[Aula 02] Espectrometria de massas Instrumentação

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1 [Aula 02] Espectrometria de massas Instrumentação
Análise Estrutural de Compostos Orgânicos:// Espectrometria de massas Instrumentação [Aula 02]

2 Partes principais de um espectrômetro de massas
O Espectrômetro de Massas Partes principais de um espectrômetro de massas Detector de íons Separação dos íons Vácuo Início

3 Inlet Amostra Gás Líquido Sólido Gás Líquido volátil Sólido volátil
Inlet assegura que amostra na forma de vapor entre como um feixe de moléculas na fonte de ionização 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 Gás Líquido volátil Sólido volátil Amostras menos voláteis Sistema sob aquecimento aumenta pressão de vapor da amostra

4 Espectrômetro de Massas
CG/MS e HPLC/MS Cromatógrafo Espectrômetro de Massas Para cada componente da mistura que sai do cromatógrafo, é obtido um espectro de massas Nestes sistemas, o cromatógrafo funciona como inlet, direcionando a amostra para a fonte de ionização

5 CG/MS e HPLC/MS Cromatograma (2 compostos) Espectro de massas 1
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

6 Ionização Ionização por Elétrons (EI) Principais tipos de ionização:
Antes 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

7 Ionização Ionização 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

8 Ionização Ionização 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

9 Ionização Ionização 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

10 Ionização Ionização Química (CI) Ex: gás reagente = metano
Pré-ionização do metano: Ionização da amostra (M): - Transf. de próton - Formação de aduto

11 Ionização Ionização Química (CI)
- Gás reagente = metano Ionização Química (CI) Dependendo do gás-reagente utilizado, obtém-se um maior ou menor grau de fragmentação do íon molecular - Gás reagente = isobutano - Gás reagente = amônia

12 Ionização Ionização Química (CI)
- EI Ionização 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 - CI (metano) - CI (isobutano)

13 Ionização Ionização 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)

14 Ionização Ionização 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

15 Ionização Ionizações por Dessorção (DI)

16 Ionização Ionização 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

17 Ionização Ionização 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.

18 Ionização Ionização 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

19 Analisadores Analisador 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.

20 Analisadores Analisador 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.

21 Analisadores Analisador de setor magnético
Resolução = 2000 a 7000 OBS: Resolução em Espectrometria de Massas R = resolução M = masa do fragmento M = diferença de massa entre dois fragmentos consecutivos que o aparelho consegue detectar

22 Analisadores Analisador 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 = a 70000

23 Analisadores Analisador 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.

24 Analisadores Analisador 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

25 Analisadores Analisador 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

26 Detectores Multiplicador de elétrons (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 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