Ciencia Dos Materiais

Sumário

spectrômetro de massas 2

Características do espectrômetro (Analisador de Massa) 6

Espectrometria por Tempo de Voo (TOF-MS) 6

Comparação do TOF com outras técnicas 10

Técnicas de ionização 11

Utilização do espectrometrômetro de massas 12

Referências 13

 

spectrômetro de massas

A espectrometria de massas é uma poderosa ferramenta que foi usada, no princípio, na determinação de massas atômicas e vem sendo empregada na busca de informações sobre a estrutura de compostos orgânicos na análise de misturas orgânicas complexas, na análise elementar e na determinação da composição isotópica dos elementos. Trata-se do método mais usado para essa última finalidade.

J. J. Thomson em 1910 foi o primeiro cientista a separar os átomos e moléculas de um gás, de acordo com suas massas, usando o hoje conhecido método de Thomson para análise de raios positivos. Por esse meio, J. J. Thomson foi capaz de mostrar que o elemento neônio apresentava dois tipos de átomos, alguns com peso relativo 20 e outros com peso 22.

Em 1919, Aston aperfeiçoou o aparelho de Thomson e produziu um novo tipo de aparelho de raios positivos, no qual se alcançava maior separação de íons de diferentes massas, cada uma, correspondendo a um número definido de íons, com mesma razão carga/massa, e por mostrar um espectro de linhas foi chamado de espectrógrafo de massas. Esse aparelho destinava-se a determinações de massas atômicas.

A primeira tentativa na classificação de microorganismos foi realizada em 1975 (Anhalf, et al.,1975). No entanto, foi por volta dos anos 80 que técnicas mais brandas de ionização, como MALDI-TOF (matrix assisted lazer desorption/ionization – time of flight) e ESI (electronspray ionization), permitiram a análise de moléculas de peso molecular elevado a exemplo de proteínas, carboidratos e ácidos nucléicos sem a decomposição desses analitos (FENN, 2002; KARAS, 1985; TANAKA, 1988). Em consequência disto, a espectrometria de massas tornou-se uma ferramenta extremamente utilizada dentro da biologia em estudos de proteômica, caracterização de biomoléculas, entre outras.

A tradução que mais esclarece a sigla MALDI seria processo de ionização por dessorção a laser assistida por matriz, ou seja, a matriz é um ácido orgânico (Figura 1) a qual fornece um próton para o processo de ionização da amostra. Ao mesmo tempo, tem a capacidade de absorver a energia emitida por um laser (light amplification stimulated energy radiation) e desencadear um processo de dessorção, o que possibilita a passagem da amostra em estado sólido para o estado gasoso. Já a sigla TOF (Time of Flight) caracteriza o tempo de vôo da amostra ionizada em um tubo de vácuo até que esta atinja o detector (TANAKA et al., 1988). Em resumo, uma vez ionizada e dessorvida, a amostra é acelerada por um campo elétrico dentro de um tubo de vácuo, separada em função da sua massa molecular e sua carga e assim, tem-se a medida da relação massa/carga (Figura 2).

Figura 1 - Estrutura química de duas matrizes comumente utilizadas. (A) ácido α-ciano-cinamínico e (B)

Figura 2 - Figura esquemática de um espectrômetro de massas MALDI-TOF.

O espectrômetro de massas é um instrumento que caracteriza as moléculas pela medida da relação massa/carga de seus íons, ou seja, que separa íons positivos ou negativos, produzidos a partir de átomos ou moléculas, quer sejam das mais simples às mais complexas, de acordo com a razão massa/carga.

A substância a ser analisada é introduzida na câmara de ionização do Espectrômetro de Massas onde é vaporizada e as moléculas, no estado gasoso sob baixa pressão (10-5 atm.), são bombardeadas com um feixe de elétrons de alta energia (70 eV que corresponde a aproximadamente 1600 Kcal/mol). No primeiro momento ocorre a remoção de um elétron da camada de valência produzindo um íon molecular carregado positivamente. Este íon molecular, contendo um número ímpar de elétrons é na verdade um cátion radical.

M+ e^-→M^++2e^-

Os íons moleculares cátion radical (M +.) formados inicialmente contém um excesso de energia que não é igual para todos os íons. Este excesso de energia é suficiente para produzir a quebra de ligações (a energia das ligações covalentes estão na faixa de 50 a 100 kcal/mol) resultando na fragmentação do íon molecular em partículas menores originando vários novos cátions, ânions, radicais livres e pequenas moléculas neutras, todos no estado gasoso. Os íons positivos são separados da mistura resultante com base nas suas razões massa/carga (m/z) e as suas abundâncias relativas são registras num plote de intensidade vs m/z, que é o que chamamos de espectro de massas. Estamos falando aqui da ionização por impacto de elétrons, que é o modo de ionização mais comum nos espectrômetros de massas. Existem vários outros modos de ionização da molécula que não falaremos neste texto, tais como: Foto Ionização, Ionização Química, Ionização de Campo (para amostras em fase gasosa); Termospray e Eletrospray (para amostras em solução) e Desorção de Campo, Desorção de Plasma, Bombardeamento de átomo rápido (para amostras na fase sólida) entre outros. A fragmentação do íon molecular ocorre por vários caminhos (mecanismos) dependendo da natureza química do íon molecular em particular, sempre de forma previsível conforme as forças de ligação e estabilidade dos fragmentos iônicos formados.

Todos os fragmentos carregados positivamente passam através de uma série de fendas constituídas por placas carregadas negativamente onde são acelerados e enviados para dentro do analisador de íons, onde então serão separados pela razão massa/carga (m/z).

A figura abaixo ilustra o processo na análise por Espectrometria de Massas.

Figura 3 - lustração das etapas básicas na análise por Espectrometria de Massas.

Figura 4 - Ilustração de um Espectrômetro de Massas.

Figura 5 - Análise por espectrometria de massa.

Os Espetrômetros de Massas podem ser de alta resolução ou baixa