espectrometria de massas - … · fornece informações valiosas para profissionais de diversas...

Mary Santiago Silva 16/04/2010

Cromatografia gasosa 1

Espectrometria de Massas

Prof. Marcelo da Rosa AlexandreDepartamento de Química - UFS

Introdução⇒Técnica analítica, utilizada para identificar e quantificarcompostos conhecidos e elucidar a estrutura e apropriedade química de moléculas⇒ Basicamente, um composto é ionizado (ionização), osíons são separados de acordo com a razão massa/carga(m/z) e os íons representando cada unidade m/z sãoarquivados na forma de um espectro.

Fornece informações valiosas para profissionais de diversas áreas:médicos, agrônomos, químicos, biólogos, geólogos, farmacêuticos,físicos, astrônomos, etc.

1. Detectar e identificar o uso de esteróides em atletas2. Análises judiciais (abuso de drogas)3. Verificar adulteração de alimentos e bebidas (mel, vinho,

vinagre,cerveja e outros)4 Id tifi t t d bi lé l

Introdução

4. Identificar a estrutura de biomoléculas5. Localizar depósitos de petróleo6. Determinar a idade e origens de espécimes na geoquímica

e arqueologia7. Determinar a composição de espécies moleculares

encontradas no espaço8. Análise de poluentes ambientais9. Identificar e quantificar compostos em misturas orgânicas

complexas



InstrumentaçãoBasicamente , um espctrômetro de massas é constituído por:

InstrumentaçãoResolução: R = Mn/(Mn – Mm), Para picos adjacentes, Mn éo pico correspondente ao íon de maior massa e Mmcorrepsonde o de menor massas.

a) Baixa Resolução R = 3000b) Alta resolução, R = 20000. C16H26O2 e C15H24NO2

(R= 250 1933/250 1933 – 250 1807 = 19857)(R 250,1933/250,1933 250,1807 19857)

IonizaçãoBasicamente três métodos de ionização1. Em fase gasosa2. Dessorção3. Evaporação



IonizaçãoIonização em Fase gasosaI. Impacto de elétrons (EI)

I. Método de ionização mais comum.II. O analito em fase gasosa é bombardeado por um

feixe de elétrons (70 eV) que “arrancará” umelétron da molécula, produzindo um radical cation –Íon MolecularÍon Molecular.

III. 70 eV é bastante energia para compostosorgânicos, isso pode provocar outrasfragmentações, característica da molécula.

IV. Por ser previsível, a formação do íon molecular esuas fragmentações posteriores, torna a técnicauma poderosa ferramenta para elucidação deestruturas

IonizaçãoIonização em Fase gasosa

IonizaçãoIonização em Fase gasosa – Fragmentação (EI)



IonizaçãoIonização em Fase gasosa – Fragmentação (EI)

Ionização em Fase gasosaI. Ionização Química (CI)

I. EI é muito energético e muitas vezes o íonmolecular não é observado.

II. Para evitar esse problema, utiliza-se um métodomenos agressivo – Ionização Química.O é i i ã dá i ti

Ionização

III. O que ocorre é uma ionização secundária, a partirda ionização de um reagente gasoso

IV. (CH4, NH4 por exemplo) que será ionizado na fonte,produzindo os íons, como por exemplo:

I. CH4+ + CH4 => CH5+ + CH3II. CH3+ + CH4 => C2H5+ + H2

Ionização em Fase gasosaI. Ionização Química (CI)

I. Os íons formados reagem com os analitos:I. CH5+ + A => CH4 + AH+II. C2H5+ + A => C2H4 + AH+III. C2H5+ + A => C2H6 + (A-H)+

Ionização

II. Os íons do analito formados mais comuns são [M +1]+ e [M – 1]+

III. Podem também ser formados [M + 17]+ (adição deCH5+), [M + 29]+ (adição de C2H5+)

IV. Devido a baixa energia utilizada na ionização doanalito, quase não há fragementação, portanto,pouca informação estrutural.



IonizaçãoIonização em Fase gasosa – Fragmentação (CI)

EIEI

IonizaçãoIonização em Fase gasosa – CI versus EI

CI

IonizaçãoIonização em Fase gasosa – CI versus EI



IonizaçãoIonização por Dessorção (dessortiva)Os analitos (moléculas) são emitidas diretamente de umafase condensada para a fase gasosa (íons)

Usada na análise de moléculas grandes, não voláteis,iônicas ou de fácil degradação

Usado normalmente na determinação de massamolecular, pois o conteúdo informativo do espectro élimitado.

IonizaçãoIonização por Dessorção (dessortiva)I. Ionização por dessorção de campo (Field Desorption

Ionization – FD)I. A amostra é aplicada sobre uma superfície

constiuída por “microagulhas” de carbono, quefuncionam como ânodo.

II Uma voltagem alta aplicada a essas microagulhasII. Uma voltagem alta aplicada a essas microagulhaspromove a ionização, formando cátions que sãorepelidos pelo ânodo.

III. A fragmentação é mínima.

IonizaçãoIonização por Dessorção (dessortiva)



IonizaçãoIonização por Dessorção (dessortiva)II. Ionização por bombardeamento atômico (Fast atom

bombardment ionization - FAB)I. Utiliza átomos com alta energia (Xenônio ou

Argônio) para bombardear a amostra dissolvidaem um líquido ou em fase de vapor.

II A matriz protege a amostra de possíveis danosII. A matriz protege a amostra de possíveis danosprovocados pela radiação

III. Íons positivos ([M + 1]+ ou [M + 23, Na]+) enegativos ([M-1]+ são formados.

IV. Molécula não-voláteis – massa molecularV. Desvantagem é que o espectro gerado possui

altos níveis de íons da matriz, diminuido asensibilidade.

IonizaçãoIonização por Dessorção (dessortiva)III. Ionização por dessorção em/por plasma (Plama

Desorption Ionization)I. O produto da fissão do Califórnio 252 (252Cf) é

utilizado para bombardear e ionizar a amostra.II. Utilizado quase que exclusivamente com TOF –MSIII Não há fragmentaçãoIII. Não há fragmentaçãoIV. Moléculas com massas de até 45 kDa

IonizaçãoIonização por Dessorção (dessortiva)IV. Ionização por dessorção em/por laser (Desorption

laser ionization)I. Um feixe de laser (pulso) é utilizado para

ionização.II. Sem matriz, a técnica é limitada a pequenas

massas moleculares.massas moleculares.III. Com assistência de matriz (MALDI – matrix

assisted laser desorption ionization), há umamudança bastante significativa no métdo.

IV. Baixa ou nenhuma fragmentação.V. Há interferência da matriz.



IonizaçãoIonização por EvaporaçãoI. Ionização por termonévoa (Thermospray Mass

Spectrometry)I. Precursor da eletronévoa (electronspray).II. A solução contendo o analito é introduzida no

espectrômetro de massa através de uma capilaraquecido.aquecido.

III. Uma névoa é formada pela nebulização dosolvente contendo a amostra, que entra na fontede íons. Quando o solvente evaporacompletamente, os íons formados podem seranalisados.

IonizaçãoIonização por EvaporaçãoII. Ionização por eletronévoa (Electronspray Mass

Spectrometry - ES)I. A solução contendo a amostra entra na fonte

através de um capilar e nitrogênio é utilizado paranebulizar a amostra que deixa o capilar.

II Há uma diferença de potencial entre o capilar e umII. Há uma diferença de potencial entre o capilar e umcontra-eletrodo, formando gotículas carregadasque são introduzidas no espectrômetro demassas.

III. Coulombic explosion (ESI) – gotículas diminuemde tamanho até a repulsão eletrostática dos íonsna gota chegar a um ponto crítico de repulsão.

IV. APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization)– Formação dos íons ocorre em fase gasosa

IonizaçãoIonização por EvaporaçãoII. Ionização por eletronévoa (Electronspray Ionization -

ESI)



IonizaçãoIonização por EvaporaçãoII. Ionização por eletronévoa (Atmospheric pressure

chemical ionization – APCI)

IonizaçãoIonização por Evaporação

Analisadores de massasSepara os íons formados no compartimento de ionização.É o coração do espectrômetro de massas.



Analisadores de massasI. Setor Magnético

I. Utiliza um campo magnético para direcionar os íons.II. Íons mais leves são mais prontamente desviados

quando comparados com íons mias pesados,promovendo dessa maneira a separação dos íons.

Energia cinéticaE = zV = mv2/2

Força MagnéticaBzv = mv2/r

Equação Setor magnéticom/z = B2r2/2V

Analisadores de massasII. Quadrupólo

I. Normalmente mais barato e robusto que o setormagnético, porém com menor resolução.

II. Ideal para acoplar à cromatógrafia líquidaIII. Uma voltagem DC modificada por uma voltagem de

rádio frequência é aplicado nos pólosIV. Para uma dada combinação de voltagem e rádio

f ê i í t l d /frequência, apenas íons com certo valor de m/zpossuem uma trajetória estável e conseguem atravessaro quadrupólo até o detector.

V. É uma analisador de varredura.

Analisadores de massasII. Quadrupólo



Analisadores de massasIII. Armadilha de íons (íon trap)

I. Pode ser considerado uma variação do quadrupólo.II. No entanto, ao contrário do quadrupólo, que age como

um filtro de massas, o ion trap pode segurar o íonformado por mais tempo, ampliando sua versatilidade àespectrometria de massas tandem (MS-MS)

III. Os íons aprisionados no ion trap são sequencialmentelançados ao detector produzindo o espectro de massaslançados ao detector, produzindo o espectro de massas.

IV. Consiste em 3 eletrodos: um eletrodo de anel e doiseletrodos tampa “endcaps”



I. Há três modos de operação básicosI. RF Fixo – Todos os íons acima de um limite de m/z serão

aprisionados no analisador. Aumentando a RF, os íons formadosserão sequencialmente ejetados.

II. Potencial de corrente alternada através dos eletrodos tampa –Existe nesse modo de operação um limite máximo e mínimo dem/z (monitoramento de íon seletivo)

III Potencial de corrente alternada auxiliado por uma campo deIII. Potencial de corrente alternada auxiliado por uma campo deoscilação entre os eletrodos de tampa – aprisiona ionspermitindo MS-MS



Analisadores de massasIV. Tempo de vôo (TOF)

V. Fourier transform FT-MSI. Interferograma produzido a partir do tempo de

residência de um íon em uma cela onde aplica-seum potencial elétrico de aprisionamento em umcampo magnético – Tansformata de Fourier parafrequência e consequentemente o espectro demassas

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