Determinación estructural de un analito en baja

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RIAIDT
Rede de Infraestruturas de Apoio á Investigación
e ao Desenvolvemento Tecnolóxico
Vicerrectorado de investigación
http://www.usc.es/gl/investigacion/riaidt/
Titulo del estudio:
Determinación estructural de un analito en baja resolución en Impacto electrónico (IE)
Conceptos clave:
Equipo Magnético, Geometría trisector (EBE), Impacto electrónico (IE), sonda sólidos, Baja resolución, masa
monoisotópica, masa promedia.
Test realizado por:
Unidade de Masas e Proteómica
TABLA DE CONTENIDOS
PÁGINA
1. INTRODUCCIÓN: Espectrometría de masas ............................................................................................... 3
2. OBJETIVO................................................................................................................................................. 4
3. MATERIALES, MÉTODOS........................................................................................................................... 4
3.1 Conceptos: Masa promedio y monoisotópica ...................................................................................... 4
3.2 Impacto electrónico ............................................................................................................................ 4
3.3 Condiciones de la muestra .................................................................................................................. 5
3.4 Instrumentación ................................................................................................................................. 5
4. RESULTADOS ............................................................................................................................................ 6
4.1 Determinación de espectros moleculares ............................................................................................ 6
4.2 Conceptos clave ................................................................................................................................. 7
5. STATEMENT OF OWNERSHIP ...................................................................................................................... 7
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1. INTRODUCCIÓN: ESPECTROMETRÍA DE MASAS
La Espectrometría de Masas es una técnica microanalítica que requiere solamente unos pocos nanomoles de
muestra para obtener información característica de la estructura e de la masa molecular del compuesto a estudiar.
Es una técnica destructiva en la que la muestra es consumida durante el análisis.
En todas las técnicas usadas en espectrometría de masas, alguna forma de energía es transferida a la molécula
dando lugar la ionización de la misma. En la mayoría de los casos, el ión molecular (Ión resultante de la ionización de
la molécula que representa a la misma y que es la precursora de todos los fragmentos que componen el espectro de
masas) de la muestra “explota” en una variedad de fragmentos (Patrón de Fragmentación). Los productos que se
forman son iones en fase gas en los que sus masas y abundancias relativas constituyen en el espectro de masas.
Dependiendo del tipo de analizador empleado, la espectrometría de masas puede realizarse en baja o en alta
resolución. Con analizadores como el cuadrupolo o la trampa de iones se trabaja en baja resolución, y con
analizadores magnéticos o TOF se trabaja en alta resolución. En analizadores de alta resolución, podemos separar
mucho mejor los picos. La resolución viene definida por:
Donde R es la Resolución y AM Es el poder resolutivo
Cuanta mayor resolución nos de un analizador, mejor separación de picos espectrales. De esta forma se puede
emplear esta alta resolución para realizar medidas de masa exacta, enfrentando el valor teórico del analito en
cuestión con la medida experimental realizada con el espectrómetro de masas.
Existen diferentes modos de ionización en Espectrometría de masas, que se utilizan en función del tipo de
muestra y polaridad. Entre los más importantes y recurridos tenemos: Impacto Electrónico (EI), Ionización Química
(CI), FAB ( Fast Atom Bombardment) o L-SIMS (Liquid-Secondary Ions Mass Spectrometry), MALDI (Matrix Assisted
Laser Desorption ), ESI Electrospray), APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization).
Con estas técnicas de ionización en el espectrómetro de masas y con acoplamientos a cromatografía de Gases o
Líquidos, se pueden realizar diferentes tipos de análisis:
-
Análisis cualitativo
-
Análisis cuantitativo
-
Elucidación estructural
-
Determinación de masa exacta
-
Estudios de fragmentación selectiva por MS/MS
El análisis por espectrometría de masas se emplea en muestras que estén en estado sólido o líquido.
Dependiendo de la técnica a emplear y las características del analito a medir, se emplea un sistema de introducción
de líquidos o sólidos determinado.
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2. OBJETIVO
El objetivo de este estudio es realizar una determinación estructural por Impacto Electrónico (IE) utilizando un
equipo magnético con fuente de ionización IE. El espectro de masas nos daría información estructural de la molécula
a medir.
3. MATERIALES, METODOS
3.1 Conceptos: Masa promedio y monoisotópica.
Masa Promedio: Es aquella que se puede obtener en base al carbono 12. El C12 se usa como patrón de la
masas atómica de los distintos nucleídos que existen en la naturaleza, dado que la masa atómica del 12C es
por definición 12 umas (Unidades de Masa atómica). Basándonos en este concepto, masa promedio es la
suma de la media química de las masas de sus componentes considerando su abundancia.
Masa Monoisotópica: La masa monoisotópica es la suma de las masas monoisotópicas de cada
elemento del analito. Es la que se emplea cuando se hacen medidas en alta resolución.
3.2
Impacto electrónico
La energía utilizada para ionizar la muestra y fragmentarla es adquirida por una interacción con electrones
emitidos desde un filamento caliente (filamento de metal que calentado eléctricamente hasta la incandescencia,
emite electrones libres). La cámara de ionización es mantenida a baja presión para minimizar las colisiones ionmolécula. Algunas características de la molécula pueden ser deducidas del patrón de fragmentación del ion
molecular. Es una técnica de ionización de las llamadas “duras” ya que las muestras (que tienen que estar en fase
gas) precisan altos vacíos y temperaturas altas en la fuente de ionización, y la energía comunicada a la molécula
es muy alta.
Un factor a tener en cuenta en esta técnica es la energía de los electrones, que se mide en electrónvoltios, o abreviadamente escrito “eV”. Un eV es la energía ganada por un electrón (equivalente a 23 Kcal/mol) en
el transcurso de un campo eléctrico mantenido por una diferencia de potencial de un Voltio. La mayoría de los
espectros de referencia son obtenidos a 70 eV, ya que a ese valor las perturbaciones en la energía de los
electrones tienen efectos casi nulos sobre la producción de los iones, e también porque los patrones de
fragmentación reproducibles son obtenidos a ese nivel de energía.
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3.3
Condiciones de la muestra para Impacto Electrónico
Condiciones de almacenaje: dependiendo del tipo de muestra puede almacenarse a temperatura
ambiente, en la nevera (4-7°C), o en congelador (-20°C), protegidas con viales suministrados por el solicitante.
Cuidados de manipulación: Con muestras líquidas se emplea campana de extracción, guantes de látex,
gafas de protección. En el caso de sólidos, mascarilla de protección contra polvo.
Tipo de muestra para impacto electrónico: Muestra preferentemente en estado sólido. Es una técnica
especialmente utilizada para compuestos apolares de volatilidad alta, de peso molecular bajo y que tengan alta
estabilidad térmica.
3.4
Instrumentación
El equipo magnético de alta resolución utilizado es el modelo AUTOSPEC de la casa comercial Micromass
(Actualmente Waters). Las características de este equipo son:
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Geometría trisector EBE patentada por Micromass y que proporciona un instrumento compacto, con alta
sensibilidad y alta resolución, libre de metastables en espectros normales y barridos enlazados libres de
artefactos.
El rango de masas es variable dependiendo de la técnica de ionización empleada.
El voltaje de aceleración es de 8 kv.
Posibilidad de ionizar muestras por las técnicas de impacto electrónico, ionización química y L-sims.
Sonda de introducción directa para la medida de muestras sólidas y líquidas, con la posibilidad de
calentar hasta 650ºC, con control tanto automático como manual por el operador.
Reservorio de referencia para estándares conocidos.
Cañón de cesio de 35kv para realización de L-SIMS líquido.
Sonda para medidas exactas usando compuestos de referencias externos.
4. RESULTADOS
4.1
Determinación de espectros moleculares
Br
C16H11Br
Exact Mass: 282.0044
Mol. Wt.: 283.1625
Espectro de masas en Impacto Electrónico de baja resolución. El pico que en este caso buscaríamos es el m/z
282 que tiene una intensidad relativa del 16%. Este espectro de baja resolución nos sirve para confirmar la existencia
del compuesto que buscamos con el ion molecular que estamos buscando (m/z 282). Se puede además apreciar la
existencia del Br al ser un elemento A+2.
Así mismo, los espectros de baja resolución en IE sirven también para realizar estudios de elucidación
estructural. Al no emplear una matriz u otro material que pueda alterar el espectro, los fragmentos que nos
aparecen en el espectro son de valiosa ayuda para realizar estos estudios en compuestos puros.
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4.3 Conceptos Clave
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Masa monoisotópica : La masa monoisotópica es la suma de las masas monoisotópicas de cada elemento
del analito.
La precisión de masa es un porcentaje de la masa medida y se mide tanto en tanto por ciento como en
partes por millón.
Relación masa/carga (m/z), es la relación del número de masa (m) de una partícula dada entre el número
(z) de unidades cargadas electrostáticamente que posee la partícula. Así, m/z es una relación adimensional
que es el parámetro medido por el analizador de masas.
Definición de ion molecular o progenitor y de pico base. El ion molecular resulta de la ionización de la
molécula a analizar. Este ion representa la molécula intacta y es el último precursor de todos los iones
fragmentados que componen el espectro de masas. El pico del ion molecular aparece a un valor m/z
numéricamente igual al peso molecular del compuesto. El pico base es el pico más intenso en el espectro de
masas. Es usado como base para normalizar las intensidades de los otros picos. Al pico base se le asigna una
intensidad relativa de 100%(en el caso de que la muestra que se analiza sea pura)
5. STATEMENT OF OWNERSHIP
Este informe contiene un estudio realizado por “Unidad de Masas” en la “Universidad de Santiago de
Compostela”, en nombre del sponsor MMMMM.
Todos los resultados e interpretaciones son propiedad del patrocinador. Bajo ninguna circunstancia se
mencionara a cualquier dato sin conocimiento del patrocinador. Las muestras serán devueltas al propietario.
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