Este documento describe los fundamentos teóricos y técnicos de la espectrometría de masas. Explica que consiste en cuatro etapas: ionización de la muestra, separación de iones según su masa y carga, detección e iones, y obtención de un espectrograma. Describe los componentes clave del espectrómetro de masas - la fuente de ionización, el analizador de masa y el detector - y sus funciones. Finalmente, resume algunas aplicaciones cualitativas y cuantitativas de la espectrometr

1. 1
El espectrometro de masas
John Edwin Pesantez Delgado
Abstract—Now in the modern world in which we live, everyone
must get down to the forefront of technological advances that are
raised. This essay will discuss the fundamentals of mass spectrom-
etry with emphasis on current theory and its applications because
it is essential to make a critical analysis of the involvement of
these new techniques in real life, and which could become its
drawbacks.
Index Terms—Métodos analíticos, técnicas espectroscópicas,
espectrometría de masas, espectrograma, estructura molecular
I. I NTRODUCCION
convertidas en iones de tal forma que permite analizar con
gran precisión la composición de varios elementos químicos
así como de moléculas estructurales, semiconductores, o tam-
bién, biosensores por poner ejemplos. En todos los casos,
alguna forma de energía es transferida a las moléculas a Figura 1: paso de una muestra por los principales componentes
analizar para afectar la ionización. Esta técnica clásica del de un espectrómetro de masa
impacto electrónico algunas células ionizadas explotan en
una variedad de fragmentos ionizados; estos fragmentos de
residuo, así como, los resultantes constituyen el espectro de A. Fuente de ionización
masa. Se puede llegar a decir que el espectro de masa de cada
La fuente de iones es el elemento del espectrómetro que
elemento o compuesto químico es único y podría considerarse
ioniza el material a ser analizado (el analito). Luego los
como su huella química. Cada vez se hace un poco más
iones son transportados por los campos magnéticos o eléc-
complicado entender los nuevos conceptos a los la ciencia hace
tricos al analizador total. Las técnicas para la ionización han
referencia y hay que desde ya irlos enfrentando para poder ir
sido dominantes para determinar qué tipos de muestras se
avanzando en el que hacer científico. Dentro de este mundo
pueden analizar por espectrometría de masa. La ionización
las piezas espectroscópicas han sido centro de gran estudio
del electrón y la ionización molecular se utilizan para los
y piezas fundamentales por lo cual hay que conocerlas a la
gases y los vapores. Dos técnicas, usadas a menudo con
perfección.
líquidos y muestras biológicas sólidas, incluyen la ionización
II. F UNDAMENTOS TEÓRICOS – TÉCNICOS DE LA por electro espray (debido a John Fenn) y el láser Matriz-
ESPECTROMETRÍA DE MASAS . Asistido Desorción/Ionización (MALDI, debido a M. Karas
y a F. Hillenkamp). Las fuentes inductivas del plasma se
La espectrometría de masas se fundamenta en la separación
utilizan, sobre todo, para el análisis del metal en una amplia
de partículas moleculares o atómicas por su diferente masa. El
gama de los tipos de las muestras. Otras técnicas incluyen la
proceso de la espectrometría de masas comprende básicamente
ionización química rápida del bombardeo del átomo (FAB),
cuatro etapas (Fig.1):
termo espray, ionización química por presión atmosférica
• Ionización de la muestra, generalmente a forma de catión,
(APCI), espectrometría de masa de Ion sec. [1]
por pérdida de electrones.
• Separación de los iones de acuerdo a su masa y carga.
• Detección y cuantificación de los iones y producción de B. Analizador de masa
la correspondiente señal eléctrica. El analizador de masa es la pieza más flexible del espec-
trómetro de masa. Utiliza un campo eléctrico o magnético
III. I NSTRUMENTACIÓN EN E.M.
para afectar la trayectoria o la velocidad de las partículas
Básicamente un espectrómetro de masas costa esencial- cargadas de una cierta manera. La fuerza ejercida por los
mente de las siguientes partes: • Sistema de entrada de campos eléctricos y magnéticos es definida por la fuerza de
muestras. Lorentz.
• Cámara de ionización.
• Acelerador. F = q(E + v + B) (1)
• Analizadores.
• Detector. Los instrumentos del área cambian la dirección de los iones
Describiendo un poco sus tres partes fundamentales: que están volando a través del analizador total. Los iones

2. 2
incorporan un campo magnético o el campo eléctrico que IV. O BTENCIÓN Y ANÁLISIS DE UN ESPECTROGRAMA DE
dobla las trayectorias del ion dependientes en su masa y carga, MASAS :
desviando la mudanza más rápida, iones más ligeros más. Generalizando todas las moléculas, tienen masas diversas.
Así, el analizador dirige las partículas al detector, variando Este hecho es utilizado por el espectrómetro de masas para
un campo eléctrico o magnético que se basa en el cociente determinar qué tipos de moléculas se encuentran presentes en
masa/carga (m/z). [1] un determinado tipo de muestra. Tomando como ejemplo que
Actualmente existen diferentes métodos para "filtrar" los se analizan la sal de mesa (NaCl), esta se evaporiza y los
iones respecto a su relación Masa/carga. El más comúnmente iones se analizan en la primera parte del espectrómetro, cada
usado es el denominado cuadripolo. Se compone de 4 barras uno de los iones de sodio y cloro que se liberan tiene una
alargadas en formación cuadrada, conectadas eléctricamente masa y una carga especifica, debida a dicha carga estos iones
entre sí en pares opuestos. A dichos pares (polos) se les tendrán movimiento bajo influencia específica de un campo
aplica una tensión de radiofrecuencia variable que sintoniza eléctrico. Debido a un campo magnético que se aplica a lado
con un determinado ion. Cuando existe sintonía entre el ion del compartimiento de aceleración atare a cada uno de los
que está pasando por ellas y la frecuencia aplicada, dicho ion iones sobre un detector, el detector mide exactamente cuán
continúa su camino sin pene alguno desviándose todos los lejos se ha desviado cada ion y, a partir de ese dato se calcula
demás no sintonizados fuera del cuadripolo y de esta manera el "cociente masa por unidad de carga". Con esta información
no impactan en el detector. [1] es posible determinar con un alto nivel de certeza cuál es la
La configuración de los actuales espectrómetros de masa composición química de la muestra original. [2]
pasa por disponer de uno, dos y hasta tres cuádruplos en La intensidad relativa de los distintos picos del análisis de
serie (triplecuadrupolo muy en boga). Existen también config- espectros de masas nos da como resultado la proporción en
uraciones no cuadripolares, como pueden ser los hexapolos, que cada componente está presente en la muestra analizada.
aunque su funcionamiento es análogo al cuadripolo. [1] El pico del espectrograma que aparece con valor más elevado
El analizador se puede utilizar para seleccionar una gama de m/e corresponde a la molécula ionizada sin fragmentar
estrecha de m/z o para explorar a través de una gama de m/z y recibe el nombre de masa patrón. Esta masa patrón nos
para catalogar los iones presentes: permite determinar con rapidez y precisión la masa molecular,
• Quizás el más fácil de entender es el analizador del siempre que se opere con una tensión de ionización no
Tiempo-de-vuelo (TOF) que se integra típicamente con excesivamente elevada, la cual produciría la fragmentación
fuentes del ion de MALDI. Alza los iones a la misma total de la molécula. [3]
energía cinética por el paso a través de un campo eléctrico El pico mayor del espectrograma de masa se llama pico
y mide los tiempos que toman para alcanzar el detector. base. Normalmente la altura de este pico se toma como valor
Aunque la energía cinética es igual, la velocidad es difer- cien. Las intensidades de los demás picos se expresan en
ente, así que el ion más altamente cargado del alumbrador porcentajes de la intensidad del pico base (Fig. 2). [3]
alcanzará el detector primero.
• Los analizadores totales cuádruple y los campos eléc-
tricos oscilantes del ion del uso cuádruple de las tram-
pas [QIT] estabilizan selectivamente o desestabilizan los
iones que caen dentro de una ventana estrecha de los
valores de m/z. Fourier transforma medidas del espec-
trometría de masa que se forma detectando la corriente
de la imagen producida por los iones ciclo tronándolos
en presencia de un campo magnético. Poder escoger el
analizador más adecuado para un experimento depende
del tipo de información que se obtiene del experimento.
[1]
C. Detector
Figura 2: Aspecto clásico de espectrograma de masa, donde
El elemento final del espectrómetro total es el detector. El
se señala su pico base y su ion molecular más importante
detector registra la carga inducida o la corriente producida
cuando un ion pasa cerca o golpea una superficie. En un
instrumento de exploración la señal es producida en el detector
durante la trayectoria de la misma (en qué m/z) y producirá V. A PLICACIONES
un espectro de masa, un expediente del m/z en el cual los Las aplicaciones son tan numerosas y abarcan tantos campos
iones están presentes. Típicamente, se utiliza un cierto tipo de que resulta un poco complicado nombrar a todas ellas, por eso
multiplicador de electrones (electro multiplicador), aunque se nombraremos las mas importantes y de mas utilidad [4]:
han empleado otros detectores (como las tazas de Faraday). • Datación de ejemplares en arqueología.
[1] • Análisis de partículas en aerosoles.

3. 3
• Control de compuestos orgánicos en el agua de sumin- carbono, oxígeno, nitrógeno, gases anestésicos (como el
istros. NO). [4]
• Elucidación de la estructura de moléculas orgánicas y • Estudiar la abundancia de isótopos: Esta fue la finalidad
biológicas. con la que fue creada la técnica y en la actualidad se
• Determinación del peso molecular de péptidos, proteínas usa para análisis por dilución de isótopos, estudios con
y oligonucleicos. trazadores isotrópicos, estudiar la edad de las muestra
• Identificación de los compuestos de cromatogramas en por su proporción de isótopos con la ventaja frente a
capa fina y papel. los radiactivos que se pueden medir los isótopos no
• Determinación de secuencias de aminoácidos en muestras radiactivos. [4]
de polipéptidos y proteínas.
• Detección e identificación de especies separadas por B. Aplicaciones cuantitativas
cromatrografía y electroforesis capilar.
• Identificación de drogas de abuso y sus metabolitos en Para la determinación cuantitativa de los componentes de
sangre, orina y saliva. una mezcla es conveniente que cada uno de ellos presente
• Control de gases en enfermos respiratorios durante los por lo menos un pico que difiera claramente de los demás.
procesos quirúrgicos. La calibración se realiza por comparación de los picos con
• Pruebas para confirmar la presencia de drogas en sangre patrones adecuados. Las alturas de los picos son directamente
de caballos de carreras y en atletas olímpicos. proporcionales a las presiones parciales de los componentes
volatilizados en la muestra. Las aplicaciones cuantitativas de
la espectrometría de masas para análisis cuantitativo son de
A. Aplicaciones cualitativas dos tipos:
• Determinación del peso molecular de todas las sustancias • Determinación cuantitativa de especies moleculares o
que pueden volatilizarse por la posición del pico corre- tipos de especies moleculares en muestras orgánicas,
spondiente a la masa patrón. biológicas y ocasionalmente inorgánicas: normalmente
• Determinación de la formula molecular. Si el instrumento tales análisis se llevan a cabo haciendo pasar la muestra a
es de gran resolución bastará la determinación precisa través de una columna cromatrográfica o de electroforesis
de su masa molecular para poder atribuirle una fórmula capilar y posteriormente por el espectrómetro. [4]
empírica. Otras veces puede determinarse por la relación • Determinación de la concentración de elementos en
entre las alturas del pico correspondiente a la masa patrón muestras inorgánicas y, en menor medida, de muestras
y la de los picos de los isótopos. Existe una tercera forma orgánicas y biológicas: las concentraciones de analito en
que sería con la regla del nitrógeno, según la cual todas este caso se obtienen directamente a partir de las alturas
las sustancias orgánicas con peso molecular par deben de los picos de los espectros de masas. Se crean curvas de
de contener un número par o ningún átomo de N y los calibrado que nos permiten el análisis cuantitativo gracias
de número impar deben de contener un número impar. a la existencia de picos únicos para cada componente y
Por el contrario los fragmentos moleculares por rotura cada valor de m/z.[4]
de enlace, tienen una masa impar si contienen cero o
número par de átomos de N y masa par si el número de VI. C ONCLUSIONES
átomos de N es impar. [4] El llegar a comprender como se usa estos tipos de téc-
• Identificación de compuestos por su fragmentación pa- nicas para el avance científico es de vital importancia, el
trón: la fragmentación de la mayor parte de las moléculas espectrómetro de masas puede utilizar todos sus componentes
produce un gran número de picos que permiten la iden- para cubrir las necesidades de alguna investigación que em-
tificación de numerosos compuestos y el reconocimiento prendamos siempre y cuando también sepamos su correcto
de ciertos grupos funcionales de ellos. Se han descrito funcionamiento. Se siguen continuando con las investigaciones
una serie de reglas generales que rigen los procesos de de cómo mejorar esta técnica, ya que así como el mundo crece,
fragmentación, los cuales son de gran utilidad para la crece la sociedad y cada día necesita de un mundo donde la
determinación de los espectros. [4] • Identificación de tecnología tenga una gran precisión ya ahora se comienzan
productos de reacción o de productos metabólicos: se usa analizar cierto tipo de muestras que requieren en gran parte,
en cinética química y en farmacología pudiéndose llegar de saber de mucha especialización en nuevas técnicas cientí-
a identificar impurezas y meta bolitos a concentraciones ficas. Pueda que sus ámbitos, de uso se encuentren un poco
de pocas partes por millón. [4] restringido, debido al alto costo de usar este tipo de técnicas,
• Caracterización y análisis de polímeros: el polímero si fuera un poco más accesible capaz y se hubiera desarrollado
se paraliza en condiciones controladas y los productos mejores proyectos y mas innovadores.
volátiles se hacen pasar a un espectrómetro para su
análisis. [4]
VII. P ROCEDENCIA DE LAS IMÁGENES .
• Análisis de sangre: gracias a la rapidez del método, se
puede emplear incluso como control durante un proceso 1) Figura1: http://www.google.com.ec/imgres?imgurl=http://www.ugr.es
quirúrgico. Así se puede determinar a gran velocidad 2) Figura 2: http://www.scielo.org.ar/scielo.php?pid=S0325-
las concentraciones hemáticas de monóxido y dióxido de 29572008000200010&script=sci_arttext

4. 4
VIII. B IBLIOGRAFÍA .
[1]http://es.wikipedia.org/wiki/Espectr%C3%B3metro_de_masas
[2]http://www.qo.fcen.uba.ar/Cursos/biola/Espmasa.pdf
[3]http://www4.ujaen.es/~mjayora/docencia_archivos/Quimica%20analitica%20ambiental/Tema7.pdf
[4]http://mural.uv.es/caloan/