Fundamentos de la Espectrometría de Masas

Poder de Resolución

Un mayor poder de resolución del instrumento implica un menor ancho de pico, lo que se traduce en una mayor resolución entre picos y, por lo tanto, una mayor capacidad de separación.

El poder de resolución se define como: R = m/Δm

• m: Valor menor de m/z.
• Δm: Anchura del pico a media altura o diferencia de masa entre dos picos con una anchura de valle del 10% entre ellos.

A mayor poder de resolución, se pueden resolver menores diferencias de masa.

Resolución Necesaria (RS) para distinguir entre dos moléculas:

RS = masa de la molécula menor / diferencia de masas

m/z = (M + nH)ⁿ (donde la diferencia entre iones isotópicos es de 1/n)

Espectro de Masas

Un espectro de masas representa la abundancia relativa de los iones en función de m/z.

Cálculo del Número de Anillos y Dobles Enlaces

R + DE = C – H/2 + N/2 + 1

Características Clave de la Espectrometría de Masas

• Capacidad de identificación (cualitativa y cuantitativa).
• Alta sensibilidad.
• Universal y específica.
• Rapidez.
• Proporciona información estructural e isotópica.

Técnicas y Componentes de la Espectrometría de Masas

Alto Vacío

El alto vacío es crucial para:

• Evitar colisiones que puedan causar desviaciones de los iones, reacciones o fragmentaciones no deseadas.
• Prevenir la formación de arcos eléctricos.
• Reducir la contaminación y el ruido de fondo.

Sistemas de Introducción de Muestras

• Muestras líquidas y gaseosas (hasta 500ºC): Sistemas de introducción convencionales.
• Ablación láser: Para sublimar muestras sólidas difíciles de digerir químicamente.
• Sonda directa: Para introducir líquidos y sólidos volátiles.

Fuentes de Ionización

Se clasifican en dos tipos principales:

• Duras: Comunican energías elevadas a los iones, produciendo una gran fragmentación.
• Blandas: Generan poca o ninguna fragmentación, ideales para obtener espectros sencillos y determinar la masa molecular.

Ejemplos de fuentes de ionización:

• Impacto Electrónico (EI): Colisión entre electrones energéticos y moléculas de analito, causando fragmentación.
• Ionización Química (CI): Colisión de moléculas neutras gaseosas de un gas reactivo (previamente ionizado por EI) con el analito.
• Ionización por Bombardeo de Átomos Rápidos (FAB): Fuente blanda para sustancias no volátiles, termolábiles y compuestos polares de elevado peso molecular (<10,000 Da).
• Ionización por Bombardeo de Iones Rápidos (LSIMS): Variante de FAB para el análisis de superficies sólidas. Iones energéticos (primarios) bombardean la muestra sólida, proyectando iones del analito (secundarios). Fuente de ionización blanda (Pm < 10,000 Da).
• Ionización por Láser Asistida por Matriz (MALDI): Ideal para analizar moléculas desde pocos miles hasta cientos de miles de Da (1,000-200,000 Da).
• Ionización por Electronebulización (ESI): Muy suave, produce poca fragmentación y abundantes iones con carga múltiple. Adecuada para compuestos de media a alta polaridad que se ionizan en solución. Interfaz con alta sensibilidad y aplicabilidad.
• Ionización Química a Presión Atmosférica (APCI): Ionización en fase gas. Los iones se forman a partir de moléculas neutras del analito mediante reacciones químicas en fase gas entre iones reactivos del disolvente y moléculas neutras del analito. Requiere compuestos de cierta volatilidad, no termolábiles, y de baja a media polaridad. No es necesario que estén ionizados en solución. Buena sensibilidad. Complementaria a ESI para el análisis de compuestos poco polares.
• Ionización por Plasma Acoplado Inductivamente (ICP): Se introducen muestras líquidas o en disolución en un nebulizador. Para muestras sólidas, se utiliza ablación láser. La antorcha ICP actúa como ionizador. El gas generado se introduce a través de una interfaz de vacío diferencial. Los cationes se separan de los electrones y especies neutras.
• Fuente de Chispa: Para muestras que no se disuelven ni se analizan fácilmente por ICP.
• Descarga Luminiscente.

Resumen de Fuentes de Ionización:

• EI/CI: No polar, hasta 1000 Da.
• MALDI: Polar, desde 1000 Da hasta valores muy altos.
• ESI: Polar, para todos los rangos de masas.
• FAB/LSIMS: Polar, desde bajo peso molecular hasta 10,000 Da.

Analizadores

• Cuadrupolo (Q): Baja resolución (0.6 Da), solo masa nominal. Baja sensibilidad en modo barrido (SCAN), pero alta velocidad de barrido. Rango de masas: 5-4000 Da. Trabaja en modo selectivo de iones (SIM) y barrido (SCAN).
• Trampa de Iones (Ion Trap): Resolución variable (0.1 a 0.6 Da). Alta sensibilidad (más de 100 veces mayor que Q en SCAN e igual en SIM). Alta velocidad de obtención de espectros. Rango de masas: 50-4000 Da. Limitación: espacio de carga (solución: trampas 3D de alta capacidad).
• Sector Magnético: Alta resolución (entre 10,000 y 100,000) (masa exacta). Alta sensibilidad, amplio rango de masas (1-30,000 Da). Velocidades de barrido no muy rápidas. Alto precio y coste.
• Tiempo de Vuelo (TOF): Alta resolución (10,000-40,000) (masa exacta). Buena sensibilidad (mejor que Q, pero peor que la trampa de iones en SCAN). Amplio rango de masas (>100,000 Da). Altas velocidades de obtención de espectros. Solo trabaja en modo SCAN.

Ventajas de usar Alta Resolución:

• Mejor selectividad (separación de iones con la misma masa nominal).
• Mejor sensibilidad (elimina el ruido químico de igual masa nominal).
• Detección inequívoca del ion.

Detectores

• Detector de conversión fotónica o de centelleo.
• Detector multiplicador de electrones de dínodo.
• Detectores multicanales.

Espectrometría de Masas en Tándem (MS/MS)

Configuración típica:

1. Fuente blanda (API).
2. Primer analizador (Q, EB, EBE).
3. Cámara de colisiones (CID).
4. Segundo analizador.
5. Detector.

Tipos de MS/MS

• QqQ (Triple Cuadrupolo): Excelente sensibilidad y selectividad para análisis cuantitativos. Permite alcanzar la especificidad necesaria para una identificación inequívoca.
• MS/MS Tandem (como QqQ): Utilizado para análisis cualitativos.
• Q-TOF: Superior sensibilidad en SCAN y superior resolución. Ideal para análisis cualitativos, determinación de masas exactas y análisis de compuestos desconocidos.

Acoplamiento en Espectrometría de Masas

• Acoplamiento Directo: La columna se conecta directamente a la fuente de iones.
• Acoplamiento en Régimen Abierto: La columna se conecta a un dispositivo abierto a la atmósfera, sin desventajas.