Humberto Gómez Ruiz Facultad de Química Universidad Nacional Autónoma de México

Transcripción

1 Humberto Gómez Ruiz Facultad de Química Universidad Nacional Autónoma de México

2 CG/EM CG inyector columna detector sistema de datos neumáticos EM cámara de ionización analizador multiplicador de electrones sistema de datos sistema de vacío

3

4

5 Venteo

6 Venteo

7 Línea de transferencia

8 Analizador

9 Analizador desmontado

10 Parte 1 Cámara de Ionización

11 Fuentes de Ionización Impacto Electrónico Ionización Química Ionización Química Negativa Ionización a Presión Atmosférica (API) Bombardeo con Átomos Rápidos (FAB)

12 Impacto Electrónico Las moléculas se bombardean con electrones a 70eV de energía Ionización Fragmentación Se producen fragmentos con carga positiva Enfoque Transmisión al analizador

13 FUENTE DE IMPACTO ELECTRÓNICO

14 FUENTE DE IMPACTO ELECTRÓNICO

15 Fuente de IE

16 Fuente

17 Espectro de masas por IE Cl Cl CCl 2 Cl Cl Aldrin - Varian GC/MS Note 2

18 CORRIENTE IÓNICA VS ENERGÍA (ev) log(corriente iónica) Potencial de Ionización Potencial de aparición Energía (ev)

19 EFECTO DE LA ENERGÍA

20 IONIZACIÓN QUÍMICA Ionización por colisión con iones de un gas Mas suave que IE Transferencia de un electrón, protón u otra especie cargada entre reactivos Información complementaria a IE Usualmente un ion cuasi-molecular intenso

21 IQ CON METANO CH 4 ionizado por impacto electrónico genera muchas especies CH CH 4 --> CH CH 3 CH 3+ + CH 4 --> C 2 H H 2 Estado estacionario: 0.1 Pa M + CH > MH + + CH 4

22 FUENTE DE IQ Fuente de IE modificada para alta presión El gas reactivo se introduce directamente a la fuente de IQ Fuente de electrones - el mismo filamento incandescente Gas reactivo excitado Se ioniza el analito

23 IQ NEGATIVA Formación del ANION reactivo CCl 4 + e- ---> Cl- Reacción del anión reactivo con el analito Pérdida del protón AH + Cl- ---> A- + HCl Adición AH + Cl- ---> AHCl- El ion molecular negativo estable

24 ANÁLISIS POR IQ I Cl Cl O O OH O O OH Cl Cl Varian GC/MS Advantage Note 2

25 ANÁLISIS POR IQ II Varian GC/MS Advantage Note 2

26 IONIZACIÓN A PRESIÓN ATMOSFÉRICA Cámara de Ionización a presión ambiente Ionización por e- de baja energía de una fuente emisora Los e- ionizan al gas reactivo que produce iones negativos y positivos del analito Alta eficiencia de ionización debido a la corta trayectoria a 760 torr (mas colisiones)

27 ESQUEMA DE FUENTE API

28 APLICACIONES API Muestras biológicas: nicotina toxinas (dioxina) Impurezas en gases Analizadores de aliento (alcoholes, orgánicos) Estudios básicos de reacciones iónicas (plasma)

29 CARACTERÍSTICAS API Diseño simple Requiere de un bombeo eficiente el analizador requiere alto vacio Analizadores Cuadrupolos Conc. bajas ---> poca reproducibilidad Aún en desarrollo

30 BOMBARDEO CON ÁTOMOS RÁPIDOS (FAB) Para compuestos, polares, termolábiles, polares y no volátiles Energía- un haz de átomos de Xe o Ar a 6-10 kev El haz se dirige angulado hacia la muestra La muestra se monta en un portamuestras y se introduce al paso óptico

31 FAB ESQUEMA Analizador Haz de átomos Haz de iones secundarios Pistola de átomos Muestra

32 FAB

33 APLICACIONES DE FAB carbohidratos péptidos nucleósidos, nucleótidos sales cuaternarias de amonio azo compuestos surfactantes metales

34 OTROS MÉTODOS DE IONIZACIÓN Desorción de Campo FD Desorción Laser Massive Particle Bombardment Secondary Ion Mass Spectrometry Glow Discharge Inductively Coupled Plasma - MS

35 RESUMEN- FUENTES DE IONIZACIÓN Impacto Electrónico Ionización Química Ionización Química Negativa Atmospheric Pressure Ionization Fast Atom Bombardment Muchos otros

36 Parte 2 - ANALIZADORES CUADRUPOLOS Y TRAMPAS DE IONES

37 ANALIZADORES MÁSICOS Cuadrupolo Trampa de Iones Sector Magnético Tiempo de Vuelo Ion Ciclotrón

38 FUNCIONES DEL ANALIZADOR Los iones producidos en la cámara de ionización entran a el analizador Se separan acorde a su m/z Resolución Alta - pequeñísimo (m/z) ~ 10-4 da Baja valores altos (m/z) ~1 da Separado por la rejilla de salida Pasan al detector

39 SECTOR MAGNÉTICO

40 CUADRUPOLO Y TRAMPA DE IONES Los mas comunes en equipos acoplados CG/EM Baratos Robustos Barrido rápido Fácil de acoplar Baja resolución

41 ANALIZADOR CUADRUPOLAR El mas usado Dinámico se varía el campo eléctrico f(tiempo) Inventado Alemania Barrido rápido (SCAN) Monitoreo Selectivo de Iones (Single Ion Monitoring /SIM) Triple cuadrupolos - MS/MS

42 CUADRUPOLO

43 Barras del Cuadrupolo

44 Barras del Cuadrupolo

45 OPERACIÓN DEL CUARUPOLO Cuatro electrodos paralelos Barras hiperbólicas Ápices de diamante Construcción de alta precisión y cuidadosa alineación Alto vacío ( torr)

46 OPERACIÓN DEL CUARUPOLO II Los iones se inyectan en el eje Z Radiofrecuencia (rf) y campo eléctrico dc = U rf = V rf cos t El potencial en las barras está dado por: V x = + (U + V rf cos t) V y = - (U + V rf cos t) Las barras están cargadas positivamente

47 OPERACIÓN DEL CUARUPOLO III Los iones OSCILAN en su viaje a través de el eje Z Magnitud de la oscilación: U/V rf - siempre < 6 U/V rf se ajusta para permitir el paso de un valor de m/z Los otrso m/z chocan contra las barras o se eliminan por el vacío

48 TRAYECTORIAS IÓNICAS estable en x inestable en x inestable en y estable en y estable en r 2 =x 2 +y 2

49 CARACTERÍSTICAS DEL CUADRUPOLO Barrido U/V rf constante U y V rf se incrementan linealmente ---> Barrido Lineal de Masas Velocidad barras: baja inductancia, capacitancia U, V rf cambia muy rápido ---> rango completo de masas en msec

50 CARACTERÍSTICAS DEL CUADRUPOLO

51 CARACTERÍSTICAS DEL CUADRUPOLO Resolución Cambia con U/Vrf Depende de muchos factores Ventana de masas siempre constante todos los picos son del mismo ancho se ensanchan con el largo de las barras Sensibilidad aumenta con el diámetro de las barras Rango de masas disminuye con el diámetro de las barras

52 TRAMPA DE IONES Finnigan (1983) Electrodo Central de Anillo sustituye las barras monopolo - usa sólo rf para el barrido Analizador y Fuente una misma parte menos piezas (no requiere enfoque) Baratos Los espectros diferentes

53 ANALIZADOR DE TRAMPA DE IONES

54 MODULACIÓN AXIAL Aplica voltaje RF a las tapas Aumento de la linariedad Almacena mas de 100x iones LD: pg en modo scan

55 MODULACIÓN AXIAL Varian GC/MS Application Note Number 6

56 MS/MS en Trampa de Iones Los iones se forman en el centro de la Trampa La Rf en las tapas expulsa los iones no deseados Los iones seleccionados se almacenan en la Trampa Una segunda RF excita los iones colisiones con gas - fragmentación Se atrapan los fragmentos Se hace el barrido normal

57 MS/MS en Trampa de Iones Operación Varian GC/MS Application Note Number 27

58 ANÁLISIS POR GC/MS/MS ALACLORO IE Scan completo MS/MS Masa 188

59 TIEMPO DE VUELO

60 Parte 3 - Detectores

61 DETECTORES Multiplicador de Electrones Dínodo Discreto Dínodo Continuo Fotoplacas

62 MULTIPLICADOR DE ELECTRONES DÍNODO DISCRETO Dínodo de Conversión iones --> electrones Dínodo de electrones ---> mas electrones Dínodos: placas metálicas (aleación Cu-Be) Ganancia: Señal = f(voltaje)

63 MULTIPLICADOR DE ELECTRONES DÍNODO DISCRETO

64 MULTIPLICADOR DE ELECTRONES DÍNODO CONTINUO Los electrones se forman en cascada en un dínodo único en forma de cuerno

65 Detector

66 MULTIPLICADOR DE ELECTRONES

67 SCAN COMPLETO Aldrin - Cl Cl CCl 2 Cl Cl Varian GC/MS Note 2

68 EXTRACCIÓN DE IONES

69 SISTEMA DE VACIO El EM debe mantenerse a un alto vacío Instrumentos Bench-Top : 10-5 mmhg Bajo vacío Bombas mecánicas Alto Vacío Bombas turbomoleculares Bombas de difusión

70 Bombas de vacío Bombas mecánicas Bomba Turbomolecular Bomba de Difusión

71 RESUMEN Fuentes de ionización Impacto Electrónico Ionización Química Analizadores Cuadrupolo Trampa de iones Detectores Multiplicador de electrones