Análise Estrutural de Compostos Orgânicos:// [ Aula 02 ] Espectrometria de massas...
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Análise Estrutural de Compostos Orgânicos://
[Aula 02]
Espectrometria de massasInstrumentação
O Espectrômetro de Massas
Partes principais de um espectrômetro de massas
Separação dos íons
Vácuo
Detector de íons
Início
Inlet
Amostra
GásLíquidoSólido
Inlet assegura que amostra na forma de vapor entre como um feixe de moléculas na fonte de ionização
GásLíquido volátilSólido volátil
• Inlet parcialmente evacuado• Para formar o feixe de moléculas, estas
passam através de um pequeno orifício chamado fenda molecular em seguida entram na fonte ionização
Amostras menos voláteis
• Sistema sob aquecimento aumenta pressão de vapor da amostra
CG/MS e HPLC/MS
Nestes sistemas, o cromatógrafo funciona como inlet, direcionando a amostra para a fonte de ionização
Cromatógrafo Espectrômetro de Massas
Para cada componente da mistura que sai do
cromatógrafo, é obtido um espectro de massas
CG/MS e HPLC/MS Para cada componente da mistura que sai do
cromatógrafo, é obtido um espectro de massas
Cromatograma(2 compostos)
Espectro de massas 1
Espectro de massas 2
IonizaçãoAntes de serem analisadas (separadas em função de m/z) as partículas são ionizadas
Principais tipos de ionização:
Ionização por Elétrons (EI)Ionização Química (CI)
Ionização por Dessorção (DI)Ionização por Electrospray (ESI)
Ionização por Elétrons (EI)
• Método mais simples e mais usado de ionização• Um feixe de elétrons de alta energia (70 eV) incide sobre o
feixe de moléculas que vem do inlet, removendo um elétron de algumas moléculas, formando um cátion radical
Molécula neutra
Feixe de elétrons
Cátion radical
IonizaçãoIonização por Elétrons (EI)
• Os cátions são direcionados pela placa repelente (+) em direção às placas aceleradoras (-), que produzem um feixe de cátions de alta velocidade em direção ao analisador
IonizaçãoIonização por Elétrons (EI)
Vantagens Desvantagens
Bom para análise de rotina de pequenas moléculas orgânicas
Muita fragmentação íon molecular pode não ser detectável
Barato e robusto Amostra deve ser relativamente volátil
Bastante fragmentação estrutura Ruim para análise de moléculas com alto peso molecular e biomoléculas
Espectros reprodutíveis – Grande Banco de dados de EI-MS disponível
É possível formar íon M- pela abstração de elétrons
IonizaçãoIonização Química (CI)
• Um feixe de moléculas de um gás reagente pré-ionizado causa ionização das moléculas que vêm do inlet
• Gases reagentes mais usados: metano, amônia, isobutano
• Ionização pode ocorrer por:- Transferência de próton- Transferência de elétron- Formação de aduto
IonizaçãoIonização Química (CI)
• Ex: gás reagente = metano
• Pré-ionização do metano:
• Ionização da amostra (M):
- Transf. de próton
- Formação de aduto
IonizaçãoIonização Química(CI)• Dependendo do gás-
reagente utilizado, obtém-se um maior ou menor grau de fragmentação do íon molecular
- Gás reagente = metano
- Gás reagente = isobutano
- Gás reagente = amônia
IonizaçãoIonização Química(CI)• Escolhendo o gás
reagente apropriado, é possível obter um espectro com íon quasi-molecular [M+H]+ praticamente intacto, quando comparado a outros métodos de ionização
- EI
- CI (metano)
- CI (isobutano)
IonizaçãoIonização Química (CI)
Vantagens Desvantagens
Pouca fragmentação do íon quasi-molecular [M+H]+
Amostra deve ser relativamente volátil
Barato e robusto Ruim para análise de moléculas com alto peso molecular e biomoléculas
É possível formar íons quasi-moleculares do tipo [M-H]-
Os espectros não são reprodutíveis (dependem da pressão, temperatura, gás utilizado, etc)
IonizaçãoIonização por Dessorção (DI)
• Métodos modernos que permitem ionização de amostras não voláteis
• Ex: - MALDI (ionização por dessorção a laser assistida por matriz) - FAB (bombardeamento de átomos rápidos) - SIMS (espectrometria de massas de íon secundário)
•A amostra, suportada em uma matriz, é bombaredeada por um feixe de íons (SIMS), átomos neutros (FAB) ou fótons de alta intensidade (MALDI) que causa ionização de algumas moléculas da amostras e sua ejeção da matriz. Os íons são então acelerados em direção ao analisador.
•Matriz: não volátil, inerte, eletrólito.Ex: glicerol e trietanolamina (SIMS e FAB)
ácidos cinâmico e nicotínico
IonizaçãoIonizações por Dessorção (DI)
IonizaçãoIonização por Dessorção (DI)
Vantagens Desvantagens
Permite análise de moléculas não voláteis
Formação de ruído no espectro devido a íons provenientes da matriz abaixo de m/z = 600
Ìons [M+H]+ ou [M-H]- podem ser formados dependendo da matriz. Ou ainda [M+Na]+, [M+K]+
Maior custo
IonizaçãoIonização por Electrospray (ESI)• Permite análise de amostras voláteis e não voláveis• Uma solução da amostra é injetada (spray) do fim de um capilar até uma
câmara aquecida. O capilar possui uma alta voltagem e as gotículas saem dele com carga. Um gás secante remove as moléculas de solvente, restando somente os íons na fase gasosa.
IonizaçãoIonização por Electrospray (ESI)
Vantagens Desvantagens
Permite análise de moléculas de uma ampla faixa de peso molecular
Maior custo
Ìons [M+H]+ ou [M-H]- podem ser gerados. Ou ainda [M+Na]+, [M+K]+
Como emprega amostra em solução, é perfeito para ser usado em sistema LC-MS
AnalisadoresAnalisador de setor magnetico
• Baseia-se no seguinte fato: na presença de um campo magnético íons (com massa m e carga z) tendem a descrever uma trajetória curva com um raio (r) que depende da intensidade do campo magnético (B). V é a ddp entre as placas aceleradoras.
AnalisadoresAnalisador de setor magnético
• O analisador é um tubo curvo envolto por um magneto. Para um determinado campo magnético aplicado (B), somente partículas com um determinado valor de m/z chegarão ao final e alcançarão o detector. Partículas com m/z muito altas ou baixa colidem com as paredes do analisador e não alcançam o detector.
• Variando-se o campo aplicado (B) partículas com diversos valores de m/z conseguem chegar ao final do tubo e alcançar o detector.
AnalisadoresAnalisador de setor magnético
• Resolução = 2000 a 7000
- R = resolução- M = masa do fragmento M = diferença de massa entre dois
fragmentos consecutivos que o aparelho consegue detectar
OBS: Resolução em Espectrometria de Massas
AnalisadoresAnalisador de foco duplo
• Um campo elétrico é aplicado antes ou depois do campo magnético
• Faz com que todas as partículas carregadas viajem com a mesma velocidade
• Também impõe trajetória curva às partículas carregadas
• Aumento na resolução. R = 20000 a 70000
AnalisadoresAnalisador de quadrupolo
• Quatro bastões paralelos ao feixe de íons
• Entre os bastões há um campo eletrostático oscilante que causa uma trajetória oscilante aos íons
• Íons com m/z correta têm oscilação estável e conseguem atravessar o quadrupolo em trajetória espiral e atingir o detector. Íons com m/z muito alta ou muito baixa têm oscilação instável e colidem com os bastões.
AnalisadoresAnalisador de quadrupolo
• Quatro bastões paralelos ao feixe de íons
• Entre os bastões há um campo eletrostático oscilante que causa uma trajetória oscilante aos íons
• Íons com m/z correta têm oscilação estável e conseguem atravessar o quadrupolo em trajetória espiral e atingir o detector. Íons com m/z muito alta ou muito baixa têm oscilação instável e colidem com os bastões.
• Variação no campo eletrostático oscilante permite analisar fragmentos com todos valores de m/z
• Resolução baixa – R ~ 3000
AnalisadoresAnalisador por tempo de vôo (TOF)
• Dois íons gerados da mesma forma (com a mesma energia cinética) terão velocidades diferentes dependendo de suas massas.
• Quanto maior a massa do íon, menor sua velocidade
• Íons mais leves chegam ao detector primeiro
• Vantagem: é muito mais simples que os anteriores
• Quanto mais longo o analisador TOF, maior a resolução
• Resolução bastante baixa – R ~ 500
Detectores
Multiplicador de elétrons (amplificador)• Permite a detecção de 1 íon apenas!
• A colisão dos íons com a superfície do amplificador leva à ejeção de elétrons em cascata até o final do detector, levando à amplificação do sinal elétrico por 2n vezes, onde n é o número de colisões nas paredes do amplificador
• Conta o número de íons gerando uma corrente elétrica proporcional a este número do íons. Sob condições normais de operação, esta corrente elétrica deve ser amplificada