Fundamentos de Espectrometría de Masa

8/18/2019 Fundamentos de Espectrometría de Masa

1/28

EMLa Espectrometría de Masas es una técnica analítica instrumental

de alta sensibilidad capaz de identifcar cuali ycuantitativamente, y de orma inequívoca, cualquier tipo demezclas de sustancias. Asimismo esta técnica permite tambiéndeterminar la masa molecular de un compuesto, así como de losdiversos ragmentos que resultan de la rotura controlada delmismo dando estos una in ormaci n muy valiosa sobre laestructura de la molécula.

!n espectr metro de masas siempre contiene las siguientespartes" un sistema de introducci n del compuesto o mezcla de

compuestos que se van a analizar, una uente para ionizar estoscompuestos, uno o varios analizadores de masas para separarlos iones producidos, un detector o contador de iones yfnalmente un sistema de procesamiento de datos quereproduce el espectro de masas


2/28

EM• #uando una molécula se somete a ionizaci n por

impacto electr nico en un espectr metro de masas elproceso primario consiste en la abstracci n de unelectr n para dar un cati n$radical. Este cati n$radical

se trata del i n molecular y tendr% mayor o menortendencia a ragmentar en unci n de su estabilidad.Los iones moleculares muy estables tendr%n pocatendencia a ragmentar y ser%n muy abundantes. Al i nmas abundante del espectro se le denomina pico base.

Los ragmentos m%s abundantes de un espectro demasas nos dan una in ormaci n valiosísima sobre laestructura de la molécula.


3/28

&egla general

• La interpretaci n de un espectro demasas se realiza aplicando lasiguiente regla" '!na molécula

ragmentar% en un espectr metro demasas de manera tal que se

ormar%n los iones m%s estables(


4/28


5/28

Funciones delespectrómetro de masa

Ioniza y fragmentala muestra

Separa iones positivospor relaciones masa/carga

Contabiliza los iones y registraNo. de partículas detectadasen función de la relación m/e


6/28


7/28

5undamentos EM

). 9. 9. :8omson 1);))4 analizando unespectro de masa demostr lae/istencia de uno de los is topos delne n 17e$++4.< estableciendo que loselementos tienen is topos.

+. La espectrometría de masa no es unatécnica espectrosc pica porque noutiliza una radiaci nelectromagnética, como en el caso del

!=$= > 6LE, el & y la &M7. En estatécnica se emplea un 8az deelectrones de elevada energía para

ragmentar las muestras.-. !na de las especies que se orma en el

proceso de ionizaci n es el ionmolecular radical, que se di erencia dela molécula o del % tomo del analitosolo en que 8a perdido un electr n yse representa con el símbolo M • ?

. #on la carga de todas las especies quese detectan es ?) la relaci n masa@carga ser% igual a la masa del

ragmento de que se trate< por eso lamasa del ion molecular radical esigual a la masa molar molecular oat mica de la muestra. Así, uno de los

0. Los espectr metros de masa se utilizancomo sistemas detectores acoplados a la# y la B2L#. #omo las muestras debenestar vaporizadas, cuando losespectr metros se acoplan a un B2L# seutiliza un componente a la salida de lacolumna del B2L#, que vaporiza lamuestra para introducirla en la c%marade ionizaci n del espectr metro de masa

C. Los espectr metros de masa se utilizanpara estudiar la estructura de moléculasy para determinar los is topos de loselementos at micos. Esto se logra

ragmentando e ionizando las muestras.D. *e las especies que se obtienen en la

c%mara de ionizaci n del equipo, dondese produce la ionizaci n y la

ragmentaci n de la sustancia que seanaliza, solo llegan a ser detectadas losiones positivos y los iones radicalespositivos< las dem%s especies salen porel sistema de purga con que cuentanestos equipos.


8/28

5undamentos EM

. #uando las muestras salen de la c%marade ionizaci n entran en la c%maraprincipal que cuenta con un campomagnético que separa los 8aces de ionessegFn su relaci n masa@carga< de esta

orma los iones que son registrados encada evento tienen la misma relaci nm@e.

;. La seGal del detector se amplifca y seregistra de dos ormas" como un espectrode masa que es un gr%fco de rayas olíneas que representan el nFmero departículas detectadas en unci n de suraz n masa@carga. Htra orma de salidade la in ormaci n son las tablas de

ragmentaci n.)I. El detector típico consiste en un contador

que produce una corriente proporcional alnumero de iones contabilizados. La seGalde salida del detector se puede acoplar,mediante una inter ase a un computador.

)). La resoluci n de estos equipos entérminos de masa puede di erenciarespecies que se di erencian en ) uma.

)+. Las muestras s lidas, líquidas y gaseosas se puedenanalizar por esta técnica pero requieren unavaporizaci n previa antes de ser introducidas en lac%mara de ionizaci n del equipo. Es evidente que lasmuestras gaseosas son m%s %ciles de procesar, poresta raz n la espectrometría de masa se utilizprimero como detector de la # , que como detectorde B2L#.

)-. El potencial de ionizaci n para remover un electr nde un %tomo o molécula es del orden de los a )0e= 1electr n volts4. El 8az de electrones que se utilizaen estos equipos para lograr la ionizaci n de lasmuestras tiene valores de energía equivalentes a 0Ia DI e=, lo que garantiza la obtenci n de espectrosreproducibles.

) . El 8az de electrones es sufcientemente energéticopara producir el M • ? y romper enlaces, generando

ragmentos moleculares que si tienen cargas J sonacelerados en la c%mara de ionizaci n, mediante laaplicaci n de un campo eléctrico negativo eintroducidos a lata velocidad en la c%mara principal

del equipo, donde son separados en di erentes 8acessegFn su relaci n m@e por un campo magnéticovariable. Bay especies que por su inestabilidad noalcanzan el detector porque se descomponen en eltrayecto de vuelo. Los ragmentos sin carga o concarga negativa son e/traídos del equipo por elsistema de purga y no alcanzan el detector.


9/28

5undamentos EM

)0. La estabilidad de los ragmentos dependede su estructura, por eKemplo. Los

carbocationes terciarios o secundarios y losbencílicos son muy estables y prevalecen

en las ragmentaciones, cuando seoriginan de acuerdo con las estructuras delos analitos que se ragmentan.

)C. El estudio de los patrones deragmentaci n puede aportar muc8a

in ormaci n sobre las características

estructurales de los analitos.)D. En ocasiones se originan picos de iones

metaestables que dan lugar a relacionesm@e con decimales, pero normalmenteestas relaciones son nFmeros enteros.

) . #uando una estructura molecular se puederagmentar de orma %cil generando una

gran diversidad de ragmentos, se

observan muc8os picos en el espectro y elpico del M • ?, si se observa , es pocointenso. !n pico intenso muestra que el

ragmento que lo origina es muy estable ymuy probable su ormaci n.

);. La estabilidad de los anillos arom%ticosresulta evidente en los patrones de

ragmentaci n, pues no aparecenragmentos importantes por debaKo de D

uma, que es la relaci n m@e del ion radicalbenceno.

+I. Las moléculas con 8etero%tomos queposeen electrones pareados pierden con

acilidad un electr n del 8etero%tomoconstituyendo el cati n molecular radical .

+). Los cationes bencílicos originan ionestropílicos is meros, por arreglosestructurales.

++. La estabilidad de los carbocationesbencílicos queda en evidencia en el patr nde ragmentaci n del tolueno.

catión tropílico

C! "

catión bencílico


10/28

Espectrometría de masas

). En el espectr metro la muestra gaseosa se ioniza con un uKo de electrones de altaenergía . La ionizaci n de la mayoría de las moléculas org%nicas se logra entre ) 0 a-II cal@mol.

+. La colisi n entre una molécula y un electr n le arranca un electr n a la molécula loque provoca su inestabilidad y la ruptura en ragmentos menores del tipo radicaleslibres y otros iones.

-. El espectr metro detecta solo los ragmentos positivos y posee un sistema quee/trae mediante una bomba de vacío el resto de los ragmentos.

. El espectro de masa muestra abundancia de los ragmentos 1N4 vs. &elaci nmasa@carga de los ragmentos. #omo la carga de las partículas detectadas es ?) esarelaci n coincide con la masa del ragmento positivo. 1Masa de las partículasdetectadas rente a su abundancia relativa producto de la ragmentaci n.

0. La ragmentaci n de una molécula depende de su esqueleto carbonado y de losgrupos uncionales que posea. A los e ectos de acilitar la interpretaci n de losespectros se con eccionan tablas con los patrones de ragmentaci n para cada

amilia de compuestos org%nicos.C. La masa y la abundancia de los ragmentos brinda in ormaci n sobre la estructura de

la molécula y su peso molecular.D. El ion radical que resulta de la eliminaci n de un electr n de la molécula se

denomina ion molecular y su masa coincide con la de la molécula. Esta especie tieneuna carga positiva y un electr n sin parear.


11/28

EM

. El ion molecular se simboliza por;. La masa del ion molecular es igual a la masa molecular del compuesto.)I. #ada pico del espectro representa un ragmento positivo de la molécula y los picos

aparecen de izquierda a derec8a por orden creciente de relaci n masa@carga,)). Al pico mayos se le asigna )IIN y se denomina pico base. Los dem%s picos se

registran con porcentaKes respecto al pico base.

)+. Lo m%s usual es que el pico base 1la seGal del ragmento m%s estable4 secorresponda con un ragmento menor que el pico molecular .)-. El equipo es tan sensible que partículas que diferen solo en ) unidad de masa dan

seGales separadas.) . #uando los ragmentos constan de is topos di erentes de un mismo %tomo el equipo

resuelve ambos picos< por eKemplo el #B - 6r da dos picos en ; y ;C, por los is toposdel bromo D; y ).

)0. 2or esta raz n no se emplean masas at micas promedio cuando se tratan losespectros de masas.)C. En el caso de especies isot picas se considera como ion molecular a l ragmento que

contiene al isotopo m%s ligero y el pico de la otra partícula se designa como M?+ 1ionmolecular mas dos unidades de masa4.

)D. Los picos pequeGos que rodean a los picos m%s signifcativos del espectro de masasse deben a is topos de baKa abundancia relativa" por eKemplo de los is topos del

carbono solo el )+ aporta a las seGales signifcativas , a igual que el B$).

M


12/28

#omponentes de la cámara de ionización de un espectr metro de masa@ &ecibe a lamuestra vaporizada. oniza y ragmenta una cierta cantidad de moléculas , mediante un

8az de electrones de alta energía, convirtiéndolas en iones radicales y cationes. Aceleralas partículas cargadas y las introduce, a través de una rendiKa, en la c%mara principal del

equipo donde 8ay un campo magnético


13/28

#omponentes b%sicos de un espectr metro de masas


14/28

Al disminuir el voltaKe acelerador llegan al colector de ionespartículas de m@e progresivamente crecientes


15/28

Abundancia natural de algunos is topos


16/28

>istema cuadripolo de un espectr metro de masa@ Este sistema se coloca en la c%maraprincipal de los espectr metros de masa que se acoplan como detectores a los # @ Le

confere una alta resoluci n a la espectrometría de masas que garantiza el pararalelismo del8az de iones que se 8ace incidir sobre el detector para generar el espectro de masa porque

solo permite el paso de los iones que tienen la relaci n m@e correcta


17/28

Cuadrupolo• Actualmente e/isten di erentes métodos para OfltrarO

los iones respecto a su relaci n Masa@#arga. El m%scomFnmente usado es el denominado cuadrupolo. >ecompone de barras alargadas en ormaci n cuadrada,

conectadas eléctricamente entre sí en pares opuestos.A dic8os pares 1polos4 se les aplica una tensi n deradio recuencia variable que sintoniza con undeterminado ion. #uando e/iste sintonía entre el ionque est% pasando por ellas y la recuencia aplicada,

dic8o ion continFa su camino 8acia el detector, pero losdem%s iones que no tienen la relaci n m@e adecuada sedesvían y salen uera del cuadrupolo< de esta manerano impactan en el detector.


18/28

Espectro de masa del neurotransmisor dopamina


19/28

La estabilidad de los di erentes ragmentos determina la acilidad con la cualse orman en la c%mara de ionizaci n y su capacidad para perdurar el tiemposufciente que le permita llegar al detector y deKar su marca en orma de pico

en el espectro de masa


20/28

*os is meros@ 2or qué en el butano el pico del ion molecular es mayor yadem%s presenta m%s seGales y por qué ambos tienen el mismo pico base.


21/28

*os is meros@ 2or qué el octano tiene m%s picos y su ion molecular tiene unpico observable, pero el +,+, $trimetilpentano tiene menos picos y la seGal de

su ion molecular no se observa


22/28

PQué prueban estos espectros en relaci n con las estructuras arom%ticasR


23/28

# BD6rH +


24/28


25/28

P#u%les de los cuatro compuestos contiene 6r y cu%l #lR


26/28

zquierda" 7$etil$propilamina. *erec8a" Escriba la estructura del éter


27/28

Espectro típico de un alco8ol

2érdida de una moléculapequeGa en un ion molecularde alco8ol.


28/28

2roblema ) 15S54

Escribir la estructura delcompuesto"

). :iene #, B y H.+. 6andas & uertes en" )D+ <

)- y )+-) cm $) .

-. &M7 solo un singlete en +.)ppm.

. Espectro de masas picos enm@e a 0 y -.

#etona # CB )+ H"). 2ositiva la reacci n del

yodo ormo.+. 2icos en masas" )II< 0< 0D y

-.>eleccione cu%l ser%"a4 -$8e/anona.b4 +$8e/anonac4 Metil sec$butil cetona.d4 Metil isobutil cetona.

Date post:	07-Jul-2018
Category:	Documents
Upload:	jeffrey-barrantes-calderon
View:	231 times
Download:	0 times

Fundamentos de Espectrometría de Masa

Documents