INTERPRETACIÓN DE ESPECTROS DE MASAS

HUMBERTO GÓMEZ RUIZFACULTAD DE QUÍMICA

UNAM

Radiación – Materia La fuente de energía ahora es un haz de electrones.

M + e- → M+. + 2 e-

M + e- → M-.

90%

10%

Fuente de Ionización por Impacto Electrónico

Fuente de Ionización por Impacto Electrónico

ESPECTRÓMETRO DE MASAS

alto vacío

SECTOR MAGNÉTICO

IonizaciónEs un proceso tipo Frank-Condon. Las

moléculas se ionizan instantáneamente.El electrón es expulsado en un tiempo

menor que el tiempo de la vibración del enlace más rápido.

Las distancia interatómica se mantienen en el ion recién formado.

Ionización Frank-Condon

CORRIENTE IÓNICA VS ENERGÍA (eV)

Energía (eV)

log(

corr

ient

e ió

nica

)

Potencial de Ionización

Potencial de aparición

IONIZACIÓN IE (cont)

La energía normalmente empleada es de 70 eV. Los espectros obtenidos así forman la mayoría de las bibliotecas

de energía interna

fragmentación

+.+. +.aM1 bM2 cM3 ne-+ + +***

nM + energía

ionización conversión

aceleración

espectro masas

10-15 a -16s

-710 s

10-16 s

+. +.+.aM1 bM2 cM3+ + +

rA+ + tB+ + qC+ + sU+

Tiempos - ionización

analizador

fuente de ionización

Estructuras IónicasConfiguración de Umbral.- es la

configuración adquirida durante la ionización. Una estructura excitada.

Configuración reactiva.- es la configuración adquirida por el ion antes de comenzar la fragmentación y en la que el ion ha tratado de estabilizar el exceso de energía.

Estructuras

Configuración reactiva

Configuración de umbral

limonenoC 10 H 16

energía + .

.+.

+

1

2

3

IONIZACIÓN POR IMPACTO ELECTRÓNICO La base de la espectrometría de masas

Descomposición Unimolecular

r

+BC + D

+.

.+A + BCD

A + BCD

-eABCD +.

ABCD

.+AD + BC

+A + BC

D + ABC+.

(Text File) Scan 743 (4.472 min): THINER1.D\ data.ms30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

0

50

100

39

41

43

53

57

63

71

77

85

91

97 114

¿Por qué se ven los espectros de masas como se ven?

Ion molecular

Iones fragmento

Abu

ndan

cia

%

m/z

pico base

Metano Metanol

Procedimiento para la interpretación de espectros

ELEMENTO M % M+1 % M+2 % TIPOH 1 100 2 0.001 AC 12 100 13 1.1 A+1N 14 100 15 0.37 A+1O 16 100 17 0.04 18 0.20 A+2F 19 100 ASi 28 100 29 5.1 30 3.4 A+2P 31 100 AS 32 100 33 0.80 34 4.4 A+2Cl 35 100 37 32.5 A+2Br 79 100 81 98.0 A+2I 127 100 A

ABUNDANCIA NATURAL DE LOS ELEMENTOS Y SUS ISÓTOPOS

(replib) Lindane30 70 110 150 190 230 270 310 350 390 430

0

50

100

39

51

61

77

96

111

147

158

181

219

254

290

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Name: LindaneFormula: C6H6Cl6MW: 288 CAS#: 58-89-9 NIST#: 53827 ID#: 22664 DB: replibOther DBs: Fine, TSCA, RTECS, EPA, USP, HODOC, EINECS, IRDBContributor: CATALOGUE OF MASS SPECTRA OF PESTICIDES

245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 3050

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

13000

14000

15000

16000

17000

m/z-->

Abundance

Scan 574 (5.475 min): TRECE.D\data.ms

253.8

289.8

281.0259.6 295.8

288 1290 3291 0292 2293 0294 1295 0296 0

252 6253 1254 10255 1256 7257 1258 2259 0

Elementos A+11.- Busque elementos A+2

Si sospecha la presencia de Sireste 5% de A+1 debido a Si29

Si sospecha la presencia de Sreste 0.3% de A+1 debido a S33

2.- Determine el número de NitrógenosRegla del Nitrógeno

3.- CarbonoPor cada C12 habrá 1.1% de C13

Con ello se podrá determinar el número de átomos de Carbono

Regla A+1Funciona bien con espectros puros

Sólo proporciona el máx. número de átomos de carbono

# C M+1 M+2 M+3 # C M+1 M+2 M+3C1 1.1 0.00 - C16 18 1.5 0.1C2 2.2 0.01 - C17 19.0 1.7 0.1C3 3.3 0.04 - C18 20.0 1.9 0.1C4 4.4 0.07 - C19 21.0 2.1 0.1C5 5.5 0.12 - C20 22.0 2.3 0.2C6 6.6 0.18 - C22 24.0 2.8 0.2C7 7.7 0.25 - C24 26.0 3.3 0.3C8 8.8 0.34 - C26 29.0 3.9 0.3C9 9.9 0.44 - C28 31.0 4.5 0.4C10 11.0 0.54 - C30 33.0 5.2 0.5C11 12.1 0.67 - C35 39.0 7.2 0.9C12 13.2 0.80 - C40 44.0 9.4 1.3C13 14.3 0.94 - C50 55.0 5.0 1.3C14 15.4 1.1 - C60 66.0 10.0 4.6C15 16.5 1.3 - C100 110.0 60.0 22.0

CONTRIBUCIÓN ISOTÓPICA DEBIDA A C y H

CONTRIBUCIÓN ISOTÓPICA

ION MOLECULARDefine los límites de la molécula

1.- Pico a la mayor masa – Picos isotópicos

2.-. Ion de electrones impares EI+.

3.- Pérdidas de fragmentos neutros lógicas

rompecabezas

INTENSIDAD DEL ION MOLECULARCompuesto %IntensidadNaftaleno 44.3

Quinoleina 39.6n-Butilbenceno 8.26trans-Decalina 8.22

ter-Butilbenceno 7n-Decanol 1.41

n-Decilmercaptano 1.4Diamilamina 1.14

Metil Nonanoato 1.1Mirceno 1

Ciclododecano 0.883-Nonanona 0.5n-Decilamina 0.5

3-Nonanol 0.05Linalool 0.04

3,3,5 Trimetilheptano 0.007n-Decanol 0.002

Reglas de asignación del IM 1.- El ion molecular deberá ser la señal a

la mayor relación m/z del espectro.

Lo contrario sin embargo no necesariamente es cierto,

la señal a la mayor m/z puede no ser un ion molecular.

Reglas de asignación del IM(cont)

2.- El ion molecular deberá ser una especie con electrones impares

CH HH

H H

HHH C

EI

........

.. ... .. ++.

Reglas de asignación del IM(cont)

3.- La masa del ion molecular deberá ser par, a menos de que contenga un número impar de átomos de nitrógeno Regla del NitrógenoCH4 16

O

184O

226

128

CH3-NH2N2

N

31 28

225

NH CNH2

NH2 59

Reglas de asignación del IM(cont) 4.- La señal a la menor masa siguiente deberá

corresponder a la pérdida de una combinación de átomos lógica, posible y probable.

M-X Pérdida

de M-21 a M-25 no son pérdidas lógicas

-1 H-2 2H-3 3H

Pérdida de 4H o 5H no ocurre-14 Nunca pérdidas de -CH2- o N2

R-CN or R-CH2-15 -CH3-16 O, CH4, NH2-17 OH-18 H2O-19 F-20 HF

M-26 fragmentos de anillos aromáticos debidos a C2H2

Reglas de asignación del IM(cont)

Reglas de asignación del IM(cont)

5.- Ningún ion fragmento podrá contener un número mayor de elementos, o átomos distintos que los asignados al ion molecular.

Pérdidas lógicasEJEMPLO:¿El ion a m/z = 500 es un ion molecular?

Nota: una señal a M-14 puede deberse a una serie homóloga ......

EL ESPECTRO DE MASAS

La apariencia del espectro de masas indica la estabilidad de la molécula

ESTABILIDADAnillos Aromáticos

Dobles enlaces

Por lo tanto un ion molecular intenso poca fragmentación

estable

Enlaces simples

Grupos OH

Grupos NH2

Por lo tanto ion molecular de baja intensidad mucha fragmentación

inestable

DESCOMPOSICIÓN UNIMOLECULAR

La relación de las abundancias relativas de ABC+ a D+ depende de la estabilidad de los iones

ABCD ABC D

ABC D

+

+

ABC AB + C

IONES DE ELECTRONES PARES EP+

Reconocer los iones con EP y EI es muy importante en la interpretación de los espectros de masas

CH

HH

HH

HC

HH

HC + H

EP ionRadical

Ej. BENZOFENONAFragmentos con EP ocurren en masas impares

(Nota: Regla del Nitrógeno)m/z = 77, 105 para benzofenonam/z = 43, 57, 71 para hidrocarburos

IONES DE ELECTRONES IMPARES EI+

Iones de EI que no sean el ion molecular son muy importantesReareglosCompuestos ciclicos

AB C

D AB C

DB CA D

+

AB C

DAD B C+

IE

+.

NOTA Iones de EI ocurren a MASAS PARES Iones de EP ocurren a MASAS IMPARES

A menos que contengan un número impar de nitrógenos

Entonces.- Iones EI – MASAS IMPARES N1, N3, N5, etc. Iones EP – MASAS PARES N1, N3, N5, etc.

50

1. Ruptura simpleFragmentación por Radical Remoto (-ruptura)

i. Compuestos conteniendo heteroátomos saturados

ii. Compuestos conteniendo heteroátomos insaturados

R' CR2 Y R' + CR2 Y

R' CR2 Y R'' R' + CR2 YR''

iii. Compuestos conteniendo enlaces C-C insatutados

R +

R CH2 CH CH2- e

R CH2 CH CH2

CH3 CH CH2 CH2 CH CH3

Fragmentación por Carga Remota ( i-ruptura)

R'R OH iR + OR

CR

R'

O i R + R' C O

-ruptura y i-ruptura son reacciones competitivasHeteroátomo director de la ruptura ruptura:

N > S, O, enlace , R > Cl > Br > IHeteroátomo director de la ruptura iruptura:

halogeno > O, S >> N, C

Compuestos sin heteroátomos ( -ruptura)

R +R R' - eR'

R + R'

R CH

R'

OH R + CHR' OH

R CO

NH CH2 R' R CO

NH CH3 + R'

R CO

NH CH2 R' R C NH CH2 R+ O

Ejemplos:

-ruptura

R RR' +S + SR'

i-ruptura

Ejemplos:

O

71

45

59

73

87

CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 C OH

57

43

29

2. RearreglosRearreglo de McLafferty

Patrón I

+A

BC

D

EH

A

BC

D

EH

A

BH2C

D

EH

+A

BC

D

EH

A

BC

D

EH

CD

EH

Patrón II

Ejemplos:

nC4H9 C

O

C4H9

C4H9

CH3

CH2

H

CH2CH2

C

OH2

C4H9CH2

C

OH

C4H9CH2

C

OH

CH2

CH2

C

HCH

CH2

CH2

OH

CH3

OH

CH3

Rearreglo secundario de McLafferty

+A

BC

D

EH

A

BC

D

EH

A

BHC

D

EH

A

BC

D

EH

Rearreglo Retro Diels-AlderR

- e R R R+

R R+

CH3 CH3

+

Ejemplos:

57

Pérdidas de fragmentos neutros H2O, CO, C2H4

H HOC6H13 H2O + C6H13

- CO

O

O

O

- CO

+OH

O

H

OH2O

HOH

CH3

H2C CHCH3 CH2=CH2H2O+ +

Rearreglo de anillo de 4-miembros

Otros rearreglos

CH3 CH2 O CH2 CH3

- C2H4

CH3 CH2 O CH2

H2C

H2C O

H=

CH2

- CH3

HO CH2

XR R +

X

C3H7 C3H5 + H2

(CH3)2N (CH3)2N

H(CH3)2N

H

(CH3)2N (CH3)2N

H(CH3)2N

(CH3)2N(CH3)2N

(CH3)2N

m/z 84

m/z 110

60

G. Patrones de fragmentación

Hidrocarburos saturados

1. Alcanos

Figura 1 espectro de masas de dodecano.

Dodecano

2. Alcanos ramificados

Figura 2 espectro de masas de 5-metilpentadecano.

Figura 3 espectro de masas de 4-metilundecano.

4-metilundecano

Figura 4 espectro de masas de 2,2,4,6,6-pentametilheptano.

2,2,4,6,6-pentametilheptano

3. Cicloalcanos

Figura 5 Espectro de masas de ciclohexano

Figura 6 espectro de masas de 1-metil-3-pentilciclohexano.

1-metil-3-pentilciclohexano.

Hidrocarburos aromáticos

Figura 7 espectro de masas de 1-fenilhexano

CH2

m/z=91

m/z=91

m/z=65m/z=39

HC CHHC CH

m/z = 162

I.

H2C

CH2

CHH

CH2

H

Hm/z=92m/z = 162

II.

m/z=77 m/z=51

HC CHC6H9

m/z = 162

III.

Proceso de fragmentación:

Alcoholes, Fenol y Eter

1. Alcohol

Figura 8 espectro de masas de 1-dodecanol

R2 CR1

R3

OH R3

R2

CR1

OH

m/z: 31,59,73,......

I.

RHCH

CH2

CH2

CH2

O+H

H2C CH2

- H2O M - (Alkene + H2O)H2C CH R

-III.

- H2O RHC CH2 RHC CH2

(CH2)n (CH2)n

orH

RHCCH2

CH2

OH

nRHC C

H2

CH2

OH

n

HII.

CH

CH2H2C

CH

HH2CR

H2C CH2- CH2

CHH2CR

Proceso de fragmentación:

2. Fenol

H2C

CH2

HOH CH2

CH2

H2O-

H2C

O HOH

CH2

O

H2O-

3. Eter

Figura 9 espectro de masas de hexil eter.

Cetonas y Aldehidos

Figura 10 espectro de masas de 2-dodecanone.

10

0

80

90

100

60

50

30

20

40

70

% O

F B

ASE

PEAK

57

M-CH2CH2M-H2O M

MW 142

40 60 80 100 120 14010 30 50 70 90 110 130 1500 20

M-1

M-44M-43

CH3(CH2)7CHO

44

Figura 11 espectro de masas de octanal .

Ácidos Carboxílicos

Ester

Figura 12 espectro de masas de hexil benzoato.

Otros compuestos

Figura 13 espectro de masas de 1-clorododecano.

Figura 14 espectro de masas de 1-bromododecano.

129(M )100

8090

100

6050

3020

40

70

% O

F B

ASE

PEA

K

0 20 40 60 80 10010 30 50 70 90 110

86

114

44

29

120 130 140

58

CH N CH2

CH3

CH2 CH2 CH3CH3

CH3

Figura 15 espectro de masas de N-isopropil-N-metilbutan-1-amina

M=113

100

8090

100

6050

3020

40

70

% O

F B

ASE

PEA

K

NH84

56

41

27

CH2H3C

70

113(M )

20 40 60 80 10010 30 50 70 90 1100 1200Figura 16 espectro de masas de N-etilciclopentamina.

Figura 17 espectro de masas de metil octanoato.

% O

F B

ASE

PEA

K

0 20 40 60 80 100 120 140 160

100

50

3941

51 77

79

107

118136

Ejercicio 1:El análisis por HRMS define que la masas exacta del compuesto

A es 136.0886 y la formula es por lo tanto C9H12O, defina la estructura del compuesto A.

RespuestaIDH: Ω = (2*9+2-12)/2 = 4

m/z: 118 M-18 M-H2O

-OH

39, 51, 77

107 M-29 M-C2H5

-C2H5

CH

H2C

OH

CH3

Ejercicio 2:

Identifique la estructura del compuesto.%

OF

BAS

E PE

AK

0 20 40 60 80 100 120 140 160

100

50

156

158107

94

7765

513927

157

I158 = 13%I157 = 3.7%I156 = 41%

Respuesta

1. I156/I158 = 3/1 Contiene un átomo de Cl

2. Nc = 3.7/41÷1.1%≈8 Contiene ocho átomos de C

3. m/z: 39, 51, 77 ; 94 OH

107 O CH2

4. 156-35-77-16-14 = 14 CH2

OH2C

H2C Cl

ClO

HO

Cl

O HH O

94

77 65 51 39

OCH2

107

Ejercicio 3:

% O

F B

ASE

PEA

K

0 20 40 60 80 100 120 140 160

100

50

150104

93

77

6576

121

134

Identifica el compuesto y describe su patron de fragmentación

Respuesta

H

O

N

OH

NO2

NO

OH

H

O

H

OHO

O

OHO

O

NO O

O

O

93

121

121

134150

65

-H -OH -NO

-CO

重排

Humberto Gómez RuizFacultad de Química

Universidad Nacional Autónoma de México

1950

2012

Replica of J.J. Thomson's third mass spectrometer.

1897 Early Mass Spectrometry

1919 The observation of isotopes

1934 Double Focusing Analyzer

1939 Accelerator Mass Spectrometry

1946 Time-of-Flight Mass Spectrometry

1947 Preparative Mass Spectrometry

1949 Ion Cyclotron Resonance (ICR)1953 Reverse Geometry Double focusing MS1953 Quadrupole Analyzers

Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

Joseph John Thomson

1906 Nobel Prize

Desarrollo de EM

1956 Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC/MS)1956 Identifying Organic Compounds with Mass

Spectrometry1962 Mass Spectrometry Imaging

1966 Chemical Ionization

1966 Peptide Sequencing

1966 Tandem Mass Spectrometry

1966 Metabolomics

1968 Electrospray Ionization

1968 Collision Induced Dissociation

1969 Field Desorption-MS of Organic Molecule

"For his discovery, by means of his mass spectrograph, of isotopes, in a large number of non-radioactive elements, and for his enunciation of the whole-number rule."

Mass spectrometry of isotopes

1922 Nobel Prize

Francis William Aston

Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

Desarrollo de EM

1974 Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance

1974 Extra-Terrestrial Mass Spectrometry

1975 Atmospheric Pressure Chemical Ionization (APCI)

1976 Californium-252 Plasma Desorption MS

1978 GC-C-IRMS

1978 Triple Quadrupole Mass Analyzer

1980 Inductively Coupled Plasma MS

1981 Matrix-Assisted Desorption Ionization

1984 Quadrupole/Time-Of-Flight Mass Analyzer

1985 Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI)

Wolfgang Paul

“For the development of the ion trap technique.” 1989 Nobel prize

Hans Georg Dehmelt

Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

Desarrollo de EM

1987 Soft Laser Desorption of Proteins

1989 ESI on Biomolecules

1989 Monitoring Enzyme Reactions with ESI-MS

1990 Protein Conformational Changes with ESI-MS

1990 Clinical Mass Spectrometry

1991 MALDI Post-Source Decay

1991 Non-covalent Interactions with ESI

1992 Low Level Peptide Analysis

1993 Oligonucleotide Ladder Sequencing

1993 Protein Mass Mapping

1996 Intact Virus Analyses

John B. Fenn

"For the development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules."

Koichi Tanaka

ESI

MALDI

Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

Desarrollo de EM

1998 Electron Capture Dissociation (ECD)

1999 Nanostructure Desorption/Ionization

1999 Quantitative Proteomics and Metabolomics with

Isotope Labels

2000 Orbitrap

2004 Desorption Electrospray Ionization (DESI)

2004 Electron Transfer Dissociation (ETD)

2005 Direct Analysis in Real Time (DART)

Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

Fred W. McLafferty Alfred O.C. Nier Alan G. Marshall

Klaus Biemann R. Graham Cooks

Donald F. Hunt

Catherine Fenselau

Franz HillenkampCarol V. RobinsonMichael

KarasMalcolm Dole

Brian T. Chait

Desarrollo de EM

PROCESO

MUESTRA-ANÁLISIS-RESULTADOS

• 1.- SEPARACIÓN• 2.- INTRODUCCIÓN• 3.- IONIZACIÓN• 4.- ANÁLISIS MÁSICO• 5.- DETECCIÓN• 6.- SALIDA DE RESULTADOS

EL ESPECTRÓMETRO DE MASAS

FUENTE-ANALIZADOR-DETECTOR

SISTEMA DE VACÍO

ESPECTRÓMETRO DE MASAS

SISTEMA DE VACÍO

¿PORQUÉ?• ARCOS ELÉCTRICOS• FILAMENTO OXIDACIÓN• PASO LIBRE MEDIO• CONTROL DE LA EMISIÓN DE ELECTRONES• REACCIONES ION-MOLÉCULA • INTERFERENCIAS EN EL ESPECTRO• CONTAMINACIÓN DE LA FUENTE

PASO LIBRE MEDIODistancia que viaja un ion con su energía

cinética antes de encontrarse con otro ion o molécula.

• A presión atmosférica el paso libre medio de una molécula es de aproximadamente = 6.5 x 10-8 m

• En equipo con una distancia focal de 500 mm requiere de una presión reducida de 10-4 T

– Presiones límite típicas – 2x10-5 T (cuadrupolo)– 2x10-6 T (magnético)

SISTEMA DE VACÍO

Tipos de BombasAlta presión

• Bombas rotatoriasBaja presión

• Bombas de difusión• Bombas turbomoleculares• Bombas de “Ion sputtering”

Bombas Rotatorias

Diseño típico de una bomba

• Generalmente usadas como “backing pump” a las de alto vacío. Uso rudo, solo requieren de cambio periódico del aceite. La entrada se acopla a una trampa de alúmina para evitar el “back-streaming”

Bombas Rotatorias

Bombas de Difusión de Aceite

Esquema Típico de una bomba de tres etapas

•Confiable y casí sin mantenimiento. •Requiere de enfriamiento con agua y un pre-vacío de 10-1 a 10-2 Torr. •Las bombas modernas dan un vacío “casi” libre de aceite.•Bajo costo

Bombas de Difusión de Aceite

Bomba Turbomolecular• Proporciona vacío

“limpio” pero requiere de mantenimiento.

• Las bombas pequeñas son costo-efectivas.

• No requiere de enfriamiento con agua.

• pre-vacío de 10-1 a 10-2 Torr.

Bomba de Ion Sputtering

• The “cleanest” vacuum of all. Very high magnetic field prevents its use in quad systems. Requires backing-line

Medición de bajo vacíoPirani Gauge

• Provides reliable measurements in the pressure range of 10 to 10-2 Torr

Medición de alto vacíoIonization Gauges

• Provides reliable measurement in the pressure range of 10-6 to 10-8 Torr. Need to be “out gassed” periodically and give long lifetime when used in non-aggressive environments

Parte 1 Cámara de Ionización

Fuentes de Ionización

• Impacto Electrónico• Ionización Química• Ionización Química Negativa• Ionización a Presión Atmosférica (API)• Bombardeo con Átomos Rápidos (FAB)••

Impacto Electrónico• Las moléculas se “bombardean” con

electrones a 70eV de energía• Ionización• Fragmentación• Se producen fragmentos con carga

positiva• Enfoque• Transmisión al analizador

FUENTE DE IMPACTO ELECTRÓNICO

FUENTE DE IMPACTO ELECTRÓNICO

Fuente

Espectro de masas por IE

40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 3600

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

22000

24000

26000

28000

30000

32000

34000

36000

38000

40000

42000

44000

46000

48000

m/z-->

Abundance

Scan 1114 (8.660 min): MEZYMAL.D (-1095) (-)263

127

66

173

93

293

158

143

220

19339 111

329237

364279

Aldrin -Cl

Cl

Cl

Cl

CCl2

CORRIENTE IÓNICA VS ENERGÍA (eV)

Energía (eV)

log(

corr

ient

e ió

nica

)

Potencial de Ionización

Potencial de aparición

EFECTO DE LA ENERGÍA

IONIZACIÓN QUÍMICA• Ionización por colisión con iones

de un gas• Mas “suave” que IE• Transferencia de un electrón,

protón u otra especie cargada entre reactivos

• Información complementaria a IE• Usualmente un ion cuasi-molecular

intenso

IQ CON METANO• CH4 ionizado por impacto electrónico

genera muchas especies• CH4

+ + CH4 --> CH5+ + CH3

• CH3+ + CH4 --> C2H5

+ + H2

• Estado estacionario: 0.1 Pa• M + CH5

+ --> MH+ + CH4

FUENTE DE IQ• Fuente de IE modificada para alta

presión• El gas reactivo se introduce

directamente a la fuente de IQ• Fuente de electrones - el mismo

filamento incandescente• Gas reactivo excitado• Se ioniza el analito

IQ NEGATIVA

• Formación del ANION reactivoCCl4 + e- ---> Cl-

• Reacción del anión reactivo con el analito

• Pérdida del protónAH + Cl- ---> A- + HCl

AdiciónAH + Cl- ---> AHCl-

• El ion molecular negativo estable

ANÁLISIS POR IQ I

Varian GC/MS Advantage Note 2

OH

Cl

Cl

O

O

OH

Cl

Cl

O

O

ANÁLISIS POR IQ II

Varian GC/MS Advantage Note 2

IONIZACIÓN A PRESIÓN ATMOSFÉRICA

• Cámara de Ionización a presión ambiente• Ionización por e- de baja energía de una

fuente emisora • Los e- ionizan al gas reactivo que produce

iones negativos y positivos del analito• Alta eficiencia de ionización debido a la

corta trayectoria a 760 torr (mas colisiones)

ESQUEMA DE FUENTE API

APCI

DART

LORATADINA

APLICACIONES API• Muestras biológicas:

nicotinatoxinas (dioxina)

• Impurezas en gases• Analizadores de aliento (alcoholes,

orgánicos)• Estudios básicos de reacciones

iónicas (plasma)

CARACTERÍSTICAS API

• Diseño simple• Requiere de un bombeo eficiente

– el analizador requiere alto vacio• Analizadores Cuadrupolos• Conc. bajas ---> poca

reproducibilidad

BOMBARDEO CON ÁTOMOS RÁPIDOS (FAB)

• Para compuestos, polares, termolábiles, polares y no volátiles

• Energía- un haz de átomos de Xe o Ar a 6-10 keV

• El haz se dirige angulado hacia la muestra

• La muestra se monta en un portamuestras y se introduce al paso óptico

FAB ESQUEMA

Haz de átomos

Pistola de átomosMuestra

Haz de iones secundarios

Analizador

FAB

APLICACIONES DE FAB

• carbohidratos• péptidos• nucleósidos, nucleótidos• sales cuaternarias de amonio• azo compuestos• surfactantes• metales

ELECTROSPRAY

ELECTROSPRAY

OTROS MÉTODOS DE IONIZACIÓN

• Desorción de Campo FD• Desorción Laser • Massive Particle Bombardment• Secondary Ion Mass Spectrometry• Glow Discharge• Inductively Coupled Plasma - MS

Nuevas técnicas

RESUMEN- FUENTES DE IONIZACIÓN

• Impacto Electrónico• Ionización Química• Ionización Química Negativa • Atmospheric Pressure Ionization• Fast Atom Bombardment• Muchos otros

Parte 2 -ANALIZADORES

CUADRUPOLOS Y TRAMPAS DE IONES

ANALIZADORES MÁSICOS

• Cuadrupolo• Trampa de Iones• Sector Magnético• Tiempo de Vuelo• Ion Ciclotrón

FUNCIONES DEL ANALIZADOR

Los iones producidos en la cámara de ionización entran a el analizador

• Se separan acorde a su m/z • Resolución

– Alta - pequeñísimo (m/z) ~ 10-4da– Baja – valores altos (m/z) ~1 da

• Separado por la rejilla de salida• Pasan al detector

SECTOR MAGNÉTICO

GEOMETRÍAS

ALTA RESOLUCIÓN

Doble enfoque

La capacidad de separar iones de casi el mismo valor de m/z eje. C6H5Cl y C6H5OF de 112 m/z

• C6H5Cl = 112.00798 amu (12C, 35Cl, 1H)• C6H5OF = 112.03244 amu (12C, 16O, 1H, 19F)• Resolución >4700 para resolverlos

Dos definiciones Resolución = Δm/m (0.024/112.03 = 0.00022 o 2.2*10-4) Poder de resolución = m/Δm (112.03/0.024 = 4668)

QUÉ ES RESOLUCIÓN?

PODER DE RESOLUCIÓN

Inte

nsi

ty (

%)

0

20

40

60

80

100

M [ ]111.95 112.00 112.05 112. 10

Inte

nsi

ty (

%)

0

20

40

60

80

100

M [ ]111.95 112.00 112.05 112. 10

Inte

nsi

ty (

%)

0

20

40

60

80

100

M [ ]111.95 112.00 112.05 112. 10

RP= 3,000 RP= 5,000 RP= 7,000

PODER DE RESOLUCIÓN FWHM

C6H5OFC6H5Cl

Exactitud de masa• La exactitud se reporta como un valor relativo

– ppm = partes por millión (1 ppm = 0.0001%)• 5 ppm @ mass 300 = 300 * (5/106) = ±0.0015 Da

• Los equipos de alta resolución permiten la medición de masas exactas– La masa exacta confirma una fórmula molecular

• Los equipos de baja resolución deben ser tratados como de masa “nominal” – +/- 0.5 Da exactitud

FORMULA EXACTAEjemplo: por HRMS se obtiene un ión molecular de m/z = 98.0372; por lo tanto para masa 98:

C3H6N4 98.0594C4H4NO2 98.0242C4H6N2O 98.0480C4H8N3 98.0719C5H6O2 98.0368 se obtiene la formula exactaC5H8NO 98.0606C5H10N2 98.0845C7H14 98.1096

CUADRUPOLO Y TRAMPA DE IONES

Los mas comunes en equipos acoplados CG/EM

• “Baratos”• Robustos• Barrido rápido• Fácil de acoplar• Baja resolución

ANALIZADOR CUADRUPOLAR

• El mas usado• Dinámico – se varía el campo eléctrico f(tiempo)

• Inventado 1953 - Alemania• Barrido rápido (SCAN)• Monitoreo Selectivo de Iones (Single

Ion Monitoring /SIM)• Triple cuadrupolos - MS/MS

CUADRUPOLO

Barras del Cuadrupolo

Barras del Cuadrupolo

OPERACIÓN DEL CUARUPOLO

• Cuatro electrodos paralelos• Barras hiperbólicas• Ápices de diamante• Construcción de alta precisión y

cuidadosa alineación• Alto vacío (10-7 - 10-8 torr)

OPERACIÓN DEL CUADRUPOLO

Soluciones a la Ecuación de Mathieu

OPERACIÓN DEL CUARUPOLO II

• Los iones se inyectan en el eje Z• Radiofrecuencia (rf) y campo eléctrico

dc = Urf = Vrfcost

• El potencial en las barras está dado por:Vx = + (U + Vrfcost)Vy = - (U + Vrfcost)

• Las barras están cargadas positivamente

OPERACIÓN DEL CUARUPOLO III

• Los iones OSCILAN en su viaje a través de el eje Z

• Magnitud de la oscilación:– U/Vrf - siempre < 6

• U/Vrf se ajusta para permitir el paso de un valor de m/z – Los otros m/z chocan contra las barras o se eliminan por el vacío

Trayectorias estables

Trayectorias inestables

TRAYECTORIAS IÓNICAS

estable en xinestable en x

inestable en yestable en y

estable en r2=x2+y2

CARACTERÍSTICAS DEL CUADRUPOLO

• Barrido– U/Vrf constante– U y Vrf se incrementan linealmente

---> Barrido Lineal de Masas

• Velocidad– barras: baja inductancia, capacitancia– U, Vrf cambia muy rápido --->

rango completo de masas en msec

CARACTERÍSTICAS DEL CUADRUPOLO

CARACTERÍSTICAS DEL CUADRUPOLO

• Resolución– Cambia con U/Vrf– Depende de muchos factores– Ventana de masas siempre constante –todos los

picos son del mismo ancho se ensanchan con el largo de las barras

• Sensibilidad – aumenta con el diámetro de las barras

• Rango de masas – disminuye con el diámetro de las barras

Resolución unitaria

Resolución: AMU Gain / Offset

Medición de la resolución

Resolución de Cuadrupolo y Magnético

TRAMPA DE IONES

• Finnigan (1983)• Electrodo Central de Anillo

sustituye las barras – monopolo -usa sólo rf para el barrido

• Analizador y Fuente una misma parte menos piezas (no requiere enfoque)

• Baratos• Los espectros “diferentes”

ANALIZADOR DE TRAMPA DE IONES

MODULACIÓN AXIAL

• Aplica voltaje RF a las tapas• Aumento de la linariedad• Almacena mas de 100x iones• LD: pg en modo scan

MODULACIÓN AXIAL

Varian GC/MS Application Note Number 6

MS/MS en Trampa de Iones

• Los iones se forman en el centro de la Trampa• La Rf en las tapas expulsa los iones no

deseados• Los iones seleccionados se almacenan en la

Trampa• Una segunda RF excita los iones – colisiones

con gas - fragmentación• Se atrapan los fragmentos• Se hace el barrido normal

MS/MS en Trampa de Iones Operación

Varian GC/MS Application Note Number 27

ANÁLISIS POR GC/MS/MS ALACLORO

IE Scan completo MS/MS Masa 188

TIEMPO DE VUELO

Parte 3 - Detectores

DETECTORES

• Multiplicador de Electrones• Dínodo Discreto• Dínodo Continuo• Fotoplacas

MULTIPLICADOR DE ELECTRONESDÍNODO DISCRETO

• Dínodo de Conversión– iones --> electrones

• Dínodo de electrones– ---> mas electrones

• Dínodos: placas metálicas (aleación Cu-Be)

• Ganancia: 104 - 106

• Señal = f(voltaje)

MULTIPLICADOR DE ELECTRONESDÍNODO DISCRETO

MULTIPLICADOR DE ELECTRONESDÍNODO CONTINUO

• Los electrones se forman en cascada en un dínodo único en forma de cuerno

Detector

RESUMEN

• Fuentes de ionización– Impacto Electrónico– Ionización Química

• Analizadores– Cuadrupolo– Trampa de iones

• Detectores– Multiplicador de electrones