Principios de análisis instrumental

510 Capítulo 20 Espectrometría de masas molecular <« recibe pulsos de modo que se forme una ráfaga de iones. Los iones con valores de masas dentro de un amplio intervalo de interés son atrapados en forma simultánea. La trampa de iones tiene la capacidad de almacenar iones por periodos relativamente largos, hasta de 15 minutos para algunos iones estables. Luego se aplica una técnica llamada expulsión por selección de masas para expul– sar en forma sucesiva los iones atrapados de acuerdo con su masa mediante el incremento del voltaje de radiofrecuencia que se aplica al electrodo anular en una rampa lineal. A medida que los iones atrapados se desestabilizan, abandonan la cavidad del elec– trodo anular a través de una abertura en el electrodo colector infe– rior. Los iones emitidos pasan enseguida a un transductor como el multiplicador de electrones de la figura 20.16. Los analizadores de masas de trampa de iones tienen la ven– taja de ser fuertes, compactos y más baratos que otros analizadores de masas. Tienen la posibilidad de alcanzar límites de detección bajos. Además de las fuentes de ionización por electrones, estos analizadores pueden conectarse con las fuentes de ionización por electronebulización y con las fuentes para MALDI. El último desarrollo en analizadores de trampa de iones es el analizador orbitrap. 19 Aunque los principios de la captura orbi– tal se conocen desde la década de 1920, los desarrollos recientes en óptica de iones y otras áreas condujeron al uso de orbitrap en la espectrometría de masas. El analizador orbitrap es una trampa electrostática que consiste en un electrodo interno que es ancho en el medio y cónico en ambos extremos (en forma de huso) y un electrodo dividido coaxial externo como se muestra en la figura 20.17. Se aplica un potencial constante entre estos dos electrodos. Como las superficies opuestas del electrodo externo no son para– lelas entre sí, el campo eléctrico varía con la posición que alcanza un mínimo en el centro de la trampa. Antes de la inyección, los iones se recolectan en una trampa en C que los enfoca estrecha– mente en el tiempo y el espacio. Los iones inyectados en la trampa siguen una órbita circular alrededor del electrodo interno con una oscilación axial que es proporcional a la relación miz de los iones inyectados. Se genera, registra y decodifica una corriente de imagen usando el análisis de transformada de Fourier (consulte la sección siguiente). El orbitrap puede tener alta resolución (> 200 000) y un alto rango dinámico. Las mediciones de masa se pueden hacer con gran precisión. El analizador orbitrap es pequeño y menos costoso que muchos otros analizadores de alta resolución. Sin embargo, el número de iones que pueden retenerse en el analizador es limi– tado, lo que puede influir en la detección de componentes meno– res en la muestra. Otra desventaja es que el orbitrap necesita la presión más baja de cualquier analizador de masas para garanti– zar una gran trayectoria libre de medios para los iones en órbita. Los analizadores orbitrap han estado disponibles comercialmente desde 2005. 20C.4 Espectrómetros de transformada de Fourier Como sucede con los instrumentos de infrarrojo y de resonancia magnética nuclear, los espectrómetros de masa de transformada 19 Para una revisión de los analizadores orbitrap, véase R. A. Zubarev y A. Makarov, Arzal. Chem., 2013, 85, p. 5288, DO!: 10.1021/ac4001223. Electrodo ------– interno formado Electrodo externo dividido Iones inyectados ¡::_del eje Los iones inyectados orbitan y oscilan en caminos complejos FIGURA 20.17 Analizador Orbitrap. Cuando los iones se inyectan en el analizador, siguen una ruta compleja compuesta de movimiento gira– torio alrededor del electrodo interno y una oscilación axial en ángulo recto con respecto al componente giratorio. Antes de la inyección, los iones se recolectan en una trampa en Cque los enfoca estrechamente en el tiempo y el espacio. (Adaptada de J. Greaves y J. Roboz, Mass Spectrometry far the Novice, Boca Raton, FL: CRC Press, 2014, p. 84). de Fourier proporcionan mejores relaciones señal-ruido, velo– cidades mayores y sensibilidad y resolución más elevadas. 20 Los espectrómetros de masas de transformada de Fourier comercia– les aparecieron en el mercado a principios de los años ochenta y actualmente los ofrecen diversos fabricantes. La parte esencial de un instrumento de transformada de Fou– rier es una trampa de iones en la cual éstos circulan en órbitas bien definidas durante largos periodos. Tales cavidades se cons– truyen aprovechando el fenómeno conocido como resonancia iónica ciclotrónica. Resonancia iónica ciclotrónica Cuando un ion gaseoso·es arrastrado o formado en un campo magnético elevado, su movimiento llega a ser circular en un plano que es perpendicular a la dirección del campo. La frecuencia angular de este movimiento se llama frecuencia ciclotrónica, wc Si se reordena la ecuación 20.8 y se determina v/r, que es la fre– cuencia ciclotrónica en radianes por segundo, se obtiene (20.11) Observe que en un campo fijo, la frecuencia ciclotrónica depende sólo del inverso del valor miz. Los aumentos en la velocidad de un ion irán acompañados por el correspondiente aumento en el radio de giro del ion. Una medida de wc puede proporcionar un indicio exacto de z/m y, por consiguiente, de la relación masa-carga del ion. ~ Tutorial: Aprenda más acerca de los analizadores de masas ~ en www.tinyurljskoogpia7* *Este material se encuentra disponible en inglés. 20 Para revisión de la espectrometría de masas con transformada de Fourier, véase R. M. A. Heeren, A. ). Kleinnijenhuis, L. A. McDonnell, y T. H. Mize, Anal. Bioanal. Chem., 2004,378, p. 1048, DO!: 10.1007/s00216-003-2446-4; A. G. Marshall, Int. f. Mass Spectrom., 2000, 200, p. 331 , DO!: 10.1016/51387-3806(00)00324-9; A. G. Marshall, C. L. Hendrickson, y G. S. jackson, Mass Spectrom. Rev., 1998, 17, p. 1, DO!: 10.1002/(sici)1098-2787(1998) 17:1, < 1::aid-masl. >3.0.co ;2-k.