Un espectro de masas es un gráfico de histograma de intensidad vs. relación masa-carga ( m/z ) en una muestra química, [1] generalmente adquirido usando un instrumento llamado espectrómetro de masas . No todos los espectros de masas de una sustancia dada son iguales; por ejemplo, algunos espectrómetros de masas rompen las moléculas de analito en fragmentos ; otros observan las masas moleculares intactas con poca fragmentación. Un espectro de masas puede representar muchos tipos diferentes de información según el tipo de espectrómetro de masas y el experimento específico aplicado. Los procesos de fragmentación comunes para moléculas orgánicas son el reordenamiento de McLafferty y la escisión alfa . Los alcanos y grupos alquilo de cadena lineal producen una serie típica de picos: 29 (CH 3 CH 2 + ), 43 (CH 3 CH 2 CH 2 + ), 57 (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 + ), 71 (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 + ), etc. [2]
El eje x de un espectro de masas representa una relación entre la masa de un ion dado y el número de cargas elementales que lleva. Esto se escribe como el estándar IUPAC m/z para denotar la cantidad formada al dividir la masa de un ion (en daltons) por la unidad dalton y por su número de carga (valor absoluto positivo). [3] [4] [5] Por lo tanto, m/z es una cantidad adimensional sin unidades asociadas. [3] A pesar de no llevar unidades de masa ni carga, el m/z se conoce como la relación masa-carga de un ion. Sin embargo, esto es distinto de la relación masa-carga, m/Q (unidades estándar del SI kg/C), que se usa comúnmente en física. El m/z se usa en espectrometría de masas aplicada porque surgen naturalmente relaciones numéricas convenientes e intuitivas al interpretar espectros. Un solo valor m/z por sí solo no contiene suficiente información para determinar la masa o la carga de un ion. Sin embargo, la información de masa se puede extraer al considerar todo el espectro, como el espaciamiento de los isótopos o la observación de múltiples estados de carga de la misma molécula. Estas relaciones y la relación con la masa del ion en daltons tienden hacia valores de números aproximadamente racionales en el espacio m/z . Por ejemplo, los iones con una carga exhiben un espaciamiento entre isótopos de 1 y la masa del ion en daltons es numéricamente igual a m /z . El Libro de Oro de la IUPAC da un ejemplo de uso apropiado: [3] " para el ion C 7 H 7 2+ , m/z es igual a 45,5 ".
Existen varias alternativas a la notación estándar m/z que aparecen en la literatura; sin embargo, estas no son aceptadas actualmente por las organizaciones de normalización y la mayoría de las revistas. m/e aparece en la literatura histórica más antigua. Una etiqueta más consistente con el libro verde de la IUPAC y las convenciones ISO 31 es m/Q o m/q donde m es el símbolo de masa y Q o q el símbolo de carga con las unidades u/e o Da/e. Esta notación no es poco común en la física de la espectrometría de masas, pero rara vez se usa como la abscisa de un espectro de masas. También se sugirió introducir una nueva unidad thomson (Th) como unidad de m/z , donde 1 Th = 1 u/e. [6] Según esta convención, el eje x de los espectros de masas podría etiquetarse m/z (Th) y los iones negativos tendrían valores negativos. Esta notación es rara y no es aceptada por la IUPAC ni por ninguna otra organización de normalización.
En 1897, JJ Thomson midió por primera vez la relación masa-carga del electrón . [7] Al hacerlo, demostró que el electrón, que se había postulado antes para explicar la electricidad, era de hecho una partícula con una masa y una carga y que su relación masa-carga era mucho menor que la del ion hidrógeno H + . En 1913 midió la relación masa-carga de los iones con un instrumento que llamó espectrógrafo parabólico. [8] Aunque estos datos no se representaron como un espectro de masas moderno, tenían un significado similar. Finalmente, se cambió la notación como m/e dando paso al estándar actual de m/z . [ cita requerida ]
En los inicios de la investigación en espectrometría de masas, la resolución de los espectrómetros de masas no permitía una determinación precisa de la masa. Francis William Aston ganó el premio Nobel de Química en 1922. [9] "Por su descubrimiento, mediante su espectrógrafo de masas, de isótopos, en un gran número de elementos no radiactivos, y por su enunciación de la Regla de los Números Enteros ". En la que afirmó que todos los átomos (incluidos los isótopos) siguen una regla de números enteros [10] Esto implicaba que las masas de los átomos no estaban en una escala, sino que podían expresarse como números enteros (de hecho, los iones con carga múltiple eran raros, por lo que en su mayor parte la relación también era entera). Ha habido varias sugerencias (por ejemplo, la unidad Thomson) para cambiar la nomenclatura oficial de la espectrometría de masas para que sea más coherente internamente.
El eje y de un espectro de masas representa la intensidad de la señal de los iones. Cuando se utilizan detectores de conteo, la intensidad se mide a menudo en conteos por segundo (cps). Cuando se utilizan dispositivos electrónicos de detección analógicos, la intensidad se mide normalmente en voltios. En FTICR y Orbitraps, la señal del dominio de frecuencia (el eje y ) está relacionada con la potencia (~amplitud al cuadrado) de la onda sinusoidal de la señal (a menudo reducida a una potencia rms); sin embargo, el eje no suele etiquetarse como tal por muchas razones. En la mayoría de las formas de espectrometría de masas, la intensidad de la corriente iónica medida por el espectrómetro no representa con precisión la abundancia relativa, sino que se correlaciona vagamente con ella. Por lo tanto, es común etiquetar el eje y con "unidades arbitrarias".
La intensidad de la señal puede depender de muchos factores, especialmente de la naturaleza de las moléculas que se analizan y de cómo se ionizan. La eficiencia de la ionización varía de una molécula a otra y de una fuente de iones a otra. Por ejemplo, en fuentes de electrospray en modo de iones positivos, una amina cuaternaria se ionizará excepcionalmente bien, mientras que un alcohol hidrófobo de gran tamaño probablemente no se verá, sin importar cuán concentrado esté. En una fuente de EI, estas moléculas se comportarán de manera muy diferente. Además, puede haber factores que afecten la transmisión de iones de manera desproporcionada entre la ionización y la detección.
En el lado de la detección, hay muchos factores que también pueden afectar la intensidad de la señal de una manera no proporcional. El tamaño del ion afectará la velocidad de impacto y con ciertos detectores la velocidad es proporcional a la salida de la señal. En otros sistemas de detección, como FTICR , el número de cargas en el ion es más importante para la intensidad de la señal. En la resonancia ciclotrónica iónica por transformada de Fourier y los espectrómetros de masas de tipo Orbitrap , la intensidad de la señal (eje Y) está relacionada con la amplitud de la señal de decaimiento de inducción libre . Esta es fundamentalmente una relación de potencia (amplitud al cuadrado) pero a menudo se calcula como un [rms]. Para las señales de decaimiento, el rms no es igual a la amplitud promedio. Además, la constante de amortiguamiento (tasa de decaimiento de la señal en el fid) no es la misma para todos los iones. Para sacar conclusiones sobre la intensidad relativa se requiere una gran cantidad de conocimiento y cuidado.
Una forma habitual de obtener más información cuantitativa de un espectro de masas es crear una curva estándar con la que comparar la muestra. Para ello es necesario saber qué se va a cuantificar de antemano, disponer de un estándar y diseñar el experimento específicamente para este fin. Una variante más avanzada de esto es el uso de un estándar interno que se comporta de forma muy similar al analito. Suele ser una versión marcada isotópicamente del analito. Existen formas de espectrometría de masas, como la espectrometría de masas con acelerador , que están diseñadas de abajo a arriba para ser cuantitativas.
La desviación espectral es el cambio en la intensidad relativa de los picos espectrales de masas debido a los cambios en la concentración del analito en la fuente de iones a medida que se escanea el espectro de masas. Esta situación ocurre rutinariamente cuando los componentes cromatográficos eluyen en una fuente de iones continua. [11] La desviación espectral no se observa en los analizadores de masas de trampa de iones ( cuadrupolos (esto también se ha visto en QMS ) o magnéticos) o de tiempo de vuelo (TOF) porque potencialmente todos los iones formados en el ciclo operativo (una instantánea en el tiempo) del instrumento están disponibles para su detección.
{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )