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Viviana Beltrán
257822
Sindy Paola Reyes 244549
Néstor Manosalva 257854
La espectrometría de masas (MS) utiliza el movimiento
de iones en campos eléctricos y magnéticos para
clasificarlos de acuerdo a su relación masa -carga. De
esta manera la espectrometría de masas es una técnica
analítica por medio de la cual las sustancias químicas se
identifican separando los iones gaseosos en campos
eléctricos y magnéticos. Los instrumentos usados en
estos estudios se llaman espectrómetros de masas bajo
el principio que los iones pueden ser desviados a
campos eléctricos y magnéticos.
La espectrometría de masas se fundamenta en la separación de
partículas moleculares o atómicas por su diferente masa. El proceso
de la espectrometría de masas comprende básicamente cuatro
etapas:
1. Ionización de la muestra la cual se consigue por bombardeo
mediante electrones (e-).
Fig.1: Esquematización del paso de una muestra por los principales componentes de un
instrumento de espectroscopia de masas.
2. Aceleración de los iones por un campo eléctrico : Convertimos
una fracción significativa de los átomos formados en la etapa 1
en un flujo de iones, generalmente positivos y de carga única.
La velocidad que adquieren viene regida por la formula: v =
[2eV/m] ½
3. Dispersión de los iones según su masa/carga
4. Detección de los iones y producción de la
correspondiente señal eléctrica : El ordenador al que está
conectado el aparato recoge las distintas señales y las
reproduce en forma de espectrograma, formato de fácil
interpretación.
Básicamente un espectrómetro de masas costa esencialmente de las
siguientes partes:
A.Sistema de manipuleo para introducir la muestra desconocida
en el equipo.
B. Cámara de ionización en la cual se produce un haz de partículas
provenientes de la muestra
C. Aceleradores de partículas.
D. Analizadores que separan partículas de acuerdo a la masa
E. Detector en el cual los iones separados son recolectados y
caracterizados.
Elucidación de la estructura de moléculas orgánicas y biológicas.
Determinación del peso molecular de péptidos, proteínas y
oligonucleicos.
Identificación de los compuestos de cromatogramas en capa fina y papel.
Determinación de secuencias de aminoácidos en muestras de
polipéptidos y proteínas.
Detección e identificación de especies separadas por cromatrografía y
electroforesis capilar.
Identificación de drogas de abuso y sus metabolitos en sangre, orina y
saliva.
Control de gases en enfermos respiratorios durante los procesos
quirúrgicos.
Pruebas para confirmar la presencia de drogas en sangre de caballos de
carreras y en atletas olímpicos.
Datación de ejemplares en arqueología.
Análisis de partículas en aerosoles.
Determinación de residuos de pesticidas en alimentos.
Control de compuestos orgánicos volátiles en el agua de suministro
Principales Aplicaciones de esta técnica
Identificación de productos de reacción o de productos metabólicos: se usa en
cinética química y en farmacología pudiéndose llegar a identificar impurezas y
metabolitos a concentraciones de pocas partes por millón.
Caracterización y análisis de polímeros: el polímero se piroliza en condiciones
controladas y los productos volátiles se hacen pasar a un espectrómetro para su
análisis.
Análisis de sangre: gracias ala rapidez del método, se puede emplear incluso
como control durante un proceso quirúrgico. Así se puede determinar a gran
velocidad las concentraciones hemáticas de monóxido y dióxido de carbono,
oxígeno, nitrógeno, gases anestésicos (como el NO).
Estos métodos poseen muchas aplicaciones como son el desarrollo de productos
farmacéuticos, control de sustancias nutritivas y diagnósticos precoces de
enfermedades como la malaria, cáncer de mama, cáncer de próstata, etc.
Un Ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas. El
método directo de acelerar iones utilizando la
diferencia de potencial presentaba grandes
dificultades experimentales asociados a los campos
eléctricos intensos. El ciclotrón evita estas dificultades
por medio de la aceleración múltiple de los iones
hasta alcanzar elevadas velocidades sin el empleo de
altos voltajes.
Cuál es el principio de funcionamiento?
El funcionamiento del ciclotrón es el siguiente:
un ion situado en el espacio comprendido entre las des está sometido a un campo
eléctrico que lo acelera.
La trayectoria del ion en este espacio es perpendicular a los diámetros de las des.
El ion entra con una determinada velocidad en una de las des y, debido al campo
magnético, describe una trayectoria circular de radio directamente proporcional a
su velocidad (para velocidades no relativistas).
Se demuestra que el período de dicha vuelta es independiente de la velocidad de
los iones (siempre para velocidades bajas).
De este modo, si la tensión aplicada entre las des tiene este mismo
período, cuando el ion haya recorrido media trayectoria circular y
entre de nuevo en el espacio entre las des, se volverá a encontrar con
un campo eléctrico acelerador que aumentará su velocidad y lo hará
pasar a la otra D, en donde efectuará otra trayectoria semicircular a
mayor velocidad (y con mayor radio).
Este proceso se puede repetir varias veces hasta que tenga la energía
deseada. La única limitación es que a energías mayores, unos 30-40
MeV, las partículas adquieren velocidades próximas a las de la luz, su
masa se incrementa en virtud de las teorías de la relatividad y se hace
imposible sincronizar sus movimientos con las alternancias de
corriente.
Aplicaciones del Ciclotrón
Los fines de este acelerador son:
Producción de los radioisótopos necesarios
para las exploraciones con la técnica de tomografía
de emisión de positrones (PET), y síntesis de los
radiofármacos marcados con 11C, 13N, 15O, 18F.
Técnicas de irradiación con protones de materiales de interés
tecnológico y/o biológico para estudios de daño por irradiación e
implantación iónica (línea de haz externo de investigación).
Exploraciones de pacientes por técnica PET.
Exploraciones de roedores por
técnica PET en escáner específico
(microPET) para investigación.
La imagen molecular es una nueva especialidad clínica para terapia y diagnóstico. Su fin es
comprender la dinámica, cinética y, si es necesario, el grado de falta de regulación en los
procesos biológicos y bioquímicos in vivo, con la finalidad de obtener información relevante
para el diagnóstico y tratamiento de una enfermedad y/o predicciones sobre la eficacia de
una terapia. La tomografía de emisión de positrones (PET) se basa en la administración
intravenosa o inhalatoria de un radioisótopo emisor de positrones de corta semivida. Los
positrones se aniquilan tras recorrer una corta distancia en la materia, emitiéndose a
continuación dos fotones gamma de 511 keV formando un ángulo de 180º, que se detectan
en coincidencia en un anillo detector alrededor del paciente
Ejemplo funcionamiento Ciclotrón
B
Ejercicios propuestos:
Dos alambres paralelos se atraen cuando son portadores de corrientes
paralelas
Calcular su fuerza de atracción si la longitud de los alambres es 2 m,
separados una distancia de 3 mm y la corriente I = 8 A.
La explicación de tales resultados experimentales puede hacerse
aplicando ordenadamente la ley de Laplace,
Fm = B · I · L · sen
, la expresión del campo magnético debida a una corriente rectilínea,
Y las relaciones entre las direcciones del campo B, la corriente I y la
fuerza Fm resumidas en la regla de la mano izquierda.
La corriente I1 crea a nivel de I2 un campo magnético de intensidad
B1 igual a:
Al estar sometido al campo B1, la corriente I2 experimenta una fuerza
magnética debida a I1 igual a:
F1 2 = B1 · I2 · L
ya que al ser B1 e I2 perpendiculares, sen = 1. Sustituyendo B1 por su
valor resulta:
Inversamente, la corriente I2 crea al nivel de I1 un campo
magnético:
por lo que la corriente I1 experimenta una fuerza
magnética debida a I2 e igual a