Cromatografia acoplado ao espectrometro de massa

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FACULDADE SALESIANA MARIA AUXILIADORA
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
	
ANDRESSA 
CAMILA 
GLEICY 
KAREN 
CROMATOGRAFIA - ESPECTROMETRIA DE MASSA
Macaé - RJ
11/2017
ANDRESSA 
CAMILA	
 GLEICY 
KAREN 
CROMATOGRAFIA - ESPECTROMETRIA DE MASSA
Trabalho apresentado em cumprimento as exigências da disciplina Química Analítica, ministrada pelo (a) professor (a) Cristiane Marinho no curso de graduação em Engenharia Química na Faculdade Salesiana Maria Auxiliadora.
	
RESUMO
Os espectrômetros de massa constam de 4 partes básicas; um sistema de manipulação para introduzir a amostra desconhecida no equipamento; uma fonte de íons na qual é produzido um feixe de partículas proveniente da amostra; um analisador que separa partículas de acordo com a massa; um detector no qual os íons separados são recolhidos e caracterizados. A amostra pode ser inserida diretamente na fonte de ionização (amostras puras) ou através de cromatografia acoplada ao espectrômetro de massa que pode ser cromatografia liquida, gasosa ou eletroforese capilar, permitindo que uma amostra complexa (mistura) seja separada em seus constituintes que entram sequencialmente no espectrômetro de massa, permitindo assim a analise individual de cada um de seus compostos. 
Palavras-chave: Cromatografia, espectrometria de maasa e cromatografia acoplado a espectrometria de massa.
LISTA DE FIGURAS E TABELAS
Figura 1 : Cromatografia gasosa	7
Figura 2 : Cromatografia líquida	7
Figura 3 : Espectrometria de massa	8
Figura 4 : Cromatógrafo acoplado ao espectrômetro de massa	9
Figura 5: Esquema electrospray	10
Figura 6: Detecção no ultravioleta	11
Figura 7: íons selecionados para monitoramento	12
Figura 8: Princípio do monitoramento seletivo de reações	13
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO	5
2. CROMATOGRAFIA	5
 2.2 CROMATOGRAFIA GASOSA E LIQUIDA	5
3. ESPECTROMETRIA DE MASSA	6
4. CROMATOGRAFIA ACOPLADA AO ESPECTROMETRO DE MASSA	7
 4.1 FUNCIONAMENTO	7
 4.2 TIPOS DE IONIZAÇÃO	8
 4.2.1 ELECTROSPRAY	8
 4.2.2 IONIZAÇÃO QUÍMICA	9
 4.3 MONITORAMENTO SELETIVO DE ÍONS E MONITORAMENTO DE ÍONS EXTRAÍDOS	10
 4.4 MONITORAMENTO SELETIVO DE REAÇÕES	12
5. CONCLUSÃO	14
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	15
introdução
O método Cromatografia - Espectrometria de Massa combina as características da cromatografia e da espectrometria de massa para identificar diferentes substâncias em uma amostra. É amplamente aceito como padrão na identificação química de compostos orgânicos voláteis e semi-voláteis em misturas, detecção de drogas, análise ambiental, investigação de explosivos e identificação de amostras desconhecidas. Além disso, é possível identificar oligoelementos em materiais que passariam despercebidos por outras tecnologias.
Estes dois componentes usados em conjunto possibilitam um grau de identificação de substância muito maior que se usados separadamente. A combinação dos dois processos reduz a possibilidade de erro, uma vez que é extremamente improvável que duas moléculas diferentes se comportem da mesma maneira tanto no cromatógrafo como no espectrômetro de massa. 
CROMATOGRAFIA
 CROMATOGRAFIA GASOSA E LIQUIDA 
A Cromatografia é um método usado para separar amostras complexas em seus componentes, é um procedimento importante para isolar e refinar produtos químicos. É classificado em dois tipos baseados no estado físico da fase móvel usada - cromatografia líquida (LC) e cromatografia de gás (GC).
A cromatografia gasosa a fase estacionária pode ser sólida, com uma grande área superficial, ou líquida, onde uma película delgada líquida recobre um sólido inerte; e a fase móvel é um gás denominado gás de arraste, sendo este inerte tem a finalidade de transportar as moléculas a serem separadas. Assim, uma corrente de gás elui continuamente pela coluna e quando a amostra é vaporizada ela se introduz nesta corrente sendo arrastada através da coluna (LANÇAS, 1993; BONATO, 1997). Cromatografia gasosa ou cromatografia gás-líquido, é um tipo comum de cromatografia usada em química orgânica para separação de compostos que podem ser vaporizados sem decomposição.
 
 Figura 1 : Cromatografia gasosa
A cromatografia líquida a fase estacionária utilizada neste método, como na cromatografia gasosa, pode ser um sólido ou um líquido e como fase móvel utiliza-se um líquido no qual o soluto está dissolvido, assim, enquanto a fase móvel elui sobre a fase estacionária os solutos são separados de acordo com a interação destes com as fases, sendo eluído primeiro os que têm maior afinidade com a fase móvel e posteriomente os que têm maior afinidade com a fase estacionária. 
 
 
 Figura 2 : Cromatografia líquida
ESPECTROMETRIA DE MASSA 
A espectrometria de massa é uma técnica utilizada para o estuda de massas de átomos, moléculas ou fragmentos. É uma técnica analítica física para detectar e identificar moléculas de interesse por meio da medição da sua massa e da caracterização de sua estrutura química. O princípio físico básico de um espectrômetro de massa consiste em criar íons por um método adequado, acelerar esses íons por um campo elétrico e separá-los de acordo com a sua taxa de massa/carga (m/z) e, por conseguinte, detectá-los qualitativa e quantitativamente por sua respectiva taxa m/z e abundância.
 
 Figura 3 : Espectrometria de massa
CROMATOGRAFIA ACOPLADA AO ESPECTROMETRO DE MASSA
 FUNCIONAMENTO 
O cromatógrafo- espectrômetro de massa é composto de duas partes principais: o cromatógrafo e o espectrômetro de massa. As diferenças das propriedades químicas das moléculas de uma mistura irão separar as moléculas enquanto a amostra percorre o comprimento da coluna o cromatógrafo. As moléculas saem (eludem) do cromatógrafo em períodos de tempo distintos (chamado tempo de retenção), permitindo que a corrente do espectrômetro de massa capture, ionize, acelere, desvie e detecte as moléculas ionizadas separadamente. O espectrômetro de massa faz isso dividindo cada molécula em fragmentos ionizados e detectando estes fragmentos pela razão massa/carga.
 
 Figura 4 : Cromatógrafo acoplado ao espectrômetro de massa
 TIPOS DE IONIZAÇÃO
ELECTROSPRAY 
Esta ionização envolve a produção de íons através da formação de um spray da solução contendo o analito em um campo elétrico. É uma técnica de ionização considerada branda que possibilita a análise de biomoléculas grandes na sua forma intacta, como proteínas e DNA. O electrospray cria gotículas carregadas através de um processo de nebulização. O solvente (em geral uma mistura de água e solvente orgânico) é removido a medida que as gotículas entram no espectrômetro de massas. 
O processo de ionização no ESI ocorre devido à aplicação de um forte campo elétrico que age sobre a superfície da gotícula. À medida que o solvente evapora na região de alto vácuo, o tamanho da gotícula diminui gradativamente até que sobre somente os íons livres do solvente. Moléculas pequenas em geral produzem íons monocarregados (com uma carga). Porém moléculas grandes como as proteínas adquirem múltiplas cargas no processo de 3 ionização. Essa característica possibilita que moléculas grandes possam ser analisadas pelos espetrômetros de massas que em geral trabalham na faixa de massa máxima de 2000 a 3000 Da. 
 Figura 5: Esquema electrospray
IONIZAÇÃO QUÍMICA
Usa o aquecimento e um fluxo coaxial de N2 para converter a fase em um aerossol fino, a partir do qual o solvente e o analito evaporam. A ionização química á pressão atmosférica dá origem a novos íons pela reação em fase gasosa entreíons e moléculas. A principal diferença nesta técnica é que uma alta diferença de potencial é aplicada a uma agulha de metal, posicionada no percurso do aerossol. Um efeito elétrico chamado corona(um plasma contendo partículas carregadas) se forma em torno da agulha, injetando elétrons no aerossol e criando íons.
Ela também permite trabalhar com uma variedade de analitos e aceita vazões cromatográficas de até 2mL/min. Geralmente, para que um analito M possa ser observado, ele tem que ser capaz de formar o íon protonado, MH+. A ionização química à pressão atmosférica tende a formar íons de carga +1 e é inadequada para o estudo de macromoléculas, como as proteínas. Normalmente ocorre pouca fragmentação, porém a diferença de potencial elétrico no cone seletor pode ser ajustada de modo a favorecer a formação de um pequeno número de fragmentos por um processo de dissociação ativada por colisão.
 
 
 MONITORAMENTO SELETIVO DE ÍONS E MONITORAMENTO DE ÍONS EXTRAÍDOS 
O monitoramento seletivo de íons e o monitoramento de íons extraídos servem para aumentar a seletividade da espectrometria de massa para determinados analitos, além de reduz a capacidade de erros, como o ruído de fundo, e melhorar a sensibilidade. 
No gráfico a seguir temos um cromatograma líquido, produzido pela medida de absorbância no ultravioleta para a detecção de uma mistura de herbicidas, adicionados em água de um rio em uma faixa de um ppb. O pico largo é proveniente de várias substâncias naturais presentes na água do rio. A maneira mais simples de utilizar um espectrômetro de massa como detector cromatográfico é conecta-lo em substituição ao detector espectofotométrico, somando a corrente de todos os íons de todas as massas detectadas acima de um determinado valor.
Figura 6: Detecção no ultravioleta
Para maior sensibilidade, usamos o monitoramento seletivo de íons, em que o espectrômetro de massa é ajustado para monitorar apenas alguns poucos valores de m/z. O próximo gráfico mostra o cromatograma de íon selecionado, em que apenas m/z =312 é monitorado. O sinal corresponde ao íon MH+, proveniente do herbicida 6, que é a substância imazaquim. A razão sinal/ruído no monitoramento seletivo de íons é maior que no cromatograma mostrado anteriormente, pois a maior parte do tempo de aquisição espectral é gasta fazendo a aquisição dos dados em uma faixa pequena de massa.
 
 Figura 7: íons selecionados para monitoramento
Um cromatograma de íon extraído se parece com um cromatograma de íon selecionado, mas o primeiro não tira proveito de toda disponibilidade de tempo para medir apenas um ou uns poucos picos de espectro de massa. Para criar um cromatograma de íon extraído, todo espectro de massa é registrado separadamente durante a corrida cromatográfica. Então o valor de m/z é tomado de cada espectro para ser mostrado na tela. Para o cromatograma de íon extraído todos os valores de m/z são medidos, mas apenas a intensidade da razão m/z=312 é mostrada. Deve-se obter todo espectro de massa quando se deseja observar todos os componentes.
 MONITORAMENTO SELETIVO DE REAÇÕES 
A seletividade e a razão sinal/ruído em um cromatograma podem ser melhoradas pelo monitoramento seletivo das reações, apresentado na figura 8, com um espectrômetro de massa quadrupolar triplo. Uma mistura de íons entra no quadruplo Q1, que libera apenas um íon percursor selecionado para o segundo estágiom, Q2. O segundo estágio deixa passar todos os íons com todas as massas para o terceiro estágio, Q3. Entretanto quando está dentro de Q2, que é chamado de célula de colisão, o íon percursor colide com a molécula N2 ou Ar a uma determinada pressão, formando os íons produtos. O quadruplo Q3 permite que somente determinados íons poduto passem para o detector.
Figura 8: Princípio do monitoramento seletivo de reações
O espectrômetro de massa de captura de íons por quadruplo tridimensional pode fazer o monitoramento seletivo das reações sem a necessidade de acessórios. Após a injeção de íons coletados com diferentes m/z, todos, exceto um m/z específico, são deliberadamente ejetados. Os íons precursores com um único m/z que restam no coletor de íons, ganham energia cinética através do aumento da amplitude do campo elétrico de radiofrequência ativado. O aumento da energia leva a dissociação por colisão com os átomos de gás hélio no coletor de íons. Os íons produtos são retidos no coletor, mas não tem energia cinética suficiente para dissociações adicionais por colisão. Após um período de dissociação do íon percursor, os íons produtos são ejetados para o detector a fim de se obter um espectro de massa.
 Esse processo pode ser repetido selecionando-se um íon produto para uma nova dissociação. O processo repetido ganha o nome de “EM”, que significa, repetições múltiplas do monitoramento seletivo de reação.
CONCLUSÃO 
	Conclui-se que a cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa é uma poderosa ferramenta analítica para o controle de qualidade de ativos e formas farmacêuticas. Apresenta elevada exatidão nos resultados, permitindo a identificação e/ou a quantificação dos compostos presentes com confiabilidade. Atua em várias áreas de atribuição do controle, como na determinação da porcentagem do princípio ativo, na quantificação das impurezas de um produto, na determinação da composição ou formulação de um produto, e também no estudo de estabilidade e degradação de um produto. Desta forma, o controle de qualidade se beneficia ao usar uma técnica que permite obter resultados em curto espaço de tempo (em geral, 1 a 20 minutos) e com alta precisão e exatidão. Outro ponto importante a se destacar é a praticidade de execução dessas análises, ajudadas também pelo avanço dos softwares que são utilizados nesses equipamentos. 
REFERÊNCIAs BIBLIOGRÁFICAs
HARRIS, D. ANALISE QUIMICA QUANTITATIVA. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
SKOOG, D; WEST, D. FUNDAMENTO DA QUÍMICA ANALÍTICA. São Paulo: Cengage Learning, 2010.
Cromatografia gasosa aclopada a espectrometria de massa – UFSM. Disponível em:< https://www.smithsdetection.com/index.php?option=com_k2&view=item&layout=item&id=38&Itemid=120&lang=pt >. Acesso em 07 de novembro de 2017.
Cromatografia gasosa com detector de massa acoplado. Disponível em:< https://www.smithsdetection.com/index.php?option=com_k2&view=item&layout=item&id=38&Itemid=120&lang=pt >. Acesso em 09 de novembro de 2017.
Cromatografia gasosa contra Cromatografia liquida. Disponível em:< https://www.news-medical.net/life-sciences/Liquid-Chromatography-versus-Gas-Chromatography-(Portuguese) >. Acesso em 10 de novembro de 2017.