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Introducción a la espectrometría de masas

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Espectrometría de masas es una técnica analítica que permite la identificación y cuantificación de compuestos desconocidos dentro de una muestra y la determinación de su estructura.

En espectrometría de masas, se generan iones de la fase de gas de los átomos o moléculas en una muestra. Los iones entonces se separan en base a su relación masa / carga, simbolizada por m/z.

Esta separación permite la determinación de la información cuantitativa y cualitativa sobre una muestra, como su masa y su estructura.

Este video será introducir los conceptos básicos e instrumentación de espectrometría de masas y demostrar su uso en la cuantificación del elemento.

Un espectrómetro de masas se compone de una fuente de ionización, un analizador de masas y un detector. En la fuente de ionización, los compuestos se ionizan, generalmente a una sola carga positiva.

Los iones pueden generarse utilizando diversas técnicas, como el impacto con un haz de electrones, plasma o láser, cada uno dando por resultado una serie de fragmentaciones que ayuda en la determinación de estructura molecular. Estos métodos se agrupan libremente en ionización "duro" y "suave".

Técnicas de ionización duro causan fragmentación extensa, dando por resultado más fragmentos de menor masa.

Técnicas de ionización suave provocar fragmentación menos o casi nada, con un rango de masa molecular alta.

Si la fragmentación es demasiada, puede perder información valiosa de la estructura. Si es demasiado poco, moléculas pequeñas no se se ioniza eficientemente. Por lo tanto, la selección de un método de ionización depende del analito de interés y el grado de fragmentación deseado.

Los iones entonces se aceleran en un campo eléctrico al entrar en el analizador de masas, donde se separaron.

El analizador de masas más básico es un sector magnético, que se compone de un imán curvo que produce un campo magnético homogéneo. La fuerza atractiva del imán, además de la fuerza centrífuga de los iones de aceleración hace que viajar en una trayectoria circular a través de la curva.

El radio de la trayectoria circular de los iones depende del voltaje de aceleración, el campo magnético aplicado y la relación masa / carga.

El voltaje y campo magnético pueden entonces seleccionarse solamente permitir que ciertas especies de relación de la masa de la carga a través de la trayectoria curva. Otros iones choquen contra los lados de la vía magnética y se pierden. Mediante la exploración de la fuerza del campo magnético, iones deseados alcanzan el detector en diferentes momentos, tal modo identificar cada especie precisamente.

Otro tipo de analizador de masas es el filtro de masas cuadrupolo. El cuadrupolo consta de dos pares de barras de metal paralelas, con cada par de barras rivales conectados eléctricamente.

Un voltaje de corriente directa se aplica a los pares de la barra, y sus potenciales alternan continuamente por lo que los pares son siempre fuera de fase con la otra.

La viga de ion se dirige entonces a través del centro de las cuatro barras. Los iones viajan en una ruta de sacacorchos-como, debido a la constante atracción y repulsión de las varillas. Dependiendo de la relación masa a carga de iones, la voluntad de ion viajar la ruta completa del cuadrupolo y alcanzar el detector o se estrellará en las varillas.

Ahora que se han descrito los fundamentos del espectrómetro de masas, permite echar un vistazo a su uso en el laboratorio.

El espectrómetro de masas utilizado en este experimento es un plasma acoplado inductivamente, o ICP, ionizador, con un filtro cuadrupolo. El instrumento se utilizará para detectar y cuantificar un componente metálico en una muestra.

Para comenzar el experimento, llene todos los tubos de polipropileno con 5 mL de ácido clorhídrico de 0,1 M con el fin de eliminar cualquier rastro de contaminación de hierro. Colocar los tubos en un baño de agua durante 1 h a 50 ° C.

Después de la incubación, lavar los tubos con 5 mL de agua desionizada y secar los tubos en una campana horno o químicos.

En los tubos limpios, agregue 1.8 mL de ácido nítrico concentrado y 200 μL de la muestra que contiene el isótopo de interés.

Precauciones de seguridad cuando se utiliza ácido concentrado.

Colocar los tubos en un baño de agua durante la noche. La temperatura se puede aumentar para reducir el tiempo de digestión, si es necesario.

Después de que la muestra ha sido digerida, deje que el frío de los tubos a temperatura ambiente.

A continuación, agregue 8 mL de agua desionizada para diluir las muestras y para obtener una concentración de ácido nítrico por debajo del 20%. La dilución final de la muestra es 1/50. La concentración ideal para ICP está en el rango de partes por mil millones. Centrifugar los tubos para los restantes residuos macroscópicos de la pelotilla.

ICP es un método de ionización dura que utiliza junto a unos 10.000 ° C que es eléctricamente conductor para ionizar las moléculas de la muestra de plasma argón.

Comenzar el instrumento creado por inspección de la antorcha ICP para que esté limpio.

Luego, inspeccione los conos sampler y skimmer para asegurarse de que también estén limpios. Estos conos permiten el muestreo de sólo la parte interior de la viga de ion generada por la antorcha ICP y actuar como una barrera para el alto vacío del espectrómetro de masas.

Compruebe la presión de argón y empezar el enfriador. Iniciar el plasma y el flujo de líquido en el sistema. Esperar 20 min para el sistema se caliente completamente.

A continuación, aspirar una solución de estándar de la prueba, que contiene diversas normas elementales conocidas. La solución de ensayo debe seleccionarse para cubrir el rango esperado de la masa de la solución del analito.

Cuando se establece el flujo de la solución, inicializar y probar el instrumento según las instrucciones del fabricante.

Para ejecutar el instrumento, primero seleccione los elementos e isótopos de interés. Luego ajuste el modo de exploración al pico de la lupulización.

Seleccione cinco repeticiones por medición. Set de cada repetición para contener 40 medida barridos, cada barrido con un tiempo de permanencia de 50 Sra. el tiempo de integración total es de 2.000 MS. por repetición.

Preparar una curva de calibración para los elementos de elección midiendo soluciones estándar preparadas.

Finalmente, ejecutar el ejemplo, en este caso, las nanopartículas de óxido de hierro. Determinar la concentración de hierro utilizando la curva de calibración de hierro.

Espectrometría de masas se utiliza en una amplia gama de aplicaciones que utilizan diversas técnicas de análisis de la masa e ionización.

En este ejemplo, un tipo de espectrometría de masas de ionización suave, llamado matriz asistida por láser desorción de ionización tiempo de vuelo o MALDI-TOF, se utilizó para analizar las proteínas de alto peso molecular. Con MALDI, se estabilizan las moléculas con una matriz, para disminuir el fraccionamiento cuando se ionizan las moléculas grandes.

La matriz y la solución de proteína fueron avistados en la placa MALDI limpia y seca. La placa MALDI fue insertada en el instrumento, y la muestra analizada.

El análisis de compuestos volátiles y oxidación sensibles se midió usando espectrometría de ionización del electrón, una técnica de ionización dura.

En primer lugar, se diseñó un sistema con llave de tubo para permitir la completa evacuación del tubo, seguido de la carga de la muestra en refrigeración por nitrógeno líquido.

El tubo de muestra fue conectado con el puerto de entrada, y la muestra cargada en el instrumento. El espectro de masas de la muestra en este caso tris(trifluoromethyl) fosfato, luego se analizó.

Un espectrómetro de masas de haces moleculares juntado con radiación de sincrotrón fue utilizado para explorar la estructura electrónica de moléculas de la fase de gas y de racimos.

Los haces moleculares, integrado con radiación de sincrotrón, proporcionan un método de ionización selectiva para sonda moléculas en la fase gaseosa.

La muestra se carga en la boquilla, la boquilla vuelve a cargar en el instrumento, y el haz de fotones permite para entrar en la cámara.

El espectro de masas fue recogido y Comparado con datos de eficiencia de fotoionización con el fin de determinar la estructura electrónica de moléculas.

Sólo ha visto introducción de Zeus a espectrometría de masas. Ahora debería entender la instrumentación básica de espectrometría de masas y cómo realizar un análisis basado en la espectrometría de masa básico.

¡Gracias por ver!

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