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Espectrometría de Masas: Técnica Microanalítica para Estudiar Moléculas - Prof. 5698, Apuntes de Técnicas Experimentales

La espectrometría de masas es una técnica microanalítica que utiliza la separación de partículas ionizadas por su diferencia de masa para identificar compuestos desconocidos, cuantificar compuestos conocidos y estudiar su estructura y propiedades químicas. Consiste en ionizar una muestra y analizar el espectro de masas obtenido. Se utilizan diferentes métodas de ionización, como la ionización por impacto electrónico (ei) o las ionizaciones suaves, y se emplean diferentes tipos de cámaras de ionización, como las de sector magnético o los espectrómetros de tiempo de vuelo (tof). Se puede realizar la ionización de sólidos, líquidos y gases, y se puede utilizar en conjunto con técnicas complementarias, como la cromatografía líquida (hplc).

Tipo: Apuntes

2018/2019

Subido el 23/04/2019

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Espectrometría de masas.
No es una técnica espectroscópica propiamente dicha porque no utiliza ninguna radiación del espectro
electromagnético para irradiar la muestra y observar la absorción de dicha radiación. Es una técnica micro
analítica que identifica compuestos desconocidos, cuantifica compuestos conocidos y elucida la estructura y
propiedades químicas de las moléculas. Consiste en transferir alguna forma de energía a la muestra,
normalmente mediante impacto electrónico (EI), para producir la ionización por un patrón de fragmentación
conformando así el espectro de masas. El espectro de masas de cada molécula es único, pues dependiendo
de la molécula se van a formar estadísticamente de forma mayoritaria ciertos iones, los que aporten mayor
estabilidad. Es decir que la espectrometría de masas se fundamenta en la separación de partículas
moleculares o atómicas ionizadas por su diferencia de masa. Previamente se suele llevar a cabo una
cromatografía de líquidos (HPLC).
Un método para determinar la masa de macromoléculas en espectrometría es acelerarlas en una cámara de
vacío y medir su “tiempo de vuelo”, siendo las más rápidas las más ligeras y de mayor carga.
El proceso de la espectrometría de masas comprende varias etapas:
Sistema de entrada de la muestra al espectrómetro:
Sólidos y líquidos: la muestra se coloca sobre la punta de una barra que se introduce por un sistema de
vacío al espectrómetro, siendo posteriormente sublimada o evaporada en una fase gaseosa por medio de
calor.
Gases: la muestra se introduce mediante sondas directas que la transfieren a través de un sistema de
vacío a la fuente de ionización.
Generación de iones: la muestra en fase gaseosa es bombardeada de electrones en una cámara de
ionización.
Estos dos puntos suelen ir juntos. Hay dos métodos para la formación de iones:
Fuentes de fase gaseosa: primero se volatiliza la muestra y luego se ioniza.
Fuentes de desorción: la muestra en estado líquido o sólido se transforma directamente en iones.
Hay dos fuentes de iones:
Duras: comunican energía suficiente para que las moléculas estén en un estado altamente excitado. La
relajación posterior implica formación de iones fragmentados. Da lugar a espectros de muchos picos.
Da información de la naturaleza de los grupos funcionales y información estructural.
Blandas: producen poca fragmentación, y un espectro con pocos picos. Permite la determinación
exacta del peso molecular de la molécula.
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Espectrometría de masas.

No es una técnica espectroscópica propiamente dicha porque no utiliza ninguna radiación del espectro electromagnético para irradiar la muestra y observar la absorción de dicha radiación. Es una técnica micro analítica que identifica compuestos desconocidos, cuantifica compuestos conocidos y elucida la estructura y propiedades químicas de las moléculas. Consiste en transferir alguna forma de energía a la muestra, normalmente mediante impacto electrónico (EI), para producir la ionización por un patrón de fragmentación conformando así el espectro de masas. El espectro de masas de cada molécula es único, pues dependiendo de la molécula se van a formar estadísticamente de forma mayoritaria ciertos iones, los que aporten mayor estabilidad. Es decir que la espectrometría de masas se fundamenta en la separación de partículas moleculares o atómicas ionizadas por su diferencia de masa. Previamente se suele llevar a cabo una cromatografía de líquidos (HPLC).

Un método para determinar la masa de macromoléculas en espectrometría es acelerarlas en una cámara de vacío y medir su “tiempo de vuelo”, siendo las más rápidas las más ligeras y de mayor carga.

El proceso de la espectrometría de masas comprende varias etapas:

  • Sistema de entrada de la muestra al espectrómetro:
  • Sólidos y líquidos: la muestra se coloca sobre la punta de una barra que se introduce por un sistema de vacío al espectrómetro, siendo posteriormente sublimada o evaporada en una fase gaseosa por medio de calor.
  • Gases: la muestra se introduce mediante sondas directas que la transfieren a través de un sistema de vacío a la fuente de ionización.
  • Generación de iones: la muestra en fase gaseosa es bombardeada de electrones en una cámara de ionización.

Estos dos puntos suelen ir juntos. Hay dos métodos para la formación de iones:

  • Fuentes de fase gaseosa: primero se volatiliza la muestra y luego se ioniza.
  • (^) Fuentes de desorción: la muestra en estado líquido o sólido se transforma directamente en iones.

Hay dos fuentes de iones:

  • Duras: comunican energía suficiente para que las moléculas estén en un estado altamente excitado. La relajación posterior implica formación de iones fragmentados. Da lugar a espectros de muchos picos. Da información de la naturaleza de los grupos funcionales y información estructural.
  • Blandas: producen poca fragmentación, y un espectro con pocos picos. Permite la determinación exacta del peso molecular de la molécula.
  • Aceleración de los iones por un campo magnético: formando un flujo de iones de carga generalmente única.
  • Análisis de masas:
  • Dispersión de los iones según su relación masa/carga (sistema separador)
  • Detección de los iones y producción de la correspondiente señal eléctrica en un espectrograma (espectro de masas) gracias a la amplificación.

Tipos de cámaras de ionización:

a) Impacto de electrones (EI): se somete la muestra a una temperatura elevada mediante un filamento incandescente para producir vapor molecular que después se ioniza por bombardeo de un haz de electrones de elevada energía.

b) Fuentes de ionización química (CI): los átomos gaseosos de la muestra se ionizan al colisionar con los iones producidos al bombardear con electrones un exceso de gas reactivo.

Otras técnicas de ionización suave son la desorción por campo eléctrico (FD), la desorción por plasma (PD) y a ionización por bombardeo con átomos rápidos (FAB), las cuales no producían la degradación característica de las técnicas de ionización dura (impacto electrónico). Inicialmente se usaba el FAB, posteriormente se usaron otros métodos de ionización suave como el electrospray (ESI) y la desorción por láser asistida por matriz (MALDI).

c) Desorción/ionización por laser asistida por una matriz (MALDI):

  • Los analitos son disueltos en una solución de un compuesto que absorbe UV (matriz), y colocado en el espectrómetro de masas. Como los disolventes se secan, los compuestos de la matriz cristalizan quedando los analitos contenidos en la matriz de cristales.
  • Se vaporiza la disolución resultante sobre una capa metálica que se utiliza para la introducción de la muestra.
  • La acción de un láser pulsante de luz UV provoca sublimación del analito a iones.
  • El flujo de iones se introduce en un espectrómetro de tiempo de vuelo para el análisis de masas.

d) Ionización por electronebulación o Electrospray (ESI)

Análisis de biomoléculas de pesos superiores a 100 000 Daltons.

A presión atmosférica, temperatura ambiente.

  • Solución de la muestra con el analito iónico disuelto con conductividad eléctrica.
  • Se coloca sobre la punta del emisor (capilar).
  • Se aplica un potencial de 3-4 kV

Utiliza imanes superconductores. Es una trampa de Penning que consiste en un campo eléctrico cuadrupolar combinado con un campo magnético homogéneo que permite confinar los iones en su interior.