Espectrometria de Massas (Vídeo 1: Instrumentação)

Olá meu nome é Patrícia e nessa série de vídeos falaremos sobre a espectrometria de massas a técnica de espectrometria de massas não tem relação com a absorção de radiação eletromagnética aqui não há interação da matéria com ondas eletromagnéticas portanto essa técnica é bastante diferenciada das técnicas de espectroscopia na região do ultravioleta visível e infravermelho por exemplo repare que o termo muda de espectroscopia para espectrometria em parte pois não há mais interação da radiação com a matéria mas também porque uma medida quantitativa pode ser realizada no espectro gerado para o melhor entendimento dessa técnica de caracterização

alguns conceitos prévios são necessários Como por exemplo o básico sobre os mecanismos de reações orgânicas noções de interações intermoleculares ionização e rearranjos moleculares e também sobre cromatografia gasosa e líquida caso tenha dúvida sobre algum desses conceitos esse é o momento deles serem revisados antes de iniciarmos precisamos saber o que é a espectrometria de massas ela nada mais é que uma técnica analítica de identificação quantificação e caracterização molecular e estrut natural de amostras com base na sua composição elementar e qual a utilidade dessa técnica bem ela pode ser aplicada na identificação de compostos desconhecidos na quantificação

de materiais conhecidos na elucidação de propriedades químicas e estruturais das moléculas para determinação da massa de alguns compostos na análise do sequenciamento de proteínas e peptídeos por exemplo na Indústria Farmacêutica nas etapas de controle de qualidade e outras etapas clinicamente pode ser utilizada para análise de hemoglobina teste para verificação de drogas entre outros exames para melhor entender a técnica iniciemos com uma visão geral dos constituintes de um equipamento de massas ele possui grosseiramente cinco componentes o primeiro é o compartimento de entrada da amostra que faz a amostra entrar em contato com a pressão reduzida dentro

do equipamento após tem a fonte de ion já dentro da região de Alto vácuo onde as moléculas da amostra são vaporizadas e também transformadas em ions uma quantidade apreciável de amostra deve ser vaporizada e ionizada para que o restante do procedimento possa ser feito o tipo Ou seja a técnica de ionização utilizada pode variar de equipamento para equipamento e Geralmente dá origem também a fragmentos menores alguns carregados outros não as espécies carregadas são Então aceleradas até o analisador o analisador de massas separa os íons da amostra baseado na relação massa carga e esses são acelerados

até o det o detector recebe e detecta os ions na maioria das vezes o detector é precedido por um amplificador de sinal por fim temos o sistema de dados que faz uso de um computador para processar os sinais e gerar os espectros Contendo a massa dos fragmentos que chegam ao detector assim podemos dizer que a gente pode realizar agora a reconstrução da molécula de maneira teórica para chegar à estrutura da mesma os espectrômetros operam com alto vácuo geralmente detectam e utilizam ions positivos Pois somente ions positivamente carregados são acelerados através dos Pratos carregados negativamente presentes

no interior do equipamento então basicamente a amostra é injetada e vaporizada após ocorre a ionização e ela pode ocorrer de maneiras diferentes e falaremos em maiores detalhes dessa etapa na sequência depois da ionização os íons são acelerados a maneira mais simples de acelerar os íons é colocá-los entre placas paralelas e de cargas Opostas os ions são repelidos por uma placa e atraídos pela outra se abrirmos um buraco na segunda placa os ions emergem com uma energia cinética determinada pela diferença de potencial entre as placas os íons são Então desviados por um campo magnético de acordo

com suas Massas no analisador o analisador é um tubo Curvo envolto por um Magneto quanto mais leves são os íons Mas eles são desviados o ângulo de desvio é também função do módulo da carga do i ou seja do quão positivo o i é sendo desviados em maior ângulo o quanto mais positivo eles são sendo assim os ions são separados em função da sua razão carga massa na maioria dos experimentos a carga que é representada por Z é mais um ou seja M So Z = M So 1 que é igual a m sendo assim

MZ é igual a massa do íon partículas com razão carga massa muito altas ou baixas colidem com as paredes do analizador e não alcançam o detector eles podem colidir com as paredes metálicas e ganharem elétrons ficando novamente neutros podem ainda ser removidos pela bomba de vácuo variando-se o campo aplicado partículas com diversos valores de MZ conseguem chegar ao final do tubo E essas sim alcançam o detector o detector é composto por um contador que produz uma corrente proporcional ao número de ions que os atinge como uma quantidade pequena de I atinge o detector essa corrente

elétrica deve ser amplificada após o espectro pode ser gerado o espectro é um gráfico com relação entre a razão carga massa e abundância relativa dos íons que chegam ao detector quanto maior a quantidade de determinado íon maior é o sinal que ele gera ou seja mais alta é a linha gerada no espectro as amostras a serem analisadas podem ser gasosas líquidas ou sólid quando as amostras são líquidas ou sólidas é comum serem introduzidas em solução de qualquer forma a amostra deve ser vaporizada para adentrar a câmara de ionização E para isso há necessidade de uma

pressão menor do que o local da injeção da amostra a câmara de vaporização fica entre o compartimento de entrada e o compartimento onde ocorre a ionização para amostras são menos voláteis pode ser necessária um forno acoplado ao equipamento no entanto deve-se tomar cuidado com a decomposição da amostra que pode ocorrer em alguns casos unidades de introdução de amostra mais versáteis estão presentes em equipamentos de massas que são acoplados a um cromatógrafo gasoso ou CG ou um cromatógrafo líquido ou LC nesse caso consegue-se primeiro separar os componentes de uma mistura e analisar separadamente esses componentes e

os seus espectros de massa falaremos mais disso daqui a pouco falemos da etapa de ionização nesse vídeo falaremos somente do método mais simples e mais comum a ionização por Impacto de elétrons após ser injetada e vaporizada a amostra segue para a câmara de ionização por força da pressão reduzida gerada por uma bomba de vácuo então um filamento bombardeia a amostra com um feixe de elétrons os elétrons seguem e são capturados no ânodo ao atingir a amostra o feixe arranca um elétron a perda de um único elétron leva a formação de um ctum radical que contém

o Um elétron desemparelhado e uma carga positiva o elétron que é perdido tem relativamente Alta Energia e é tipicamente algum elétron não envolvido com ligações por exemplo um elétron de um par não compartilhado esse c radical é chamado íon molecular representado por m mais radical e tem uma mesma massa da molécula original já que o elétron tem massa ível o ction gerado ele é repelido pelo prato de repulsão e acelerado para os pratos de aceleração de carga oposta até o campo magnético para serem então separados conforme já comentado anteriormente agora vamos olhar mais de perto

o que ocorre com um bombardeamento de elétrons nas moléculas da amostra conforme comentado o feixe atinge as moléculas da amostra e arranca um elétron transformando a amostra em um cum radical só que a energia necessária para remover um elétron de um átomo ou molécula é chamada de potencial de ionização ou energia de ionização para a maioria das moléculas orgânicas essa energia necessária é de 8 a 15 elr vol no entanto para que a ionização seja efetiva o feixe deve deixar o filamento com energia Entre 50 e 75 elron V pois até chegar em contato com

a amostra Um percurso é necessário e fragmentações também devem ser geradas o padrão é utilizar de 70 a 75 elron VT para haver uma reprodutibilidade e tabelas de fragmentação como padrão sendo assim na maioria dos casos o feixe de elétrons tem mais energia do que a energia necessária para arrancar somente um elétrons e o excesso de energia acaba fragmentando a o cum radical esses fragmentos aparecem também se carregados como linhas no espectro tendo sua massa determinada os equipamentos que utilizam o impacto de elétrons como método de ionização são bons para análise de rotina de moléculas

orgânicas pequenas além disso esse é um método mais barato e bastante robusto as fragmentações geradas pelo excesso de energia do feix que acabei de comentar geram fragmentos que podem ajudar a elucidar a estrutura da molécula o padrão de fragmentação ele é reprodutivo e existem muitas bibliotecas de banco de dados disponíveis para comparação que podem ser utilizadas para comparar o padrão do espectro com milhares de padrões em segundos o processo de identificação no entanto o excesso de fragmentação pode ser encarado como uma desvantagem pois alguns compostos são tão facilmente fragmentados que o molecular aquele que tem

a massa igual a da amra pode não aparecer por ter um tempo muito curto de vida para ser detectado pelo analisador nesses casos a massa do composto não pode ser determinada outro pon vagem é que a amostra tem que ser relativamente volátil para entrar em contato com o feixe de elétrons na câmara da ionização esse fato junto com o excesso de fragmentação torna difícil analisar moléculas de Alto peso molecular como biomoléculas através desse método de ionização a espectrometria de massas pode ser acoplada às técnicas de cromatografia gasosa ou líquida isso é útil Quando temos uma

mistura e gostaríamos de saber a massa de cada componente dessa mistura na tela está sendo mostrado um desenho esquemático de um equipamento de massas acoplado a um equipamento de cromatografia líquida um lcms na cromatografia líquida a fase móvel é líquida e arrasta com o auxílio de uma bomba os componentes de uma mistura através de uma coluna cromatográfica que contém um adsorvente o adsorvente é sólido e é a fase estacionária os componentes da amostra são mais ou menos adsorvidos ao conteúdo da coluna saindo em tempos de retenção diferentes sendo assim os diferentes componentes da amostra atingem

o equipamento de massas em tempos diferentes então a ffia separa os componentes e gera um cromatograma onde cada sinal é um componente da mistura e o espectrômetro de massas realiza a fragmentação separadamente de cada componente esse tipo de técnica é o mais utilizado no dia a dia de um laboratório de química orgânica por exemplo a cromatografia gasosa também pode ser utilizada em combinação com o equipamento de massas a difer é que a fase móvel ou seja a fase que arrasta a amostra será gasosa para maiores detalhes sobre cromatografia material apropriado pode ser consultado no site

www.pat m.p.f. espero que esse vídeo tenha sido útil para entender de maneira geral o funcionamento de um espectrômetro de massas falaremos mais sobre essa técnica no próximo vídeo dessa série Bons estudos