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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