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1. ESPECTROMETRIA DE MASAS
Prof. EDINELDO LANS CEBALLOS M.Sc

2. ESPECTROMETRÍA DE MASAS
 La espectrometría de masas da el nombre a un
conjunto de técnicas utilizadas para la medida de
las masas de los iones y su abundancia en la fase
gaseosa.
 El conjunto de técnicas llamadas espectrometría
de masas es una de las mas versátiles e
importantes instrumentos de análisis químicos
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3. CUALIDADES DE LA MS
 CAPACIDAD DE IDENTIFICACIÓN: puede identificar
cualitativamente de forma inequívoca casi cualquier
tipo de sustancia.
 Puede analizar mezclas complejas.
 SENSIBILIDAD : detecta en el orden de ppq (ICP-MS)
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ESPECTROMETRÍA DE MASAS

4.  UNIVERSAL Y ESPECIFICA: analiza sustancias o mezclas de
sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Es capaz de detectar y
separar una sustancia en presencia de una matriz compleja.
 Suministra información estructural de la molécula.
 RAPIDEZ : puede realizar un espectro en décimas de segundos
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ESPECTROMETRÍA DE MASAS

5. TECNICAS DE IONIZACION
 Dependiendo de la naturaleza del compuesto a analizar o del
interés del investigador se utilizan varias técnicas de
ionización. Ente ellas tenemos:
 IONIZACION POR IMPACTO ELECTRONICO (EI)
 IONIZACION QUIMICA ( CI )
 IONIZACIÓN POR CAMPO (FD)
 DESORCIÓN POR CAMPO (FD)
 BOMBARDEO CON ATOMOS RAPIDOS (FAB)
 ELECTROSPRAY ( ES, ESI)
 IONIZACION A PRESION ATMOSFERICA
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6.  Las tres primeras fuentes requieren la volatilización de la
muestra antes de la ionización. A ellas se les llama fuentes
de fase gas; por tanto sólo se pueden usar para compuestos
térmicamente estables que tengan puntos de ebullición
menores de 500 oC.
 Mayoritariamente las fuentes de gas están limitadas a
compuestos con PM menores de 103 daltons.
6
TECNICAS DE IONIZACIÓN

7. IONIZACION IMPACTO ELECTRONES (EI)
(gas)
 Es el mas utilizado. Cuando las moléculas se
encuentran en la cámara de ionización son
sometidas a un bombardeo con una corriente de
electrones proveniente de un filamento.
 El número de electrones es controlado por la
temperatura del filamento, mientras que su
energía lo es por el potencial a que se mantiene el
filamento.
 El potencial del filamento se puede variar. 70 eV
es el mas usual
M + e- M+ + 2e-
Ion molecular
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8. 8
IONIZACION IMPACTO ELECTRONES (EI)

9. MODELO MECANISTICO (EI)
9

10. 10

11. 11

12. 12

13. IONIZACIÓN QUÍMICA ( CI )(gas)
 En las fuentes de ionización química se utiliza un gas
reactivo ( metano, amoníaco, argón, isobutano etc.) para
suavizar las condiciones de ionización de la muestra . Por
tal razón hay menos energía en exceso y por ende menos
fragmentación que el EI ( por encima de la que se necesita
para la ionización).
 Se introduce el gas en la cámara de ionización a una
presión de 10-3 torr, su concentración es mucho más alta
que la de la muestra. Se ioniza el gas con un haz de
electrones y a través de su subsiguientes reacciones
acepta protones para formar iones moleculares
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14.  Si se usa metano el ion primario formado es el CH5
+, este,
transfiere un protón a las moléculas de analito que tienen
mayor afinidad por el protón, mediante la reacción:
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IONIZACIÓN QUÍMICA ( CI )

15. 15

16. IONIZACIÓN QUIMICA NEGATIVA(GAS)
 La reacción más frecuente es la abstracción protónica
 El exceso de energía producido en la reacción suele quedar
en forma de energía vibracional asociada al enlace R – H de
la especie neutra formada, lo que hace que la especie M-
formada sea muy estable y halla en ausencia casi total de
fragmentación
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17. IONIZACIÓN POR CAMPO (GAS)
 Aquí los iones se forman bajo la influencia de un campo
eléctrico elevado al aplicar altos voltajes (10 a 20 kV) a emisores
que contienen numerosas puntas finas de diámetros menores
de 1μm.
 Estos emisores adquieren la forma de un fino hilo de tungsteno
en la cual se han hecho crecer centenares de agujas
microscópicas de carbón por pirolisis de benzonitrilo que
emergen desde la superficie del hilo.
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18.  La muestra gaseosa se difunde en el área del campo
elevado alrededor de las micro puntas donde se
concentra éste. En las micro puntas es donde tiene
lugar la ionización donde los electrones del analito son
extraídos.
 En este caso el analito adquiere poca energía
vibracional y rotacional por lo que se produce poca
fragmentación
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IONIZACIÓN POR CAMPO (GAS)

19. FUENTES DE DESORCIÓN
 En la desorción no es posible la ionización de analitos
térmicamente inestables y no volátiles.
 Con esta técnica se puede obtener información sobre
espectros de masas de especies bioquímicas y especies con
PM por encima de 10.000 daltons.
 Los métodos de desorción prescinden de la volatilización y la
posterior ionización.
 En su lugar se suministra energía a la muestra líquida o
sólida de modo que se provoca la formación directa de iones
gaseosos.
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20.  Como consecuencia los espectros aparecen muy
simplificados y a menudo consisten sólo en el ión
molecular o el ion molecular protonado.
20
FUENTES DE DESORCIÓN

21. DESORCION POR CAMPO
 Se utiliza un emisor con múltiples puntas como se
describió anteriormente.
 En este caso el electrodo se monta sobre una sonda
que puede separarse del compartimiento de la muestra
y mojarse con una solución de la muestra. Después la
sonda se reinserta en el compartimiento de la muestra,
la ionización tiene lugar por la aplicación de un
potencial elevado a este electrodo.
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22. BOMBARDEO POR ATOMOS RAPIDOS
(FAB)(DESORCION)
 Es importante para el estudio por espectrometría de masas
para compuestos de elevado peso molecular.
 La muestra condensada (a menudo en glicerol) se ionizan por
bombardeo con átomos de elevada energía de xenón o argón.
 Tanto los iones negativos y positivos del analito son
expulsados de la superficie de la muestra por un proceso de
desorción. Este procedimiento permite un calentamiento
rápido de la muestra reduciendo su fragmentación.
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23. IONIZACION
ELECTROSPRAY(desorción)
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24. ESPECTROMETRO DE MASAS
CONSTA:
 Fuente de ionización
 Analizador
 Transductor/detector
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25. 25
ESPECTROMETRO DE MASAS

26. PARTES DE UN ESPECTROMETRO DE
MASAS
26

27. CAMARA DE IONIZACIÓN
Zona donde se introducen la moléculas ( puede ser gaseosas,
liquidas o sólidas), se evapora se ioniza y se aceleran. (las
muestras gaseosas se ionizan entre dos placas cargadas)
Los iones formados son de masas diferentes
ANALIZADOR DE MASAS
Después de ser acelerados los iones pasan al analizador de
masas que son de varios tipos, donde se separan de acuerdo a
su masa
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28. ANALIZADOR
En general en el analizador se necesita un vacío del orden 10-7 torr
o mejor. Para lograrlo se debe utilizar un sistema eficiente de
bombeo.
Los analizadores mas frecuentemente utilizados es el Cuadrupolo,
trampa de iones y analizador tiempo de vuelo.
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29. ANALIZADOR CUADRUPOLAR
chocan contra las barras y se convierten en moléculas
neutras. Por tanto, sólo los iones cuyo valor de m /z es-
té dentro de un intervalo limitado de valores llegan a
al transductor. Por lo regular, losinstrumentos cuadru-
A hora consideremos el efecto
sitivo cd que se superpone a una s
con la física newtoniana, la cantida
losionescon la misma energía ciné
proporcional a la raíz cuadrada de
es más difícil desviar un ion más p
ligero. Si un ion presente en el can
cuencia del voltaje de corriente alte
no responderá en forma categóric
estará influenciado en gran medi
corriente continua. En estas circun
de a permanecer en el espacio entr
bio, si el ion es ligero o la frecue
chocar contra la barra y ser elimina
sión negativa del voltaje de corrien
guiente, como se puede ver en la
positivo de barras forma un filtro
para iones positivos que se despla
Enfóquese ahora en el par de b
288 Capítulo 11 Espectrometría de masas atómica
Ion con
trayectoria
inestable
Ion con
trayectoria
estable
Transductor
de iones
Fuente
de iones
Voltajes
RF y cd
+
–
–
+
FIGURA 11.6 Espectrómetro de masas cuadrupolar.
SKOOG_CAP_11_4tas 3/25/08 7:41 AM Page 288

30. ANALIZADOR CUADRUPOLAR
• El analizador cuadrupolar tiene la ventaja de simplicidad, pequeño
tamaño, costo moderado, rápido escaneo el cual lo hace ideal para el
sistema GC-MS.
• Está restringido a 2000 Daltons y es de baja resolución si se
compara con un espectrómetro de masas de doble enfoque.

31. ANALIZADOR TRAMPA DE IONES
• Una trampa de iones es un dispositivo en el que los cationes o
aniones gaseosos pueden formarse y quedar confinados durante
largos periodos gracias a la acción de campos eléctricos y
magnéticos.
• En la actualidad se usan los espectrómetros de masas de trampa de
iones como detectores para cromatografía y para obtener espectros
de masas de una diversidad de analitos.

32. DETECTOR CHANNELTRON
El más utilizado es el Channeltron electrón multiplier (electrón
multiplicador). El efecto es muy parecido al fotomultiplicador. Es
un tubo de vidrio abierto con un cono en una terminación. Para
la detección de iones positivos, el cono es sometido a un alto
potencial negativo (aproximadamente -3kV).
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33. Cuando los iones salen del analizador de masas, son atraídos por
el potencial negativo del cono. Cuando los iones chocan con su
superficie, se originan uno o más electrones secundarios. El
potencial dentro del tubo varía continuamente con la posición, tal
que los electrones secundarios se mueven hasta llegar a otra
zona donde se originan otros electrones secundarios, y así
sucesivamente..
33
DETECTOR CHANNELTRON

34. Los iones separados llegan al detector a diferentes tiempos donde
son convertidos en corriente. Esta pequeña corriente se amplifica
mediante el transductor, normalmente un multiplicador de
electrones, similar a un foto multiplicador.
El tubo está cubierto por un material semiconductor.
La vida media del multiplicador está determinada por la carga
total acumulada
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DETECTOR CHANNELTRON

35. 35
DETECTOR CHANNELTRON

36. COPA DE FARADAY
Copa de Faraday es una copa del metal que se coloca
en la trayectoria del Ion. Se une a un electrómetro,
que mide la corriente del haz iónico.
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37. 37
COPA DE FARADAY

38. METODOS ACOPLADOS A MASAS
Aunque la espectrometría de masas es una poderosa herramienta para la
identificación de compuestos puros es insuficiente para el análisis de
incluso mezclas simples ya que la identificación está limitada por el
inmenso numero de fragmentos de diferentes valores m/z producidos.
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39. GC/MS- LC/MS
Es una buena herramienta para el análisis de mezclas
orgánicas y bioquímicas complejas.
En este caso se efectúan los espectros de los compuestos
que salen de la columna cromatografía. Estos espectros
son almacenados en un ordenador para el siguiente
proceso.
Los espectrómetros de masas también se pueden acoplar
a cromatografía líquida MS/LC para el análisis de
muestras que tienen constituyentes no volátiles.
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40. El detector de masas mas utilizado para cromatografía de gases es el MSD.
GC/MSD/IRFT
LIMITACIONES DEL SISTEMA GC/MS
-Costoso
-Mas complicado para operar que GC
-Carencia de operadores con habilidades para su manejo.
-Pocos colegas entrenan a estudiantes en su manejo por falta de equipos
para la enseñanza y poca experticia de profesores entrenados en el sistema
GC/MS
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GC/MS- LC/MS

41. ESPECTROMETRIA DE MASAS EN TANDEM
MS/MS
Consiste en acoplar un espectrómetro de masas a otro.
El primer espectrómetro sirve para aislar los iones moleculares de
varios componentes de una mezcla. Estos iones se introducen uno de
tras otro en un segundo espectrómetro de masas.
En un instrumento en tandem el primer espectrómetro está equipado
con un método de ionización suave( ionización química) para que la
salida sea mayoritariamente de iones moleculares o iones moleculares
protonados
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42. Estos iones pasan entonces a la fuente de ionización del
segundo espectrómetro. Esta fuente de iones consiste en una
cámara de colisiones sin campo en la que se bombea helio. Las
colisiones entre los iones progenitores y los átomos de helio
producen fragmentaciones de iones progenitores dando
numerosos iones hijos.
El espectro de estos iones hijos se efectúa por un segundo
espectrómetro.
El primer espectrómetro tienen la misma función que la
columna en GC/MS, GC/LC .
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ESPECTROMETRIA DE MASAS EN TANDEM
MS/MS

43. APLICACIONES DE LA ESPECTROMETRIA DE MASAS EN
TANDEM
La espectrometría de masas en tandem parece ofrecer las
mismas ventajas que GC/MS y LC/MS pero es más rápida.
La espectrometría de masas en tandem es potencialmente
más sensible que las dos técnicas cromatografías acopladas,
ya que el ruido asociado a su uso es menor.
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44. DESVENTAJAS:
Una desventaja de la cromatografía de masas en tandem con
respecto a los otros procedimientos cromatógrafos es el alto
costo del equipo requerido.
APLICACIONES:
Se ha utilizado en la determinación cualitativa y cuantitativa
de los componentes de una amplia variedad de materiales
complejos encontrados en la naturaleza y la industria.
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APLICACIONES DE LA ESPECTROMETRIA DE MASAS EN
TANDEM

45. EJEMPLOS:
 Identificación y determinación de metabolitos de drogas.
 Feromonas de insectos.
 Alcaloides en las plantas.
 Trazas de contaminantes en el aire.
 Secuencia de polímeros.
 Compuestos petroquímicos.
 Bifenilos policlorados.
 Gases de escape de automotores.
 Olores en aire.
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APLICACIONES DE LA ESPECTROMETRIA DE MASAS EN
TANDEM

46. IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOS PUROS POR ESPECTROMETRIA DE
MASAS
El espectro de masas de un compuesto puro nos da
información a cerca de:
 Peso molecular del compuesto.
 De su formula química.
 Da información sobre la presencia de varios grupos
funcionales, estudiando el modelo de fragmentación.
 Comparando el espectro del compuesto con uno
conocido hasta su total coincidencia.
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