análise estrutural de compostos orgânicos:// [ aula 02 ] espectrometria de massas instrumentação
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Análise Estrutural de Compostos Orgânicos://
[Aula 02]
Espectrometria de massasInstrumentação
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O Espectrômetro de Massas
Partes principais de um espectrômetro de massas
Separação dos íons
Vácuo
Detector de íons
Início
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Inlet
Amostra
GásLíquidoSólido
Inlet assegura que amostra na forma de vapor entre como um feixe de moléculas na fonte de ionização
GásLíquido volátilSólido volátil
• 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
Amostras menos voláteis
• Sistema sob aquecimento aumenta pressão de vapor da amostra
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CG/MS e HPLC/MS
Nestes sistemas, o cromatógrafo funciona como inlet, direcionando a amostra para a fonte de ionização
Cromatógrafo Espectrômetro de Massas
Para cada componente da mistura que sai do
cromatógrafo, é obtido um espectro de massas
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CG/MS e HPLC/MS 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
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IonizaçãoAntes 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
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IonizaçãoIonização 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
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IonizaçãoIonização 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
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IonizaçãoIonização 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
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IonizaçãoIonização Química (CI)
• Ex: gás reagente = metano
• Pré-ionização do metano:
• Ionização da amostra (M):
- Transf. de próton
- Formação de aduto
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IonizaçãoIonização Química(CI)• Dependendo do gás-
reagente utilizado, obtém-se um maior ou menor grau de fragmentação do íon molecular
- Gás reagente = metano
- Gás reagente = isobutano
- Gás reagente = amônia
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IonizaçãoIonização 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
- EI
- CI (metano)
- CI (isobutano)
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IonizaçãoIonização 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)
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IonizaçãoIonização 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
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IonizaçãoIonizações por Dessorção (DI)
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IonizaçãoIonização 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
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IonizaçãoIonização 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.
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IonizaçãoIonização 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
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AnalisadoresAnalisador 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.
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AnalisadoresAnalisador 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.
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AnalisadoresAnalisador de setor magnético
• Resolução = 2000 a 7000
- R = resolução- M = masa do fragmento M = diferença de massa entre dois
fragmentos consecutivos que o aparelho consegue detectar
OBS: Resolução em Espectrometria de Massas
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AnalisadoresAnalisador 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 = 20000 a 70000
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AnalisadoresAnalisador 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.
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AnalisadoresAnalisador 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
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AnalisadoresAnalisador 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
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Detectores
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
• 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