11/19/12
1
Detectores Espectrométricos em
Cromatografia Gasosa de Alta Resolução
• Emissão Atômica • Absorção no Infravermelho • Espectrometria de Massas
Detector Espectrométrico de Massas (MSD)
• Acoplamento de GC com um espectrômetro de massas.
• O melhor e mais completo sistema para a detecção e identificação de compostos orgânicos voláteis.
• Interfaceamento mais direto do que com LC: – GC: 1 mL/min de gás – LC: 0,1 - 1 mL/min (1 – 10 L/min de gás)
11/19/12
2
MSD - Interfaceamento • Objetivos
– Transferência quantitativa de todos analitos
– Compatibilidade de fluxo/pressão que o MS pode suportar
– Não custar os olhos da cara
• Nenhuma interface atende todos requisitos!
MSD - Interfaceamento • Interfaceamento com GC é muito
mais simples do que com LC! • A amostra já se encontra em fase
gasosa • Remoção do excesso do gás
carregador
11/19/12
3
MSD - Interfaces • Separador molecular
MSD - Interfaces • Separador de permeação
11/19/12
4
MSD - Interfaces • Divisor aberto - “open split”
MSD - Interfaces • Inserção direta da coluna capilar
11/19/12
5
MSD - Analisadores • Quadrupólo (Q)
– mais utilizado – maior número de espectros
MSD - Analisadores • Ion Trap (MSn)
– Multidimensional – Flexível
11/19/12
6
MSD - Analisadores • Setor Magnético (B)
– Alta resolução
MSD - Fonte de Íons • Ionização por elétron (EI)
– positivo – negativo
• Ionização Química – pos & neg
11/19/12
7
Uso dos Dados em GC/MS • Existe dois modos básicos de
operação: – SCAN - coleta os dados sobre uma
extensa faixa. Fornece a máxima informação qualitativa
– SELECTED ION MONITORING (SIM) - coleta dados em apenas alguns valores de massa. Fornece os melhores resultados quantitativos
Scan × SIM • Quando usar cada modo!
– Aquisição em SCAN é muito mais lenta do que em SIM.
– Na maioria do tempo não existe informação (linha de base).
– Conforme aumenta a faixa do scan, a informação qualitativa diminui.
11/19/12
8
Scan × SIM • Velocidade de aquisição (freqüência)
– ausência de pontos suficientes prejudica os resultados quantitativos
Scan × SIM Modo Ciclos/s DPR %Scan 0,5 6,5SIM 16 íons 2,0 2,5SIM 4 íons 4,0 1,2
Idealmente: 10-11 pontos para definir um pico; 20 pontos seria ideal
11/19/12
9
Scan × SIM • Máxima precisão e sensibilidade são
obtidas em condições que oferecem as mínimas informações qualitativas!
• Como Contornar? – Fazer várias corridas – Focalizar na análise de compostos
“alvo”
Scan × SIM • Corridas Múltiplas
– Fazer corrida inicial em modo scan - isto fornece a informação qualitativa!
– Repetir análise em modo SIM para obter dados quantitativos.
• Abordagem válida se dispor de tempo e amostra!
11/19/12
10
Scan × SIM • Análise de Compostos “Alvo”
– Abordagem simples para obter tanto análise quantitativa quanto qualitativa.
– Melhor indicado para um número limitado se compostos Alvo
– Possível uso de isótopos marcados como padrão interno!
Análise de Compostos “Alvo”
• Seleção das linhas espectrais – Para cada composto, selecionar pelo
menos 3 íons: • Íon de quantificação - linha mais abundante • dois ou mais íons qualificativos - linhas
intensas, bem resolvidas uma da outra! – Se existir um padrão interno marcado
isotopicamente, a seleção das linhas deve conter os íons do padrão e do analito!
11/19/12
11
Análise de Compostos “Alvo”
1. Adicione o padrão interno 2. Selecione o MS em modo SIM para
as 6 linhas (íons) 3. Critérios para qualificação
– Tempo de retenção apropriado – Íons apropriados – Relação entre íons apropriada
– Suficiente para convencer um Júri!!
Análise de Compostos “Alvo”
• Exemplo: Análise de uma droga em urina
11/19/12
12
Quantificação Múltipla
• Se tr145 = tr142 • Se A145/A179 = A142/A176 e A179/A214 =
A176/A211 ⇒ Composto único
QpiApiAsQs ⋅=
A
Q Qpi Qs
Api As
Análise Qualitativa • Indentificação Estrutural de
Compostos Orgânicos – O espectro de massas:
11/19/12
13
Análise Qualitativa • Formação do Íon Molecular (M+)
• Considerando Ionização por Elétron (EI) • E = 70 eV
CH3OH + e- → CH3OH•+ (m/e 32) + 2e-
• CH3OH•+ possui 1/2 vida curta (10-10 s)
CH3OH•+ → CH2OH+ (m/e 31) + H•
CH3OH•+ → CH3+ (m/e 15) + •OH CH2OH+ → CHO+ (m/e 29) + H2
Interpretação Espectral • Identificação do Íon Molecular (M+)
– último íon identificável no espectro – nem todas as classes químicas
produzem M+ – presença de isótopos auxilia na
determinação de fórmula molecular: (M), (M + 1) e (M + 2)
11/19/12
14
Elemento PesoAtômico
Nuclídeo Massa
Hidrogênio 1,00797 1HD(2H)
1,007832,01410
Carbono 12,01115 12C 12,00000Nitrogênio 14,0067 14N
15N14,003115,0001
Oxigênio 15,9994 16O17O18O
15,994916,999117,9992
Cloro 35,453 35Cl37Cl
34,968936,9659
Massa Exata dos Isótopos
Abundância dos Isótopos
Elementos Abundância
Hidrogênio 1H 100 2H 0,016
Carbono 12C 100 13C 1,08
Nitrogênio 14N 100 15N 0,38
Oxigênio 16O 100 17O 0,04 18O 0,20
Cloro 35Cl 100 37Cl 32,5
11/19/12
15
Cáculo de (M + 1) e (M + 2) %(M +1) =100
(M +1)[ ]M[ ]
!"#
$#
%&#
'#≅
≅1,1×número átomos de C + 0,38 × número de átomos de N
[ ][ ]
O de átomos de número20,0200
C) de átomos de número1,1(
)2(100)2%(
2
×+
×≅
≅#$%
&'( +
=+MMM
m/e %150 (M) 100151 (M+1) 10,2152 (M+2) 0,88
Fórmula M+1 M+2C7H10N4 9,25 0,38C8H8NO2 9,23 0,78C8H10N2O 9,61 0,61C8H12N3 9,98 0,45C9H10O2 9,96 0,84C9H12NO 10,34 0,68C9H14N2 10,71 0,52
%(M+1) = (1,1)(9) + (0,38)(0) = 9,9% do íon molecular %(M+2) = [(1,1)(9)]2/200 + (0,20)(2) = 0,89% do íon molecular
11/19/12
16
Reconhecimento do Pico do Íon Molecular
• Duas situações possíveis 1- Íon molecular não aparece ou é muito fraco → refazer espectro com máxima sensibilidade → procurar por (M-18) → produzir algum tipo de derivado → utilizar ionização química 2- Íon molecular está presente e é um dos
mais intensos no espectro → reduzir a energia do feixe de e- para
distinguir (M) de (M-1) mais intenso ou de alguma impureza na amostra
Reconhecimento do Pico do íon Molecular
• Regra do Nítrogênio: um composto de peso molecular par deve conter um no par de átomos de nitrogênio ou nenhum.
– Íon molecular par → fragmento ímpar – Íon molecular ímpar → fragmento par
11/19/12
17
Reconhecimento do Pico do íon Molecular
• Classes com M+ Detectável: – cetonas lineares, hidrocarbonetos <
C30, ésteres, ácidos, aldeídos, amidas, éteres e halogenetos de alquila
• Classes com M+ Não Detectável: – álcoois alifáticos, aminas, nitritos,
nitratos, nitro-compostos e em compostos muito ramificados
Regras de Fragmentação • Localização da carga do íon:
– no heteroátomo – em uma ligação π – deslocalizado
• Quebra da ligação C—C próxima ao heteroátomo:
11/19/12
18
Regras de Fragmentação
• Regras relacionadas com: – a probabilidade de quebra de ligação – possibilidade de transições de baixa
energia – estabilidade dos fragmentos formados
no processo
Regras de Fragmentação 1- A intensidade relativa do íon molecular é maior em
composto de cadeia linear e diminui a medida que o grau de ramificação aumenta.
11/19/12
19
Regras de Fragmentação 2- A intensidade relativa do íon
molecular diminui com o aumento do peso molecular em uma série homóloga. metilbenzeno > etilbenzeno > propilbenzeno > butilbenzeno ....
3- Quebra da ligação é favorecida em átomos de carbono ramificados: quanto maior a ramificação mais provável a quebra da ligação.
Regras de Fragmentação 3- Quebra da ligação é favorecida em
átomos de carbono ramificados: Devido ao aumento da estabilidade dos carbocátions mais ramificados!
C+H3 < R1C+H2 < R1R2C+H < R3C+
Adicionalmente, o substituinte maior será eliminado mais facilmente por poder estabilizar melhor o radical
11/19/12
20
Regras de Fragmentação 4- Ligações duplas, estruturas cíclicas, anéis
aromáticos (ou heteroatômico) estabilizam o íon molecular.
Regras de Fragmentação 5- As ligações duplas favorecem a
quebra alílica e dão o íon carbônio alílico, que é estabilizado por ressonância
11/19/12
21
Regras de Fragmentação 6- Anéis saturados tendem a perder as
cadeias laterais na ligação α. Anéis insaturados podem sofrer reação inversa de Diels-Alder
Regras de Fragmentação 7- Em compostos aromáticos alquil-
substituídos, a quebra mais provável é a ligação β ao anel dando o íon benzílico, o qual é estabilizado por ressonância.
11/19/12
22
Regras de Fragmentação 7- Ou formação do íon tropílio
diretamente
Regras de Fragmentação 8- As ligações C—C próximas a hetero-
átomo freqüentemente se quebram deixando a carga com o fragmento que contém o heteroátomo
11/19/12
23
Regras de Fragmentação 9- Vária quebras estão associadas à
eliminação de moléculas neutras e estáveis como: – monóxido de carbono (M-28) – dióxido de carbono (M-44) – água (M-18) – amônia (M-17) – metanol (M-32) – radical metila (M-15) – radical metoxil (M-31)
Rearranjos
• Em casos especiais, alguns íons podem apresentar um padrão de fragmentação que não podem ser explicados pela simples quebra de uma ligação (Regras 1 - 9)
• É o resultado de rearranjo intra-molecular durante o processo de fragmentação!
11/19/12
24
Rearranjos • Rearranjo de McLafferty: rearranjo
de hidrogênio em moléculas que contém heteroátomos
Rearranjos • Rearranjo de McLafferty:
– Requisitos: • heteroátomos apropriadamente localizados • um sistema π (uma dupla ligação) • um átomo de hidrogênio em posição favorável (γ em
relação ao sistema C=O)
11/19/12
25
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Hidrocarbonetos Saturados
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Hidrocarbonetos Olefínicos
11/19/12
26
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Hidrocarbonetos Aril-alquila
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Compostos Hidroxilados - Álcoois
11/19/12
27
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Compostos Hidroxilados - Álcoois
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Compostos Hidroxilados - Álcoois
11/19/12
28
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Compostos Hidroxilados - Fenóis
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Éteres
11/19/12
29
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Cetonas
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Aldeídos
11/19/12
30
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Ácidos Carboxílicos
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Ésteres Carboxílicos
11/19/12
31
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Aminas Alifáticas
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Compostos Halogenados
11/19/12
32
Espectros Típicos de Algumas Classes Químicas
• Compostos Halogenados
Exercício!
11/19/12
33
Exercício!
Exercício!
Top Related