ESPECTROMETRIA DE MASSAS I pdf

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ESPECTROMETRIA DE MASSAS 
1 – INTRODUÇÃO 
2 – PRINCÍPIOS 
3 – APLICAÇÃO 
4 – HISTÓRICO 
5 – DIFERENTES MÉTODOS DE IONIZAÇÃO 
6 – FONTES DE ÍONS 
7 – CARACTERÍSTICAS DAS IONIZAÇÕES 
8 – IONIZAÇÃO ATRAVÉS DE IMPACTO ELETRÔNICO 
9 – IONIZAÇÃO QUÍMICA 
10 – DESORÇÃO DE MATRIZ COM LASER (MALDI) 
11 – BOMBARDEAMENTO COM ÀTOMOS RÁPIDOS (FAB) 
12 – IONIZAÇÃO POR “ELECTROSPRAY” (ESI) 
13 – ANALISADORES DE MASSAS 
14 – ANALISADOR DE SIMPLES FOCALIZAÇÃO COM DEFLEXÃO MAGNÉTICA 
15 – ANALISADOR DE DUPLA FOCALIZAÇÃO 
16 – ANALISADOR QUADRIPOLAR 
17 – ANALISADOR POR TEMPO DE VÔO 
18 – DETECÇÃO DOS ÍONS 
19 – RESOLUÇÃO E PODER DE RESOLUÇÃO 
20 – ESPECTROMETRIA ATRAVÉS DE IMPACTO ELETRÔNICO 
21 – REGRA DO NITROGÊNIO 
22 - TIPOS DE ASSOCIAÇÕES 
23 – DESCRIÇÃO DO INSTRUMENTO ATRAVÉS DE IMPACTO ELETRÔNICO 
24 – ESPECTRO DE MASSAS UNITÁRIO 
25 – ESPECTRO DE MASSAS DE ALTA RESOLUÇÃO 
26 – ÍNDICE DE DEFICIÊNCIA DE HIDROGÊNIO 
27 – FRAGMENTAÇÕES 
28 – REARRANJO 
29 – DERIVADOS 
30- INTERPRETAÇÃO DE UM ESPECTRO DE MASSAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESPECTROMETRIA DE MASSAS 
 
1 – Introdução 
2 – Princípios 
3 – Aplicações 
4 – Histórico 
5 – Diferentes Métodos de Ionização 
 5.1) Impacto Eletrônico (Electron Impact – E.I.) 
 5.2) Desorção de Matriz Com Laser (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization 
 (MALDI) 
 5.3) Bombardeamento Por Átomos Rápidos (Fast Atom Bombardment – FAB) 
 5.4) Ionização Por “Electrospray” (Eletrospray Ionization – ESI) 
6 – Fontes de Íons: 
7 - Ionização Através do Impacto Eletrônico 
 7.1) Processo 7.2) Aparelhagem OBS 
8 – Ionização Por Dessorção de Campo (FD) 
9 – Ionização Química 
 9.1) Introdução 9.2) Fonte 
 9.3) Reações 
 a) Metano b) Amônia c) Íons Quasimoleculares (M+1) 
 9.4) Avaliação Comparativa 
 a) Impacto Eletrônico b) Ionização Química 
10 – Desorção de Matriz Com Laser (MALDI) 
 10.1) Introdução 10.2) Descrição 10.3) Característica 
10.4) Detecção 
 a) Ion Positivo b) Íon Negativo 
11 – Bombardeamento Com Átomos Rápidos 
 11.1) Teoria 11.2) Processo de Ionização 
 11.3) Mecanismo do Processo 
12 – Ionização Por “Electrospray” 
13 – Analisadores de Massas 
 13.1) Introdução 
 13.2) Tipos de Analisadores 
a) Analisador de Secção Magnética (Magnetic Sector Analyzer – MAS) 
b) Analisador Quadripolar (Quadrupole Analyzer- Q) 
c) Analisador Por Tempo de Vôo (Time-of-Flight Analyzer – TOF) 
d) Analisador Por Captura de Íons (Ion Trap Mass Analyzer – QSTAR) 
e) Analisador Por Ressonância “Ciclotron” (Ion Cyclotron Resonance 
- FT – ICR) 
14 – Analisador de Simples Focalização Com Deflexão Magnética 
 14.1) Velocidade dos Íons 
14.2) Cálculo da Velocidade 
 14.3) Equação Matemática 
15 – Analisador de Dupla Focalização 
16 – Analisador Quadripolar 
 16.1) Introdução 
 16.2) Técnica 
 a) Efeito da CA (Tubos Negativos) Sobre os Íons 
 b) Efeito da CC (Tubos Positivos) Sobre os Íons 
 c) Efeito da CC (Tubos Negativos) Sobre os Íons 
 16.3) Trajetória dos Íons 
17 – Analisador Por Tempo de Vôo 
 17.1) Aparelho 17.2) Equação Matemática 17.3) Analisador 
18 – Detecção dos Íons 
 18.1) Medida e Apresentação dos Resultados 
 18.2) Características dos Detetores 
 18.3) Esquema do Detetor 
 18.4) Mecanismo da Medida 
19 – Resolução e Poder de Resolução 
20 – Espectrometria Através de Impacto Eletrônico 
 20.1) Analisador Magnético 
 20.2) Fonte de Ionização 
 20.3) Energia Cinética 
 20.4) Força Centrífuga 
 20.5) Equação Matemática 
 20.6) Efeitos 
 20.7) Funcionamento do Detetor 
 20.8) Fragmentações 
 a) Prováveis b) Improváveis 
21 – Regra do Nitrogênio 
22 – Tipos de Associações 
 22.1) ESI – QTOF 22.2) MADI – QTOF 
 22.3) CG – MS 22.4) HPLC – MS 22.5) EM –EM 
23 – Descrição do Instrumento Através de Impacto Eletrônico 
 23.1) Manipulação da Amostra 
 23.2) Ionização e Aceleração 
 23.3) Tubo Analisador e Imã 
 23.4) Receptor de Íons 
 23.5) Registrador 
24 – Espectro de Massas Unitário 
25 – Espectro de Massas de Alta Resolução 
 25.1) Massas dos Isótopos 25.2) Abundância Relativa 
26 – Índice de Deficiência de Hidrogênio (IDH) 
27 – Fragmentações 
 27.1) Introdução 
 27.2) Previsão de Fragmentações 
 27.3) Tipos de Quebras 
28 – Rearranjo 
29 – Derivados 
30 – Interpretação de Um Espectro de Massas 
 
 
 
 
ESPECTROMETRIA DE MASSAS 
1 – INTRODUÇÃO 
2 – PRINCÍPIOS 
3 – APLICAÇÃO 
4 – HISTÓRICO 
5 – DIFERENTES MÉTODOS DE IONIZAÇÃO 
6 – FONTES 
7 – CARACTERÍSTICAS DAS IONIZAÇÕES 
8 – IONIZAÇÃO ATRAVÉS DE IMPACTO ELETRÔNICO 
9 – IONIZAÇÃO QUÍMICA 
10 – DESORÇÃO DE MATRIZ COM LASER (MALDI) 
11 – BOMBARDEAMENTO COM ÀTOMOS RÁPIDOS (FAB) 
12 – IONIZAÇÃO POR “ELECTROSPRAY” (ESI) 
13 – ANALISADORES DE MASSAS 
14 – ANALISADOR DE SIMPLES FOCALIZAÇÃO COM DEFLEXÃO MAGNÉTICA 
15 – ANALISADOR DE DUPLA FOCALIZAÇÃO 
16 – ANALISADOR QUADRIPOLAR 
17 – ANALISADOR POR TEMPO DE VÔO 
18 – DETECÇÃO DOS ÍONS 
19 – RESOLUÇÃO E PODER DE RESOLUÇÃO 
20 – ESPECTROMETRIA ATRAVÉS DE IMPACTO ELETRÔNICO 
21 – REGRA DO NITROGÊNIO 
22 - TIPOS DE ASSOCIAÇÕES 
23 – DESCRIÇÃO DO INSTRUMENTO ATRAVÉS DE IMPACTO ELETRÔNICO 
24 – ESPECTRO DE MASSAS UNITÁRIO 
25 – ESPECTRO DE MASSAS DE ALTA RESOLUÇÃO 
26 – ÍNDICE DE DEFICIÊNCIA DE HIDROGÊNIO 
27 – FRAGMENTAÇÕES 
28 – REARRANJO 
29 – DERIVADOS 
30- INTERPRETAÇÃO DE UM ESPECTRO DE MASSAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESPECTROMETRIA DE MASSAS 
 
1 – INTRODUÇÃO: 
 O espectrômetro de massas é um instrumento que mede as 
massas de moléculas que foram convertidas em íons (moléculas 
carregadas eletricamente). 
 Um espectrômetro de massas não mede a massa molecular 
diretamente mas a razão massa/carga (m/z) dos íons formados da 
molécula. 
 A unidade de marra é referida em dalton (Da) definida como: 
 1 Da = 1/12 (massa do isótopo mais abundante do carbono-12). 
 
CH3OH +
_
e CH3OH + e
_
m/z 52
CH3OH
+
elétrons desemparelhado
desintegra-se em 10-10 seg.
forma radical 
 
 
CH3OH 
+CH3OH
CH3OH
+
m/z 32
+ H
CH3
+
m/z15
+ OH
CH2OH
+ CHO
+
m/z 29
+ H2
 
 
 
2 – PRINCÍPIOS: 
a) encontrar uma forma de ionizar um átomo ou molécula 
b) submeter o átomo ou molécula ionizada a um campo 
magnético ou expor a um campo elétrico. 
c) medir sua velocidade em relação a um raio de curvatura de 
acordo com a razão da massa e da carga (ionizador). 
d) detectar o íon utilizando um tubo fotomultiplicador 
(detecção). 
 
3- APLICAÇÃO: 
 Utiliza-se a espectrometria de massas em diversas atividades: 
- determinar dados geológicos em amostras, 
- identificar um composto orgânico na forma de óleo, 
- determinar contaminantes em gêneros alimentícios, 
- determinar traços de metal na água do mar, 
- analisar corantes em obras de artes, 
- estudar fragmentos de DNA, 
- determinação da presença de alucinógenos no 
sangue (ex. Cl). 
 
4 – HISTÓRICO: 
 J.J. Thomson construiu o protótipo de um MS para medir a 
razão m/z (ganhou prêmio nóbel em 1906). 
 Francis Arton, físico de Cambridge, Inglaterra, introduziu o 
primeiro conceito prático do MS em 1919. Determinou a massa dos 
elementos. (ganhou o prêmio nóbel em 1922). 
 Á partir de 1920 a ionização por I.E. e analisador com seção 
magnética foi criado. 
 Analisador por tempo de vôo foi criado no período de 1948 a 
1952. 
 Filtro de Íon Por Quadrupolo e captura de íons foram criados 
por W. Paul em 1983. (ganhou o prêmio nóbel em 1989). 
 Surgiram outros tipos de espectrometros demassas à partir de 
1968. 
 Espectrômetros de massas são hoje uma das mais poderosas 
ferramentas analíticas em química. 
 
 
 
 
5 – MÉTODOS DE IONIZAÇÕES: 
 5.1) Impacto Eletrônico (Electron Impact – E.I.) 
- método mais utilizado 
- utilizado para moléculas pequenas (1-1.000 Dalton) 
 5.2) Ionização Química (Chemical Ionization – C.I.) 
 - método usado para moléculas de alto P.M. 
 - utiliza um gás para ionizar a amostra 
 5.3) Desorção de Matriz Com Laser (Matrix Assisted Laser 
Desorption Ionization – MALDI). 
- método pouco utilizado 
- aplicado para pepetídeos, proteinas, DNA 
(moléculas acima de 500 KD) 
 5.4) Bombardeamento Com Átomos Rápidos (Fast Atom 
Bombardment – FAB). 
- método intermediário 
- aplicado para peptídeos e açúcares (acima de 6.000 
Daltons) 
5.5) Ionização “Electrospray” (Electrospray Ionization – ESI) 
- método pouco utilizado 
- aplicado para análise de peptídeos e proteínas com 
massa molecular acima de 200.000 Daltons 
- conceituada em 1960 por Malcolm Dole mas 
utilizado somente em 1980 por John Fenm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 – ESPECTROMETRIA DE MASSAS ATRAVÉS DE 
IONIZAÇÃO POR ELÉTRONS.(I.E.) 
 6.1) Processo: 
- O espectro é obtido quando a amostra é 
bombardeada com elétrons de alta energia (70 eV ~ 
1.600 Kcal/mo). 
- Os compostos se fragmentam gerando íons 
carregados positivamente. 
- Os íons são conduzidos a um tubo analisador onde é 
envolvido por um campo magnético. 
- Os íons são defletidos pelo campo magnético e 
seguem uma trajetória circular, o raio depende do 
que é chamado razão massa/carga (m/z). 
- Íons com pequena razão m/z, isto é, íons pequenos 
são defletidos mais facilmente do que íons com 
grande razão m/z ou seja íons mais pesados. 
6.2 Esquema de Funcionamento. 
 
 
 
 
6.3 – Fonte de Íons: 
 
 
OBS: Avaliação do Método: 
- Vantagens: alta sensibilidade com fragmentações 
previsíveis 
- Desvantagens: pico do íon molecular é 
freqüentemente eliminado; é obrigatório a 
volatilização da amostra (pode ser degradada 
termicamente). 
 
 
 
 
 
 
 
7 – IONIZAÇÃO QUÍMICA: 
 7.1) Introdução: 
- É uma técnica de ionização “suave”. 
- Um reagente químico gasoso é utilizado para 
modificar a fonte de ionização usada no impacto 
eletrônico. 
- A ionização ocorre através de uma reação química. 
(ex. um próton é transferido em fase gasosa). 
 7.2) Fonte: 
- A amostra é inserida na câmara de ionização com 
um reagente gasoso concentrado em torno de 10
3
-
10
4
 Torr de pressão. 
- A colisão da amostra com os íons gasosos causam a 
ionização da amostra. 
- Ocorre baixa fragmentação, portanto os espectros 
são simples. 
- O gás carregador é ionizado por I.E. gerando os 
íons primários 
- Os íons primários chocam-se com gases neutros 
gerando íons secundários que por sua vez se 
chocam com a amostra ionizando-a. 
- Gases utilizados: metano, isobutano e amônia 
- Conteúdo de energia dos íons secundários. 
 CH5
+
t-C4H9
+
NH4
+
 
 
amostra analisador
CH4 (1 Torr)
câmara de 
ionização
 
 
7.3) Reações dos Gases Metano e Amônia: 
a) Metano: 
- Ocorre transferência de próton para a amostra, pico 
M+1 (ionização química positiva). 
 CH4 + e
-
  CH4
+.
 + 2 e
-
 
 CH4
+. 
 + CH4  CH5
+
 + CH3
.
 
 CH5
+
 + M  CH4 + MH
+
 
 OBS: CH5
+
 = íon secundário 
- Pode ocorrer saída de hidrogênio da amostra(M – 
1)(ionização química negativa). 
 
b) Amônia: 
- Ocorre transferência de próton para a amostra, pico 
M + 1 (ionização química positiva). 
 NH3 + e
-
  NH3
+. 
+ 2 e
-
 
 NH3
+. 
+ NH3  NH4
+
 + NH2
. 
 NH4
+
 + M  M-NH4
+
 + MH
+ 
 (M+18) (M+1) 
c) Íons Quasimoleculares (M+1): 
- Surgem com transferência de próton 
- São produzidos por transformação química 
- Sem excesso de energia e baixa fragmentação 
d) Exemplo: 
m/z 221
C3H5
O
Arm/z 209
O
Ar
O
CH3O
OCH3
m/z 180 
O
Ar
H
m/z 181
(pico base)
H
O
Ar
O
OCH3
CH3O
+
+
+
+
C2H5
CH4
+
+
C2H5
+
+
+
CH5
+
 
 
 
7.4) Avaliação Comparativa: 
a) Impacto Eletrônico: 
- melhores fragmentações 
- mais espectros de referência 
- poucas informações para moléculas de alto PM. 
 
b) Ionização Química: 
- mais fragmentações com moléculas de alto PM 
- poucos espectros de referência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 – DESSORÇÃO DE MATRIZ COM LASER (MALDI): 
 
8.1) Introdução: 
- A amostra é ionizada por bombardeamento com luz 
de laser. 
- Amostra é misturada com uma matriz absorvente de 
radiação UV (àc. Sinapínico (ác. 3,5-dimetóxi-4-
hidroxicinâmico para proteínas e àc. 4- 
Hidroxicinâmico para peptídeos). 
OBS: LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of 
Radiation. Àc. Cinâmico: C6H5CHCHCOOH 
 
8.2) Ionização: 
 - Absorção da radiação UV pela matriz e sua ionização. 
 - Dissociação da matriz, mudança de fase com gás 
comprimido. A carga é transferida para a amostra a ser analisada. 
 - Expansão da matriz em alta velocidade. A amostra é 
capturada e se expande da superfície da matriz. 
 - Uma solução aquosa ou alcóolica da amostra é misturada 
com a matriz absorvente da radiação laser. 
 - A solução é evaporada sobre uma sonda metálica. 
 - Sólidos são expostos á feixes de laser em pulsos 
 - Ocorre evaporação da amostra. 
 - A matriz absorve a radiação laser e não a amostra (por isto 
não ocorre a fragmentação da amostra) 
 
8.3) Características do Método: 
- Gera espectros de íons com carga simples 
- A forma positiva gera íons positivos (M+H)
+
 
- A forma negativa gera íons negativos (M-H)
-
 
- Geralmente é um método melhor do que a ionização 
por eletrospray (ESI). 
- Aplicado para sais e compostos não voláteis. 
- Requer 10 L amostra de uma solução 1 pmol/L. 
 
8.4) Tipos de Ionização do Método MALDI: 
a) Detecção Com Íons Positivos: 
- Utiliza-se a amostra possui grupos funcionais 
capazes de receber um próton. 
- Ex: grupo unido a grupo aminos encontrados em 
peptídeos e proteínas. 
b) Detecção Com Íons Negativos: 
- Utilizado se a amostra apresenta grupos funcionais 
com características de perda de próton. 
- Ex: ácidos carboxílicos e hidroxilas encontradas em 
àcidos nucleicos e açucares. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBS: IONIZAÇÃO POR DESSORÇÃO DE CAMPO (FD): 
- Obtém-se íons moleculares de amostras com baixa 
volatilidade. 
- O ponto de ebulição da amostra deverá ser inferior 
a 500
o
C. 
- A amostra é colocada diretamente no emissor de 
íons. 
- A fonte iônica é operada á temperatura ambiente, 
portanto os íons possuem baixa energia interna. 
- Formam-se íons moleculares observáveis. 
- Observam-se íons (M+H)
+
 ou (M+Na)
+
 (retirados 
do sólido por um campo magnético forte). 
- Usada para analisar polímeros sintéticos apolares 
com PM de aproximadamente 10.000 Daltons. 
- Biopolímeros (PM maior que 10.000 D) não podem 
ser usados (aplica-se o FAB). 
 
9 – BOMBARDEAMENTO COM ÀTOMOS RÁPIDOS (FAB): 
 9.1) Teoria doMétodo: 
- A amostra é colocada em um líquido matriz de 
baixa volatilidade e bombardeada com uma corrente 
de partículas. 
- Um feixe de partículas primárias bombardeiam 
outras partículas gerando ìons secundários e 
injetados sobre a superfície líquida. 
- É uma técnica de ionização suave e usada para 
espécies com baixa volatilidade produzindo picos 
intensos de ìons pseudo-moleculares 
 (M+H)
+
 e (M-H)
-
 
 
 
9.2) Processo de Ionização: 
- A ionização da gás neutro ocorre por impacto 
eletrônico 
 Xe + e
-
  Xe
+. 
+ 2 e
-
 
- Um gás inerte neutro (Ar ou Xe) são acelerados 
com potencial elétrico de energia em torno de 4-10 
KeV. 
- Os átomos-radicais adquirem alta energia 
translacional. 
 Xe
+. 
 + aceleração  Xe
+. 
 
- Os cátions-radicais acelerados passam através de 
átomos de Xe retirando elétrons e tranformando-os 
em átomos de xenônio com alta energia. 
 Xe+. + Xe
0
  Xe + Xe
+. 
 
- A ionização da amostra ocorre pelo impacto com o 
átomo ou íon em alta velocidade. 
 
 
9.3) Análise da Amostra: 
- A amostra é dissolvida em solvente viscoso polar de 
alto ponto de ebulição (ex: glicerol).