Espectrometria de massa: diferenças entre revisões

A '''espectrometria de massa''' é uma técnica analítica física para detectar e identificar [[molécula]]s de interesse por meio da medição da sua [[massa]] e da caracterização de sua [[estrutura química]]. O princípio físico básico de um espectrômetro de massa consiste em criar [[íon]]s de [[Composto orgânico|compostos orgânicos]] por um método adequado, separá-los de acordo com a sua taxa de massa/carga (m/z) e, por conseguinte, detectá-los qualitativa e quantitativamente por sua respectiva taxa m/z e abundância.<ref name="(1)" /> A espectrometria de massa é frequentemente aplicada no controle de [[poluição]], controle de comida, [[física atômica]], determinação de parâmetros [[Termodinâmica|termodinâmicos]], e muitos outros ramos científicos.<ref name="(2)" />

 

== Histórico ==

Em 1886, o físico alemão [[Eugen Goldstein]] observou raios formados em descargas de [[gás]] sob baixa pressão que viajava através dos canais em um [[cátodo]] perfurado na direção do [[ânodo]], e chamou este fenômeno de "Kanalstrahlen" (raios canais). Mais tarde (1907), utilizando campos magnéticos demonstrou que os raios produzidos revelavam que a [[matéria]] era composta por elementos de massa variável, sendo que a mais leve era a do [[hidrogênio]]. Em experimentos paralelos utilizando fortes campos magnéticos e elétricos, [[Wilhelm Wien]] (1898) identificou a presença de um elemento com carga positiva e massa igual a do hidrogênio, e em 1911 recebeu o [[Prêmio Nobel de Física]]. Também em paralelo, diversos estudos estavam sendo realizados por [[Joseph J. Thomson]], que em 1897 descobriu os [[elétrons]], recebendo o Prêmio Nobel de Física em 1906, como reconhecimento por esta descoberta. Posteriormente, trabalhando sobre os experimentos de Wien, J. J. Thomson obteve um registro em chapas fotográficas obtidos pela ionização do gás [[neônio]]. Contudo seus registros acusavam a presença de duas marcas referentes ao neônio, que foram inicialmente entendidas como se o gás neônio fosse formado por uma mistura de dois gases. Mais tarde foi atribuído que a presença de compostos de massas diferentes no gás neônio era devido à presença de seus isótopos (²⁰Ne, ²¹Ne e ²²Ne), assim, outros compostos isotópicos acabaram sendo identificados.

Em 1918, Arthur J. Dempster desenvolveu o primeiro espectrômetro moderno,

 

*''O sistema de introdução de amostras''

Os métodos mais comuns são :

 

*A matriz de dessorção a [[laser]] assistida por ionização (MALDI)

 

 

*''O sistema de detecção e processamento'': etapa em que o detector transforma a [[Corrente elétrica|corrente]] dos íons em [[sinal elétrico]]. Além disso, o detector amplifica o sinal obtido o qual pode ser processado por [[computador]], criando, por conseguinte, o [[Espectro (física)|espectro]] de massa correspondente.<ref name="(2)">{{Citar livro |título=Mass spectrometry principles and aplications|primeiro=Hoffman;Vicent|ultimo=Edmond de;Stroobant |edição=3ªed|editora=Wiley |ano=2007|isbn=978-0-470-03310-4|url=}}</ref>

 

===Ionização por elétrons(EI)===

A fonte de [[ionização]] por íons foi concebido por Dempster e aperfeiçoada por Bleakney e Nier.Essa fonte de ionização é largamente usada na espectrometria de massa [[orgânica]].

Essa fonte consiste de um [[filamento]] aquecido que ejeta elétrons , os quais são acelerados em direção ao [[ânodo]] e colidem com as moléculas gasosas da amostra analisada.Para cada elétron ejetado corresponde um comprimeto de [[onda]], por exemplo, 2.7 Å para um energia cinética de 20 eV. Quando o comprimeto da onda é da ordem dos comprimentos de [[ligação]] da amostra analisada, a onda é perturbada e se torna complexa. Se uma das frequências dos elétrons têm energia correspondente a da transição da molécula, está pode absorvê-la e, então, produzir várias excitações eletrônicas. Em moléculas orgânicas, desde que 10 eV é suficiente para ionizá-las, e em um espectrômetro com condições usuais, a energia dos elétrons são em média de 70 eV, o excesso de energia orienta a uma fragmentação extensiva.Está fragmentação é útil , pois ele fornece informações estruturais de analitos desconhecidos.<ref name="(2)" />

[[Ficheiro:Ionisation chimique.png|thumb|right|Fonte de ionização química]]

Em adição ao dispositivo EI acima, um gás reativo é introduzido na fonte e ionizado por impacto de elétrons. Segue-se uma série de reações que dão origem aos íons que podem reagir com as moléculas de analito que chegam da fonte. Este tipo de molécula-íon do produto de reação principalmente (em modo positivo) íon [MH]⁺, permitindo o acesso a [[massa molecular]] da [[substância]] a analisar. O [[metano]], [[isobutano]] e [[amônia]] estão entre os gases de ionização química mais utilizados.

 

===Bombardeamento por átomos rápidos===

==Analisadores de massa==

Os analisadores são diferenciados pelo seu princípio de medição da razão m / z dos íons, que são:

*a separação em tempo, com base na velocidade dos íons (TOF)

*a [[Transmissão (física)|transmissão]] de íons através de um campo eletrodinâmico (quadrupolo)

=== Força de Lorentz ===

{|style="float:right"

|}

{|style="float:right"

|}

O analisador de massa é a parte mais flexível do espectrômetro de massa. Utiliza um campo elétrico ou magnético para afetar o caminho ou a velocidade de partículas carregadas. A força exercida pelos campos elétricos e magnéticos é definida pela [[força de Lorentz]]<ref name=Griffiths>[[David Griffiths (físico)|David J. Griffiths]], Eletrodinâmica, 3ª edição.</ref>:

===Analisador octopolar===

[[Ficheiro:octopole.png|thumb|right|Analisadores octopolares]]

 

===FT-ICR===

Nesse analisadores de massa temos de modo resumido as seguintes etapas:

Uma cela cúbica é posicionada no centro de um [[ímã]] [[supercondutor]] (~3-7 T). Os

 

<math>\ wc = \frac{zeB}{m}</math>.

*Uma voltagem rf é aplicada aos eletrodos transmissores (laterais). Varre-se então

rapidamente a frequência da voltagem rf (pulso) mantendo-se B constante.[[Ficheiro:FTICR-sequence-MS.png|thumb|300px|left|Etapas de um espectrômetro de massa ICR : a)íons antes de excitação, b) Excitação de íons até uma certa órbita, c) o movimento coerente de íons de mesma relação m / z]] Quando a

==Detectores==

Uma vez que os íons são separados por um analisador de massa, eles atingem o detector de íons, o qual gera uma corrente de sinal para os íons incidentes. O mais comumente usado detector é o multiplicador de elétrons, que transfere a [[energia cinética]] dos íons incidentes para a superfície , que por sua vez gera elétrons secundários . No entanto , uma variedade de abordagens são usados para detectar os íons dependendo do tipo de espectrômetro de massa.

===Multiplicadores de elétrons===

Talvez a maneira mais comum de detecção de íons envolve um multiplicador de elétrons , que é constituído por uma série (12 a 24) dinodos de óxido de alumínio (Al₂O₃) mantidos em potenciais cada vez maiores. Os íons ao atingir a superfície do primeiro dinodo causam neste uma emissão de elétrons. Estes elétrons são então atraídos para o próximo dinodo , que está em um maior potencial, e, portanto, mais elétrons secundários são gerados. Em última análise, como numerosas dinodos estão envolvidos, uma cascata de elétrons é formado que resulta num ganho total de corrente na ordem de um milhão ou superior.<ref name="(1)" /><ref name="(2)" />

 

===Copo de Faraday===

|name = copo

|image = Faraday Cup.png

 

====Princípio de operação====

Instrumentos de setor (termo geral para uma classe de espectrômetros que usam um [[campo elétrico]] ou um setor magnético ou alguma combinação dos dois (separadamente no espaço) como um analisador de massa) tendem a ultrapassar as TQMS em [[resolução]] de massa e escala de detecção de massa. No entanto, o triplo quadrupolo tem a vantagem de ser mais barato, fácil de operar, e altamente eficiente. Além disso, o triplo quadrupolo permite o estudo de reações de baixa energia, o que é útil quando as moléculas pequenas estão sendo analisadas.<ref name="(1)" />

 

Tanto o primeiro analisador de massa quanto a célula de colisão são expostos continuamente a íons da fonte, de uma maneira independente do [[tempo]]. Uma vez que os íons passam para o terceiro analisador de massa, a dependência com o tempo se torna um fator. O primeiro filtro de massa de quadrupolo, Q1, é o primeiro seletor da taxa m / z depois que a amostra deixa a fonte de ionização. Quaisquer íons com taxas de massa-carga diferentes daquele selecionado não serão permitidos a se infiltrar Q1. A célula de colisão, denotada como "q", situa-se entre Q1 e Q3, e é onde a fragmentação da amostra ocorre na presença de um [[gás inerte]] tal como o [[Ar]], [[Hélio|He]], ou [[Azoto|N2]]. Um “íon-filho” é produzido como resultado das colisões do gás inerte com o analito. Ao sair da célula de colisão, os íons fragmentados, em seguida, viajam para o segundo filtro de massa quadrupolo, Q3, onde a seleção m / z pode ocorrer novamente.

 

 

===Espectrômetro de massa híbrido===

 

===Analisadores eletromagnéticos acoplados a quadrupolos ou armadilhas iônicas===

Eles são frequentemente compostos de um instrumento [[magnético]] na frente de um analisador quadrupolo. Íons podem ser analisados com alta [[resolução]] no instrumento magnético e então com baixa resolução na parte do quadrupolo. Duas opções estão disponíveis para os dois analisadores, que respeitem o

requisitos de cada tipo de analisador em termos de [[energia cinética]]. Com efeito, a energia cinética deve estar na gama de quilovolts na parte eletromagnética e dezenas de volts nos quadrupolos.

A primeira opção consiste em retardar todos os íons quando eles saem do analisador eletromagnético, o qual é fácil, porque, nesta fase, todos eles têm a mesma energia cinética. Íons com uma baixa energia são então fragmentados através de colisões no primeiro quadrupolo(q) e analisados no segundo quadrupolo P. A segunda opção consiste em alcançar com alta energia colisões em uma célula de colisão localizado na saída do analisador magnético, antes de entrar no primeiro quadrupolo. Os fragmentos estão então com energia cinética que é compatível com os quadrupolos. No entanto, neste caso, todos os fragmentos têm a mesma [[velocidade]] que seus precursores, e, portanto, têm energias cinéticas diferentes. Os primeiros espectrômetros híbridos resultantes da combinação de setores magnéticos com quadrupolos foram os instrumentos de confuguração BeqQ.<ref name="(2)" />

===Analisador de armadilha de íons(IT) combinado TOF ou ICR===

Vários instrumentos híbridos recentemente combinam analisadores TOF e IT em uma configuração IT TOF.

A IT é usada para acumular íons e fazer a seleção de íons e ativação dos experimentos em espectrometria de massa antes da análise no TOF. Todos os íons que são acumulados na armadilha são então ejetados no analisador TOF. Por isso, o analisador TOF é usado para análise de massa ao invés de métodos de ejeção clássicos de íons usados com ITs. Em comparação com instrumentos TOF, sensibilidade superior é alcançada pelo acúmulo de [[íons]] na IT. Em comparação com os instrumentos de IT,a análise por TOF reduz o [[tempo]] e permite a análise rápida, amplia a faixa de [[massa]] que pode ser detectada, e dá uma melhor resolução.

 

===Calibração de massa externa===

 

===Calibração de massa interna===

A espectrometria de massa é utilizada em [[proteoma]] e metaboloma, onde o uso corresponde, em grande parte em química.

A Espectrometria de massa de proteínas foi nomeado pela revista Nature Methods o método do Ano 2012.<ref name="DOI10.1038/nmeth.2329">Anonym: ''Method of the Year 2012.'' In: ''Nature Methods.'' 10, 2012, S.&nbsp;1, {{DOI|10.1038/nmeth.2329}}.</ref>

 

== Ver também ==