As moléculas são ionizadas por acção de electrões de alta energia (normalmente). A relação massa/carga (m/e) dos iões produzidos é medida de um modo muito preciso pela combinação da aplicação de um campo magnético e eléctrico. Permite:• Determinação do peso molecular• Composição atómica• Identificação de blocos estruturais(pela fragmentação observada)

Espectrometria de massaEspectrometria de massa

1

Espectrometria de massaEspectrometria de massaEspectrómetro de massa básico

2

Volatilização e ionização

das moléculas

Separação dos iões

Detector de iões

(geralmente catiões)

3 unidades básicas de um espectrómetro de

massa

EspectrEspectróómetro de massa bmetro de massa báásicosico

3

Volatilização e ionização

das moléculas

Separação dos iões

Detector de iões

(geralmente catiões)

3 unidades básicas de um espectrómetro de

massa

• Normalmente observam-se catiões resultantes da remoção de electrões (partilhados ou não) da molécula

• O ião molecular M+ é um radical-catião instável que se degrada normalmente com muita facilidade (por processos de fragmentação)

• As espécies observadas por MS podem ser do tipo radical-catião ou carbocatiões, dependendo da natureza do fragmento neutro

• Se existirem electrões não partilhados na molécula, estes são os mais facilmente removidos no processo de ionização para formar M+

MM + e 2e +

A + F

C + F

O que se detecta em MS?O que se detecta em MS?

4

Detectados por MS

Não observados por MS

Detectado por MS

• O espectro de massa regista a intensidade dos iões que chegam ao detector na forma de barras vs. m/e (massa ião/carga ião)

• A altura da barra reflete a “abundância” do ião (ou intensidade)

Exemplo de um espectro de massaExemplo de um espectro de massa

5

• Ao pico mais intenso (PICO BASE) é dada uma abundância de 100%

• A “abundância” dos restantes iões écalculada em função do pico base

• Os resultados são listados em tabelas do tipo m/e (ou m/z) vs.intensidade

M+ ião molecular

InterpretaInterpretaçção bão báásica de um espectro de massasica de um espectro de massa

6

Nem sempre o pico mais intenso é M+. M+ tem muitas vezes intensidades inferiores a 5% do pico base como resultado da alta instabilidade dos iões gerados. Os outros iões detectados resultam da fragmentação das moléculas do composto inicial com formação de iões secundários. Informação estrutural pode ser retirada da intensidade e de m/e destes iões.

5%

100%

Normalmente o ião mais pesado

presente no espectro

O OIONIZAÇÃO

O

FRAGMENTAÇÃO

m/e=43

M+=114

A existência de isótopos dos diversos elementos faz com que uma parte da moléculas apresente uma massa diferente do peso molecular. Por exemplo, 1 molécula com um átomo de deutério em vez de hidrogénio terá uma massa de M+1. A intensidade destes picos depende da abundância natural dos diversos isótopos.

O ião molecularO ião molecular

A remoção de um electrão da molécula produz um

radical-catião com peso molecular idêntico ao da

molécula original e érepresentado por M+ (ião

molecular)Ignorando os iões detectados

devido à contribuição isotópica, o ião molecular é

normalmente o pico de massa mais elevada presente

no espectro.

Massa e abundância de alguns isMassa e abundância de alguns isóótopostopos

8

Elemento (massa atómica)

Abundância natural (%)(massa isotópica)

H (1,008) 99,98 1H 0,02 2H (D)

C (12,011) 98,9 12C(12,000)

1,1 13C (13,003)

Cl (35,453) 75,8 35Cl(34,969)

24,2 37Cl (36,966)

Br (79,904) 50,7 79Br(78,918)

49,3 81Br(80,916)

F (18,998) 100,0 19F(18,998)

-

I (126,905) 100,0 127I(126,905)

-

MM++ e ise isóótopostopos

9

Os intensidade relativa de M+1+ e M+2+ relativamente a M+ pode ajudar àdeterminação da fórmula molecular mas dá uma clara indicação da presença de átomos de cloro ou de bromo numa molécula—devido à alta abundância dos seus isótopos (37Cl 25% e 35Cl 75%; 79Br 49% e 81Br 51%).

1 só bromo bromobezeno1 sí cloreo

A presença de e M+ e M+2+ em intensidades elevadas indica a presença de cloro ou bromo na molécula. A intensidade relativa [M+/(M+2)+] identifica o átomo.

M[CH2CH35Cl]+=62 (75%)M[CH2CH37Cl]+=64 (25%)

Br

M[CH3CH2CH279Br]+=122 (~50%)

M[CH3CH2CH281Br]+=124 (~50%)

1:1

3:1

Regra do azotoRegra do azoto

10

M+ é par FM sem azotos ou com número par de azotosM+ é impar FM com número impar de azotos

PM(C6H10O)=98 PM(C5H13N)=87

PM(C6H8N2)=108H2N NH2

• O padrão de fragmentação (iões e intensidade dos iões gerados por degradação de M+) é característico de uma molécula e pode servir para uma identificação.

• Os mecanismos de fragmentação estão compreendidos e o padrão de fragmentação pode fornecer informação estrutural.- m/e de picos com intensidade elevada pode ser relacionada

com fragmentos comuns (ex: m/e=43 → CH3CO presente)• A fragmentação de M+ pode ocorrer por mais do que um modo

FragmentaFragmentaçção molecularão molecular

11

Radical não carregado(não observado)

Radical não carregado(não observado)

NH2H2C

CH2 NH2

H2C

CH2NH2

m/e=30 (100%)m/e=91 (15%) M+=121 (muito pequeno)

Alguns fragmentos

comuns em MS

FragmentaFragmentaçções tões tíípicaspicas

13

Três factores condicionam os processos de fragmentação preferenciais:1) A clivagem de ligações fracas é preferencial2) Os fragmentos mais estáveis são preferencialmente formados

Pentano

7257

43

29

15

M(M-CH3)

(M-CH2CH3)

CH2CH3

CH3

Observam-se iões resultantes da quebra de

todas as ligações C—C

14 151414

HidrocarbonetosHidrocarbonetos

14

2,2-Dimetilpropano

2-Metilbutano

m/e=57 e 43 com grande intensidade(carbocatiões secundários) M

5743

(M-CH3)

72

29

15

CH2CH3

CH3

Os iões registados são idênticos ao pentano mas as intensidades

relativas são diferentes

M+ com menor intensidade(a formação de carbocatiões

secundários é facilitada)

m/e=57 com grande intensidade

(carbocatião terciário)

M+ ainda com menor intensidade

(a formação do carbocatião terciário é ainda mais facilitada)

57

(M-CH2CH3)

Clivagem Clivagem ββ em relaem relaçção a um heteroão a um heteroáátomo (ligatomo (ligaçção ão αα//ββ))

15

X=O,N,S,Hal

M101

86TrietilaminaN

N

m/e

X

αβ

+R

X βR

XR

NN--EtilpiperidinaEtilpiperidina

16

M113

98N

N

22--ButanolButanol

17

OH OHOH

CLIVAGENS α/β

H -H2O

m/e=45

OH m/e=59

M7473

(M-H)

59

45OH

OH

m/e

Clivagem Clivagem ββ em relaem relaçção a duplas ligaão a duplas ligaçções e anões e anééis aromis aromááticosticos

18

R RR

α αβ

β+

Clivagem da ligação α-β

Catião alílico

Catião benzílico

+ R

αβ βR ...

Clivagem Clivagem αα em relaem relaçção a um heteroão a um heteroáátomotomo

19m/e

2-Metoxi-2-metilpropano (t-butilmetiléter)

M88

O O

58

73

O

Rα

+

R

ROR

Clivagem Clivagem αα em relaem relaçção a grupos carboniloão a grupos carbonilo

20

Este tipo de clivagem produz um catião acílio, estabilizado por ressonância

R= alquilo, -OH ou -OR

M72

CH3

O43

O

57

2-Butanona

C R

O

C R

O

C

R

C

O

+

R

C

O

OO

A) B)

B)A)

CH3

O

O

M86

57

CH3CH2

O

m/e

29

33--PentanonaPentanona

21

O OO

Propionato de etiloPropionato de etilo

22

M102

O5729

CH3CH2O

O57 29

Massa exacta Massa exacta –– Espectrometria de massa de alta resoluEspectrometria de massa de alta resoluççãoão

23

Consegue determinar o ião molecular com cinco casas decimais, permitindo determinar a fórmula molecular. O valor observado écomparado com diversas composições possíveis, utilizando programas informáticos.

A fórmula molecular do composto em análise será aquela que se afasta menos do valor observado experimentalmente (no caso C7H14O).

Ex: O M+=114M+exacta=114,1039