Unidad de Espectrometría de masas. Servicios Científico-Técnicos. Universidad de Oviedo

Transcripción

1 Unidad de Espectrometría de masas Servicios Científico-Técnicos. Universidad de Oviedo

2 Ubicación Edificio Severo Ochoa. Campus del Cristo (plantas baja y 1ª) Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

3 Unidad de Espectrometría de masas Planta Baja: Laboratorio de Isótopos Estables: LC-QQQ-MS (Agilent), LC-IR-MS (Thermo Scientific) (finales 2010) Primera Planta: Espectrometría de masas I: GC-MS (Agilent) (2007), GC-IR-MS (Thermo Scientific) (finales 2010), GC-MS alta resolución Espectrometría de masas II: MALDI-TOF Voyager STR (2001) y Q-TOF QSTAR XLS (Applied Biosystems) (2004) Espectrometría de Masas III: ICP-MS 7500ce (Agilent) (2001), ICP-MS ELEMENT2 (1995, 2008) y MC-ICP-MS (Thermo Scientific) (finales 2010) Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

4 Personal Responsable Científico: Dr. José Ignacio García Alonso Profesor Titular del Departamento de Química Física y Analítica Tel: Fax: jiga@uniovi.es Colaboradora Científica: Dra. Aida González Díaz Profesora Titular del Departamento de Química Física y Analítica Tel: aidag@uniovi.es Técnicos: Miguel Ángel Campoamor Pérez Técnico de la Unidad de Espectrometría de Masas Tel: macampoamor@uniovi.es Cristina Sariego Muñiz Técnico de la Unidad de Espectrometría de Masas Tel: sariegocristina@uniovi.es Personal de Apoyo (Clúster de biomedicina y salud): Cristina Roca Rubal Técnico de Clúster de biomedicina y salud Tel: tecnico1bio@uniovi.es Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

5 Espectrometría de masas Es una técnica analítica que permite la medición de iones derivados de moléculas. Es posible identificar los elementos que componen un compuesto, su masa molecular y su estructura. Espectrómetro de masas: separa iones dentro de una muestra que poseen distinta relación carga/masa: Sistema de Alto Vacío Introducción muestra Fuente ionización Analizador Masas Detector Procesador datos Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

6 Espectro de masas El espectro de masas de cada compuesto es único y puede ser usado como huella química para caracterizar el analito. Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

7 ICP-MS ICP-MS (Inductively Coupled Mass Spectrometry) es una técnica analítica que permite conocer la composición elemental inorgánica de una muestra. Características generales de la técnica ICP-MS: Límites de detección: pocas ppb-ppt ideal para el análisis de trazas Rango dinámico lineal de 8 órdenes de magnitud (ppt-ppm) Capacidad multielemental de análisis (práctica totalidad de elementos de la tabla periódica). Facilidad para el análisis de muestras con matrices complejas (minimiza interferencias de matriz). Análisis isotópico. Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

8 ICP-MS Sistema de Alto Vacío Introducción muestra Fuente ionización Analizador Masas Detector Procesador datos Cuadrupolo Nebulización convencional ICP (inductively coupled plasma) SEM Secondary Electron muñtiplier Doble enfoque Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

9 Esquema ICP-MS Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

10 Plasma ICP ICP es una fuente de ionización a presión atmosférica (T=8000 K) que admite todo tipo de disoluciones acuosas y con tolerancia limitada de los disolventes orgánicos Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

11 Esquema ICP-MS Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

12 Espectro ICP-MS Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

13 Análisis por ICP-MS Identificación y determinación de la práctica totalidad de elementos de la tabla periódica a excepción de H, C, O, N, gases nobles con LOD< ppts Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

14 Análisis por ICP-MS Análisis cualitativo (interpretación de espectros)y semicuantitativo (70 elementos, 50% precisión) con indicación de mayoritarios, minoritarios y trazas. Análisis cuantitativo: (proporcionalidad de la señal con la concentración) - Curvas de calibrado con patrón interno. - Dilución isotópica. Análisis de Especiación: - Acoplamiento de una técnica de separación GC, HPLC al ICP-MS Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

15 Técnicas híbridas Técnicas de separación Cromatografía de gases Técnica de detección Cromatografía de líquidos Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

16 Aplicaciones técnicas híbridas Determinación de aniones CL-ICP-MS Determinación de organometálicos de Sn, Hg, As por IDA-GC-ICP-MS Cuenta s Compuestos butilados de estaño etilados con tetraetilborato sódico MBT DBT Tiempo (min) TBT Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

17 ICP-MS ICP-MS DE ALTA RESOLUCIÓN ELEMENT2 (Thermo Scientific) ICP-MS DE CELDA COLISIÓN (7500ce Agilent Technologies) Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

18 Cuadrupolo vs High Resolution Cuadrupolo Alta resolución Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

19 Aplicaciones Ácidos ultrapuros Pigmentos, cerámicas Minerales, rocas Tejidos Metales, aleaciones Aguas, sedimentos etc Impurezas en combustibles nucleares Aceites Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

20 MC- ICP-MS Medida de relaciones isotópicas con gran exactitud y precisión ( %) Estudios de trazabilidad (Fe) Estudios de origen geográfico (S) Estudios de geocronología (Sr) Requiere purificación previa de la muestra ICP-MS MULTICOLECTOR (Thermo Scientific) Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

21 Medida de relaciones isotópicas Isótopo: diversas formas de un elemento químico que se diferencian en el número de neutrones de su núcleo y, por tanto, en su masa atómica Isótopo estable: cuando el núcleo tiene un tiempo de semidesintegración muy alto (4500 millones de años) El patrón isotópico de una sustancia constituye la huella dactilar La diferenciación isotópica permite llevar a cabo estudio de génesis procesos evolutivos. Se mide la abundancia natural o se añaden trazadores con composición isotópica enriquecida que no alteran los procesos naturales Isótopos estables mas empleados: H, C O S, N por ser los mas abundantes en la naturaleza y por estar presentes en numerosos procesos naturales Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

22 LC-IR-MS Análisis de mezclas complejas separadas por LC. Determinación de relaciones isotópicas: D/H, 13 C/ 12 C, 15 N/ 14 N y 18 O/ 16 O Detección de fraudes alimentarios LC-IR-MS DELTA V (Thermo Scientific) Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

23 GC-IR-MS Análisis de mezclas complejas separadas por GC. Determinación de relaciones isotópicas: D/H, 13 C/ 12 C, 15 N/ 14 N y 18 O/ 16 O Aplicación a la medida de biocombustibles y gas natural GC-IR-MS DELTA V (Thermo Scientific) Servicios Científico-Técnicos: Unidad de Espectrometría de Masas

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38 Aplicaciones de la espectrometría de masas en el área de proteómica Análisis de proteínas, péptidos, carbohidratos, oligonucleótidos, polímeros, productos naturales y sus metabolitos. Capacidad de detección desde picomoles hasta femtomoles. Exactitud en el peso molecular del orden de 0,01%. Caracterización del peso molecular, interacciones no covalentes, proteínas y secuenciación de péptidos, secuenciación de ADN, plegamiento de proteínas, análisis de fármacos in vitro, identificación de proteínas, etc

39 Equipos de la unidad en el área de proteómica Espectrómetro de masas de Tiempo de Vuelo con Desorción / Ionización Láser asistida por matriz (MALDI-TOF) (Applied Biosystems). Espectrómetro de masas de Tiempo de Vuelo con fuente de ionización nano electro spray ESI-Q- TOF (Applied Biosystems). Espectrómetro de masas de triple cuadrupolo con fuente de ionización electro spray acoplado a un HPLC (Agilent Technologies) Próximamente en servicio

40 Esquema general de un espectrómetro de masas High Vacuum System Inlet Ion source Mass Analyzer Detector Data System

41 Sistemas de introducción de muestra High Vacuum System Inlet Ion Source Mass Analyzer Detector Data System HPLC Inyección directa Placa de muestras

42 Fuentes de ionización Formación de iones de las moléculas de la muestra (las moléculas deben estar cargadas para poder ser analizadas). High Vacuum System Inlet Ion Source Mass Analyzer Detector Data System MALDI: Desorción/Ionización Láser Asistida por Matriz ESI (nano): Ionización por Electrospray

43 MALDI: Desorción/Ionización Láser Asistida por Matriz Placa de muestras hn Láser La muestra co-cristaliza con la matriz M+H + El láser ioniza las moléculas de la matriz y éstas transfieren un protón la muestra. XH + + M MH + + X Muestra + matriz +/- 20 kv

44 Matrices más comunes 2,5-dihydroxy benzoic acid (DHB) α-cyano-4- hydroxycinnamic acid (CHCA) 3,5-dimethoxy-4- hydroxycinnamic acid (sinapinic acid) Proteínas pequeñas, polímeros y oligonucleótidos Péptidos y glicopéptidos Péptidos y proteínas

45 Ionización por electrospray (ESI) Formación de un spray de iones Compuestos cargados, polares o básicos Iones con múltiple carga

46 Analizador de masas Los iones se separan en función de su relación masa-carga (m/z) High Vacuum System Inlet Ion source Mass Analyzer Detector Data System Tiempo de vuelo (TOF) Cuadrupolo (Q) Opera en alto vacío para mantener los iones Puntos clave: resolución, precisión en la medición de masa y sensibilidad

47 Analizador de masas de Tiempo de Vuelo (TOF) Mide el tiempo que tardan los iones en llegar al detector Los iones más pequeños llegan al detector antes que los grandes

48 Analizador de masas de tipo Cuadrupolo (Q) Se compone de 4 barras conectadas eléctricamente entre sí a las que se les aplica una tensión de radiofrecuencia variable que sintoniza con un determinado ion. Cuando existe sintonía entre el ion que está pasando y la frecuencia aplicada, dicho ion continúa su camino hasta el detector mientras que el resto de iones no sintonizados caen fuera del cuadrupolo y no llegan al detector. Se pueden escanear todas las masas o filtrar el paso de una sola masa.

49 Espectrometría de masas en tándem Uso de varios analizadores de masas (combinados en un solo instrumento) para seleccionar un ion de la mezcla, generar fragmentos de ese ion y registrar la masa de esos fragmentos con el fin de obtener información estructural.

50 Identificación de proteínas mediante huella peptídica Comparar en bases de datos

51 Fragmentación de péptidos para conocer la secuencia de aminoácidos