Download Métodos de ionización

METODOS DE IONIZACION
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
1
METODOS DE IONIZACION
TÉCNICAS DE IONIZACIÓN EN FASE GASEOSA
TÉCNICAS DE IONIZACIÓN EN FASE CONDENSADA
TÉCNICAS DE IONIZACIÓN EN FASE LÍQUIDA A PRESIÓN ATM.
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
2
METODOS DE IONIZACION
TÉCNICAS DE IONIZACIÓN EN FASE CONDENSADA
Técnica
Proyectil
TD
Desorción térmica
(calor)
DEI
Desorción por Ionización por electrones
electrones
DCI
Desorción por Ionización Química
iones de gas reactivo
FD
Desorción por el campo
campo eléctrico
PDMS
Desorción por plasma
iones pesados (MeV)
SIMS
EM de iones secundarios
iones acelerados (keV)
LD
Desorción por láser
luz (fotones)
LSIMS
E M en fase líq. de iones secundarios
iones acelerados (keV)
FAB
Bombardeo por átomos rápidos
átomos acelerados (keV)
MALDI
Desorción por láser asistida por matriz
luz (fotones)
DESI
Desorción por electrospray
(electrospray)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
3
Métodos de ionización
Desorción por EI / Desorción por CI
Son en realidad una modificación en la introducción
de muestra de EI / CI
Requisitos
-Muestra sobre el haz de electrones
o plasma de iones
-Calefacción rápida
-Evaporación sobre una superficie inerte
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
4
Métodos de ionización
Desorción por EI / Desorción por CI
DEI / DCI
Espectro DCI de manitol (gas reactivo agua)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
5
Métodos de ionización
Desorción por EI / Desorción por CI (DEI / DCI)
(M+H)+
Espectro DCIFacultad
de adenosina
(gasy reactivo
amoníaco)
de Ciencias Exactas
Naturales
UBA
6
Métodos de ionización
Desorción por EI / Desorción por CI (DEI / DCI)
Espectro DCI de N-palmitoil dihidrolactocerebrósido
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
7
Métodos de ionización
Desorción por EI / Desorción por CI
DEI / DCI
Ventajas
Ln k
- La muestra se calienta a menor temperatura
- Método simple
- Útil para mono hasta tetrasacáridos y péptidos pequeños
Descompos.
Vaporiz.
Desventajas
1/T
- Los espectros observados resultan de varios fenómenos
- No es muy reproducible (varía con T y la posición del tip)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
8
Métodos de ionización
Desorción por campo eléctrico
FD
Similar a FI salvo que la muestra recubre el emisor
Efecto túnel por influencia de un campo eléctrico elevado (108 V / cm)
En estas condiciones,
la energía requerida para
la desorción de un ion
es menor
que la necesaria para la
evaporación de la sustancia
neutra
Si la muestra esta cationizada,
los iones pueden extraerse a
menor campo que para efecto túnel
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
9
Métodos de ionización
Desorción por campo eléctrico
Probe
emitter
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
10
Métodos de ionización
Desorción por campo eléctrico
Introducción de muestra
- Directa (en solución)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
11
Métodos de ionización
Desorción por campo eléctrico
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
12
Métodos de ionización
Desorción por campo eléctrico
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
13
Métodos de ionización
Desorción por campo eléctrico
.
Comparación de
espectros EI, CI y FD
de clorotrifenilmetano
.
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
14
Métodos de ionización
Desorción por campo eléctrico
Características de la muestra/técnica
Más suave que FI
-Es necesario solubilidad en algún sv volátil
-Polaridad baja a alta
-Acepta sales (evitar sales inorgánicas que dañan el emitter)
-PM: 1 a 2500 u
-No produce fragmentaciones (útil para PM)
Sensibilidad: 104 < EI (103 < CI)
Tipo de analito
Modo positivo
Dominante// raro
Modo negativo
Baja polaridad
M+. // [M+H]+ M2+ [2M]+.
-
Polaridad media
M+. [M+H]+ // [M+Cat]+ M2+
[2M+H]+ [2M+Cat]+
-
Alta polaridad
[M+H]+ [M+Cat]+ [2M+H]+
[2M+Cat]+ // M+. M2+
[M-H]- // [M+An]-
iónico K+A-
+ // [KA]+.
K+ [Kden+A
n-1] Exactas
Facultad
Ciencias
y Naturales
UBA
A- [An+Kn-1]-
15
Métodos de ionización
Desorción por plasma
252Cf PDMS
Técnica de bombardeo con proyectiles de alta energía (MeV)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
16
Métodos de ionización
Desorción por
plasma
252Cf PDMS
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
17
METODOS DE IONIZACION
TÉCNICAS DE IONIZACIÓN EN FASE CONDENSADA
Técnica
Proyectil
TD
Desorción térmica
(calor)
DEI
Desorción por Ionización por electrones
electrones
DCI
Desorción por Ionización Química
iones de gas reactivo
FD
Desorción por el campo
campo eléctrico
PDMS
Desorción por plasma
iones pesados (MeV)
SIMS
EM de iones secundarios
iones acelerados (keV)
LD
Desorción por láser
luz (fotones)
LSIMS
E M en fase líq. de iones secundarios
iones acelerados (keV)
FAB
Bombardeo por átomos rápidos
átomos acelerados (keV)
MALDI
Desorción por láser asistida por matriz
luz (fotones)
DESI
Desorción por electrospray
(electrospray)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
18
Métodos de ionización
Espectrometría de masa de iones
secundarios
SIMS
Proyectiles: átomos o iones (KeV)
FAB
SIMS
LSIMS (FIB)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
19
Métodos de ionización
Espectrometría de masa de iones secundarios
SIMS
¨sputtering¨
+
+
+
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
20
Métodos de ionización
SIMS
Cs +
Xe+, Cs+
ip: potencial incidente del haz primario
dp: profundidad del haz
tm: tiempo de observación del haz secundario
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
21
Métodos de ionización
Espectrometría de masa de iones secundarios
SIMS
174
Muestreo directo de un hongo por SIMS, mostrando la
presencia del alcaloide muscarina
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
22
Métodos de ionización
Bombardeo por átomos rápidos (cañón FAB)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
23
Métodos de ionización
Bombardeo por átomos rápidos
muestra
iones secundarios
Diagrama de un cañon
de FAB
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
24
Métodos de ionización
/LSIMS
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
25
Métodos de ionización
FAB/LSIMS
Ionización
Transferencia de carga, fragmentación al azar, reacciones ion-molécula
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
26
Métodos de ionización
Mecanismo de formación de iones por FAB
Modelo cámara de burbujas
Impacto del haz primario cascada
de colisiones e- secundarios
núcleo de burbuja de vapor
Crecimiento de la burbuja
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Kosevich et al. RCM
(2003) 17, 1781-1792
UBA
27
Métodos de ionización
Mecanismo de formación de iones por FAB
Modelo cámara de burbujas
La burbuja llega a la superficie
La burbuja se desintegra liberando
su contenido gaseoso
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Kosevich et al. RCM
(2003) 17, 1781-1792
UBA
28
Métodos de ionización
Mecanismo de formación de iones por FAB
vacío
selvedge
superficie
Disociaciones unimoleculares
extracción
analizador
Desorción vibracional___________se rompen uniones
intermoleculares débiles
C0,+, A0,+, M0
Reacciones simples_____________formación o disociación
rápida de uniones (C +M)+
Ionización_____________________ M +., M-.
C: catión, A: anión, M: molécula no iónica
Facultad
de Ciencias
Exactas
y Naturales
Método unificado para
SIMS
y otros
métodos
de desorción-ionización29
UBA
Métodos de ionización
LSIMS / FAB (y SIMS molecular)
Procesos de formación de iones
M0
(s)
C+ (s)
M0 (s)
e-
M0
(g)
C+ (g)
M0 (g)
C+
A-
M0 (s)
M0 (g)
M+. o M-.
(M+C)+ (g)
(M+A)- (g)
selvedge
superficie
ioniz. electrónica
desorción directa
selvedge
cationización
selvedge
anionización
H+
(M+H)+ (g)
M0 (s) M0 (g)
(CmAn)+ o - (s) (CmAn)+ o - (g)
C+ (s) + nS0 (l) CSn+ (g)
C+ (g) + nS0 (g) CSn+ (g)
CSn+ (g) C+ (g) + nS0 (g)
nC (s) Cn + o – (g)
M10(s) + M10(s) +H+ (2M + H)+ (g)
selvedge
protonación
superficie
desorción directa
superficie
solvatación
selvedge cationización del sv
vacío
desolvatación
superficie
emisión de cluster
M2+ (g) superficie
Facultad
Ciencias
Exactas
M: molécula, C+: catión, A-: anión,
C:deát.
o moléc.,
S:y Naturales
solvente
UBA
30
Métodos de ionización
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
31
Métodos de ionización
LSIMS vs
FAB
PM 347
Cs+ vs Xe
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
(131) Xe:
2-10 keV
(133) Cs:
35 keV
32
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
Matrices más comunes
O2N
OH
CH2OH
HOH2C
glicerol
m-nitrobencilalcohol
NBA
OH
CH2OH
SH
N
HOH2C
CH2OH
HSH2C
CH2SH
glicerol/tioglicerol
OH
3
trietanolamina
TEA
HO
SH
SH
HO
1:5 ditiotreitol/ditioeritritol
magic bullet
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
33
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
Funciones de la matriz líquida
™ Absorbe la energía del haz primario
™ Mantiene una alta concentración de iones frescos en la
™
™
™
™
™
superficie
Permite utilizar mayores flujos de partículas bombardeantes
Aisla las moléculas de sustrato, minimiza las reacciones
intermoleculares disminuyendo las energías de la red de los
sólidos iónicos permitiendo la desorción de aniones o cationes
intactos.
Participa en el mecanismo de formación de iones secundarios.
Ayuda a cationizar por tratamiento ácido: catión [M+H]+ (y
[M+C]+)
Ayuda a anionizar por tratamiento básico: anión (M+H)-
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
34
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
Inconvenientes
™ Aumenta notoriamente el ruido en los espectros
Ejemplo: glicerol
™ [(C3H8O3)n + H] + m/z 93, 185, 277....
™ [(C3H8O3)n + Na] +; [(C3H8O3)n + H - H2O]+;
[(C3H8O3)n - H] –
™ Clusters [MH + Glicerol]+; m/z [93 + (92)x]; [91 +
(92)y] +
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
35
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
matrices
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
36
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
matrices
matriz
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
37
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
Características generales que debe cumplir una matriz
™ Debe solubilizar la muestra
™ Debe tener baja presión de vapor
™ Debe tener una viscosidad tal que los solutos puedan alcanzar
la superficie
™ Debe producir el menor número posible de interferencias
™ Debe ser químicamente inerte
Se pueden agregar co-solventes y/o aditivos
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
38
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
39
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
Espectro FAB en modo positivo de vasopresina
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
40
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
Espectro FAB modo
positivo
tetramesitilporfirina
(NBA)
Facultad
de Cienciasde
Exactas
y Naturales
UBA
41
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
Espectro FAB modo
de una
mezcla de 5 péptidos
Facultadpositivo
de Ciencias Exactas
y Naturales
UBA
42
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
O
OH
[M-H-MeOH]-
O
NH
O
O
OH
O
[M-H]-
Modo positivo
Modo negativo
[M+H]+
[M+K]+
Espectros LSIMS
matriz glicerol
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
[M+Na]+
X
43
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
Características de la muestra/técnica
-Es necesario solubilidad en la matriz
-Polaridad media a alta y sales (aditivos para no polares o
polaridad media)
-Acepta sales
-PM: 300 a 5000 u (máx. 24000)
-No produce muchas fragmentaciones (útil para PM y iones
diagnóstico)
Sensibilidad: depende la muestra
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
44
Métodos de ionización
LSIMS / FAB
Iones característicos
Tipo de analito
Modo positivo
Dominante// raro
Modo negativo
Dominante//raro
Baja polaridad
M+. // [M+H]+
M-. // [M-H]-
Polaridad media
[M+H]+ M+. // [M+Cat]+
[M-H]- M-.
Alta polaridad
[M+H]+
Iónico
K+A-
K+
[M+Cat]+
[Kn+An-1]+
//
//
M+.
[KA]+.
[M-H]- // [M+An]M-.
A- [An+Kn-1]- //
[KA]-.
Cat: Li, Na, K u otros metales
An: Cl, Br, I, HSO4
Cualquier tipo de analito [M+H+matriz]+
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
45
Bibliografía
- Desorption Mass Spectrometry. Are SIMS and FAB the same?.
Lyon P. A. (Ed.) 1985. ACS Symposium series, ACS.
- Ionization Methods in Organic Mass Spectrometry. Ashcroft A.
1997. The Royal Society of Chemistry.
- La espectrometría de masa en imágenes. Esteban L. 1993. ACK
Editores.
- Mass Spectrometry. Principles and Applications. De Hoffmann, E.,
Charette, J. y Stroobant, V. 1996. John Wiley & sons Ltd.
- Practical Organic Mass Spectrometry. Chapman J. R. 1993. John
Wiley & sons Ltd
-Mass Spectrometry. JH Gross. 2004. Springer
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA
46