En espectrometría de masas , el analizador de masas cuadrupolo (o filtro de masas cuadrupolo ) es un tipo de analizador de masas concebido originalmente [1] por el premio Nobel Wolfgang Paul y su alumno Helmut Steinwedel. Como su nombre lo indica, consta de cuatro varillas cilíndricas, dispuestas paralelas entre sí. [2] En un espectrómetro de masas cuadrupolo (QMS), el cuadrupolo es el analizador de masas , el componente del instrumento responsable de seleccionar los iones de la muestra en función de su relación masa-carga ( m/z ). Los iones se separan en un cuadrupolo en función de la estabilidad de sus trayectorias en los campos eléctricos oscilantes que se aplican a las varillas. [2]
El cuadrupolo consta de cuatro barras metálicas paralelas. Cada par de barras opuestas está conectado eléctricamente y se aplica un voltaje de radiofrecuencia (RF) con un voltaje de compensación de CC entre un par de barras y el otro. Los iones viajan por el cuadrupolo entre las barras. Solo los iones de una cierta relación masa-carga llegarán al detector para una determinada relación de voltajes: otros iones tienen trayectorias inestables y colisionarán con las barras. Esto permite la selección de un ion con un m/z particular o permite al operador escanear un rango de valores m/z variando continuamente el voltaje aplicado. [2] Matemáticamente esto se puede modelar con la ayuda de la ecuación diferencial de Mathieu . [3]
Lo ideal es que las barras sean hiperbólicas , pero las barras cilíndricas con una relación específica entre el diámetro de las barras y el espaciado proporcionan una aproximación adecuada y más fácil de fabricar a las hipérbolas. Pequeñas variaciones en la relación tienen grandes efectos en la resolución y la forma del pico. Diferentes fabricantes eligen relaciones ligeramente diferentes para ajustar con precisión las características operativas en el contexto de los requisitos de aplicación previstos. Desde la década de 1980, la empresa MAT y posteriormente Finnigan Instrument Corporation utilizaron barras hiperbólicas producidas con una tolerancia mecánica de 0,001 mm, cuyo proceso de producción exacto era un secreto bien guardado dentro de la empresa. [4]
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Una serie lineal de tres cuadrupolos se conoce como espectrómetro de masas de triple cuadrupolo . El primer (Q 1 ) y el tercer (Q 3 ) cuadrupolos actúan como filtros de masa, y el cuadrupolo del medio (q 2 ) se emplea como celda de colisión. Esta celda de colisión es un cuadrupolo de solo RF (sin filtrado de masa) que utiliza gas Ar, He o N 2 (~10 −3 Torr, ~30 eV) para la disociación inducida por colisión de iones parentales seleccionados de Q 1 . Los fragmentos posteriores pasan a Q 3 donde pueden filtrarse o escanearse por completo.
Este proceso permite el estudio de fragmentos que son útiles en la elucidación estructural mediante espectrometría de masas en tándem . Por ejemplo, el Q 1 puede configurarse para "filtrar" un ion de fármaco de masa conocida, que está fragmentado en q 2 . El tercer cuadrupolo (Q 3 ) puede configurarse entonces para escanear todo el rango m/z , brindando información sobre las intensidades de los fragmentos. De este modo, se puede deducir la estructura del ion original.
La disposición de tres cuadrupolos fue desarrollada por primera vez por Jim Morrison de la Universidad La Trobe en Australia con el propósito de estudiar la fotodisociación de iones en fase gaseosa. [5] El primer espectrómetro de masas de triple cuadrupolo fue desarrollado en la Universidad Estatal de Michigan por Christie Enke y el estudiante de posgrado Richard Yost a fines de la década de 1970. [6]
Los cuadrupolos se pueden utilizar en espectrómetros de masas híbridos . Por ejemplo, un instrumento sectorial se puede combinar con un cuadrupolo de colisión y un analizador de masas cuadrupolo para formar un instrumento híbrido. [7]
Un cuadrupolo de selección de masas y un cuadrupolo de colisión con un dispositivo de tiempo de vuelo como segunda etapa de selección de masas es un híbrido conocido como espectrómetro de masas de tiempo de vuelo cuadrupolo (QTOF MS). [8] [9] Las configuraciones cuadrupolo-cuadrupolo-tiempo de vuelo (QqTOF) también son posibles y se utilizan especialmente en la espectrometría de masas de péptidos y otros polímeros biológicos grandes. [10] [11]
Von Zahn inventó una variante del analizador de masas cuadrupolo, llamado monopolo, que funciona con dos electrodos y genera una cuarta parte del campo cuadrupolo. [12] Tiene un electrodo circular y un electrodo en forma de V. Sin embargo, el rendimiento es inferior al de un analizador de masas cuadrupolo.
Se ha demostrado que se produce una mejora en el rendimiento del analizador de masas cuadrupolo cuando se aplica un campo magnético al instrumento. Se han informado múltiples mejoras en la resolución y la sensibilidad para un campo magnético aplicado en varias orientaciones a un QMS. [13] [14]
Estos espectrómetros de masas son excelentes en aplicaciones en las que se estudian iones de interés particulares, ya que pueden permanecer sintonizados con un solo ion durante períodos de tiempo prolongados. Un lugar donde esto es útil es en la cromatografía líquida-espectrometría de masas o en la cromatografía de gases-espectrometría de masas, donde sirven como detectores de especificidad excepcionalmente alta. Los instrumentos cuadrupolos suelen tener un precio razonable y son buenos instrumentos multipropósito. Un espectrómetro de masas cuadrupolo simple con un ionizador de impacto electrónico se utiliza como analizador independiente en analizadores de gases residuales , analizadores de gases en tiempo real, diagnósticos de plasma y sistemas de análisis de superficies SIMS . [ cita requerida ]
