Espectrometría de masas
¿Qué es la espectrometría de masas?
La espectrometría de masas es una herramienta que se utiliza para analizar rápidamente la composición molecular de una muestra, lo que ayuda a los científicos a determinar la estructura química. El proceso tiene varios pasos que sirven para separar las moléculas y diferenciar su tamaño y carga.
Visión general
Primero, el procedimiento comienza vaporizando e ionizando una muestra. Esto se completa con mayor frecuencia utilizando calor y un haz de electrones. Luego, los campos magnéticos dirigen la muestra hacia un detector. Las partículas pequeñas se doblan más a lo largo del camino curvo. Finalmente, la muestra golpea el detector. La computadora conectada al detector imprimirá un gráfico. Este gráfico muestra qué especies químicas fueron más abundantes, según su relación masa / carga (m / z).
Muchos campos de la ciencia utilizan la espectrometría de masas para analizar sustancias desconocidas. A partir de los datos, se puede determinar la fórmula química y la estructura de moléculas desconocidas. Además, la espectrometría de masas de alta resolución, que contiene el equipo de ionización y detección más avanzado, puede determinar con precisión la fórmula y estructura de casi cualquier compuesto. Además, la espectrometría de masas se utiliza no solo en ciencias como la química y la biología para identificar sustancias, sino también en la investigación forense criminal, para identificar casi cualquier sustancia encontrada.
Cómo funciona la espectrometría de masas
Los siguientes pasos representan cómo funcionan las máquinas típicas de espectrometría de masas. Puede ver a continuación otros procedimientos que son similares a la espectrometría de masas.
Ionización de la muestra
El primer proceso de espectrometría de masas es la ionización. El campo magnético solo influye en las moléculas cargadas, que primero deben crearse. Sin embargo, para crear iones, primero se debe vaporizar la sustancia. Luego, la muestra se coloca dentro de una cámara del espectrómetro de masas. El vapor se crea cuando se calienta la cámara.
Este vapor eventualmente se moverá a través de un campo eléctrico, a través del cual pasan los electrones. Este proceso crea activamente iones a partir de la muestra. Sin embargo, los iones también se pueden crear mediante métodos químicos. A veces, la eliminación y redistribución de electrones hace que se formen diferentes especies de moléculas. Estas son fracciones de la molécula original. Estos se verán en el resultado final de la espectrometría de masas y darán pistas vitales sobre la estructura de una molécula. Finalmente, el vapor iónico está listo para ser acelerado y analizado.
Clasificando los iones
Después de la ionización, los iones se aceleran rápidamente entre dos placas negativas. Es posible detectar cationes positivos, aunque los iones negativos salen a través del tubo de vacío. Luego, los iones positivos viajan por un tubo curvo. Para doblar el camino de los iones, un gran electroimán rodea el tubo. Además, variar el voltaje del imán ayuda a «dirigir» las moléculas al final del tubo. Una pantalla de salida en el dispositivo detectará mostrará un gráfico que muestra la abundancia y la relación masa / carga de cada fragmento.
A la luz de que la hendidura es tan pequeña, y la potencia debe ser exactamente la correcta para que una partícula se doble a la derecha y salga de la hendidura. Las moléculas más grandes tenderán a curvarse menos que las moléculas pequeñas. Al mismo tiempo, la computadora grafica la salida en cada nivel, que corresponde a la relación masa / carga de las moléculas en cada nivel. Solo las moléculas de cierto tamaño y carga pueden atravesar la rendija con un nivel de potencia dado.
Luego, la computadora detecta la cantidad total de moléculas que atraviesan la rendija. Esto permite al operador clasificar y analizar eficazmente la totalidad de cualquier muestra procesándola mediante espectroscopía de masas. Sin embargo, debido a que las moléculas deben ionizarse, también se producen especies fraccionadas. Esto puede ayudar a identificar la estructura de la molécula, pero también puede hacer que la identificación sea mucho más complicada. ¡Algunas moléculas pueden producir docenas de picos diferentes a medida que se rompen!
Detectando los Iones
Finalmente, la pantalla sensible más allá de la rendija detecta estas moléculas a medida que fluyen. La computadora que analiza esta pantalla rastrea su abundancia relativa en cada relación de masa a carga. Eventualmente, mostrará los resultados como un gráfico, similar al que se muestra a continuación del dióxido de carbono.
Tenga en cuenta que la especie más abundante es el catión dióxido de carbono o el ion molecular positivo. El dióxido de carbono que pierde 1 electrón forma esta especie iónica. El proceso también crea otros fragmentos. Por ejemplo, puede ver los picos de monóxido de carbono, oxígeno y cationes de carbono. Estos corresponden a sus pesos moleculares, y la fuerza de los enlaces en la molécula original determina la facilidad con la que se crean los fragmentos y su abundancia.
Cómo leer la espectrometría de masas
La espectrometría de masas se analiza mediante el estudio del gráfico creado por el espectrómetro de masas. En general, la máquina producirá un gráfico con varias barras. La barra más alta llegará a la parte superior del gráfico. En este caso, esta fue la especie más abundante y todo lo demás se compara en abundancia con esta especie principal. La relación masa / carga de esta especie puede decirle aproximadamente el peso molecular de la molécula original.
Los picos pueden decirte mucho sobre la molécula. El pico base es el más abundante y también representa la especie más estable que se forma después de ionizar la muestra. Tomemos, por ejemplo, el siguiente análisis de la espectrometría de masas de hexanal. Puede ver la estructura química de esta molécula impuesta en el gráfico de la relación masa / carga frente a la abundancia a continuación.
Primero, observe el pico base, a 44 m / z. Esta fracción molecular tiene un peso molecular de 44 unidades atómicas. La barra más alta creada es de 100 unidades. Esto representa la versión más completa de la molécula, indicándonos el peso de toda la molécula. Si sumamos todas las moléculas en hexanal (C 6 H 12 O), encontraremos que sí tiene una masa atómica de 100.
En segundo lugar, el pico en 44 representa una fracción de la molécula creada por el oxígeno, dos carbonos y dos de los hidrógenos. Finalmente, el pico en 57 representa una porción más grande de los carbonos adheridos. Por lo tanto, la fuerte electronegatividad del oxígeno doble enlazado al carbono lo convierte en una especie muy estable, lo que lo convierte en el ion más relativamente abundante. Todas estas pistas en el gráfico pueden llevarnos a la conclusión de que nuestra muestra contenía hexanal.
Técnicas de laboratorio como la espectrometría de masas
A continuación se muestran varias otras técnicas de laboratorio similares a la espectrometría de masas regular:
- Cromatografía de gases: técnica que mezcla una muestra desconocida con varios gases y hace fluir el gas a través de un detector. Se puede utilizar para separar sustancias o identificar moléculas desconocidas.
- Cromatografía líquida: similar a la cromatografía de gases, solo se utiliza un líquido. Diferentes materiales absorbentes recogen diferentes partes de la muestra, que luego se pueden medir o analizar mediante otra técnica. Excelente para separar una sustancia mixta.
- Espectrometría de masas de iones secundarios: una versión de la espectrometría de masas que se utiliza para analizar superficies sólidas y películas delgadas. Los iones se disparan a la superficie y los iones secundarios resultantes que se forman se utilizan para determinar las propiedades del material.
- Espectrometría de masas en tándem: comúnmente utilizado para identificar proteínas y moléculas biológicas, este proceso utiliza dos máquinas de espectrometría de masas en secuencia para ionizar una muestra y luego descomponerla para un análisis aún mejor.
- Espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente: el uso de un método diferente para vaporizar la muestra permite que este tipo de espectrometría de masas sea muy sensible a pequeñas cantidades de metales dentro de una muestra, lo que la hace útil para el análisis de la calidad del agua.
