Apostila de MS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS - UFPel 
CENTRO DE CIÊNCIAS QUÍMICAS, FARMACÊUTICAS E DE ALIMENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESPECTROMETRIA DE MASSAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pelotas - RS
ESPECTROMETRIA DE MASSAS (MS) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
C
O
NH2
121
BENZAMIDA 
Espectro é mostrado como um gráfico que contém 
as massas do fragmentos carregados 
positivamente (incluindo o íon molecular) nas 
suas concentrações relativas. 
Maior pico  pico base (100% de intensidade) 
Outros picos  relativo ao pico base 
 
Ion molecular M
+
: 
 Fornece o peso molecular do composto 
 Usualmente o pico de massa mais alta (sem 
contar os picos dos isótopos (M+2, M+4, 
etc...) 
 Pico do íon positivo (molécula M menos 1 
elétron removido pelo feixe de elétrons) 
 Produz uma série de fragmentos ionizados 
(que aparecem como picos) originados pela 
perda de fragmentos neutros (não aparecem 
como picos) 
 As vezes é muito fraco que nem aparece 
(depende da estabilidade do íon) 
0
100
50
%
 d
o 
pi
co
 b
as
e
12060
0
100804020
77
105
121
51
572818
m/z
44
 PM=121
Tabela de FM aponta 
23 compostos com este PM, 
neste caso sabe-se que é
C8H7NO
feixe de elétrons
-2 e
H5C6 C
O
NH2
M m/z 121
-NH2
H5C6 C O
m/z 105
-CO (28)
= C6H5
m/z 77
geralmente é pico base
quando amostra tem 
anel benzênico
-C6H5 (77)
O
C NH2
m/z 44
H5C6 C
O
NH2
 
 
 
 
 
Técnica de 
impacto de elétrons (EI) 
(mais usado) 
Outras técnicas: 
 Ionização química (CI) 
 Dessorção de campo (FD) 
 Bombardeamento por 
átomos rápidos (FAB) 
 
Moléculas da amostra 
(na fase vapor) são 
bombardeadas com 
feixes de elétrons de alta 
energia (70 eV) 
Aparelho registra o 
resultado do impacto 
dos elétrons como um 
espectro de íons, 
separados na base da 
razão massa/carga 
(m/z) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESPECTROS DE MASSAS 
 
Exemplo: Metanol 
CH3OH + é  CH3OH
+
 + 2é 
 m/z 32 
Carga pode estar em um átomo particular: 
CH3OH 
Maior parte deste íons se desintegra (10
-10
- 10
-3
s) em fragmentos menores. 
CH3OH
+
  CH2OH
+
 + H

 (-1) 
 m/z 31 
 
Se alguns dos íons moleculares (principais) 
permanecem intactos durante um tempo 
suficientemente longo para alcançar o 
detector, um pico é registrado. 
CH3OH
+
  CH3
+
 + OH

 (-17) 
 m/z 15 
CH3OH
+
  CHO+ + H2 (-2) 
 m/z 29 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO 
Duas categorias 
importantes 
de espectrômetros 
de massas de 
deflexão magnética 
Baixa resolução: resolução unitária 
Alta resolução: resolve dois íons que 
diferem em valores pequenos.( difere 
um íon de massa 500 de um íon com 
massa 499,95 
MANIPULAÇÃO DA AMOSTRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1. Diagrama esquemático de um espectrômetro de massas. 
líquido é injetado com 
agulhas hipodérmicas 
num orifício de entrada 
aquecido 
Sistema de bomba 
vaporiza e este 
passa para uma 
câmara de ionização 
É bombardeado por um feixe 
de elétrons perpendicular 
(emitido por um filamento 
aquecido) 
Os íons positivos 
são acelerados 
por um campo 
eletrostático 
Obtenção do espectro é 
feito por um campo 
magnético variado 
(variação de intensidade 
de modo uniforme) 
 analisado 
no tubo 
analisador 
(sob vácuo) 
Amplificado 
e 
registrado 
DETERMINAÇÃO DA FÓRMULA MOLECULAR 
 
 
 
 
 
 
 
Abundâncias relativas de isótopos de elementos comuns 
 
elementos isótopo abundância relativa Massa exata 
Carbono 12C 100 12,0000 
 
13
C 1,11 13,0036 
Hidrogênio 1H 100 1,00783 
 
2
H 0,016 2,01410 
Nitrogênio 14N 100 14,0031 
 
15
N 0,38 15,0001 
Oxigênio 16O 100 15,9949 
 
17
O 0,04 16,9991 
 
18
O 0,20 17,9992 
Flúor 19F 100 18,9984 
Silício 28Si 100 27,9769 
 
29
Si 5,10 28,9765 
 
30
Si 3,35 29,9738 
Fósforo 31P 100 30,9738 
Enxofre 32S 100 31,9731 
 
33
S 0,78 32,9715 
 
34
S 4,40 33,9679 
Cloro 35Cl 100 34,9689 
 
37
Cl 32,5 36,9659 
Bromo 79Br 100 78,9183 
 
81
Br 98,0 80,9163 
Iodo 127I 100 126,9045 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fórmula molecular (FM) 
de uma amostra ou 
fragmento 
Pode ser determinada pela 
medida da massa 
( não são números inteiros, usa-se a massa exata 
dos isótopos mais abundantes) 
Fragmentos 
de isotópos 
Dão origem a picos M+1, M+2, M+3... 
(picos com intensidades pequenas, menores do 
que o do íon molecular ( exceto quando estão 
presentes cloro, bromo)) 
Outros tipos de espectros 
(i.v., RMN, u.v.) ajudam 
muito na determinação da FM 
13
C-RMN desacoplado ou desacoplado 
muito útil, pois com frequência revela o 
número de átomos de Carbono e de 
hidrogênio de uma molécula 
 
 
Figura 2. Picos observados na região do íon molecular de compostos bromados e 
clorados. Contribuições devidas a C, H, N e O são usualmente pequenas em 
comparação com as devidas a Br e Cl 
 
4.3. Interpretação dos espectros 
 
Observar os picos com intensidades relativas que facilitem a análise. Observar a 
relação massa/carga (m/z) dos mesmos e buscar informações sobre os fragmentos 
iônicos comuns no Apêndice B. Reconhecer o íon molecular (pico de maior relação 
massa/carga) que pode levar as possíveis Fórmulas Moleculares - FM. Observar os 
picos de maiores intensidades, uma vez que estes são os mais estáveis (fragmentos m/z 
77, 91, 105, 107 indicam presença de anel benzênico na molécula). Comparar 
(subtraindo) as relações massa/carga entre os picos para ter informações sobre os 
fragmentos neutros (que não aparecem no espectro) que estão relacionados aos 
mesmos – Compare com o Apêndice C Fragmentos neutros eliminados com facilidade: 
comum eliminar 15 (CH3); 18 (H2O); 31 (OCH3) e 1 (H) . Usar sempre a Regra do 
Nitrogênio para ter informação sobre a presença ou ausência deste elemento na 
Fórmula Molecular. 
Regra do N: 
 molécula com Peso Molecular PAR= não contém N ou tem nº par deste! 
 molécula com Peso Molecular IMPAR= contém nº impar deste! 
De grande importância, após a descoberta da FM é usar o Índice de Deficiência 
de Hidrogênio: 
- Dado pelo exame da fórmula molecular de uma substância desconhecida pela 
comparação dessa fórmula com a fórmula de um composto acíclico saturado 
correspondente. A diferença no número de hidrogênios, quando dividida pela metade, 
resulta no índice de deficiência de hidrogênios. 
Etapas: 
- Determinar a fórmula do hidrocarboneto acíclico e saturado contendo o mesmo 
número de átomos de carbono da substância desconhecida. 
 Ex.: Substância desconhecida: C7H14O2 
- Corrigir a fórmula para os heteroátomos presentes: 
 - Adicionar 1 hidrogênio para cada elemento do grupo V (N, P, etc); 
 - Manter o n
o
 de hidrogênios para elementos do Grupo VI (O, S, etc); 
 - Diminuir 1 hidrogênio para cada elemento do grupo VII (F, Cl, Br, etc); 
- Comparar as fórmulas e determinar da diferença no número de hidrogênios: 
C7H16 – Hidrocarboneto correspondente 
C7H14O2 – Substância desconhecida 
- Diminuindo o número de hidrogênios de uma pela outra temos: 
16H – 14H = 2 
- Dividindo este valor pela metade, temos: 
2/2 = 1 
- Índice de deficiência de hidrogênio 1, ou seja valor um (1) para cada 
insaturação.Cadeia cíclica também vale (1). 
- Exemplos: C10H4N2, C6H6, C2H3Cl3O2, C5H3ClN4 
 
4.4. Reconhecimento do pico do íon molecular 
 
Ions moleculares mais estáveis (intensos) ocorrem em sistemas aromáticos. 
A presença de substituintes que se fragmentam facilmente faz com que o pico do 
íon molecular (M
°+
) fique menos intenso, e os picos de fragmentos relativamente mais 
intensos. 
Em geral, os grupos de compostos que darão, em ordem decrescente, picos 
relativamente mais intensos do íon molecular: compostos aromáticos > alquenos 
conjugados >compostos cíclicos > sulfetos orgânicos > alcanos normais de cadeia curta 
> mercaptanas. 
Picos do íon molecular que podem ser reconhecidos são usualmente produzidos, 
em ordem decrescente, no caso de: cetonas > aminas > ésteres > éteres > ác. 
Carboxílicos ~ aldeídos ~ amidas ~ halogenetos. 
Não é observado em álcoois alifáticos, nitrilas, nitratos, nitrocompostos, nitritos 
e em compostosw muito ramificados. 
 
4.5. Fragmentações características das classes de compostos orgânicos. Rearranjos 
 
 As fragmentações podem ser dadas através de mecanismos racionais, 
apresentando o íon molecular com a carga deslocalizada. A probabilidade de quebra das 
ligações está relacionada a força de ligação; possibilidade de transição de baixa energia; 
estabilidade dos fragmentos neutros e carregados, formados no processo. Tem-se regras 
gerais de previsão dos picos mais intensos de um espectro obtido por impacto de 
elétrons: 
1. O íon do pico molecular tem maior altura relativa para um composto de cadeia 
linear. A intensidade diminui na medida em que o grau de ramificação aumenta 
(ver regra 3); 
2. A intensidade relativa do pico do íon molecular usualmente diminuiu com o 
aumento do PM em uma série homóloga. Os ésteres graxos parecem ser uma 
exceção; 
3. O processo de quebra é favorecido nas ligações dos átomos de carbonos 
ramificados. Quanto mais ramificado o carbono mais provável é a quebra 
(estabilidade de carbocátions). De modo geral, o maior substituinte de uma 
ramificação é o mais rapidamente eliminado como um radical; 
CR R C
 
 
4. Ligações duplas, estruturas cíclicas e especialmente anéis aromáticos (ou 
heteroaromáticos) ESTABILIZAM o íon molecular e assim aumentam a 
probabilidade de seu aparecimento; 
5. As ligações duplas favorecem a quebra alílica e dão o carbocátíon alílico 
estabilizado por ressonância. Esta regra não funciona para alquenos simples por 
causa da migração rápida da ligação dupla, mas funciona para ciclo alquenos; 
H2C CH CH2 R
- R
H2C CH CH2 H2C CH CH2 
 
6. Anéis saturados tendem a perder as cadeias laterais na ligação-α. Isto é 
meramente um caso especial de ramificação (regra -3). A carga positiva tende a 
ficar no fragmento cíclico. Anéis insaturados podem sofrer uma reação Diels-
Alder reversa; 
R
- R
 
 
7. Em compostos aromáticos alquil-substituídos, a quebra é mais provável na 
ligação-β ao anel, dando o íon benzílico (estabilizado por ressonância) ou como 
é mais provável o íon tropílio (m/z 91); 
CH2
R
- R
CH2 CH2
m/z 91
H
H
 
 
8. Ligação C-C próxima a um heteroátomo, frequentemente se quebram deixando a 
carga no fragmento que contém o heteroátomo, cujos elétrons não ligantes 
fornecem estabilização por ressonância; 
H3C CH2 Y R
Y= O, N, S
- CH3
H2C Y R H2C Y R
R C
O
CH2 R
1 - R
C
O
CH2 R
1
C CH2 R
1
O
 
 
9. As quebras estão frequentemente associadas a eliminação de moléculas neutras 
e estáveis como: CO (28), CH2=CH2 (28), H2O (18), NH3 (17), H2S (34), HCN 
(27) entre outras... 
Além disso, pode ocorrer o rearranjo de Mc Lafferty (quando se tem um heteroátomo 
apropriado; um sistema π (usualmente uma ligação dupla); um átomo de H em posição 
favorável (γ em relação ao sistema C=O) 
O
Y CH2
CH2
CR2
H
Y = H, R, OH, OR, NR
- R
2
C CH2
O
Y CH2
H
O
Y
H
CH2
O
Y
H
CH2
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PADRÕES DE FRAGMENTAÇÃO 
a) Evento inicial de ionização: 
 - Perda de um elétron de um orbital não ligante: 
 
 
 - Perda de um elétron de um orbital π: 
 
 
 - Perda de um elétron de um orbital σ: 
 
 
 
 
 
 
b) Segmentação iniciada em sítio radical (clivagem α): 
 
 
c) Segmentação iniciada em sítio carregado (clivagem indutiva): 
 
 
 
 
 
 
d) Segmentação de duas ligações: 
 
 
e) Segmentação retro Diels-Alder: 
 
 
f) Rearranjos McLafferty: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
g) Alcanos: 
 - Ion Molecular: M
+
 Forte 
 - Ions Fragmento: Perda de unidades CH2 em uma série: M-14, M-28, M-42... 
 - Exemplo: 
 
 
h) Cicloalcanos: 
 - Ion Molecular: M
+
 Forte 
 - Ions Fragmento: M-28, Uma série de picos: M-15, M-29, M-43, M-57... 
 - Exemplo: 
 
 
i) Alcenos: 
 - Ion Molecular: M
+
 Forte 
 - Ions Fragmento: m/z = 41, Uma série de picos: M-15, M-29, M-43, M-57... 
 - Exemplo: 
 
 
j) Alcinos: 
 - Ion Molecular: M
+
 Forte 
 - Ions Fragmento: m/z = 39, Pico M-1 forte (alcinos terminais) 
 - Exemplo: 
 
k) Hidrocarbonetos Aromáticos: 
 - Ion Molecular: M
+
 Forte 
 - Ions Fragmento: m/z = 91, m/z = 92 
 - Exemplo: 
 
 - Formação e fragmentação do íon tropílio: 
 
 
 
 
 
 
 
l) Alcoois: 
 - Ion Molecular: M
+
 fraco ou ausente 
 - Ions Fragmento: Perda de grupo alquila, M-18 (perda de H2O) 
 - Exemplo: 
 
 - Desidratação: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
m) Fenois: 
 - Ion Molecular: M
+
 forte 
 - Ions Fragmento: M-1, M-28, M-29 
 - Exemplo: 
 
 
n) Éteres: 
 - Ion Molecular: M
+
 fraco, mas observável 
 - Ions Fragmento: Segmentação α, m/z = 43, 59, 73, etc. M-31, M-45, M-59... 
 - Exemplo: 
 
o) Aldeídos: 
 - Ion Molecular: M
+
 fraco, mas observável (alifático), M
+
 forte (aromáticos) 
 - Ions Fragmento: Alifático: m/z = 29, m/z = 44. M-29, M-43. 
 Aromático: M-1, M-29. 
 - Exemplo: 
 
 
 
 
 
 
p) Cetonas: 
 - Ion Molecular: M
+
 forte 
 - Ions Fragmento: Alifática: m/z = 43, m/z = 58, 72, 86, etc. m/z = 43, 83. 
 M-15, M-29, M-43... 
 Aromática: m/z = 105, 120 
 - Exemplo: 
 
 
 
 
 
q) Ésteres: 
 - Ion Molecular: M
+
 fraco, mas em geral observável 
 - Ions Fragmento: Metílicos: m/z = 59, 74. M-31. 
 Ésteres mais altos: m/z = 73, 87, 101. m/z = 88, 102, 116. m/z 
= 61, 75, 89. m/z = 77, 105, 108. M-32, M-45, M-46, M-59, M-
60, M-73. 
 - Exemplo: 
 
 
 
q) Ácidos Carboxílicos: 
 - Ion Molecular: Alifáticos - M
+
 fraco, mas observável, Aromáticos – M+ forte 
 - Ions Fragmento: Alifáticos: m/z = 45, 60. M-17, M-45. 
 Aromáticos: M-17, M-18, M-45. 
 - Exemplo: 
 
 
 
 
 
 
r) Aminas: 
 - Ion Molecular: Alifáticos - M
+
 fraco ou ausente, Aromáticas – M+ forte 
 - Ions Fragmento: Segmentação α, m/z = 30 
 - Exemplo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
s) Amidas: 
 - Ion Molecular: M
+
 observáveis 
 - Ions Fragmento: Primárias - m/z = 44, rearranjos McLafferty – m/z = 59 
 N-alquilamidas: m/z = 73, 87, 101 
 - Exemplo: 
 
 
t) Nitrilas: 
 - Ion Molecular: Alifáticas M
+
 muito fraco, M-1 observável. Aromáticas – M+ 
Forte 
 - Ions Fragmento: m/z = 41. Aromáticas: mz = 76, 77 
 - Exemplo: 
 
 
 
u) Nitrocompostos: 
 - Ion Molecular: Alifáticos - M
+
 muito fraco, Aromáticos – M+ Fortes 
 - Ions Fragmento:m/z = 30, 46 
 - Exemplo: 
 
 
 
v) Cloretos e Brometos de alquila: 
 - Ion Molecular: Pico M+2 Forte (Cl, M/M+2 = 3:1; Br, M/M+2 = 1:1) 
 - Ions Fragmento: Perda de Cl ou Br, Perda de HCl, Segmentação α 
 - Exemplo: