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ANALIZADORES
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
1
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
Trampa de iones (IT)
Sector magnético-eléctrico
(BE)
Tiempo de vuelo (TOF)
Resonancia iónica
ciclotrónica (ICR)
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2
Analizadores
Sector Magnético
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3
Analizadores
Sector Magnético
S e c to r
M a g n é tic o
F u e n te
R radio del imán
Fc
1º R LC
FI
V
ze V = m v2 /2
v2 = 2 ze V / m
2º R LC
d e te c to r
Fc = mv2 / R
FI = ze v B
Condición de pasaje por el imán:
FI = F c
z e v B = m v2 / R
z2e2 B2
zeB =mv/R
= m2 v2 / R2 = m2 2 ze V / m R2 = 2 m ze V / R2
2 R2 e/ 2 V = m / z
BFacultad
de Ciencias Exactas y Naturales
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4
Analizadores
Sector Magnético
R en cm
B en tesla
V en volts
B2 R2 e/ 2 V = m / z
BARRIDOS
V
B variable ó
V variable ó
R variable
m
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B
5
Analizadores
Sector Magnético
A) Resolución (m/∆m) de un analizador magnético en función de la masa.
Ej. iones m/z 80-84 y 580-584.
B) Idem cuadrupolo.
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6
Analizadores
Analizador electrostático (sector eléctrico)
KE = zeE y Kc = mv2/rE
KE = Kc
zeE = mv2/rE
½ mv2 = zeV = Ec
analizador de energía
zeE = m (2 zeV/ m)(1/rE)
E = 2 V /rE
Facultad de
Ciencias Exactas y Naturales
Los iones pasan
independientemente
de su masa
UBA
7
Analizadores
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8
Analizadores
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9
Analizadores
Sector Magnético - doble enfoque
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10
Analizadores
Sector Magnético - doble enfoque
Slit de entrada: 50 µm
Slit de salida: 500 µm
Slit de entrada: 50 µm
Slit de salida: 100 µm
Slit de entrada: 50 µm
Slit de salida: 30 µm
Efecto del ancho de la ranura de salida en la forma y resolución del ion
13C 12C H + . m/z 94.
2
5 8
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11
Analizadores
ANALIZADOR MAGNÉTICO DE DOBLE ENFOQUE
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Analizadores
ANALIZADOR MAGNÉTICO (DOBLE ENFOQUE)
Características generales:
EI, CI, FI/FD, FAB, API
Límite de m/z: máx 20000 u
Resolución: máx. 100000 (típicas 20000)
Se pueden acoplar a otros analizadores (BE, TOF, Q) y a
numerosas fuentes de ionización
Lím. detección: 10-100 pg (scan), 0.1-1 pg (SIM)
Velocidad de scaneo: baja
Símbolo
Puede realizar EM/EM
Requerimiento de vacío: 10-7 torr
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Magnético Eléctrico
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Analizadores
ANALIZADOR MAGNÉTICO (DOBLE ENFOQUE)
Desventajas:
Ocupa mucho espacio
Delicado para operar y mantener
No es adecuado para técnicas pulsadas (MALDI)
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Espectrometría de Masa
Tandem con BE
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15
Tandem
™ Iones producto
™ Iones precursores
™ Pérdidas neutras
constantes
™ SRM
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Tandem
EB-EB Jeol HX110/HX110A
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Tandem
IONES METAESTABLES
F
B
E
detector
analizador
m1+ → m2+ + m3
(Conservación de momento y energía cinética durante la
disociación ⇒ v1= v2 = v3 = v )
Iones estables: tiempo de vida medio > 10-5 seg.
Iones inestables: tiempo de vida medio < 10-6 seg.
de Ciencias
Exactasde
y Naturales
> tiempo
vida medio > 10-6 seg.
Iones metaestables:Facultad
10-5 seg
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Tandem
IONES METAESTABLES
m1+ → m2+ + m3
(v1= v2 = v3 = v )
Al salir de la fuente:
½ m1v2 = zV
v2 = 2 z V / m 1
Al llegar al analizador:
FI = ze v B = m2 v2/R = Fc ⇒ v = ze B R /m2 ⇒ v2 = z2e2B2R2 / m22 = 2 z V / m1
Reordenando:
m22 /m1 x 1/z = B2R2 / 2 V
m22/ m1 = m*
Ec. Sector magnético:
m/z = B2R2 / 2 V
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Tandem
IONES METAESTABLES
86.7
137>109
104.3
180>137
m/z
Los iones metaestables son anchos y de baja abundancia relativa
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Tandem
IONES METAESTABLES
m1+ → m2+ + m3
1
Facultad de
Ciencias
y Naturales
Efecto de ensanchamiento
del
pico Exactas
por energía
translacional adicional
UBA
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Tandem
IONES METAESTABLES
Energía cinética liberada en la fragmentación: KER (kinetic energy release)
KER
Eexc
E
Eint
Evib
m1+. + n
E0
M +.
Eor
Coord. reacción
Influencia de la energía de
activación reversa en KER
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Tandem
IONES METAESTABLES
mP +
mP
+
md + + n
N
md + + n
mp+ : ion precursor/padre
md+ : ion producto/hijo
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Tandem
MS/MS en un doble-enfoque
Barridos conjuntos
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MS/MS en un doble-enfoque
MIKES – Mass Analyzed Ion Kinetic Energy
Spectroscopy
V
B
E
m1+
m1+
1º RLC
eV = m1v2 /2
Búsqueda de
iones fragmento
Tandem
m2+
Detector
2º RLC
Para m1:
e E1 = m1 v2 / r
Para m2:
e E2 = m2 v2 / r
B fijo
E1 = m1
E2
E
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m2
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Tandem
MS/MS en un doble-enfoque
m/z
O
O
m/z 137
NH2
m/z 120
m/z 150
Espectro (DADI)-MIKES
(Direct Analysis of Daughter Ions)
Búsqueda de
iones fragmento
Del ancho del pico
KERExactas y Naturales
Facultad de Ciencias
UBA
26
Tandem
MS/MS en un doble-enfoque
Barrido B / E
Búsqueda de
iones fragmento
V
B
m1+
m2+
1º RLC
E
m2+
Detector
2º RLC
Sector magnético:
m1v = z B1 rB
y
m2v = z B2 rB
m2 B1 = B2
m1
Sector eléctrico:
m1v2 = z E1 rE
m2 E1 = E2
m2v2 = z E2 rE
y
m1
m2 = B2 = E2
B2
m1 B1
E2
E1
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=
B1
E1
=
constante
27
Tandem
MS/MS en un
doble-enfoque
Barrido B / E
Búsqueda de
iones fragmento
+
m1
mn
+
m2
+
m3
+
+
m4
1º RLC
Espectro B/E del éster etílico del ác. 4-aminobenzoico
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Tandem
MS/MS en un
doble-enfoque
Comparación MIKES vs B/E
Búsqueda de
iones fragmento
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MS/MS en un doble-enfoque
Barrido B2 / E
V
B
Tandem
E
m2´+
m1+
m2+
m2+
1º RLC
Detector
2º RLC
Para el fragmento formado en la fuente:
z E2´ = m2 v2´ 2 / rE
y
z B2´ = m2 v2´ / rB
Para el fragmento formado en 1ºRLC:
z E2 = m2 v2 2 / rE
y
z B2 = m2 v2 / rB
v2 = v1 y Ec
E2´
E2
=
m2 v2´ 2
m2 v2 2
=
m1 v12
m2 v1 2
=
m1
m2
y
B2´
B2
=
m2 v2´
m2 v2
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=
v2´
v2
30
Tandem
MS/MS en un doble-enfoque
Barrido B2 / E
V
B
E
m2´+
m1+
m2+
m2+
1º RLC
Detector
2º RLC
z V = ½ m1v12
z V = ½ m2v2´2
v2 = v1 y Ec
E2´
E2
=
m2 v2´ 2
m2 v2
2
=
m1 v12
m2 v1
2
=
B2´ 2
E2´
m1
m2
=
B 22
E2
y
B2´
B2
=
m2 v2´
m2 v2
= constante
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=
v2´
v2
=
m1 1/2
m2
Búsqueda de iones
precursores
31
Tandem
MS/MS en un dobleenfoque
Barrido B2 / E
Búsqueda de iones
precursores
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UBA Espectro B2/E
de C9H11NO2
32
Tandem
MS/MS en un doble-enfoque
Búsqueda de pérdidas neutras
m1 + J (m1 – mn) +
Condiciones de enfoque en el sector eléctrico:
m2 / m1 = E2 / E1
= E´ = (m1 – mn) / m1 =
1 – (mn /m1)
m1 = mn / (1- E´)
Condiciones de enfoque en el sector magnético:
m* = m22 / m1 = m2 E´ = (m1 – mn) E´ = [(mn /1-E´)- mn]
E´ = mn E´2
1 – E´
m* / z = B22 R2 e/ 2 V = mn E´2
(1 – E´)
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z
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MS/MS en un doble-enfoque
Tandem
Búsqueda de pérdidas neutras
m1 + J (m1 – mn) +
m* / z = B22 R2 e/ 2 V = mn E´2
(1 – E´)
z
Reagrupando:
B22 (1 – E´) = 2 mn V = constante
E´2
z R2
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Tandem
DETECCIÓN DE GÉNESIS DE IONES
Barridos más comunes en equipos de sectores
Espectrómetro
Barrido
Relación
genética
Región
de
reacción
Resolución
Nombre
Magnético
B
incierta
1º RLC
normal
metaestables
E-B
B
incierta
2º RLC
-
metaestables
B-E
E
2º RLC
V
relativ.
baja
relativ.
baja
MIKES
Cualq. tipo
(doble
enfoque)
hijos con
certeza
precursores
con certeza
1º RLC
AVS
B2/E
precursores
con certeza
1º RLC
baja
barrido
conjunto
B/E
hijos con
certeza
1º RLC
relativ.
alta
barrido
conjunto
E2/V
hijos con
certeza
1º RLC
relativ.
alta
barrido
conjunto
precursores
con pérdida
neutra
1º RLC
(B/E)(1-E)1/2
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MS/MS
en un doble-enfoque
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barrido
conjunto
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Simbolismos de Cooks para los experimentos tándem
masa preseleccionada
masa variable
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Tandem
Híbridos
™CID de alta y baja
energía
™Capacidad de MS/ MS/ MS
(CID vs CAD)
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Modos operacionales de un instrumento híbrido
sector-quadrupolos
a) Análisis MS/MS involucrando descomposiciones en q
Metaestable o CID de baja energía
™
™
™
™
Barrido de iones producto
Barrido de iones precursores
Barrido de pérdidas neutras constantes (CNL)
Monitoreo selectivo de reacciones
b) Análisis MS/MS involucrando descomposiciones en primera
o segunda región libre de campo
CAD de alta energía
™
™
™
Uso de doble enfoque solo: iones prod. de 1a RLC: B/E = cte.
iones prec. de 1a RLC: B2/E = cte
MIKES
E/Q Barrido conjunto
Mass deconvoluted MIKES – MAD MIKES
c) MS/MS/MS Espectrometría de masa secuencial
™
™
Barrido de intermediarios de reacción
Barrido de iones producto de segunda generación
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Bibliografía
- Metaestable Ions. R. G. Cooks, J. H. Beynon, R. M. Caprioli, G. R. Lester.
1973. Elsevier.
- Mass Spectrometry. Principles and Applications. De Hoffmann, E.,
Charette, J. y Stroobant, V. 1996. John Wiley & sons Ltd.
- Mass Spectrometry. J. H. Gross. 2004. Springer
- Practical Organic Mass Spectrometry. Chapman J. R. 1993. John Wiley &
sons Ltd
- Mass Spectrometry Basics. Herbert C. G. y Johnstone R. A. W. 2002.
CRC Press.
- La espectrometría de masa en imágenes. Esteban L. 1993. ACK
Editores.
- F. A. White, G. M. Wood. Mass Spectrometry. Applications in Science and
Engineering. 1986. John Wiley & sons
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