Un espectrómetro de masas de triple cuadrupolo ( TQMS ) es un espectrómetro de masas en tándem que consta de dos analizadores de masas de cuadrupolo en serie, con un cuadrupolo de radiofrecuencia (RF) (sin resolución de masa) entre ellos para actuar como una celda para la disociación inducida por colisión . Esta configuración a menudo se abrevia QqQ, aquí Q 1 q 2 Q 3 .
La disposición de tres cuadrupolos fue desarrollada por primera vez por JD Morrison de la Universidad La Trobe , Australia, con el propósito de estudiar la fotodisociación de iones en fase gaseosa. [1] Después de entrar en contacto con el profesor Christie G. Enke y su entonces estudiante de posgrado Richard Yost , la disposición lineal de Morrison de los tres cuadrupolos investigó la construcción del primer espectrómetro de masas de triple cuadrupolo. [1] En los años siguientes, Enke y Yost desarrollaron el primer espectrómetro de masas de triple cuadrupolo comercial en la Universidad Estatal de Michigan a fines de la década de 1970. [2] Más tarde se descubrió que el espectrómetro de masas de triple cuadrupolo podía utilizarse para estudiar iones y moléculas orgánicas, expandiendo así sus capacidades como una técnica MS/MS en tándem. [1]
En esencia, el espectrómetro de masas de triple cuadrupolo funciona bajo el mismo principio que el analizador de masas de cuadrupolo simple . Cada uno de los dos filtros de masa (Q1 y Q3) contiene cuatro barras de metal cilíndricas paralelas. Tanto Q1 como Q3 están controlados por potenciales de corriente continua (CC) y radiofrecuencia (RF), mientras que la celda de colisión, q, solo está sujeta al potencial de RF. [3] El potencial de RF asociado con la celda de colisión (q) permite que todos los iones que fueron seleccionados pasen a través de ella. [3] En algunos instrumentos, la celda de colisión cuadrupolo normal ha sido reemplazada por celdas de colisión hexapolares u octopolares que mejoran la eficiencia. [3]
A diferencia de las técnicas MS tradicionales, las técnicas MS/MS permiten que el análisis de masas se realice de manera secuencial en diferentes regiones de los instrumentos. [4] El TQMS sigue la disposición en tándem en el espacio, debido a la ionización, la selección de masa primaria, la disociación inducida por colisión (CID), el análisis de masas de los fragmentos producidos durante la CID y la detección que se produce en segmentos separados del instrumento. [4] Los instrumentos sectoriales tienden a superar al TQMS en resolución de masas y rango de masas. [3] Sin embargo, el triple cuadrupolo tiene la ventaja de ser más económico, fácil de operar y altamente eficiente. [3] Además, cuando se opera en el modo de monitoreo de reacción seleccionado , el TQMS tiene una sensibilidad de detección superior, así como una cuantificación. [3] El triple cuadrupolo permite el estudio de reacciones de baja energía y baja molécula, lo que es útil cuando se analizan moléculas pequeñas. [3]
La disposición del TQMS permite realizar cuatro tipos de escaneo diferentes: escaneo de iones precursores, escaneo de pérdida neutral, escaneo de iones de producto y monitoreo de reacción seleccionada. [5]
En el escaneo del producto, el primer cuadrupolo Q 1 se configura para seleccionar un ion de una masa conocida, que se fragmenta en q 2 . Luego, el tercer cuadrupolo Q 3 se configura para escanear todo el rango m/z , brindando información sobre los tamaños de los fragmentos formados. La estructura del ion original se puede deducir a partir de la información de fragmentación del ion. Este método se realiza comúnmente para identificar transiciones utilizadas para la cuantificación mediante MS en tándem.
Al utilizar un escaneo de precursores, se selecciona un determinado ion de producto en Q 3 y las masas de precursores se escanean en Q 1. Este método es selectivo para iones que tienen un grupo funcional particular (por ejemplo, un grupo fenilo) liberado por la fragmentación en q 2 .
En el método de escaneo de pérdida neutra, tanto Q 1 como Q 3 se escanean juntos, pero con una compensación de masa constante. Esto permite el reconocimiento selectivo de todos los iones que, por fragmentación en q 2 , conducen a la pérdida de un fragmento neutro determinado (por ejemplo, H 2 O, NH 3 ). De manera similar al escaneo de iones precursores, este método es útil en la identificación selectiva de compuestos estrechamente relacionados en una mezcla.
Cuando se emplean los modos de monitoreo de reacción seleccionada (SRM) o monitoreo de reacción múltiple (MRM), tanto Q 1 como Q 3 se configuran en una masa específica, lo que permite detectar solo un ion fragmento distinto de un ion precursor determinado. Este método da como resultado una mayor sensibilidad. Si Q 1 y/o Q 3 se configuran en más de una masa, esta configuración se denomina monitoreo de reacción múltiple. [6]
En el TQMS, se pueden emplear varios métodos de ionización. Algunos de ellos incluyen la ionización por electrospray , la ionización química , la ionización electrónica , la ionización química a presión atmosférica y la ionización por desorción láser asistida por matriz , todos los cuales producen un suministro continuo de iones.
Tanto el primer analizador de masas como la celda de colisión están expuestos continuamente a los iones de la fuente, de manera independiente del tiempo. [4] Una vez que los iones pasan al tercer analizador de masas, la dependencia del tiempo se convierte en un factor. [4] El primer filtro de masas cuadrupolo, Q1, es el selector principal de m/z después de que la muestra sale de la fuente de ionización. No se permitirá que ningún ion con relaciones de masa a carga distintas a la seleccionada se infiltre en Q1. La celda de colisión, denotada como "q", está ubicada entre Q1 y Q3, y es donde ocurre la fragmentación de la muestra en presencia de un gas inerte como Ar, He o N2. Se produce un ion hijo característico como resultado de las colisiones del gas inerte con el analito. Al salir de la celda de colisión, los iones fragmentados viajan al segundo filtro de masas cuadrupolo, Q3, donde puede ocurrir nuevamente la selección de m/z.
Debido a que el triple cuadrupolo es un instrumento de escaneo, el tipo de sistema de detección que emplea debe ser capaz de detectar iones de a un m/z por vez. Uno de los detectores más comunes, el multiplicador de electrones , a menudo se combina con el triple cuadrupolo. El multiplicador de electrones permite un tiempo de respuesta más rápido, una mayor sensibilidad y una mayor ganancia. Sin embargo, tienen una vida útil limitada debido a la sobrecarga. [3] El uso del TQMS proporciona una selectividad mejorada, una mejor precisión y una mayor reproducibilidad; todas las cuales están limitadas en los analizadores de masas de cuadrupolo simple. [7]
El espectrómetro de masas de triple cuadrupolo permite una mayor sensibilidad y especificidad, lo que produce límites de detección y cuantificación más bajos. [8] Por estas razones, el empleo del TQMS es un activo vital en los campos del metabolismo de fármacos, la farmacocinética, los estudios ambientales y los análisis biológicos. En la mayoría de los estudios farmacocinéticos y de fármacos, se somete a animales como las ratas a un nuevo fármaco para investigar cómo se metaboliza la sustancia en el cuerpo. Al analizar la orina o el plasma de la rata con un triple cuadrupolo acoplado a la cromatografía líquida, se puede determinar la concentración y el patrón de fragmentación del nuevo fármaco. [8] En estudios ambientales y biológicos, el triple cuadrupolo es útil para estudios cuantitativos que implican identificar si hay o no sustancias específicas presentes en una muestra. [9] Uno de los usos más comunes de un analizador de masas de triple cuadrupolo es para la elucidación estructural, que proporciona información sobre los patrones de fragmentación. [10] Sin embargo, un espectro de masas solo proporciona información sobre la fragmentación, que no es suficiente información para deducir completamente la estructura de una molécula o compuesto. Entonces, con el propósito de dilucidar la estructura, se combina con datos obtenidos de otros métodos analíticos, como la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) y la espectroscopia infrarroja (IR), para un análisis más preciso.