Principios de análisis instrumental

520 Capítulo 20 Espectrometría de masas molecular «< separaciones en una columna cromatográfica se realizan en un tiempo que va de pocos minutos a horas, y las separaciones que se realizan en los espectrómetros de masas en tándem tardan milise– gundos y son igualmente satisfactorias. Además, las técnicas croma– tográficas requieren la dilución de la muestra con una gran cantidad de fase móvil y la eliminación posterior de ésta, lo que incrementa en gran medida la probabilidad de introducir interferencias. Por con– siguiente, la espectrometría de masas en tándem es potencialmente más sensible que cualquiera de las técnicas cromatográficas acopla– das porque el ruido químico que se produce es generalmente menor. Una desventaja actual de la espectrometría de masas en tándem res– pecto a los otros dos procedimientos cromatográficos es el elevado costo del equipo; esta dificultad parece disminuir a medida que los espectrómetros de masas en tándem tienen mayores aplicaciones. En el caso de algunas mezclas complejas, la combinación de cromatografía de gases (CG) o cromatografía de líquidos (CL) y espectrometría de masas no proporciona suficiente resolución. En los años recientes ya es posible acoplar métodos cromatográficos con espectrómetros de masas en tándem para formar sistemas de CGIMSIMS y CL!MSIMS. También se han dado a conocer instru– mentos de CL/MS. 33 Hasta ahora, la espectrometría de masas en tándem se aplicó a la determinación cualitativa y cuantitativa de los componentes de una amplia variedad de materiales complejos que se hallan en la natura– leza y en la industria. Algunos ejemplos son la identificación y deter– minación de metabolitos de drogas, feromonas de insectos, alcaloides en plantas, trazas de contaminantes en el aire, secuencias de polime– ros, compuestos petroquímicos, bifenilos policlorados, prostaglandi– nas, gases de escape de motores diese! y olores en el aire. Uno de los campos de aplicación más promisorio es el de la proteómica, el estu– dio de las proteínas producidas por una célula o por lll1a especie. 34 20E APLICACIONES CUANTITATIVAS DE LA ESPECTROMETRÍA DE MASAS Las aplicaciones de la espectrometría de masas para análisis cuan– titativo son de dos tipos. El primero está relacionado con la deter– minación cuantitativa de especies moleculares o tipos de especies moleculares en muestras orgánicas, biológicas y, en ocasiones, inorgánicas. El segundo tiene que ver con la determinación de la concentración de elementos en muestras inorgánicas y, en menor medida, en muestras orgánicas y biológicas. En el primer tipo de análisis se utilizan todas las fuentes de ionización enumeradas en la tabla 20.1. En los análisis elementales por espectrometría de masas que se estudiaron con detalle en el capítulo 11, se utilizan mucho las fuentes de plasma de acoplamiento inductivo, así como las fuentes de descarga luminiscente, chispa de radiofrecuencia, de rayo láser, térmicas y de iones secundarios. 33 Por ejemplo, véase). C. A. Wuilloud, S. R. Gratz, B. M. Gamble y K. A. Wolnik, Analyst, 2004, 129, p. ISO, DO!: 10.1039/b311030c; E. W. Taylor, W. )ia, M. Bush y G. D. Dollinger, Anal. Chem., 2002, 74, p. 3232, DO!: 10.1021 /ac020035c; L. Howells y M.). Sauer, Analyst, 2001, 126, p. 155, DO!: 10.1039/b008305o. · 14 1. Ntai et al., Anal. Chem., 2014,86, p. 4961, DO!: 10.1021/ac50039Sk; P. Mao y D. Wang, f. Proteom Res., 2014,13, p. 1560, DO!: 10.1021 /pr401074t; N. L. Kelleher, Biochem., 2013,52, p. 3794, DO!: 10.1021/bi400466p; ). P. Whitelegge, Anal. Chem., 2013,85, p. 2258, DO!: 10.!021 /ac303064a; Véase también N. L. Kelleher, Anal. Chem., 2004,76, p. 196A, DOI: 10.1021/ac0415657. 20E.1 Determinación cuantitativa de especies moleculares La espectrometría de masas es muy utilizada para la determina– ción cuantitativa de uno o más componentes de sistemas comple– jos orgánicos, y a veces inorgánicos, como los que existen en las industrias farmacéuticas o del petróleo, así como en estudios de problemas ambientales. En la actualidad, tales análisis se llevan a cabo haciendo pasar la muestra a través de una columna cromato– gráfica o de electroforesis capilar y luego por el espectrómetro. Con el espectrómetro fijo en un valor adecuado de miz se registra la corriente de iones en función del tiempo. Esta técnica se denomina control selectivo de iones. En algunos casos se controlan de forma cíclica corrientes de tres o cuatro veces el valor miz mediante un cambio rápido de un pico a otro. La representación gráfica de los datos consiste en una serie de picos, cada uno de los cuales aparece a un tiempo que es característico de uno de los diversos compo– nentes de la muestra que produce iones del valor o valores elegidos de miz. En general, las áreas bajo los picos son directamente pro– porcionales a las concentraciones del componente y se usan para las determinaciones. En este tipo de procedimiento, el espectróme– tro de masas actúa sólo como un complejo detector selectivo para análisis cromatográficos o electroforéticos cuantitativos. Más detalles de la cromatografía de gases y de líquidos cuantitativa se dan en las secciones 27B.4 y 28C.6. El uso del espectrómetro de masas como detector en electroforesis capilar se explica en la sección 30B.4. En el segundo tipo de espectrometría de masas cuantitativa para especies moleculares, las concentraciones de analito se obtienen de manera directa a partir de las alturas de los picos de los espectros de masas. Para mezclas sencillas a veces es posible encontrar picos a un valor miz único para cada componente. En estas condiciones pueden prepararse curvas de calibración de las alturas de los picos contra concentración y utilizarlas para el análisis de muestras des– conocidas. Sin embargo, por lo común se pueden obtener resultados más exactos aí'ladiendo una cantidad fija de una sustancia patrón interno tanto a las muestras como a los patrones de calibración. La relación entre la intensidad de pico de las especies de analito y los patrones internos se grafica en función de la concentración de ana– lito. El patrón interno tiende a reducir las incertidumbres que surgen en la preparación de la muestra y en su introducción. A menudo, dichas incertidumbres son la principal fuente de errores indetermi– nados dadas las pequeí'las cantidades de muestra que se requieren en espectrometría de masas. Los patrones internos se utilizan también en CGIMS y CL/MS. En el caso de estas técnicas, la relación entre las áreas de los picos sirve como variable analítica. Un tipo de patrón interno adecuado es un análogo estable del analito marcado isotópicamente. Por lo regular, para el marcaje se requiere la preparación de muestras del analito en la que se han incorporado uno o más átomos de deuterio, carbono-13 o nitró– geno-15. Se supone que durante el análisis las moléculas marcadas se comportan de la misma forma que las no marcadas. El espectró– metro de masas distingue con facilidad entre las dos. Otro tipo de patrón interno es un homólogo del analito que produzca un pico de ion de intensidad razonable para un fragmento que sea quími– camente similar al componente del analito que se desea medir. Con instrumentos de baja resolución rara vez se pueden loca– lizar picos que sean únicos para cada componente de una mezcla. En este caso también es posible efectuar el análisis recogiendo