INTRODUÇÃO A ESPECTROMETRIA DE
MASSAS
• Espectrometria de massas: técnica analítica que
separa e mede a relação m/z de íons, produzidos em
fase gasosa por algum método de ionização.
• Qual o princípio da separação de íons de acordo com
a relação m/z? Diferenças nas trajetórias, em alto
vácuo, sob a influência de campos elétricos e/ou
magnéticos .
• Um espectro de massas registra a abundancia
relativa de íons em função de m/z.
Massa em química
2.) Massa atômica se refere a massa de uma espécie isotópica específica, p. ex.
1
H 1,00783 Da
2
H 2,01210 Da
3.) Massa atômica média de um elemento químico,
Xi = fração de abundância relativa natural do isótopo
Mi
Xi
Mi
Xi
70
Ge 69,924250 0,2084 74Ge 73,921178 0,3628
72
76
Ge 71,922076 0,2754
Ge 75,921403 0,0761
73
Ge 72,923459 0,0773
M(Ge) = 72,64
Aplicações e características da EM
• Algumas aplicações da EM:
(a) determinação de massa molecular com elevada
exatidão, inclusive de biomoléculas e materiais
poliméricos;
(b) identificação de substancias, mesmo em misturas
complexas;
(c) informação estrutural: conectividade dos átomos
numa molécula; informações termoquímicas;
(d) análise e padrões isotópicos.
• Algumas características importantes da EM: (i) técnica
qualitativa e quantitativa, capaz de analisar misturas
complexas; (ii) alta sensibilidade; (iii) universal e
específica; (iv) técnica rápida.
• Thomson: unidade de m/z (Dalton/carga do elétron)
• Massa média (ou química) = massa calculada usando uma média
ponderada sobre a abundancia isotópica.
• Massa nominal: massa calculada usando como número inteiro a
massa do isótopo principal, p.ex. CH4 = 16 u.
• Massa exata: massa calculada usando o valor da massa do
isótopo principal, p.ex. 12C1H379Br = 93,941011 u.
• m/z = grandeza abstrata sem unidades, ou em unidades de Th.
• Espectro de massas = registro de abundância iônica em função de
m/z.
• Pico base ≡ sinal do íon mais abundante.
• Pico isotópico ≡ sinal devido a outros isótopos da mesma
composição química.
• Abundancia relativa = abundancia normalizada com relação ao
pico base.
• Intensidade relativa = razão entre a intensidade do pico e o pico
base.
• Intensidade percentual = (Ii/Σ Ij).
ESPECTRÔMETROS DE MASSA
Introdução da amostra
(a) direta
(b) por aquecimento
(c) via eluente cromatográfico
(d) por dessorção
Sistema de detecção/ aquisição
de dados
(a) abundancia dos íons
(b) identificação
(c) sensibilidade
(c) automatização
(d) resolução
Ionização da amostra
(a) por impacto de elétrons
(b) por ionização química
(c) MALDI
(d) por “electrospray”
(e) por bombardeio com átomos
rápidos (FAB) ou íons (SIMS)
(f) através de um plasma de Ar
Separação dos íons (m/z)
(a) campo magnético (e elétrico)
(b) quadrupolo
(c) tempo de vôo
Energia dos
elétrons =
energia cinética
resultante da
aceleração por
uma diferença de
potencial (V)
½ mv2 = e×V
Ionização:
energia do
elétron deve ser
superior a
energia de
ionização da
molécula
1
Ionização eletrônica de um hidrocarboneto: energia do elétron é suficiente
para causar ionização da molécula e promover a fragmentação de M+•
Espectros de massas
por ionização
eletrônica de
sistemas inorgânicos
com padrões
isotópicos
característicos:
Ionização eletrônica de outro isômero C7H16: fragmentação extensa de M+•
auxiliada pela estabilidade dos fragmentos iônicos produzidos
Energia eletrônica e espectrometria de massas: Eficiência
de ionização a várias energias: máximo ~ 70 eV
a) caso do S8 (32S e 34S);
b) complexo de Cr
(50Cr, 52Cr, 53Cr, 54Cr)
Espectros de massas de uma β-lactama a duas energias eletrônicas diferentes:
maior fragmentação a 70 eV
Ionização química
•
Ionização produzida por uma reação química provocada por um gás
ionizado.
•
Gás reagente, p.ex. CH4
•
CH5+ é um ácido de Brønsted muito forte em fase gasosa: ionização suave
com formação de MH+ e fragmentos eventuais
•
Outros reagentes: isobutano, C4H10, NH3
CH4+• + CH4 → CH5+ + CH3•
M + CH5+ → MH+ + CH4
C4H10 + e- → C4H9+ + H• + 2 eNH3+• + NH3 → NH4+ + NH2•
•
Transferência de próton depende da afinidade protônica relativa entre o
substrato neutro e a base conjugada do ácido
M + H+ → MH+
AP (M) = - ∆Ho
AP (CH4) = 543,5 kJ mol-1
AP (C4H8, isobuteno ou Me2C=CH2) = 802,1 kJ mol-1
AP (NH3) = 853,6 kJ mol-1
2
MALDI
Comparação de
espectros de massa
obtidos por ionização
eletrônica e por ionização
química (método suave
de ionização)
•
preparação de amostra:
analito dissolvido junto
com uma substancia
orgânica, “matriz”, que
possui absorção
intensa no λ do laser (λ
= 337 nm para laser de
N2);
•
dessorção da solução
sólida por um laser
pulsado (ns) de alta
intensidade;
•
matrizes típicas: ácido
2,5-dihidroxibenzóico;
ácido 3,5-dimetóxi-4hidroxicinámico; ácido
5-clorosalicílico;
•
espectro resultante
inclui íons (M+H)+, e
outros com prótons
adicionais, retirados da
matriz.
Polysulfated-Derived
Oligosaccharides
Positive-ion (a) and negativeion (b) MALDI mass spectra
of CS-D tetra with pmg.
Espectro de massas
MALDI: a) espectro de um
anticorpo monoclonal;
b) espectro de poli-metil
metacrilato <M> = 7100 Da
3
APCI (atmospheric pressure chemical
ionization)
Positive APCI spectra
of n-octane in synthetic
air at
30 °C, Vcone 1 V and at
different n-octane
concentrations of (a) 6
ppm, (b) 30 ppm, (c) 65
ppm, (d) 90 ppm, and
(e) 150 ppm
Exemplos de
espectros obtidos
por APCI no modo
positivo e no
modo negativo
Espectro de
massas obtido no
modo negativo por
APPI
Por que no
te callas
Espectro de massas de íons positivos obtido por APPI de petróleo
venezuelano (cortesia do líder imortal HC)
4