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5/26/2018 Www.ocw.Unicamp.br Fileadmin User Upload Cursos QO427 Gc Ms Aula Qo 427-MarcosEberlin

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CROMATOGRAFIAGASOSAACOPLADAAESPECTROMETRIADE

MASSAS GCMS

Princ ioseA lica es

[email protected]@gmail.com

1


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1.Introduo

Instrumentao

Direto EI B Multiplicadore

GCHPLC

CIAPCI

QTof

MCP

ESI LIT

Orbitrap 2


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1.Introduo

Oquecromatografia??

1906 BotnicorussoMikhailTswett

3


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1.Introduo

4


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2.Cromatografia Gasosa

O principal mecanismo de separao da Cromatografia Gasosa (CG) est baseadona partio dos componentes de uma amostra entre a fase mvel gasosa e a fase

.

Alta sensibilidade;

A amostra e/ou seus componentes devem ser volteis e termicamenteestveis!!! (temperaturas at 300 C);

Tempos razoavelmente longos de analise.5


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2.Cromatografia Gasosa

SinalRegistrado

Introduodeamostra

Conversor

desinal

GsdeArrasteColuna Cromato rfica

eForno 6


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Instrumentao

Instrumentao

DiretoGCHPLC

EICIAPCIAPPI

BQTofIT

Multiplicadore

MCP

SinalRegistrado

Introduodeamostra

ESIMALDI

LITICROrbitrap

Conversordesinal

Gs

de

Arraste ColunaCromatogrficaeForno

Detector7


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3.IonizaoporEltrons

8


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3.IonizaoporEltrons

Molculas neutras, na fase gasosa (dessoro trmica), a uma

presso tpica de 105 torr, so bombardeadas por eltrons, com

energ a t p ca e e . corre pr nc pa mente a ret ra a ou captura

de um eltron formando ons M+. ou M.. ons positivos so

predominantes. M. se tornam importantes para molculas com alta

.

M+e (70eV)M+. (~510eV)+2e (~6065eV)

9


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3.IonizaoporEltrons

FontedeEI

10


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3.IonizaoporEltrons

Ion za o

Os espectros de massasso reprodutveis emequipamentos similares

Existem uma variedadesde bibliotecas de

espectros de massas:ey, s , en re ou ras

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3.IonizaoporEltrons

EnergiaxFragmentao

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3.IonizaoporEltrons

xemp os

C7H16 m=100 13


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3.IonizaoporEltrons

CaractersticasProcesso unimolecular. Os ons formados so rapidamente extrados da fonte de

ionizao pelo eletrodo de repulso ("repeller). ons moleculares so formados com excesso de energia interna e se fragmentamtotal ou parcialmente.

fragmentos (estrutura); espectros reprodutveis; bibliotecas de espectros de EI a70 eV; estvel; fcil de operar; alta sensibilidade.

Aplicase a molculas de mdia e baixa polaridade e baixo peso molecular(~500u), volteis e termoestveis: molculas orgnicas relativamente pequenas.

Quando o on molecular no observado (devido a dissociao excessiva),existe um processo dissociativo exotrmico e portanto M+. uma espcie instvel.

ocorre em s. ma em ca a mo cu as que en ram na on e e

EI ionizada. 14


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4.IonizaoQumica

Munson and Field1966

EI:

Produzextensafragmentao

MuitasvezestemM+.

QuandonotemM+. ???

15


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4.IonizaoQumica

FontedeCI

16


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4.IonizaoQumica

Ion za o

Presso ~ 103 mbar;

Mtodo de ionizao indireta e branda;

Transferncia de um rton do s rea ente molcula

on molecular protonado [MH]+;

on molecular 17


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4.IonizaoQumica

CH

IsoC4H10

NH3

18


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EIvs CI

spec ro e assas: ompara oen re e

Fragmentao intensa mais

informaes sobre a molcula;

on za o e r n ca

Muitas vezes no encontrado oon molecular.

IonizaoQumica

mais limpo;

Sempre encontrado o onmolecular;

Necessrio a utilizao de um gsreagen e.

19


20/78

Instrumentao

Instrumentao

DiretoGCHPLC

EICIAPCIAPPI

BQTofIT

Multiplicadore

MCP

SinalRegistradoIntroduodeamostra

ESI

MALDI

LIT

ICROrbitrap

Conversordesinal

GsdeArrasteColunaCromatogrfica

eFornoDetector

20


21/78

5.SetorMagntico

etorMagn t co

21


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5.SetorMagntico

etorE tr co

passar pelo Setor Magntico 22


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5.SetorMagntico

Dup aFoca za o

23


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5.SetorMagntico

FrancisAston

Francis Aston constri o primeiro espectrgrafo de

massa com focalizao de velocidade com poder dereso u o e .

1937Aston constri um espectrgrafo de massa com poderde resoluo de 2000

Descobriu 212 dos 287 istopos naturais 1922

"his mass spectrograph, of isotopes, in a large number ofnonradioactive elements, and for his enunciation of the

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5.SetorMagntico

FrancisAston

25


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5.SetorMagntico

Miss oVi ing

26


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5.SetorMagntico

Ca utron

Ma n Ca utron patents:

U.S.Patent2709222Methodsofandapparatusforseparatingmaterials(ErnestO.Lawrence)U.S.Patent2719924Magneticshims(RobertOppenheimerandStanleyFrankel)

. . .

27

i


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6.RazoIsotpica

az o so p ca

28

6 R I i


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6.RazoIsotpica

az o so p ca

29

6 R I t i


30/78

6.RazoIsotpica

az o so p ca

30

6 R I t i


31/78

6.RazoIsotpica

az o so p ca

31

6 Razo Isotpica


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6.RazoIsotpica

32

6 Razo Isotpica


33/78

6.RazoIsotpica

33

6 Razo Isotpica


34/78

6.RazoIsotpica

34

6 Razo Isotpica


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6.RazoIsotpica

Caractersticas

Altaresoluo ~50.000

~

Feixe

contnuo

35

7 Quadrupolo


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7.Quadrupolo

uatro los aco lados dia onalmente

Idealmentehiperblicos

Substituiseporcirculares

VoltagemRFeDC

ParaQuadrupolos

Circulares

D/d=1.148

36

7 Quadrupolo


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7.Quadrupolo

Dimenses

Quadrupolosintonizadoparam/z200eondem/z200

Freqncia =880kHz

Comprimento=20cm

Tempodepermannciaaproximado=64s

37

7. Quadrupolo


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7.Quadrupolo

arac er s cas

~

Paralelismomuitoim ortante!

Simples

Varreduradiscriminatria

38

7. Quadrupolo


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7.Quadrupolo

spec rome r a e assas

39

7. Quadrupolo


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7.Quadrupolo

Experimentos Varredura(MS)

SRM/MRM(MS/MS)

VarreduradeonsPrecursores(MS/MS)

arre ura e er a eu ra

40

7.Quadrupolo


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Q p

41

8.Ion Trap


42/78

p

Ion Trap 3D

42

8.Ion Trap


43/78

p

Ion Trap DArmadilha inica desenvolvida por

Wolf an Paul Nobel de Fsica de 1989

43

8.Ion Trap


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Ion Trap D

ConectadosumavoltagemRF/AC

SegueaequaodeMathieu 44

8.Ion Trap


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SequnciadeEventos(MS)

A risionamentoResfriamento

Varredura

Deteco(porinstabilidadederbita)

SequnciasnoTempo!!! 45

8.Ion Trap


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Desvantagens

Chemical Shift

Interaesentreosonscausamdesvioderbitadentrodotrap;

Provocaumerrodemassaemalgunscasos.

Fontedeonsdeveficarafastadadotra

Possibilidadedereaesonmolcula(CI);

Usaseumguiadeonsparafazeratransfernciadeons. 46

8.Ion Trap


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EspectrometriadeMassasSequencialnoTem o IT

Eventosdeanlisedem z,dissociaoeanlisedem zocorremnoIT;Eventosocorremnotempo;

n coana za orm z,v r osexper men os;DissociaorealizadacomHe;

NovafontedeRFexcitaosonsaxialmente,provocandoo

47

8.Ion Trap


48/78

Desvantagens

Nascondi esdeCID;

onsdemassabaixanosoestveisnessascondies;

onscommassa


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Low Mass CutOff LMCO

49

8.Ion Trap


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MSn

Experimentos de MS sequencial com n > 2 so possveissem custo;

asta repet r os c c os e se e o, res r amento,dissociao e varredura;

Limitado pela sensibilidade (somente 1 acumulao !);

Aplicaes c/ n=3, demonstrado c/ n=12.

50

8.Ion Trap


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Ion Trap Linear LITOutraformadeTrap;

Vriasmelhoriasemrelaoao3D:

Maiorcapacidade

MenorLMCO

Menorchemical shifts

Doistiposextrao:

Radial(Thermo)

Axial(Applied Biosystems) 51

8.Ion Trap


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Configuraes

Thermo52

8.Ion Trap


53/78

Configuraes

ABSciex

53

8.Ion Trap


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54

9.TimeofFlight


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TimeofFlightTOF

Princ io mais sim les dos analizadores

onssoaceleradosporumavoltagemconstante;

Asvelocidadesdosonsdependemdarazom/z;

Medeseotempoqueoonlevaparapercorrer

umacertadistncia.

55

9.TimeofFlight


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TOFLinear

Analisador Pulsado (nocontnuo) Grande sensibilidade (No faz varredura) Sem limite terico de massa a xo us o

Baixa resoluo (100400) devido disperses56

9.TimeofFlight


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TOFRefletor

Alta resoluo (1000020000) Alta exatido (~ 310 ppm) Limite de massa (at 8000 a 10000)

Menor sensibilidade 57

Instrumentao


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Instrumentao

DiretoGCHPLC

EICIAPCIAPPI

BQTofIT

Multiplicadore

MCP

Sinal

Registrado

Introduo

deamostra

ESI

MALDI

LIT

ICROrbitrap

Conversordesinal

GsdeArraste

Coluna

CromatogrficaeForno Detector 58

10.Detectores


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DetectoresO detector tem a funo de detectar e amplificar o sinal

a corren e e ons que vem o ana sa or e rans er r osinal para o sistema de processamento de dados.

Os principais tipos de detectores so:

Multiplicador de eltrons

59

10.Detectores


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MultiplicadordeEltronsDinodo de converso que utilizado para converter ons positivosou negativos em eltrons.

Potencias mais altos nos dinodos de converso so utilizados paraacelerar ons de massa altas e assim melhorar a sensibilidade

60

10.Detectores


61/78

u p ca or e rons

61

10.Detectores


62/78

MCP um mu p ca or e e rons mu o r p o

perodo de 45 ns

62

10.Detectores


63/78

63

Instrumentao


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Instrumentao

DiretoGCHPLC

EICIAPCIAPPI

BQTofIT

Multiplicadore

MCP

Sinal

Registrado

Introduo

deamostra

ESI

MALDI

LIT

ICROrbitrap

Conversordesinal

GsdeArrasteColunaCromatogrfica

eForno Detector 64

11.Acoplamentos


65/78

cop amen os

65

11.Acoplamentos


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GC/MS: The direct coupling of gas chromatography (GC)and TOF MS was achieved in the mid-1950s by Roland S.Gohlke and McLafferty of Dow Chemical Co., Midland, Mich., inco a ora on w ey, c aren, an an arr ng on aBendix. At about the same time, GC was coupled to amagnetic sector instrument by Joseph C. Holmes and Frank A.Morrell of Phillip Morris, Richmond, Va., among others.FredMcLafferty

Finnigan 1968 Hewlett|Packard 1971

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11.Acoplamentos


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67

Configuraes


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ConfiguraesdeEquipamentos

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VantagenseDesvantagens


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VantagensEIfornecefragmentos/Ion molecularGCtemaltaresoluoQuantificaofeitaatravsdemonitoramentode1oumaisonsMaioramassaMaiorselevidade

esvan agens

Temposrazoave mente ongosNecessidadedederivatizao emvrioscasos

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Exemplos


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rocar one os po cc cos arom

cos

Amostra Matrizsimplesoucomplexa?solo,guas, sedimentos, part

culas no ar, entreoutros

Monitorados e re ulamentados 16 HPAs 7

HPAs so classificados comocarcino nicos ela IARC

Otimizaodaseparaocromatogrfica

Limitesdedeteco

IARC International Agency for Research on Cancer

Exemplos


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Exemplos


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100 128

100 152

MW: 128 C10H8 (main lib) Naph tha lene

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

50

26 3951 64

77 85 89 97102

113

MW: 152 C12H8 (mainlib) Acenaphthylene

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 1600

50

14 27 37 44 5055 63

76

78 84 89 98 109 120126

50

100 153

50

100 166

MW: 154 C12H10 (ma inlib) Ac ena ph thene

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 1700

14 27 32 39 51

63

87 98 110 126

139

MW: 166 C13H10 (mainlib ) Fluorene

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 1800

14 26 39 44 51 5663 69

74

82

87 97 115

122139

150

Exemplos


73/78

100 178

100 178

MW: 178 C14H10 (main lib) Anthracene

20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 10 1 20 1 30 140 1 50 1 60 1 70 1 80 1900

50

27 38 50 63 6976 89

98 110 126 139152

163

MW: 178 C14H10 (ma inlib ) Phenanthrene

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1 20 1 30 1 40 1 50 160 1 70 180 1900

50

27 39 50 63

7689

98 110 126 139

152

163 184

50

100202

50

100 228

(ma inlib) Fluoranthene

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 2100

39 50 62 74 88101

110 122 150 162 174

MW: 228 C18H12 (mainlib ) Benz[a]anthra cene

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 2400

28 39 50 63 74 88

101114

122 150 163 174 187 200

Exemplos


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Su stanciasentorpecentespsicotrpicas,eseusmetablitosAnfetaminase

Metanfetaminas

CocanaMetablitos

Maconha Canabinoides

Exemplos


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Acidic/neutral drugs resolved tobaseline Acidic /neutrodrogasresolvidoscomabasedereferncia

1. Methprylon2. Butalbital3. Amobarbital

5. Glutethimide6. Phenobarbital7. Methaqualone

. epro ama e . r m one

Figure1a Analyzeunderivatizedacidicdrugsorbasicdrugsunderthesameconditions,usinganRxi5mscolumn(http://www.restek.com/aoi_forensics_A002.asp)

Exemplos


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Sensitive

analysis

for

basic

drugs

in

free

base

form

1. Amphetamine2. Methamphetamine3. Nicotine

8. Phencyclidine9. Methadone10. Cocaine

.5. Caffeine6. Benzphetamine7. Ketamine

.12. Codeine13. Alprazolam

Figure1b Analyzeunderivatizedacidicdrugsorbasicdrugsunderthesameconditions,usinganRxi5ms

column(http://www.restek.com/aoi_forensics_A002.asp.)

Exemplos


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Atividades:


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EntregaraAtividade3;

28/09(sexta) ReservadoparaAtividade4:

cientificopublicadonaQuimica NovasobreoUsoe emana sesorg n cas

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