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Espectrometria de Massas
Tipologia: Notas de estudo
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A espectrometria de massas é uma ferramenta importante para a análise estrutural, podendo ser usada para identificar ou caracterizar substâncias orgânicas e inorgânicas, incluindo as biologicamente ativas de estruturas complexas. A técnica não é propriamente um método espectral no sentido usual, pois nenhuma radiação eletromagnética é absorvida, mas o espectro de massas lembra um espectro convencional, no qual uma série de picos de diferentes tamanhos são registrados ao longo de uma escala numérica. Os princípios fundamentais da espectrometria de massas datam de 1898, porém o primeiro espectrômetro só foi construído em 1918. O espectrômetro de massas é um instrumento no qual as moléculas de uma amostra são bombardeadas por um feixe de elétrons de energia que pode alcançar até 70 eV. O resultado direto desta aplicação de energia é a retirada de um elétron da molécula, resultando na formação de um cátion radical denominado ion molecular :
M + e -^ M +.^ + 2e-
Como o ion molecular possui alta energia, ele se fragmenta dando origem a ions positivos e espécies radicalares ou moléculas neutras. Os ions positivos são acelerados, usualmente por campos elétricos e magnéticos fortes, em uma câmara de vácuo, de acordo com sua relação massa/carga (m/z). Quando um feixe de ions, com uma dada relação m/z, colide com o coletor de ions, dão origem a uma corrente elétrica que é amplificada e mostrada em um monitor como um pico, onde a amplitude é proporcional ao número de ions que tocam o detector. O espectrômetro, então, registra, quantitativamente, o resultado na forma de um espectro de fragmentos iônicos positivos e o registro obtido é o espectro de massas. O registro também pode ser obtido na forma de tabela de dados das relações massa/carga dos ions e sua abundância relativa. Como a maioria dos fragmentos tem carga 1+, a relação m/z é igual à massa do ion, ou em alguns casos, à metade desta massa, quando a carga do fragmentos é 2+. Quanto mais estável for o ion positivo formado, mais abundante ele será e, consequentemente, maior será o pico registrado no espectro. Os ions mais estáveis são, por convenção, considerados com abundância de 100 % e as porcentagens dos demais ions são obtidas em relação à abundância destes. O pico correspondente aos ions mais estáveis, portanto, é o maior do espectro, sendo denominado pico base. Portanto, o espectrômetro de massas possui três funções:
A amostra é introduzida num sistema aquecido para manter algumas, ou todas, moléculas no estado gasoso. Estas moléculas passam, então, para uma câmara de ionização através de uma abertura denominada orifício molecular. A câmara de ionização é mantida à pressão de 10 -6^ torr para minimizar as colisões entre as partículas e a interface do ar de ionização. As
moléculas são, então, bombardeadas por um feixe de elétrons, o que faz com que percam um elétron, dando origem ao ion molecular. Este sofre fragmentação produzindo vários ions que são empurrados e atravessam uma fenda indo para placas de repulsão carregadas positivamente. Em seguida, os ions são acelerados a alta velocidade por placas de aceleração carregadas eletricamente e direcionadas a um separador magnético onde um poderoso campo magnético desvia cada tipo de ion em um caminho curvo cujo raio depende da razão massa/ carga de cada ion. Os ions mais leves são desviados mais do que os ions mais pesados (> m/ z). Sob a influência de uma força de campo magnético específica, somente ions de uma determinada massa ou relação massa/carga podem passar através da entrada que leva ao coletor de ions. Como a força do campo é aumentada, ion de massas progressivamente maiores alcançam o coletor de ions e são detetados. Quando um feixe de ions colide com o coletor de ions, ele gera um sinal elétrico, cuja intensidade é proporcional ao número de ions, isto é, à sua abundância. Cada sinal é ampliado e mostrado em um monitor ou registrado em um espectro de massas. Existem dois tipos importantes de espectrômetros de massas de deflexão do campo magnético: os de baixa e os de alta resolução. Nos instrumentos de foco simples de baixa resolução, as variações de energias cinéticas de ions de mesma massa causam alargamento de seu feixe de ions quando passam através do separador magnético, reduzindo, assim, seu poder de resolução. Neste tipo de aparelho é possível, por exemplo, distinguir um ion de massa 400 de picos de massa 399 e 401. Este grau de resolução é chamado de “resolução unitária”. Nos espectrômetros de massas de foco duplo de alta resolução, os ions são inicialmente direcionados ao longo de um caminho curvo em campo eletrostático, o qual permite que somente partículas de mesma energia cinética passem através de uma fenda que conduz ao separador magnético. Este tipo de instrumento pode separar ions como CH 2 N +^ e N 2 + em que os números de massas (28,0187 e 28,0061) diferem menos que 0,05%. Assim, é