1. No category

INTERPRETACIÓN DE
ESPECTROS DE MASAS
HUMBERTO GÓMEZ RUIZ
FACULTAD DE QUÍMICA
UNAM
Radiación – Materia
La fuente de energía ahora es un haz de
electrones.
M
M
+
e-
→ M+. + 2 e-
90%
+
e-
→M .
10%
Fuente de Ionización por
Impacto Electrónico
Fuente de Ionización por Impacto
Electrónico
ESPECTRÓMETRO DE MASAS
alto vacío
SECTOR MAGNÉTICO
Ionización
 Es
un proceso tipo Frank-Condon. Las
moléculas se ionizan instantáneamente.
 El electrón es expulsado en un tiempo
menor que el tiempo de la vibración del
enlace más rápido.
 Las distancia interatómica se mantienen
en el ion recién formado.
Ionización Frank-Condon
log(corriente iónica)
CORRIENTE IÓNICA VS ENERGÍA (eV)
Potencial
de
Ionización
Potencial de
aparición
Energía (eV)
IONIZACIÓN IE (cont)
La energía normalmente empleada es de 70 eV. Los espectros
obtenidos así forman la mayoría de las bibliotecas
Tiempos - ionización
10-15 a -16s
+. * +. * +.
*
aM1 + bM2 + cM3 +
10-7s
ionización
nM + energía
analizador
+.
+.
ne-
conversión
de energía interna
+.
aM1 + bM2 + cM3 +
fragmentación
10-16 s
espectro
masas
aceleración
rA+ + tB+ + qC+ + sU+
fuente de ionización
Estructuras Iónicas
 Configuración
de Umbral.- es la
configuración adquirida durante la
ionización. Una estructura excitada.
 Configuración reactiva.- es la
configuración adquirida por el ion antes
de comenzar la fragmentación y en la
que el ion ha tratado de estabilizar el
exceso de energía.
Estructuras
energía
+
Configuración
de umbral
1
limoneno
C 10 H 16
.
2
+.
+
3
.
Configuración
reactiva
IONIZACIÓN POR IMPACTO ELECTRÓNICO
 La
base de la espectrometría de masas
Descomposición Unimolecular
ABCD
e-
+.
AD + BC
+.
ABCD
r
.
+
A + BCD
.
+
A + BCD
.
+
D + ABC
+
BC + D
+
A + BC
¿Por qué se ven los espectros de
masas como se ven?
pico base 43
Iones fragmento
Abundancia %
100
85
50
57
41
Ion
molecular
71
39
97
53
0
63
30
40
50
60
70
(Text File) Scan 743 (4.472 min): THINER1.D\ data.ms
77
114
91
80
90
100
110
120
m/z
Metano
Metanol
Procedimiento para la
interpretación de espectros
ABUNDANCIA NATURAL DE LOS
ELEMENTOS Y SUS ISÓTOPOS
ELEMENTO
H
C
N
O
F
Si
P
S
Cl
Br
I
M
1
12
14
16
19
28
31
32
35
79
127
%
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
M+1
2
13
15
17
%
M+2
%
1.1
0.37
0.04
18
0.20
29
5.1
30
3.4
33
0.80
34
37
81
4.4
32.5
98.0
0.001
TIPO
A
A+1
A+1
A+2
A
A+2
A
A+2
A+2
A+2
A
181
100
Cl
219
111
Cl
Cl
Cl
Cl
50
51
77
147
39
0
61
30
70
(rep lib ) Lind a ne
96
254
158
110
150
Cl
290
190
230
Name: Lindane
Formula: C6H6Cl6
MW: 288 CAS#: 58-89-9 NIST#: 53827 ID#: 22664 DB: replib
Other DBs: Fine, TSCA, RTECS, EPA, USP, HODOC, EINECS, IRDB
Contributor: CATALOGUE OF MASS SPECTRA OF PESTICIDES
270
310
350
390
430
Abundance
Scan574(5.475min): TRECE.D\data.ms
17000
16000
15000
14000
253.8
252
253
254
255
256
257
258
259
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
6
1
10
1
7
1
2
0
288
290
291
292
293
294
295
296
4000
289.8
3000
2000
1000
0
245
m/z-->
281.0
259.6
250
255
260
265
270
275
280
295.8
285
290
295
300
305
1
3
0
2
0
1
0
0
Elementos A+1
1.- Busque elementos A+2
Si sospecha la presencia de Si
reste 5% de A+1 debido a Si29
Si sospecha la presencia de S
reste 0.3% de A+1 debido a S33
2.- Determine el número de Nitrógenos
Regla del Nitrógeno
3.- Carbono
Por cada C12 habrá 1.1% de C13
Con ello se podrá determinar el número de átomos
de Carbono
Regla A+1
Funciona bien con espectros puros
Sólo proporciona el máx. número de átomos de carbono
CONTRIBUCIÓN ISOTÓPICA DEBIDA A C y H
#C
M+1
M+2
M+3
#C
M+1
M+2
M+3
C1
1.1
0.00
-
C16
18
1.5
0.1
C2
2.2
0.01
-
C17
19.0
1.7
0.1
C3
3.3
0.04
-
C18
20.0
1.9
0.1
C4
4.4
0.07
-
C19
21.0
2.1
0.1
C5
5.5
0.12
-
C20
22.0
2.3
0.2
C6
6.6
0.18
-
C22
24.0
2.8
0.2
C7
7.7
0.25
-
C24
26.0
3.3
0.3
C8
8.8
0.34
-
C26
29.0
3.9
0.3
C9
9.9
0.44
-
C28
31.0
4.5
0.4
C10
11.0
0.54
-
C30
33.0
5.2
0.5
C11
12.1
0.67
-
C35
39.0
7.2
0.9
C12
13.2
0.80
-
C40
44.0
9.4
1.3
C13
14.3
0.94
-
C50
55.0
5.0
1.3
C14
15.4
1.1
-
C60
66.0
10.0
4.6
C15
16.5
1.3
-
C100
110.0
60.0
22.0
CONTRIBUCIÓN ISOTÓPICA
ION MOLECULAR
Define los límites de la molécula
1.- Pico a la mayor masa – Picos isotópicos
2.-. Ion de electrones impares EI+.
3.- Pérdidas de fragmentos neutros lógicas
rompecabezas
INTENSIDAD DEL ION MOLECULAR
Compuesto
Naftaleno
Quinoleina
n-Butilbenceno
trans-Decalina
ter-Butilbenceno
n-Decanol
n-Decilmercaptano
Diamilamina
Metil Nonanoato
Mirceno
Ciclododecano
3-Nonanona
n-Decilamina
3-Nonanol
Linalool
3,3,5 Trimetilheptano
n-Decanol
%Intensidad
44.3
39.6
8.26
8.22
7
1.41
1.4
1.14
1.1
1
0.88
0.5
0.5
0.05
0.04
0.007
0.002
Reglas de asignación del IM
 1.-
El ion molecular deberá ser la señal a
la mayor relación m/z del espectro.

Lo contrario sin embargo no
necesariamente es cierto,
 la
señal a la mayor m/z puede no ser un
ion molecular.
Reglas de asignación del IM(cont)
 2.-
El ion molecular deberá ser una
especie con electrones impares
H
...
.
H .C . H
..
H
H
.. .
.
H .C
.. +H
H
EI +
.
Reglas de asignación del IM(cont)
 3.- La masa del ion molecular deberá ser par,
a menos de que contenga un número impar
de átomos de nitrógeno
 Regla del Nitrógeno
CH4
CH3- NH2
16
O
O
184
128
N2
31
N
226
28
225
NH2
NH C NH2
59
Reglas de asignación del IM(cont)
 4.-
La señal a la menor masa siguiente deberá
corresponder a la pérdida de una combinación
de átomos lógica, posible y probable.
Reglas de asignación del IM(cont)
M-X
Pérdida
-1
-2
-3
H
2H
3H
Pérdida de 4H o 5H no ocurre
-14
Nunca pérdidas de -CH2- o N2
R-CN or R-CH2
-15
-CH3
-16
O, CH4, NH2
-17
OH
-18
H2O
-19
F
-20
HF
de M-21 a M-25 no son pérdidas lógicas
M-26 fragmentos de anillos aromáticos debidos a C2H2
Reglas de asignación del IM(cont)
 5.-
Ningún ion fragmento podrá contener
un número mayor de elementos, o átomos
distintos que los asignados al ion
molecular.
Pérdidas lógicas
EJEMPLO:
¿El ion a m/z = 500 es un ion molecular?
Nota: una señal a M-14 puede deberse a una serie
homóloga ......
EL ESPECTRO DE MASAS
La apariencia del espectro de masas indica la estabilidad de la molécula
ESTABILIDAD
Anillos Aromáticos
Dobles enlaces
estable
Por lo tanto un ion molecular intenso poca fragmentación
Enlaces simples
Grupos OH
inestable
Grupos NH2
Por lo tanto ion molecular de baja intensidad mucha
fragmentación
DESCOMPOSICIÓN UNIMOLECULAR
ABCD

ABC
+ D
ABC
+ D
La relación de las abundancias relativas de ABC+
a D+ depende de la estabilidad de los iones
AB C
AB
+ C
IONES DE ELECTRONES PARES EP+
H
H C
H
H
H C
H
Reconocer
H
H C
H
EP ion
+ H
Radical
los iones con EP y EI es muy
importante en la interpretación de los espectros de
masas
Ej. BENZOFENONA
Fragmentos con EP ocurren en masas impares
(Nota: Regla del Nitrógeno)
m/z = 77, 105 para benzofenona
m/z = 43, 57, 71 para hidrocarburos
IONES DE ELECTRONES IMPARES EI+
A
D+.
AD + B
B C
C
EI
Iones
de EI que no sean el ion molecular son muy
importantes
Reareglos
Compuestos ciclicos
A
D
B C
A
D
B C
A
D
+
B C
NOTA
 Iones
de EI ocurren a MASAS PARES
 Iones de EP ocurren a MASAS IMPARES
A
menos que contengan un número impar de
nitrógenos
Entonces. Iones EI – MASAS IMPARES N1, N3, N5, etc.
 Iones EP – MASAS PARES N1, N3, N5, etc.
1. Ruptura simple
Fragmentación por Radical Remoto (-ruptura)
i. Compuestos conteniendo heteroátomos saturados

R'
CR2 Y R''
R' + CR2 YR''
ii. Compuestos conteniendo heteroátomos insaturados
R'
CR2
Y

R' + CR2
Y
iii. Compuestos conteniendo enlaces C-C insatutados
R
CH2
CH
CH2
R + CH3
CH
CH2
-e
R
CH2
CH2
CH
CH
CH2

CH3
50
Fragmentación por Carga Remota ( i-ruptura)
R
R
i
OH R'
C
O
i
R
R
+ R'
+ OR
C
O
R'
-ruptura y i-ruptura son reacciones competitivas
Heteroátomo director de la ruptura ruptura:
N > S, O, enlace , R > Cl > Br > I
Heteroátomo director de la ruptura iruptura:
halogeno > O, S >> N, C
Compuestos sin heteroátomos ( -ruptura)
R
R'
-e

R + R'
R + R'
Ejemplos:
R
CH
OH
R + CHR'
OH
R'
O
C
R
R
O
C
NH
NH
R
CH2
CH2
S
R'
R'
R'
R
R + O
+
O
C
NH
C
NH
R + SR'
-ruptura
CH3 + R'
CH2 R
i-ruptura
Ejemplos:
71
57
43
29
O
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
C
45
59
73
87
OH
2. Rearreglos
Rearreglo de McLafferty
Patrón I
A
B
H
C
A
B
H
C
E
A
D
B
E
A
D
B
H
C
E
A
D
B
H
+
C
E
D
H
+
H2C
H
C
E
D
E
D
Patrón II
A
B
H
E
A
D
B
C
Ejemplos:
O
nC4H9
C
CH3
C
E
A
D
B
H
CH2
C4H9
H
C
H
OH2
C
CH2
C4H9
CH2
H
CH2
E
A
D
BH
O
OH
C
C
C4H9
CH2
H
E
+
D
C
C4H9
OH
Rearreglo secundario de McLafferty
C
OH
CH3
CH2
CH2
CH2
H
CH2
CH
CH3
Rearreglo Retro Diels-Alder
R
-e
R
R
R
+
R
R
+
Ejemplos:
CH3
CH3
+
Pérdidas de fragmentos neutros H2O, CO, C2H4
C6H13
H HO
OH
H
H2O + C6H13
H2C CHCH3 + H2O + CH2=CH2
CH3
O
O
- CO
- CO
O
O
H
O
O
+
H
H2 O
57
Rearreglo de anillo de 4-miembros
CH3 CH2 O
- C2 H 4
CH2 CH3
- CH3
CH3 CH2 O
CH2 =
HO CH2
Otros rearreglos
R
C3H7
X
R +
X
C3H5 + H2
H2 C
H
H2 C
O CH2
H
(CH3)2N
(CH3)2N
(CH3)2N
H
(CH3)2N
(CH3)2N
m/z 84
H
(CH3)2N
(CH3)2N
(CH3)2N
(CH3)2N
m/z 110
G. Patrones de fragmentación
Hidrocarburos saturados
1. Alcanos
Dodecano
Figura 1 espectro de masas de dodecano.
60
2. Alcanos ramificados
Figura 2 espectro de masas de 5-metilpentadecano.
4-metilundecano
Figura 3 espectro de masas de 4-metilundecano.
2,2,4,6,6pentametilheptano
Figura 4 espectro de masas de 2,2,4,6,6-pentametilheptano.
3.
Cicloalcanos
Figura 5 Espectro de masas de ciclohexano
1-metil-3-pentilciclohexano.
Figura 6 espectro de masas de 1-metil-3-pentilciclohexano.
Hidrocarburos aromáticos
Figura 7 espectro de masas de 1-fenilhexano
Proceso de fragmentación:
CH2
I.
m/z=91
m/z = 162
HC CH
HC CH
m/z=65
m/z=39
H2
C
II.
m/z=91
CH2
CH2
H
CH
H
H
m/z = 162
m/z=92
HC CH
C 6H 9
III.
m/z = 162
m/z=77
m/z=51
Alcoholes, Fenol y Eter
1. Alcohol
Figura 8 espectro de masas de 1-dodecanol
Proceso de fragmentación:
R1
R2
I.
C
R1
 R3
OH
C
OH
R2
R3
m/z: 31,59,73,......
H
II. RHC
H OH
OH
CH2
RHC
C
H2 n
III.
- H2O
CH2
C
H2 n
RHC
CH2
CH2
R
C
H
H
- H2O
CH2
CH2
(CH2)n
H
O+
H
CH2 - H2C CH2
H 2C
H2
C C
H
RHC
H2C CH R
M - (Alkene + H2O)
- H2C
CH2
R
CH2
H2
C CH
or
RHC
CH2
(CH2)n
2. Fenol
H2
C
OH
H
C
H2
H2
C
OH
H
O
- H2O
CH2
CH2
-
H2O
CH2
O
3. Eter
Figura 9 espectro de masas de hexil eter.
Cetonas y Aldehidos
Figura 10 espectro de masas de 2-dodecanone.
57
100
90
CH3(CH2)7CHO
% OF BASE PEAK
80
70
60
MW 142
44
50
40
M-44
M-43
30
M-CH2CH2
M-H2O
20
10
M-1
M
0
0
10 20
30
40
50
60
70
80 90 100 110 120 130 140 150
Figura 11 espectro de masas de octanal
.
Ácidos Carboxílicos
Ester
Figura 12 espectro de masas de hexil benzoato.
Otros compuestos
Figura 13 espectro de masas de 1-clorododecano.
Figura 14 espectro de masas de 1-bromododecano.
CH3
N
CH2
CH3
CH3
44
100
% OF BASE PEAK
CH
CH2
CH2
CH3
86
90
80
70
60
50
58
40
30
20
10
0
114
129(M )
29
0 10 20 30 40 50
60 70 80
90 100 110 120 130 140
Figura 15 espectro de masas de N-isopropil-N-metilbutan-1-amina
84
H3C CH2 NH
% OF BASE PEAK
100
90
80
70
60
70
41
M=113
50
40
30
27
56
113(M )
20
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Figura 16 espectro de masas de N-etilciclopentamina.
Figura 17 espectro de masas de metil octanoato.
Ejercicio 1:
El análisis por HRMS define que la masas exacta del compuesto
A es 136.0886 y la formula es por lo tanto C9H12O, defina la
estructura del compuesto A.
Respuesta
IDH: Ω = (2*9+2-12)/2 = 4
107
% OF BASE PEAK
100
m/z: 118
79
50
0
20
40
39, 51, 77
136
41
39
118
60
80
M-H2O
-OH
77
51
M-18
100 120 140 160
107
M-29
M-C2H5
-C2H5
H2
C CH
CH
OH
3
Ejercicio 2:
Identifique la estructura del compuesto.
94
100
% OF BASE PEAK
I158 = 13%
I157 = 3.7%
I156 = 41%
156
77
50
65
2739
107
51
158
157
0
20
40
60
80
100 120
140
160
Respuesta
Contiene un átomo de Cl
1. I156/I158 = 3/1
Contiene ocho átomos de C
2. Nc = 3.7/41÷1.1%≈8
OH
; 94
3. m/z: 39, 51, 77
H2 H2
O C C Cl
O CH2
107
4. 156-35-77-16-14 = 14
CH2
CH2
O
107
O
77
Cl
51
65
39
Cl
O
H
O
H
H
O
94
Ejercicio 3:
Identifica el compuesto y describe su patron de fragmentación
121
% OF BASE PEAK
100
93
65
50
76
77
0
20
40
60
80
104
134
100 120
150
140
160
Respuesta
O
NO
H
O
OH
重排
O
N
-H
-OH
O
-NO
O
150
O
NO
NO2
O
OH
121
134
OH
OH
O
O
H
-CO
121
93
H
65
Humberto Gómez Ruiz
Facultad de Química
Universidad Nacional Autónoma de México
1950
2012
Desarrollo de EM
1897 Early Mass Spectrometry
1919 The observation of isotopes
Joseph John Thomson
1906 Nobel Prize
1934 Double Focusing Analyzer
1939 Accelerator Mass Spectrometry
1946 Time-of-Flight Mass Spectrometry
1947 Preparative Mass Spectrometry
1949 Ion Cyclotron Resonance (ICR) Replica of J.J. Thomson's third mass spectrometer.
1953 Reverse Geometry Double focusing MS
1953 Quadrupole Analyzers
Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/
Desarrollo de EM
1956 Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC/MS)
1956 Identifying Organic Compounds with Mass
Spectrometry
1962 Mass Spectrometry Imaging
1966 Chemical Ionization
Francis William Aston
1966 Peptide Sequencing
1966 Tandem Mass Spectrometry
1966 Metabolomics
1968 Electrospray Ionization
1968 Collision Induced Dissociation
"For his discovery, by means of his
mass spectrograph, of isotopes, in a
large number of non-radioactive
elements, and for his enunciation of the
whole-number rule."
Mass spectrometry of isotopes
1969 Field Desorption-MS of Organic Molecule
Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/
1922 Nobel Prize
Desarrollo de EM
1974 Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance
1974 Extra-Terrestrial Mass Spectrometry
1975 Atmospheric Pressure Chemical Ionization (APCI)
1976 Californium-252 Plasma Desorption MS
Wolfgang Paul
1978 GC-C-IRMS
1978 Triple Quadrupole Mass Analyzer
1980 Inductively Coupled Plasma MS
1981 Matrix-Assisted Desorption Ionization
1984 Quadrupole/Time-Of-Flight Mass Analyzer
Hans Georg Dehmelt
1985 Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI)“For the development
Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/
of the ion trap
technique.”
1989 Nobel prize
Desarrollo de EM
ESI
1987 Soft Laser Desorption of Proteins
1989 ESI on Biomolecules
1989 Monitoring Enzyme Reactions with ESI-MS
John B. Fenn
1990 Protein Conformational Changes with ESI-MS
1990 Clinical Mass Spectrometry
1991 MALDI Post-Source Decay
MALDI
1991 Non-covalent Interactions with ESI
1992 Low Level Peptide Analysis
Koichi Tanaka
1993 Oligonucleotide Ladder Sequencing
1993 Protein Mass Mapping
1996 Intact Virus Analyses
Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/
"For the development of soft
desorption ionisation methods for
mass spectrometric analyses of
biological macromolecules."
Desarrollo de EM
1998 Electron Capture Dissociation (ECD)
1999 Nanostructure Desorption/Ionization
1999 Quantitative Proteomics and Metabolomics with
Isotope Labels
Fred W. McLafferty Alfred O.C. Nier Alan G. Marshall
2000 Orbitrap
2004 Desorption Electrospray Ionization (DESI)
2004 Electron Transfer Dissociation (ETD)
2005 Direct Analysis in Real Time (DART)
Michael
Karas
Malcolm
Dole
Brian T. Chait
Klaus Biemann
Catherine
Fenselau
R. Graham
Cooks
Donald F.
Hunt
Franz Hillenkamp Carol V.
Robinson
Cited from:
http://masspec.scripps.edu/mshistory/
PROCESO
MUESTRA-ANÁLISIS-RESULTADOS
•
•
•
•
•
•
1.- SEPARACIÓN
2.- INTRODUCCIÓN
3.- IONIZACIÓN
4.- ANÁLISIS MÁSICO
5.- DETECCIÓN
6.- SALIDA DE RESULTADOS
EL ESPECTRÓMETRO DE MASAS
FUENTE-ANALIZADOR-DETECTOR
SISTEMA DE VACÍO
ESPECTRÓMETRO DE MASAS
SISTEMA DE VACÍO
¿PORQUÉ?
•
•
•
•
•
•
•
ARCOS ELÉCTRICOS
FILAMENTO OXIDACIÓN
PASO LIBRE MEDIO
CONTROL DE LA EMISIÓN DE ELECTRONES
REACCIONES ION-MOLÉCULA
INTERFERENCIAS EN EL ESPECTRO
CONTAMINACIÓN DE LA FUENTE
PASO LIBRE MEDIO
Distancia que viaja un ion con su energía
cinética antes de encontrarse con otro
ion o molécula.
• A presión atmosférica el paso libre medio de una molécula
es de aproximadamente = 6.5 x 10-8 m
• En equipo con una distancia focal de 500 mm requiere de
una presión reducida de 10-4 T
– Presiones límite típicas
– 2x10-5 T (cuadrupolo)
– 2x10-6 T (magnético)
SISTEMA DE VACÍO
Tipos de Bombas
•
•
•
•
Alta presión
Bombas rotatorias
Baja presión
Bombas de difusión
Bombas turbomoleculares
Bombas de “Ion sputtering”
Bombas Rotatorias
Diseño típico de una bomba
•
Generalmente usadas como “backing pump” a las de alto vacío. Uso
rudo, solo requieren de cambio periódico del aceite. La entrada se
acopla a una trampa de alúmina para evitar el “back-streaming”
Bombas Rotatorias
Bombas de Difusión de
Aceite
Esquema Típico de
una bomba de tres
etapas
•Confiable y casí sin
mantenimiento.
•Requiere de enfriamiento
con agua y un pre-vacío de
10-1 a 10-2 Torr.
•Las bombas modernas
dan un vacío “casi” libre de
aceite.
•Bajo costo
Bombas de Difusión de Aceite
Bomba Turbomolecular
• Proporciona vacío
“limpio” pero requiere de
mantenimiento.
• Las bombas pequeñas
son costo-efectivas.
• No requiere de
enfriamiento con agua.
• pre-vacío de 10-1 a 10-2
Torr
.
Bomba de Ion Sputtering
•
The “cleanest” vacuum of all. Very high magnetic field prevents
its use in quad systems. Requires backing-line
Medición de bajo vacío
Pirani Gauge
•
Provides reliable measurements in the pressure range of 10 to 10-2
Torr
Medición de alto vacío
Ionization Gauges
•
Provides reliable measurement in the pressure range of 10-6 to 10-8
Torr. Need to be “out gassed” periodically and give long lifetime
when used in non-aggressive environments
Parte 1
Cámara de Ionización
Fuentes de Ionización
•
•
•
•
•
•
•
Impacto Electrónico
Ionización Química
Ionización Química Negativa
Ionización a Presión Atmosférica (API)
Bombardeo con Átomos Rápidos (FAB)
Impacto Electrónico
• Las moléculas se “bombardean” con
electrones a 70eV de energía
• Ionización
• Fragmentación
• Se producen fragmentos con carga
positiva
• Enfoque
• Transmisión al analizador
FUENTE DE IMPACTO
ELECTRÓNICO
FUENTE DE IMPACTO
ELECTRÓNICO
Fuente
Espectro de masas por IE
Cl
Cl
Aldrin -
CCl2
Cl
Abundance
Scan
1114
(8.660
min):
48000
MEZYMAL.D (-1095)
263
(-)
Cl
46000
44000
42000
127
40000
66
38000
36000
34000
32000
173
30000
28000
26000
93
24000
22000
20000
293
18000
16000
158
14000
12000
143
10000
220
8000
6000
193
39
111
329
237
4000
2000
279
364
0
40
m/z-->
60
80
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
log(corriente iónica)
CORRIENTE IÓNICA VS ENERGÍA (eV)
Potencial
de
Ionización
Potencial de
aparición
Energía (eV)
EFECTO DE LA ENERGÍA
IONIZACIÓN QUÍMICA
• Ionización por colisión con iones
de un gas
• Mas “suave” que IE
• Transferencia de un electrón,
protón u otra especie cargada entre
reactivos
• Información complementaria a IE
• Usualmente un ion cuasi-molecular
intenso
IQ CON METANO
• CH4 ionizado por impacto electrónico
genera muchas especies
• CH4+ + CH4 --> CH5+ + CH3
• CH3+ + CH4 --> C2H5+ + H2
• Estado estacionario: 0.1 Pa
• M + CH5+ --> MH+ + CH4
FUENTE DE IQ
• Fuente de IE modificada para alta
presión
• El gas reactivo se introduce
directamente a la fuente de IQ
• Fuente de electrones - el mismo
filamento incandescente
• Gas reactivo excitado
• Se ioniza el analito
IQ NEGATIVA
• Formación del ANION reactivo
CCl4 + e- ---> Cl• Reacción del anión reactivo con el
analito
•
Pérdida del protón
AH + Cl- ---> A- + HCl
Adición
AH + Cl- ---> AHCl• El ion molecular negativo estable
ANÁLISIS POR IQ I
Cl
Cl
O
OH
O
OH
O
Cl
Varian GC/MS Advantage Note 2
O
Cl
ANÁLISIS POR IQ II
Varian GC/MS Advantage Note 2
IONIZACIÓN A PRESIÓN
ATMOSFÉRICA
• Cámara de Ionización a presión ambiente
• Ionización por e- de baja energía de una
fuente emisora 
• Los e- ionizan al gas reactivo que produce
iones negativos y positivos del analito
• Alta eficiencia de ionización debido a la
corta trayectoria a 760 torr (mas colisiones)
ESQUEMA DE FUENTE API
APCI
DART
LORATADINA
APLICACIONES API
• Muestras biológicas:
nicotina
toxinas (dioxina)
• Impurezas en gases
• Analizadores de aliento (alcoholes,
orgánicos)
• Estudios básicos de reacciones
iónicas (plasma)
CARACTERÍSTICAS API
• Diseño simple
• Requiere de un bombeo eficiente
– el analizador requiere alto vacio
• Analizadores Cuadrupolos
• Conc. bajas ---> poca
reproducibilidad
BOMBARDEO CON ÁTOMOS
RÁPIDOS (FAB)
• Para compuestos, polares,
termolábiles, polares y no volátiles
• Energía- un haz de átomos de Xe o Ar a
6-10 keV
• El haz se dirige angulado hacia la
muestra
• La muestra se monta en un
portamuestras y se introduce al paso
óptico
FAB ESQUEMA
Analizador
Haz de átomos
Haz de
iones
secundarios
Muestra
Pistola de átomos
FAB
APLICACIONES DE FAB
•
•
•
•
•
•
•
carbohidratos
péptidos
nucleósidos, nucleótidos
sales cuaternarias de amonio
azo compuestos
surfactantes
metales
ELECTROSPRAY
ELECTROSPRAY
OTROS MÉTODOS DE
IONIZACIÓN
•
•
•
•
•
•
Desorción de Campo FD
Desorción Laser
Massive Particle Bombardment
Secondary Ion Mass Spectrometry
Glow Discharge
Inductively Coupled Plasma - MS
Nuevas técnicas
RESUMEN- FUENTES DE
IONIZACIÓN
•
•
•
•
•
•
Impacto Electrónico
Ionización Química
Ionización Química Negativa
Atmospheric Pressure Ionization
Fast Atom Bombardment
Muchos otros
Parte 2 ANALIZADORES
CUADRUPOLOS Y TRAMPAS
DE IONES
ANALIZADORES MÁSICOS
•
•
•
•
•
Cuadrupolo
Trampa de Iones
Sector Magnético
Tiempo de Vuelo
Ion Ciclotrón
FUNCIONES DEL
ANALIZADOR
Los iones producidos en la cámara de
ionización entran a el analizador
• Se separan acorde a su m/z
• Resolución
– Alta - pequeñísimo (m/z) ~ 10-4da
– Baja – valores altos (m/z) ~1 da
• Separado por la rejilla de salida
• Pasan al detector
SECTOR MAGNÉTICO
GEOMETRÍAS
ALTA RESOLUCIÓN
Doble enfoque
QUÉ ES RESOLUCIÓN?

La capacidad de separar iones de casi el mismo
valor de m/z

eje. C6H5Cl y C6H5OF de 112 m/z
• C6H5Cl = 112.00798 amu (12C, 35Cl, 1H)
• C6H5OF = 112.03244 amu (12C, 16O, 1H, 19F)
• Resolución >4700 para resolverlos

Dos definiciones


Resolución = Δm/m (0.024/112.03 = 0.00022 o 2.2*10-4)
Poder de resolución = m/Δm (112.03/0.024 = 4668)
PODER DE RESOLUCIÓN
RP= 5,000
RP= 7,000
100
100
80
80
80
60
40
20
In te n sity ( %)
100
In te n sity ( %)
In te n sity ( %)
RP= 3,000
60
40
20
0
112.00
M
[
112.05
]
112. 10
60
40
20
0
111.95
C6H5OF
C6H5Cl
0
111.95
112.00
M
[
112.05
112. 10
]
PODER DE RESOLUCIÓN FWHM
111.95
112.00
M
[
112.05
]
112. 10
Exactitud de masa
• La exactitud se reporta como un valor relativo
– ppm = partes por millión (1 ppm = 0.0001%)
• 5 ppm @ mass 300 = 300 * (5/106) = ±0.0015 Da
• Los equipos de alta resolución permiten la
medición de masas exactas
– La masa exacta confirma una fórmula molecular
• Los equipos de baja resolución deben ser tratados
como de masa “nominal”
– +/- 0.5 Da exactitud
FORMULA EXACTA
Ejemplo: por HRMS se obtiene un ión molecular de
m/z = 98.0372; por lo tanto para masa 98:
C3H6N4
C4H4NO2
C4H6N2O
C4H8N3
C5H6O2
C5H8NO
C5H10N2
C7H14
98.0594
98.0242
98.0480
98.0719
98.0368  se obtiene la formula exacta
98.0606
98.0845
98.1096
CUADRUPOLO Y TRAMPA DE
IONES
Los mas comunes en equipos
acoplados CG/EM
• “Baratos”
•
•
•
•
Robustos
Barrido rápido
Fácil de acoplar
Baja resolución
ANALIZADOR CUADRUPOLAR
• El mas usado
• Dinámico – se varía el campo eléctrico
f(tiempo)
• Inventado 1953 - Alemania
• Barrido rápido (SCAN)
• Monitoreo Selectivo de Iones (Single
Ion Monitoring /SIM)
• Triple cuadrupolos - MS/MS
CUADRUPOLO
Barras del Cuadrupolo
Barras del
Cuadrupolo
OPERACIÓN DEL
CUARUPOLO
•
•
•
•
Cuatro electrodos paralelos
Barras hiperbólicas
Ápices de diamante
Construcción de alta precisión y
cuidadosa alineación
• Alto vacío (10-7 - 10-8 torr)
OPERACIÓN DEL CUADRUPOLO
Soluciones a la Ecuación de Mathieu
OPERACIÓN DEL
CUARUPOLO II
• Los iones se inyectan en el eje Z
• Radiofrecuencia (rf) y campo eléctrico
dc = U
rf = Vrfcost
• El potencial en las barras está dado por:
Vx = + (U + Vrfcost)
Vy = - (U + Vrfcost)
• Las barras están cargadas
positivamente
OPERACIÓN DEL
CUARUPOLO III
• Los iones OSCILAN en su viaje a través
de el eje Z
• Magnitud de la oscilación:
– U/Vrf - siempre < 6
• U/Vrf se ajusta para permitir el paso de
un valor de m/z – Los otros m/z chocan
contra las barras o se eliminan por el
vacío
Trayectorias estables
Trayectorias
inestables
TRAYECTORIAS IÓNICAS
estable en x
inestable en x
inestable en y
estable en r2=x2+y2
estable en y
CARACTERÍSTICAS DEL
CUADRUPOLO
• Barrido
– U/Vrf constante
– U y Vrf se incrementan linealmente
---> Barrido Lineal de Masas
• Velocidad
– barras: baja inductancia, capacitancia
– U, Vrf cambia muy rápido
rango completo de masas en msec
--->
CARACTERÍSTICAS DEL
CUADRUPOLO
CARACTERÍSTICAS DEL
CUADRUPOLO
• Resolución
– Cambia con U/Vrf
– Depende de muchos factores
– Ventana de masas siempre constante –todos los
picos son del mismo ancho se ensanchan con el
largo de las barras
• Sensibilidad
– aumenta con el diámetro de las barras
• Rango de masas
– disminuye con el diámetro de las barras
Resolución unitaria
Resolución: AMU Gain / Offset
Medición de la resolución
Resolución de Cuadrupolo y
Magnético
TRAMPA DE IONES
• Finnigan (1983)
• Electrodo Central de Anillo
sustituye las barras – monopolo usa sólo rf para el barrido
• Analizador y Fuente una misma
parte menos piezas (no requiere
enfoque)
• Baratos
• Los espectros “diferentes”
ANALIZADOR DE TRAMPA DE
IONES
MODULACIÓN AXIAL
•
•
•
•
Aplica voltaje RF a las tapas
Aumento de la linariedad
Almacena mas de 100x iones
LD: pg en modo scan
MODULACIÓN AXIAL
Varian GC/MS Application Note Number 6
MS/MS en Trampa de Iones
• Los iones se forman en el centro de la Trampa
• La Rf en las tapas expulsa los iones no
deseados
• Los iones seleccionados se almacenan en la
Trampa
• Una segunda RF excita los iones – colisiones
con gas - fragmentación
• Se atrapan los fragmentos
• Se hace el barrido normal
MS/MS en Trampa de Iones
Operación
Varian GC/MS Application Note Number 27
ANÁLISIS POR GC/MS/MS
ALACLORO
IE Scan completo
MS/MS Masa 188
TIEMPO DE VUELO
Parte 3 - Detectores
DETECTORES
•
•
•
•
Multiplicador de Electrones
Dínodo Discreto
Dínodo Continuo
Fotoplacas
MULTIPLICADOR DE ELECTRONES
DÍNODO DISCRETO
• Dínodo de Conversión
– iones --> electrones
• Dínodo de electrones
– ---> mas electrones
• Dínodos: placas metálicas (aleación
Cu-Be)
• Ganancia: 104 - 106
• Señal = f(voltaje)
MULTIPLICADOR DE ELECTRONES
DÍNODO DISCRETO
MULTIPLICADOR DE ELECTRONES
DÍNODO CONTINUO
• Los electrones se forman en cascada
en un dínodo único en forma de
cuerno
Detector
RESUMEN
• Fuentes de ionización
– Impacto Electrónico
– Ionización Química
• Analizadores
– Cuadrupolo
– Trampa de iones
• Detectores
– Multiplicador de electrones