Introdução de Massas - UFSJ · Considere os MS do n-butil metacrilato (Massa nominal = 142 ; MM =...

Introdução

1

Mede as massas e abundâncias dos íons na fase

gasosa.

(Adaptado de Edmond H. e Vincent S. – Mass Spectrometry Principles and Applications)

Es

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e M

as

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s

É bastante sensível e fornece informações qualitativas e

quantitativas.

É possível distinguir substâncias diferentes, que

apresentam o mesmo tempo de retenção.

Antes da separação no MS, as moléculas devem ser

convertidas em íons.

Os íons são separados em

função de suas razões massa-

carga (m/z).

Informações em um Espectro de Massas

2

Massa Atômica

Média ponderada das massas dos isótopos de um

determinado elemento.

MA Bromo 50,69% de 79Br

MA = (0,5969 x 78,91834) + (0,4931) x 80,91629 =

79,904 Da

massa = 78,91834 Da

49,31% de 81Br massa = 80,91629 Da

Massa Molecular

Soma das massas atômicas.

MM C4H9Br: (4 x 12,0107) + (9 x 1,00794) + 79,904 =

137,018 Es

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3

Massa Nominal

É a soma dos valores inteiros das massas dos isótopos

mais abundantes de cada um dos átomos constituintes da

molécula.

MM C4H9Br: (4 x 12) + (9 x 1) + 79 = 136

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4

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5

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Introdução

6

Considere o espectro de massas do etilbenzeno, MM =

106 g/mol.

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(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental

Introdução

7

Considere o MS do metanol – CH3OH.

(Adaptado de Edmond H. e Vincent S. – Mass Spectrometry Principles and Applications

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Pico mais intenso (pico

base – 100%). Os demais

picos são em função

deste.

Massa nominal = 12 + (3x1) + 16 + 1 = 32.

m/z = 32/1 = 32.

Introdução

8 (Adaptado de http://www.shimadzu.com.br/analitica/produtos/lcms/lcms-8040-5.shtml

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Introdução

9 (Adaptado de http://wasserchemie.ebi.kit.edu/2157.php Es

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Introdução

10 (Adaptado de http://ncgg.indiana.edu/images/batch020/cap_LC_MALDI_TOF_TOF_MSMS.jpg Es

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Componentes de um Espectrômetro de Massas

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Inlet Fonte de

Íons Analisador Detector

m/z

0 50 100 150 200 250

Ion

Ab

un

dan

ce (

%)

0

20

40

60

80

100

O ponto de partida no MS é a formação de íons no estado

gasoso.

Depende do tipo do processo de

ionização empregado.

As aplicações também são dependentes dos processos de

ionização empregados.

Sistema

de dados

Alto vácuo (10–5 a 10–8 mbar)

Componentes de um Espectrômetro de Massas

12

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Inlet Fonte de

Íons Analisador Detector

m/z

0 50 100 150 200 250

Ion

Ab

un

dan

ce (

%)

0

20

40

60

80

100

CG Sistema

de dados

Alto vácuo (10–5 a 10–8 mbar

HPLC

Bomba

Seringa

EI

CI

MALDI

ESI

APCI

Quadrupolo

TOF

Ion Trap

FT-ICR

Setor Magnético

FAB

ICP

TIS

As fontes podem ser: Fontes de fase gasosa.

Fontes de Dessorção.

Fontes de Ionização

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Fontes de Fase Gasosa

A amostra é vaporizada e ionizada.

Fontes de Dessorção

A amostra no estado sólido ou líquido é convertida

diretamente em íons gasosos.

Aplicadas para espécies não voláteis e termicamente

instáveis.

Aplicadas para espécies voláteis (PE < 500 °C) e

termicamente estáveis.

Compostos com MM < 103 Da.

Compostos com MM até 105 Da.


14

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Fontes Duras

Fornecem energia suficiente às moléculas para excitá-las

e, durante a relaxação, produzirem fragmentos de razão m/z

< que o do íon molecular.

Fontes Moles

Produzem pouca fragmentação.

Fornecem informações acerca dos grupos funcionais

(estruturais) da espécie de interesse.

Fornecem informações exatas sobre a massa molecular

de uma espécie de interesse.


15

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m/z

m/z

CH3(CH2)8CH2OH ; MM = 158 g/mol

Espectro de uma Fonte Dura

Espectro de uma Fonte Mole

(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental)

16

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Ionização por Impacto de Elétrons – EI

Estas moléculas interagem com os elétrons emitidos por

um filamento de W ou Re aquecido e acelerados por meio

de um potencial de 70 V entre o filamento e o anodo.

Assim, cerca de 0,01% das moléculas do analito (M)

absorvem energia suficiente para sofrer ionização.

M + e– → M+· + e– + e–

70 eV ~55 eV 0,1 eV Íon

molecular

Possui energia

suficiente para sofrer

fragmentação.

Fontes de Ionização – Electron Impact (EI)

As moléculas são aquecidas em temperaturas

suficientemente altas para produzirem um vapor molecular.

Os produtos primários

são íons positivos

monocarregados.

17

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Ionização de Impacto por Elétrons – EI

M + e– → M+· + e– + e–

70 eV ~55 eV 0,1 eV Íon

molecular


(Adaptado de Vékey et. al. – Medical Applications of Mass Spectrometry

18

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ABCD = Íon Pai As demais espécies são

denominadas “Íons Filho”.




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Considere o MS do cloreto de metileno (CH2Cl2 ; Massa

nominal = 12 + 1 + 1 + 35 + 35 = 84 ; m/z = 84).




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Considere o MS do cloreto de 1 – pentanol (Massa

nominal = 88 ; m/z = 88).

44


As fontes de EI são aplicadas somente para

moléculas menores que aproximadamente 103 Da.

(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental


21

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(Adaptado de Harris – Quantitative Ch)emical Analysis

Considere o MS do pentobarbital (Massa nominal = 226 ;

mz = 226).



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Os elétrons com energia suficiente produzem CH4+ e CH5

+

a partir do gás reativo, CH4.

Os íons produzidos doam prótons ao analito, gerando

uma MOLÉCULA PROTONADA, que geralmente é a mais

abundante.

CH4 + e– → CH4+ + 2 e–

CH4+ + CH4 → CH5

+ + CH3

CH5+ + M → CH4 + MH+

CH4+ → CH3

+ + H·

CH3+ + CH4 → C2H5

+ + H2

Ionização Química – CI.

Os átomos gasosos da amostra são ionizados por meio da

colisão com íons produzidos por bombardeamento

eletrônico de um excesso de gás reagente.

Harris

Fontes de Ionização – Chemical Ionization (CI)

23

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O metano reage com elétrons de elevada energia para

produzir CH4+ , CH5

+ e CH2+.

CH4 + MH → CH5+ + CH4

A CI produz menos fragmentações que a EI.

CH4+ + CH4 → CH5

+ + CH3 CH3+ + CH4 → C2H5

+ + H2


As colisões entre as moléculas do analito (MH) com as

espécies CH5+ ou C2H5

+ são muito reativas e envolvem a

transferência de próton ou de hidreto.

C2H5+ + MH → MH2

+ + C2H4

C2H5+ + MH → M+ + C2H6

transferência de próton.

transferência de próton.

transferência de hidreto.


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CH4 + e– → CH4+ + 2 e–

CH4+ + CH4 → CH5

+ + CH3

CH5+ + M → CH4 + MH+

CH4+ → CH3

+ + H·

CH3+ + CH4 → C2H5

+ + H2

Harris

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Considere o MS do acetaminofeno (Massa nominal = 151 ;

m/z = 151).

(Adaptado de Edmond H. e Vincent S. – Mass Spectrometry Principles and Applications)


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(Adaptado de Harris – Quantitative Chemical Analysis

Considere o MS do pentobarbital (Massa nominal = 226 ;

mz = 226).

M(C2H5)+

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Considere os MS do n-butil metacrilato (Massa nominal =

142 ; MM = 142), empregando metano como gás de arraste.

Identifique as fontes de ionização (EI ou CI).

MM = 142

(Adaptado de Edmond H. e Vincent S. – Mass Spectrometry Principles and Applications

28

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s


Ionização Química – EI.

(Adaptado de Journal of Chromatography A, 1347 (2014) 146–156)

Considere o MS da MAMP (Massa nominal = 245), obtido

por CG-EI-MS.

29

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s


Ionização Química – EI.


Considere os MS das moléculas abaixo, obtidos por

CG-EI-MS e identifique os respectivos espectros e as

massas molares.

PSEP

CPSEP

TFMPA

30

Es

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31 (Adaptado de Journal of Chromatography B, 826 (2005) 17–25

Cocaína: MM = 303

Cromatografia / Espectrometria de Massas

32 (Adaptado de Harris – Quantitative Chemical Analysis

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Na CL o eluato gera uma grande volume de gás ao

evaporar na interface entre a coluna e o MS.

Estes gases devem ser retirados antes da separação

dos íons.

Observação: Aditivos não voláteis presentes na FM

comumente empregados devem ser evitados.

Dentre os componentes de um tampão que são

voláteis, bem como os aditivos empregados na CL, que

são compatíveis com o MS, tem-se: NH3, CH3CO2H,

CCl3CO2H, (CH3)3N e (C2H5)3N.

Estes aditivos devem ser adicionados em

concentrações menores que 20 mM.


33 (Adaptado de http://www.analiticaweb.com.br/newsletter/06/AN456-Accela-MSQ.pdf)

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A MS requer de alto vácuo, para que se evite colisões

moleculares durante a separação dos íons.

Cromatografia é uma técnica que requer elevadas

pressões.

Na CG, as fases eluídas não sobrecarregam o sistema

a vácuo, pois as colunas capilares são bastante

estreitas.

Assim, a coluna capilar é diretamente conectada à

entrada do MS por meio de uma linha de transferência

aquecida.



Es

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Analisadores – Setor Magnético

36 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br/img/assuntos/imagens/17/56.gif

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Os íons moleculares são focalizados, formando um feixe.

Estes íons que focalizados são acelerados através de um

campo magnético, sendo defletidos (desviados) em função

das massas de cada íon.

Possui elevada precisão quando se trabalha com altas

resoluções.

É de difícil operação.

As varreduras são relativamente lentas.

É bastante caro.

Analisadores – Setor Magnético


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Analisadores - Quadrupolos


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Espectrômetros de Massas com Quadrupolos


39 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br

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Consiste de quatro cilindros metálicos paralelos nos quais

se aplicam um corrente elétrica e um potencial de

radiofrequência alternante.

Os íons produzidos na fontes de ionização são focalizados

ao centro da região entre os quatro cilindros e atravessam

axialmente o quadrupolo.

A trajetória dos íons são dependentes do campo elétrico

produzido. Assim, apenas os íons de determinadas m/z

possuirão uma trajetória estável e chegarão ao detector.

A RF é variada de modo que os íons de diferentes m/z

obtenham uma trajetória estável ao longo do quadrupolo.

Assim, os íons chegam ao detector e geram o espectro de

massas.


40

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O quadrupolo é o analisador mais empregado em

espectrometria de massas.

As varreduras são rápidas.

Os íons são separados em função da estabilidade de suas

trajetórias em um campo elétrico criado por meio de

oscilações elétricas aplicadas nos cilindros metálicos.

A trajetória dos íons no quadrupolo são helicoidais.

É o analisador mais barato.


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Permite o emprego de dois analisadores.


Espectrometria de Massas Sequencial – MS/MS

Emprega-se um TRIPLO QUADRUPOLO.

Possibilita três tipos de experimentos:

Varredura: (MS) SIM: (MS) SEM/MRM: (MS/MS)

Aquisição de Dados

42

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Coleta os dados sobre uma faixa extensa.

Coleta de dados em apenas alguns valores de massa.

Scan ou Full Scan – Corrente Iônica Total (TIC)

Fornece o máximo de informações qualitativas.

Selected Ion Monitoring – SIM

Fornece os melhores resultados quantitativos.

Mais lento que o modo SIM.


43

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Seleciona-se um íon precursor, que é selecionado em Q1

entre os vários íons gerados na fonte de ionização.

Monitoramento de Reações Múltiplas: Multiple

Reaction Monitoring –MRM

Este íon é destruído por meio de um processo de

dissociação induzida por colisão na câmara de colisão (Q2),

gerando outros íons fragmentados (específicos).

Em Q3 são selecionados os íons fragmentados em Q2.

Possibilita um aumento de seletividade e sensibilidade.


44

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45 (Adaptado de http:// http://www.analiticaweb.com.br/newsletter/18)

46 (Adaptado de http:// http://www.analiticaweb.com.br/newsletter/18)



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Permite o emprego de dois analisadores.



Emprega-se um TRIPLO QUADRUPOLO.

Possibilita três tipos de experimentos:

Varredura: (MS) SIM: (MS) SEM/MRM: (MS/MS)


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Analisadores – Triplo Quadrupolo



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50

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Dissociação Induzida por Colisão – CID

O íon colide com um gás, gerando a fragmentação.

Resolve problemas de coeluição.

A quantidade de fragmentos formados é dependente da

energia de colisão na câmara.

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