Introdução
1
Mede as massas e abundâncias dos íons na fase
gasosa.
(Adaptado de Edmond H. e Vincent S. – Mass Spectrometry Principles and Applications)
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
É bastante sensível e fornece informações qualitativas e
quantitativas.
É possível distinguir substâncias diferentes, que
apresentam o mesmo tempo de retenção.
Antes da separação no MS, as moléculas devem ser
convertidas em íons.
Os íons são separados em
função de suas razões massa-
carga (m/z).
Informações em um Espectro de Massas
2
Massa Atômica
Média ponderada das massas dos isótopos de um
determinado elemento.
MA Bromo 50,69% de 79Br
MA = (0,5969 x 78,91834) + (0,4931) x 80,91629 =
79,904 Da
massa = 78,91834 Da
49,31% de 81Br massa = 80,91629 Da
Massa Molecular
Soma das massas atômicas.
MM C4H9Br: (4 x 12,0107) + (9 x 1,00794) + 79,904 =
137,018 Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Informações em um Espectro de Massas
3
Massa Nominal
É a soma dos valores inteiros das massas dos isótopos
mais abundantes de cada um dos átomos constituintes da
molécula.
MM C4H9Br: (4 x 12) + (9 x 1) + 79 = 136
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Introdução
6
Considere o espectro de massas do etilbenzeno, MM =
106 g/mol.
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental
Introdução
7
Considere o MS do metanol – CH3OH.
(Adaptado de Edmond H. e Vincent S. – Mass Spectrometry Principles and Applications
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Pico mais intenso (pico
base – 100%). Os demais
picos são em função
deste.
Massa nominal = 12 + (3x1) + 16 + 1 = 32.
m/z = 32/1 = 32.
Introdução
8 (Adaptado de http://www.shimadzu.com.br/analitica/produtos/lcms/lcms-8040-5.shtml
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Introdução
9 (Adaptado de http://wasserchemie.ebi.kit.edu/2157.php Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Introdução
10 (Adaptado de http://ncgg.indiana.edu/images/batch020/cap_LC_MALDI_TOF_TOF_MSMS.jpg Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Componentes de um Espectrômetro de Massas
11
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Inlet Fonte de
Íons Analisador Detector
m/z
0 50 100 150 200 250
Ion
Ab
un
dan
ce (
%)
0
20
40
60
80
100
O ponto de partida no MS é a formação de íons no estado
gasoso.
Depende do tipo do processo de
ionização empregado.
As aplicações também são dependentes dos processos de
ionização empregados.
Sistema
de dados
Alto vácuo (10–5 a 10–8 mbar)
Componentes de um Espectrômetro de Massas
12
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Inlet Fonte de
Íons Analisador Detector
m/z
0 50 100 150 200 250
Ion
Ab
un
dan
ce (
%)
0
20
40
60
80
100
CG Sistema
de dados
Alto vácuo (10–5 a 10–8 mbar
HPLC
Bomba
Seringa
EI
CI
MALDI
ESI
APCI
Quadrupolo
TOF
Ion Trap
FT-ICR
Setor Magnético
FAB
ICP
TIS
As fontes podem ser: Fontes de fase gasosa.
Fontes de Dessorção.
Fontes de Ionização
13
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Fontes de Fase Gasosa
A amostra é vaporizada e ionizada.
Fontes de Dessorção
A amostra no estado sólido ou líquido é convertida
diretamente em íons gasosos.
Aplicadas para espécies não voláteis e termicamente
instáveis.
Aplicadas para espécies voláteis (PE < 500 °C) e
termicamente estáveis.
Compostos com MM < 103 Da.
Compostos com MM até 105 Da.
Fontes de Ionização
14
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Fontes Duras
Fornecem energia suficiente às moléculas para excitá-las
e, durante a relaxação, produzirem fragmentos de razão m/z
< que o do íon molecular.
Fontes Moles
Produzem pouca fragmentação.
Fornecem informações acerca dos grupos funcionais
(estruturais) da espécie de interesse.
Fornecem informações exatas sobre a massa molecular
de uma espécie de interesse.
Fontes de Ionização
15
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
m/z
m/z
CH3(CH2)8CH2OH ; MM = 158 g/mol
Espectro de uma Fonte Dura
Espectro de uma Fonte Mole
(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental)
16
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Ionização por Impacto de Elétrons – EI
Estas moléculas interagem com os elétrons emitidos por
um filamento de W ou Re aquecido e acelerados por meio
de um potencial de 70 V entre o filamento e o anodo.
Assim, cerca de 0,01% das moléculas do analito (M)
absorvem energia suficiente para sofrer ionização.
M + e– → M+· + e– + e–
70 eV ~55 eV 0,1 eV Íon
molecular
Possui energia
suficiente para sofrer
fragmentação.
Fontes de Ionização – Electron Impact (EI)
As moléculas são aquecidas em temperaturas
suficientemente altas para produzirem um vapor molecular.
Os produtos primários
são íons positivos
monocarregados.
17
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Ionização de Impacto por Elétrons – EI
M + e– → M+· + e– + e–
70 eV ~55 eV 0,1 eV Íon
molecular
Fontes de Ionização – Electron Impact (EI)
(Adaptado de Vékey et. al. – Medical Applications of Mass Spectrometry
18
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
ABCD = Íon Pai As demais espécies são
denominadas “Íons Filho”.
Ionização de Impacto por Elétrons – EI
(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental)
Fontes de Ionização – Electron Impact (EI)
19
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Considere o MS do cloreto de metileno (CH2Cl2 ; Massa
nominal = 12 + 1 + 1 + 35 + 35 = 84 ; m/z = 84).
Ionização de Impacto por Elétrons – EI
(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental)
Fontes de Ionização – Electron Impact (EI)
20
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Considere o MS do cloreto de 1 – pentanol (Massa
nominal = 88 ; m/z = 88).
44
Ionização de Impacto por Elétrons – EI
As fontes de EI são aplicadas somente para
moléculas menores que aproximadamente 103 Da.
(Adaptado de Skoog. – Principios de Análisis Instrumental
Fontes de Ionização – Electron Impact (EI)
21
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
(Adaptado de Harris – Quantitative Ch)emical Analysis
Considere o MS do pentobarbital (Massa nominal = 226 ;
mz = 226).
Ionização de Impacto por Elétrons – EI
Fontes de Ionização – Electron Impact (EI)
22
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Os elétrons com energia suficiente produzem CH4+ e CH5
+
a partir do gás reativo, CH4.
Os íons produzidos doam prótons ao analito, gerando
uma MOLÉCULA PROTONADA, que geralmente é a mais
abundante.
CH4 + e– → CH4+ + 2 e–
CH4+ + CH4 → CH5
+ + CH3
CH5+ + M → CH4 + MH+
CH4+ → CH3
+ + H·
CH3+ + CH4 → C2H5
+ + H2
Ionização Química – CI.
Os átomos gasosos da amostra são ionizados por meio da
colisão com íons produzidos por bombardeamento
eletrônico de um excesso de gás reagente.
Harris
Fontes de Ionização – Chemical Ionization (CI)
23
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
O metano reage com elétrons de elevada energia para
produzir CH4+ , CH5
+ e CH2+.
CH4 + MH → CH5+ + CH4
A CI produz menos fragmentações que a EI.
CH4+ + CH4 → CH5
+ + CH3 CH3+ + CH4 → C2H5
+ + H2
Ionização Química – CI.
As colisões entre as moléculas do analito (MH) com as
espécies CH5+ ou C2H5
+ são muito reativas e envolvem a
transferência de próton ou de hidreto.
C2H5+ + MH → MH2
+ + C2H4
C2H5+ + MH → M+ + C2H6
transferência de próton.
transferência de próton.
transferência de hidreto.
Fontes de Ionização – Chemical Ionization (CI)
24
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Ionização Química – CI.
Fontes de Ionização – Chemical Ionization (CI)
CH4 + e– → CH4+ + 2 e–
CH4+ + CH4 → CH5
+ + CH3
CH5+ + M → CH4 + MH+
CH4+ → CH3
+ + H·
CH3+ + CH4 → C2H5
+ + H2
Harris
25
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Ionização Química – CI.
Considere o MS do acetaminofeno (Massa nominal = 151 ;
m/z = 151).
(Adaptado de Edmond H. e Vincent S. – Mass Spectrometry Principles and Applications)
Fontes de Ionização – Chemical Ionization (CI)
26
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Fontes de Ionização
Ionização Química – CI.
(Adaptado de Harris – Quantitative Chemical Analysis
Considere o MS do pentobarbital (Massa nominal = 226 ;
mz = 226).
M(C2H5)+
27
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Fontes de Ionização
Considere os MS do n-butil metacrilato (Massa nominal =
142 ; MM = 142), empregando metano como gás de arraste.
Identifique as fontes de ionização (EI ou CI).
MM = 142
(Adaptado de Edmond H. e Vincent S. – Mass Spectrometry Principles and Applications
28
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Fontes de Ionização
Ionização Química – EI.
(Adaptado de Journal of Chromatography A, 1347 (2014) 146–156)
Considere o MS da MAMP (Massa nominal = 245), obtido
por CG-EI-MS.
29
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Fontes de Ionização
Ionização Química – EI.
(Adaptado de Journal of Chromatography A, 1347 (2014) 146–156)
Considere os MS das moléculas abaixo, obtidos por
CG-EI-MS e identifique os respectivos espectros e as
massas molares.
PSEP
CPSEP
TFMPA
30
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Fontes de Ionização
(Adaptado de Journal of Chromatography A, 1347 (2014) 146–156)
Cromatografia / Espectrometria de Massas
32 (Adaptado de Harris – Quantitative Chemical Analysis
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Na CL o eluato gera uma grande volume de gás ao
evaporar na interface entre a coluna e o MS.
Estes gases devem ser retirados antes da separação
dos íons.
Observação: Aditivos não voláteis presentes na FM
comumente empregados devem ser evitados.
Dentre os componentes de um tampão que são
voláteis, bem como os aditivos empregados na CL, que
são compatíveis com o MS, tem-se: NH3, CH3CO2H,
CCl3CO2H, (CH3)3N e (C2H5)3N.
Estes aditivos devem ser adicionados em
concentrações menores que 20 mM.
Cromatografia / Espectrometria de Massas
33 (Adaptado de http://www.analiticaweb.com.br/newsletter/06/AN456-Accela-MSQ.pdf)
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Cromatografia / Espectrometria de Massas
34 (Adaptado de Harris – Quantitative Chemical Analysis
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
A MS requer de alto vácuo, para que se evite colisões
moleculares durante a separação dos íons.
Cromatografia é uma técnica que requer elevadas
pressões.
Na CG, as fases eluídas não sobrecarregam o sistema
a vácuo, pois as colunas capilares são bastante
estreitas.
Assim, a coluna capilar é diretamente conectada à
entrada do MS por meio de uma linha de transferência
aquecida.
Cromatografia / Espectrometria de Massas
35 (Adaptado de Harris – Quantitative Chemical Analysis
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Analisadores – Setor Magnético
36 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br/img/assuntos/imagens/17/56.gif
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Os íons moleculares são focalizados, formando um feixe.
Estes íons que focalizados são acelerados através de um
campo magnético, sendo defletidos (desviados) em função
das massas de cada íon.
Possui elevada precisão quando se trabalha com altas
resoluções.
É de difícil operação.
As varreduras são relativamente lentas.
É bastante caro.
Analisadores – Setor Magnético
37 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br/img/assuntos/imagens/17/56.gif
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Analisadores - Quadrupolos
38 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br/img/assuntos/imagens/17/56.gif
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Espectrômetros de Massas com Quadrupolos
Analisadores - Quadrupolos
39 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Consiste de quatro cilindros metálicos paralelos nos quais
se aplicam um corrente elétrica e um potencial de
radiofrequência alternante.
Os íons produzidos na fontes de ionização são focalizados
ao centro da região entre os quatro cilindros e atravessam
axialmente o quadrupolo.
A trajetória dos íons são dependentes do campo elétrico
produzido. Assim, apenas os íons de determinadas m/z
possuirão uma trajetória estável e chegarão ao detector.
A RF é variada de modo que os íons de diferentes m/z
obtenham uma trajetória estável ao longo do quadrupolo.
Assim, os íons chegam ao detector e geram o espectro de
massas.
Analisadores - Quadrupolos
40
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
O quadrupolo é o analisador mais empregado em
espectrometria de massas.
As varreduras são rápidas.
Os íons são separados em função da estabilidade de suas
trajetórias em um campo elétrico criado por meio de
oscilações elétricas aplicadas nos cilindros metálicos.
A trajetória dos íons no quadrupolo são helicoidais.
É o analisador mais barato.
41 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Permite o emprego de dois analisadores.
Analisadores - Quadrupolos
Espectrometria de Massas Sequencial – MS/MS
Emprega-se um TRIPLO QUADRUPOLO.
Possibilita três tipos de experimentos:
Varredura: (MS) SIM: (MS) SEM/MRM: (MS/MS)
Aquisição de Dados
42
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Coleta os dados sobre uma faixa extensa.
Coleta de dados em apenas alguns valores de massa.
Scan ou Full Scan – Corrente Iônica Total (TIC)
Fornece o máximo de informações qualitativas.
Selected Ion Monitoring – SIM
Fornece os melhores resultados quantitativos.
Mais lento que o modo SIM.
Aquisição de Dados
43
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Seleciona-se um íon precursor, que é selecionado em Q1
entre os vários íons gerados na fonte de ionização.
Monitoramento de Reações Múltiplas: Multiple
Reaction Monitoring –MRM
Este íon é destruído por meio de um processo de
dissociação induzida por colisão na câmara de colisão (Q2),
gerando outros íons fragmentados (específicos).
Em Q3 são selecionados os íons fragmentados em Q2.
Possibilita um aumento de seletividade e sensibilidade.
47 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Permite o emprego de dois analisadores.
Analisadores - Quadrupolos
Espectrometria de Massas Sequencial – MS/MS
Emprega-se um TRIPLO QUADRUPOLO.
Possibilita três tipos de experimentos:
Varredura: (MS) SIM: (MS) SEM/MRM: (MS/MS)
48 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Analisadores – Triplo Quadrupolo
Espectrometria de Massas Sequencial – MS/MS
49 (Adaptado de http://www.espectrometriademassas.com.br
Es
pe
ctr
om
etr
ia d
e M
as
sa
s
Analisadores - Quadrupolos
Espectrometria de Massas Sequencial – MS/MS