Descarga Luminosa

As fontes de descarga luminosas são frequentemente usadas em tochas, de ICP. A descarga luminosa serve como atomizador e a tocha como ionizador.

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Análise Elementar de Superfície por Espectrometria de Massa

A composição elementar de uma camada da superfície de um solido que tem espessura elementar de uma camada da superfície de um solido que tem espessura de poucos angstrons ate algumas dezenas de angstrons e de maior interessado que a composição elementar total.

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Referências Bibliográficas.

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Boa Noite !!.

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