Principios de análisis instrumental

capítuloVEINTE D e todas las herramientas analíticas , la espectrometría de masas es quizá la de mayor aplicación, en el sentido de que esta técnica tiene la aptitud de proporcionar informa– ción acerca de: 1) la composición elemental de las muestras de materia; 2) la estructura de las moléculas inorgánicas, orgánicas y biológicas; 3) la composición cualitativa y cuantitativa de mezclas complejas; 4) la estructura y composición de superficies sólidas, y 5) las relaciones isotópi– cas de átomos en las muestras. En el capítulo 11 se trató la manera en que los químicos utilizan la espectrometría de masas para identificar y determinar de manera cuantitativa uno o más elementos en una muestra de materia. En este capítulo se describen las formas de utilizar la espectrometría de masas para obtener la informa– ción que se indica en los puntos 2) y 3) del párrafo anterior. En el capítulo 21 se estudia la manera de emplear la espectrometría de ma sas para descubrir la estructura y la composición de las superficies. Para finalizar, en la sección 200 se analiza el uso de las relaciones isotópicas que se determinan mediante espectrometría de niasas. ~ En todo el capítulo, este Logotipo indica La opor– - tunidad de autoaprendizaje en Línea en www.tinyurl.comjskoogpia 7; * Le enlaza con clases interactivas, simulaciones y ejercicios. *Este material se encuentra disponible en inglés. La primera aplicac ión general de la espect rometrí a de masas molecular en el análisis químico de rutin a se produj o a prin – cipio de los años cuarenta del siglo pasado, cuando esta técnica comenzó a ser aplicada en la industria del petróleo para el análi– sis cuantitativo de las mezclas de hidrocarburos producidas por fraccio nadores catalíticos. Antes, los análisis de las mezclas de este tipo, que con frecuencia poseían hasta nueve componentes de hidrocarburos, se llevaban a cabo por destilación fraccionada y después haciendo mediciones del índice de refracción de cada uno de los componentes. Para completar el análisis, se requería un tiempo de operación de 200 horas o más. Se descubrió que con un es– pectrómetro de masas podía obtenerse una información similar en tan sólo algunas horas o incluso menos. Esta mejora efectiva ocasionó que surgieran los espectrómetros de masas comerciales y que se mejoraran con rapidez. A comienzos de los años cincuenta los químicos empezaron a utilizar estos instrumentos comerciales para identificar y descubrir la estructura de una amplia variedad de compuestos orgánicos. Este uso de la espectrometría de masas, junto con la invención de la resonancia magnética nuclear y el desarrollo de la espectrometría en el infrarrojo, revolucionaron el campo de trabajo de los químicos orgánicos respecto a la iden– tificación y determinación de la estructura de las moléculas. Esta aplicación de la espectrometría de masas es aún de gran impor– tancia. En la década de los años ochenta, las aplicaciones de esta téc nica experimentaron grandes cambios como consecuencia del perfe ccionamiento de los métodos para produci r iones de moléculas no volátiles o termolábiles, como las que estudian con frec uencia los bioquímicos y biólogos. A partir de la década de los años noventa inició un enorme crecimiento de la espectrometría de masas en el área bi ológica como consecuencia de los nuevos métodos de ionización. Actualmente la espectrometría de masas se aplica para determinar estructuras de polipéptidos, proteínas y otros biopolímeros de elevada masa molecular. En este capítulo se explica en primer lugar la naturaleza de los espectros de masas de las moléculas, defini endo algunos tér– minos que son utilizados en espectrometría de masas molecular. Después, se tratan las diferentes técnicas utilizadas en los espec– trómetros de masas para formar iones a partir de las moléculas de analito, as í como los tipos de espectros producidos por estas técnicas. Luego son desc ritos con detalle los distintos tipos de espectrómetros de masas que se utilizan en esta técnica (dife – rentes de los instrumentos de cuadrupolo y de tiempo de vuelo que se tratan detalladamente en la sección ll B). Para finalizar, se 491