Espectrometria de Massas

A espectrometria de massas é uma técnica analítica utilizada para determinar o peso molecular de diversas moléculas e biomoléculas. Ela fornece informações estruturais sobre proteínas e realiza análises quantitativas com alta sensibilidade e especificidade, separando analitos ionizados com base em sua razão massa-carga. A análise espectrométrica de massas, ou a medição do analito ionizado, é realizada na fase gasosa. As moléculas são ionizadas e introduzidas em um campo elétrico. Nesse campo elétrico, elas são separadas de acordo com sua razão massa-carga. A espectrometria de massas é empregada em muitos campos e aplicada tanto a amostras puras quanto a misturas complexas.

Na espectrometria de massas, uma amostra, em qualquer estado físico, é ionizada por meio de um feixe de elétrons. Devido a essa ionização, algumas das moléculas presentes na amostra fragmentam-se em partes carregadas positivamente. Em alguns casos, não ocorre fragmentação, sendo formadas apenas partículas carregadas positivamente. Esses íons carregados positivamente são, então, separados de acordo com sua razão massa-carga. Posteriormente, esses íons são detectados por um mecanismo multiplicador de elétrons. Os resultados são exibidos na forma de espectros que representam a intensidade do sinal em função da razão massa-carga. Por fim, os átomos ou moléculas da amostra podem ser identificados com base em suas massas, por meio da correlação com massas conhecidas.

História da Espectrometria de Massas:

Em 1886, Eugen Goldstein observou raios em descargas gasosas e, em 1899, construiu um dispositivo com campos elétricos e magnéticos perpendiculares que separava os raios positivos de acordo com sua razão carga-massa (Q/m). Os primeiros dispositivos de espectrometria que mediam a razão massa-carga dos íons eram denominados espectrógrafos de massas, instrumentos que registravam um espectro de valores de massa em uma placa fotográfica. As técnicas modernas de espectrometria de massas foram desenvolvidas por Arthur Jeffrey Dempster e F.W. Aston em 1918 e 1919, respectivamente.

Componentes da Espectrometria de Massas:

Um espectrômetro de massas possui três componentes distintos: uma fonte de íons, um analisador de massas e um detector. O ionizador converte a amostra em íons. Em seguida, por meio do mecanismo de extração, os íons são removidos da amostra. Esses íons então passam pelo analisador de massas até chegarem ao detector. As diferenças nas massas dos fragmentos permitem que o analisador de massas diferencie os íons pela sua relação massa/carga. O detector mede o valor de uma grandeza indicadora e, assim, fornece dados para o cálculo da abundância de cada íon presente. Existem muitos tipos de analisadores de massas, que utilizam campos estáticos ou dinâmicos e campos magnéticos ou elétricos, mas todos operam de acordo com a equação diferencial acima. Cada tipo de analisador possui suas vantagens e desvantagens. Muitos espectrômetros de massas utilizam dois ou mais analisadores de massas para espectrometria de massas em tandem (MS/MS).

Diferentes tipos de fontes de íons são utilizados como…

Ionização por Elétrons (IE):

Um método comum para gerar íons a partir de compostos voláteis, proporciona um alto grau de fragmentação, resultando em espectros de massa detalhados, que podem ser usados ​​para a elucidação/caracterização estrutural e identificação de compostos desconhecidos. No entanto, a IE não é adequada para acoplamento com HPLC, ou seja, LC-MS, uma vez que, à pressão atmosférica, os filamentos usados ​​para gerar elétrons se queimam rapidamente. Assim, a IE é acoplada predominantemente com… GC, isto é. GC-MS, where the entire system is under high vacuum..

Ionização por Eletrospray (ESI):

Utilizada para a análise de moléculas não voláteis e polares, como peptídeos e proteínas. O terceiro método é a Dessorção/Ionização a Laser Assistida por Matriz (MALDI), empregada na análise de moléculas de grande porte, tais como proteínas e peptídeos. O quadrupolo, o TOF e o Orbitrap são os analisadores de massa comumente utilizados. O quadrupolo é um tipo bastante comum, empregado para separar íons com base em sua razão massa-carga. No TOF, a separação baseia-se no tempo que o átomo leva para percorrer uma determinada distância, permitindo a separação com base na massa. O Orbitrap utiliza um campo eletromagnético para realizar a separação, apresentando uma resolução muito superior em comparação aos demais.

Combinação de diferentes técnicas de separação com espectrometria de massas

Diferentes técnicas de separação são combinadas com a espectrometria de massa para aprimorar a resolução e a determinação de massa. Ela é usada em conjunto com cromatográfico e outras técnicas de separação.

Uma combinação comum é a cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC/MS ou GC-MS). Nessa técnica, um Cromatógrafo a gás é utilizado para separar diferentes compostos. Esse fluxo de compostos separados é alimentado online no íon fonte, uma metálica filamento ao qual tensão é aplicado. Este filamento emite elétrons, que ionizam os compostos. Os íons podem, então, sofrer fragmentação adicional, gerando padrões previsíveis. Íons intactos e fragmentos passam para o analisador do espectrômetro de massas e, por fim, são detectados. No entanto, devido às altas temperaturas empregadas na porta de injeção e no forno do GC-MS, existe a possibilidade de que a molécula injetada sofra degradação térmica, resultando, assim, na medição da massa de produtos de degradação em vez da molécula de interesse propriamente dita.

Assim como na cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS), a cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas (LC/MS ou LC-MS) separa os compostos cromaticamente antes de estes serem introduzidos na fonte de íons e no espectrômetro de massas. Ela difere da GC-MS pelo fato de a fase móvel ser líquida — geralmente uma mistura de água e orgânico Solventes, em vez de gás. Mais comumente, um Ionização por eletrospray A fonte é usada em LC-MS. A eletroforese capilar e a mobilidade iônica são outras técnicas que combinam o processo de separação líquida de Eletroforese capilar …com espectrometria de massas. A CE-MS é tipicamente acoplada à ionização por eletrospray. A espectrometria de mobilidade iônica acoplada à espectrometria de massas (IMS/MS ou IMMS) é uma técnica na qual os íons são primeiramente separados pelo tempo de deriva através de um gás neutro, sob a aplicação de um gradiente de potencial elétrico, antes de serem introduzidos em um espectrômetro de massas.

Vantagens e Desvantagens:

Como uma ferramenta analítica de nova geração, ela possui vantagens e desvantagens únicas em relação a todos os outros tipos semelhantes de ferramentas analíticas. Ela apresenta a maior sensibilidade entre os instrumentos ou ferramentas analíticas disponíveis. Isso se deve ao fato de possuir um filtro de massa-carga que reduz a interferência de fundo e proporciona a mais alta especificidade e sensibilidade para identificar substâncias desconhecidas ou para confirmar a presença de um composto. A desvantagem do método é que, na maioria das vezes, ele não consegue distinguir entre isômeros ópticos e geométricos, nem as posições dos substituintes nas posições orto (o-), meta (m-) e para (p-) em um anel aromático. Além disso, seu escopo é limitado na identificação de hidrocarbonetos que produzem íons fragmentados semelhantes.

Aplicações da Espectrometria de Massas: A espectrometria de massas possui usos tanto qualitativos quanto quantitativos. A EM é atualmente utilizada de forma comum em laboratórios analíticos que estudam as propriedades físicas, químicas ou biológicas de uma grande variedade de compostos. A quantificação pode ser relativa ou absoluta. Ela é utilizada para identificar compostos desconhecidos por meio da análise do espectro de massas, bem como para a quantificação de compostos conhecidos. É também empregada na análise estrutural, permitindo a compreensão do padrão de fragmentação da molécula. Pode ser utilizada para a determinação da razão isotópica em um elemento. A espectrometria de massas é empregada na análise tanto de moléculas pequenas quanto de moléculas grandes, tais como metabólitos e proteínas. A técnica LC-MS auxilia na identificação e quantificação de impurezas que possam estar presentes em substâncias farmacêuticas ou formulações, garantindo a qualidade e a segurança do produto. A LC-MS é utilizada para mensurar as concentrações de fármacos em fluidos biológicos (sangue, plasma, urina), permitindo avaliar a absorção, distribuição, metabolismo e excreção dos medicamentos.

Perguntas frequentes:

References: