Espectrometria de massas - Parte 1

Prévia do material em texto

Introdução 
1 
 Mede as massas e abundâncias dos íons na fase 
gasosa. 
(Adaptado de Edmond H. e Vincent S. – Mass Spectrometry Principles and Applications) 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 É bastante sensível e fornece informações qualitativas e 
quantitativas. 
 É possível distinguir substâncias diferentes, que 
apresentam o mesmo tempo de retenção. 
 Antes da separação no MS, as moléculas devem ser 
convertidas em íons. 
 Os íons são separados em 
função de suas razões massa-
carga (m/z). 
Informações em um Espectro de Massas 
2 
 Massa Atômica 
 Média ponderada das massas dos isótopos de um 
determinado elemento. 
 MA Bromo 
 50,69% de 79Br 
 MA = (0,5969 x 78,91834) + (0,4931) x 80,91629 = 
79,904 Da 
 massa = 78,91834 Da 
 49,31% de 81Br  massa = 80,91629 Da 
 Massa Molecular 
 Soma das massas atômicas. 
 MM C4H9Br:  (4 x 12,0107) + (9 x 1,00794) + 79,904 = 
137,018 E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Informações em um Espectro de Massas 
3 
 Massa Nominal 
 É a soma dos valores inteiros das massas dos isótopos 
mais abundantes de cada um dos átomos constituintes da 
molécula. 
 MM C4H9Br:  (4 x 12) + (9 x 1) + 79 = 136 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Informações em um Espectro de Massas 
4 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Informações em um Espectro de Massas 
5 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Introdução 
6 
 Considere o espectro de massas do etilbenzeno, MM = 
106 g/mol. 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental 
Introdução 
7 
 Considere o MS do metanol – CH3OH. 
(Adaptado de Edmond H. e Vincent S. – Mass Spectrometry Principles and Applications 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Pico mais intenso (pico 
base – 100%). Os demais 
picos são em função 
deste. 
 Massa nominal = 12 + (3x1) + 16 + 1 = 32. 
 m/z = 32/1 = 32. 
Introdução 
8 (Adaptado de http://www.shimadzu.com.br/analitica/produtos/lcms/lcms-8040-5.shtml 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Introdução 
9 (Adaptado de http://wasserchemie.ebi.kit.edu/2157.php E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Introdução 
10 (Adaptado de http://ncgg.indiana.edu/images/batch020/cap_LC_MALDI_TOF_TOF_MSMS.jpg E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Componentes de um Espectrômetro de Massas 
11 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Inlet Fonte de 
Íons 
Analisador Detector 
m/z
0 50 100 150 200 250
Io
n 
A
bu
nd
an
ce
 (%
)
0
20
40
60
80
100
 O ponto de partida no MS é a formação de íons no estado 
gasoso. 
 Depende do tipo do processo de 
ionização empregado. 
 As aplicações também são dependentes dos processos de 
ionização empregados. 
Sistema 
de dados 
 Alto vácuo (10–5 a 10–8 mbar) 
Componentes de um Espectrômetro de Massas 
12 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Inlet Fonte de 
Íons 
Analisador Detector 
m/z
0 50 100 150 200 250
Io
n 
A
bu
nd
an
ce
 (%
)
0
20
40
60
80
100
 CG 
Sistema 
de dados 
 Alto vácuo (10–5 a 10–8 mbar 
 HPLC 
 Bomba 
 Seringa 
 EI 
 CI 
 MALDI 
 ESI 
 APCI 
 Quadrupolo 
 TOF 
 Ion Trap 
 FT-ICR 
 Setor Magnético 
 FAB 
 ICP 
 TIS 
 As fontes podem ser: 
 Fontes de fase gasosa. 
 Fontes de Dessorção. 
Fontes de Ionização 
13 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Fontes de Fase Gasosa 
 A amostra é vaporizada e ionizada. 
 Fontes de Dessorção 
 A amostra no estado sólido ou líquido é convertida 
diretamente em íons gasosos. 
 Aplicadas para espécies não voláteis e termicamente 
instáveis. 
 Aplicadas para espécies voláteis (PE < 500 °C) e 
termicamente estáveis. 
 Compostos com MM < 103 Da. 
 Compostos com MM até 105 Da. 
Fontes de Ionização 
14 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Fontes Duras 
 Fornecem energia suficiente às moléculas para excitá-las 
e, durante a relaxação, produzirem fragmentos de razão m/z 
< que o do íon molecular. 
 Fontes Moles 
 Produzem pouca fragmentação. 
 Fornecem informações acerca dos grupos funcionais 
(estruturais) da espécie de interesse. 
 Fornecem informações exatas sobre a massa molecular 
de uma espécie de interesse. 
Fontes de Ionização 
15 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
m/z 
m/z 
CH3(CH2)8CH2OH ; MM = 158 g/mol 
Espectro de uma Fonte Dura 
Espectro de uma Fonte Mole 
(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental) 
16 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Ionização por Impacto de Elétrons – EI 
 Estas moléculas interagem com os elétrons emitidos por 
um filamento de W ou Re aquecido e acelerados por meio 
de um potencial de 70 V entre o filamento e o anodo. 
 Assim, cerca de 0,01% das moléculas do analito (M) 
absorvem energia suficiente para sofrer ionização. 
M + e– → M+· + e– + e– 
70 eV ~55 eV 0,1 eV Íon 
molecular 
 Possui energia 
suficiente para sofrer 
fragmentação. 
Fontes de Ionização – Electron Impact (EI) 
 As moléculas são aquecidas em temperaturas 
suficientemente altas para produzirem um vapor molecular. 
 Os produtos primários 
são íons positivos 
monocarregados. 
17 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Ionização de Impacto por Elétrons – EI 
M + e– → M+· + e– + e– 
70 eV ~55 eV 0,1 eV 
Íon 
molecular 
Fontes de Ionização – Electron Impact (EI) 
(Adaptado de Vékey et. al. – Medical Applications of Mass Spectrometry 
18 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 ABCD = Íon Pai  As demais espécies são 
denominadas “Íons Filho”. 
 Ionização de Impacto por Elétrons – EI 
(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental) 
Fontes de Ionização – Electron Impact (EI) 
19 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Considere o MS do cloreto de metileno (CH2Cl2 ; Massa 
nominal = 12 + 1 + 1 + 35 + 35 = 84 ; m/z = 84). 
 Ionização de Impacto por Elétrons – EI 
(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental) 
Fontes de Ionização – Electron Impact (EI) 
20 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Considere o MS do cloreto de 1 – pentanol (Massa 
nominal = 88 ; m/z = 88). 
44 
 Ionização de Impacto por Elétrons – EI 
 As fontes de EI são aplicadas somente para 
moléculas menores que aproximadamente 103 Da. 
(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental 
Fontes de Ionização – Electron Impact (EI) 
21 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
(Adaptado de Harris – Quantitative Ch)emical Analysis 
 Considere o MS do pentobarbital (Massa nominal = 226 ; 
mz = 226). 
 Ionizaçãode Impacto por Elétrons – EI 
Fontes de Ionização – Electron Impact (EI) 
22 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Os elétrons com energia suficiente produzem CH4
+ e CH5
+ 
a partir do gás reativo, CH4. 
 Os íons produzidos doam prótons ao analito, gerando 
uma MOLÉCULA PROTONADA, que geralmente é a mais 
abundante. 
CH4 + e
– → CH4
+ + 2 e– 
CH4
+ + CH4 → CH5
+ + CH3 
CH5
+ + M → CH4 + MH
+ 
CH4
+ → CH3
+ + H· 
CH3
+ + CH4 → C2H5
+ + H2 
 Ionização Química – CI. 
 Os átomos gasosos da amostra são ionizados por meio da 
colisão com íons produzidos por bombardeamento 
eletrônico de um excesso de gás reagente. 
Harris 
Fontes de Ionização – Chemical Ionization (CI) 
23 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 O metano reage com elétrons de elevada energia para 
produzir CH4
+ , CH5
+ e CH2
+. 
CH4 + MH → CH5
+ + CH4 
 A CI produz menos fragmentações que a EI. 
CH4
+ + CH4 → CH5
+ + CH3 CH3
+ + CH4 → C2H5
+ + H2 
 Ionização Química – CI. 
 As colisões entre as moléculas do analito (MH) com as 
espécies CH5
+ ou C2H5
+ são muito reativas e envolvem a 
transferência de próton ou de hidreto. 
C2H5
+ + MH → MH2
+ + C2H4 
C2H5
+ + MH → M+ + C2H6 
 transferência de próton. 
 transferência de próton. 
 transferência de hidreto. 
Fontes de Ionização – Chemical Ionization (CI) 
24 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Ionização Química – CI. 
Fontes de Ionização – Chemical Ionization (CI) 
 CH4 + e
– → CH4
+ + 2 e– 
 CH4
+ + CH4 → CH5
+ + CH3 
CH5
+ + M → CH4 + MH
+ 
 CH4
+ → CH3
+ + H· 
 CH3
+ + CH4 → C2H5
+ + H2 
Harris 
25 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Ionização Química – CI. 
 Considere o MS do acetaminofeno (Massa nominal = 151 ; 
m/z = 151). 
(Adaptado de Edmond H. e Vincent S. – Mass Spectrometry Principles and Applications) 
Fontes de Ionização – Chemical Ionization (CI) 
26 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Fontes de Ionização 
 Ionização Química – CI. 
(Adaptado de Harris – Quantitative Chemical Analysis 
 Considere o MS do pentobarbital (Massa nominal = 226 ; 
mz = 226). 
M(C2H5)
+ 
 
27 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Fontes de Ionização 
 Considere os MS do n-butil metacrilato (Massa nominal = 
142 ; MM = 142), empregando metano como gás de arraste. 
 Identifique as fontes de ionização (EI ou CI). 
 MM = 142 
(Adaptado de Edmond H. e Vincent S. – Mass Spectrometry Principles and Applications 
28 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Fontes de Ionização 
 Ionização Química – EI. 
(Adaptado de Journal of Chromatography A, 1347 (2014) 146–156) 
 Considere o MS da MAMP (Massa nominal = 245), obtido 
por CG-EI-MS. 
29 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Fontes de Ionização 
 Ionização Química – EI. 
(Adaptado de Journal of Chromatography A, 1347 (2014) 146–156) 
 Considere os MS das moléculas abaixo, obtidos por 
CG-EI-MS e identifique os respectivos espectros e as 
massas molares. 
 PSEP 
 CPSEP 
 TFMPA 
30 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Fontes de Ionização 
(Adaptado de Journal of Chromatography A, 1347 (2014) 146–156) 
31 (Adaptado de Journal of Chromatography B, 826 (2005) 17–25 
 Cocaína: MM = 303 
Cromatografia / Espectrometria de Massas 
32 (Adaptado de Harris – Quantitative Chemical Analysis 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Na CL o eluato gera uma grande volume de gás ao 
evaporar na interface entre a coluna e o MS. 
 Estes gases devem ser retirados antes da separação 
dos íons. 
 Observação: Aditivos não voláteis presentes na FM 
comumente empregados devem ser evitados. 
 Dentre os componentes de um tampão que são 
voláteis, bem como os aditivos empregados na CL, que 
são compatíveis com o MS, tem-se: NH3, CH3CO2H, 
CCl3CO2H, (CH3)3N e (C2H5)3N. 
 Estes aditivos devem ser adicionados em 
concentrações menores que 20 mM. 
Cromatografia / Espectrometria de Massas 
33 (Adaptado de http://www.analiticaweb.com.br/newsletter/06/AN456-Accela-MSQ.pdf) 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Cromatografia / Espectrometria de Massas 
34 (Adaptado de Harris – Quantitative Chemical Analysis 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 A MS requer de alto vácuo, para que se evite colisões 
moleculares durante a separação dos íons. 
 Cromatografia é uma técnica que requer elevadas 
pressões. 
 Na CG, as fases eluídas não sobrecarregam o sistema 
a vácuo, pois as colunas capilares são bastante 
estreitas. 
 Assim, a coluna capilar é diretamente conectada à 
entrada do MS por meio de uma linha de transferência 
aquecida. 
Cromatografia / Espectrometria de Massas 
35 (Adaptado de Harris – Quantitative Chemical Analysis 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Analisadores – Setor Magnético 
36 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br/img/assuntos/imagens/17/56.gif 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Os íons moleculares são focalizados, formando um feixe. 
 Estes íons que focalizados são acelerados através de um 
campo magnético, sendo defletidos (desviados) em função 
das massas de cada íon. 
 Possui elevada precisão quando se trabalha com altas 
resoluções. 
 É de difícil operação. 
 As varreduras são relativamente lentas. 
 É bastante caro. 
Analisadores – Setor Magnético 
37 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br/img/assuntos/imagens/17/56.gif 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Analisadores - Quadrupolos 
38 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br/img/assuntos/imagens/17/56.gif 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Espectrômetros de Massas com Quadrupolos 
Analisadores - Quadrupolos 
39 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Consiste de quatro cilindros metálicos paralelos nos quais 
se aplicam um corrente elétrica e um potencial de 
radiofrequência alternante. 
 Os íons produzidos na fontes de ionização são focalizados 
ao centro da região entre os quatro cilindros e atravessam 
axialmente o quadrupolo. 
 A trajetória dos íons são dependentes do campo elétrico 
produzido. Assim, apenas os íons de determinadas m/z 
possuirão uma trajetória estável e chegarão ao detector. 
 A RF é variada de modo que os íons de diferentes m/z 
obtenham uma trajetória estável ao longo do quadrupolo. 
Assim, os íons chegam ao detector e geram o espectro de 
massas. 
Analisadores - Quadrupolos 
40 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 O quadrupolo é o analisador mais empregado em 
espectrometria de massas. 
 As varreduras são rápidas. 
 Os íons são separados em função da estabilidade de suas 
trajetórias em um campo elétrico criado por meio de 
oscilaçõeselétricas aplicadas nos cilindros metálicos. 
 A trajetória dos íons no quadrupolo são helicoidais. 
 É o analisador mais barato. 
41 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Permite o emprego de dois analisadores. 
Analisadores - Quadrupolos 
 Espectrometria de Massas Sequencial – MS/MS 
 Emprega-se um TRIPLO QUADRUPOLO. 
 Possibilita três tipos de experimentos: 
 Varredura: (MS)  SIM: (MS)  SEM/MRM: (MS/MS) 
Aquisição de Dados 
42 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Coleta os dados sobre uma faixa extensa. 
 Coleta de dados em apenas alguns valores de massa. 
 Scan ou Full Scan – Corrente Iônica Total (TIC) 
 Fornece o máximo de informações qualitativas. 
 Selected Ion Monitoring – SIM 
 Fornece os melhores resultados quantitativos. 
 Mais lento que o modo SIM. 
Aquisição de Dados 
43 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Seleciona-se um íon precursor, que é selecionado em Q1 
entre os vários íons gerados na fonte de ionização. 
 Monitoramento de Reações Múltiplas: Multiple 
Reaction Monitoring –MRM 
 Este íon é destruído por meio de um processo de 
dissociação induzida por colisão na câmara de colisão (Q2), 
gerando outros íons fragmentados (específicos). 
 Em Q3 são selecionados os íons fragmentados em Q2. 
 Possibilita um aumento de seletividade e sensibilidade. 
Aquisição de Dados 
44 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
45 (Adaptado de http:// http://www.analiticaweb.com.br/newsletter/18) 
46 (Adaptado de http:// http://www.analiticaweb.com.br/newsletter/18) 
Analisadores - Quadrupolos 
47 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
 Permite o emprego de dois analisadores. 
Analisadores - Quadrupolos 
 Espectrometria de Massas Sequencial – MS/MS 
 Emprega-se um TRIPLO QUADRUPOLO. 
 Possibilita três tipos de experimentos: 
 Varredura: (MS)  SIM: (MS)  SEM/MRM: (MS/MS) 
48 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Analisadores – Triplo Quadrupolo 
 Espectrometria de Massas Sequencial – MS/MS 
49 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Analisadores - Quadrupolos 
 Espectrometria de Massas Sequencial – MS/MS 
50 
E
s
p
e
c
tr
o
m
e
tr
ia
 d
e
 M
a
s
s
a
s
 
Dissociação Induzida por Colisão – CID 
 O íon colide com um gás, gerando a fragmentação. 
 Resolve problemas de coeluição. 
 A quantidade de fragmentos formados é dependente da 
energia de colisão na câmara.