Espectrometría de masasEspectrometría de masas

Clase 2

FragmentaciónFragmentación

• El estudio del perfil de fragmentación nos ayuda a determinar la estructura molecular.

• Las reacciones en espectrometría de masa son unimoleculares.

• Los mecanismos de fragmentación que localizan e- no apareados dando productos neutros están favorecidos.

• Los picos más abundantes corresponden a los fragmentos iónicos más estables, y por ende más probables

• H3C-C=O H3C-C≡O

• H2C=CH-CH2 H2C-CH=CH2

CH3

• CH3-CH2-C-CH2-CH2-CH2-CH3

CH3

CH3-CH2-C+ + + **CH2-CH2-CH2-CH3

+ +Compartir e- no enlazantes

+ +Resonancia

H

H Pérdida del radical alquilo más largo

Regla de Stevenson

Clivaje sigma (Clivaje sigma (σσ))

• R-CR3 R· + CR3

OE EE

+σ

•Se da en hidrocarburos•Está involucrado el enlace sigma en la localización de la carga•Se obtiene el carbocatión más estable•Se libera el radical alquilo más largo

+·

Clivaje Clivaje αα

• Ocurre cuando en la molécula hay un heteroátomo.• La carga + se localiza sobre el heteroátomo.• El electrón impar es donado para formar un nuevo

enlace con el átomo adyacente, clivándose el enlace del átomo α.

• La tendencia para iniciar la reacción depende de la tendencia del heteroátomo para donar e-: N > S > O, π, R > Cl, Br > H.

• Se genera con mayor probabilidad el fragmento más estable (radical más largo y carbocatión más estable).

Clivaje Clivaje αα

R-CR2-Y-R R-CR2-Y-R + e-· +

OE

α

CR2 YR + R·EE Radical

+

IONIZACIÓN

Clivaje Clivaje αα

+

R-CR=Y R-CR=Y + e-· +

OE

α

CR Y + R·EE Radical

IONIZACIÓN

Clivaje Clivaje αα

• Ejemplos:

CH3-CH2-O-CH2-CH3 CH3··CH2-O-CH2-CH3+e-

CH3· + CH2=O-CH2-CH3

IONIZACIÓN· +

α

+Radical EE

Clivaje Clivaje αα

• Ejemplos:

CH3-CH2-NH2 CH3··CH2-NH2 + e-

CH3· + CH2=NH2

IONIZACIÓN· +

α

+Radical EE

Clivaje inductivo (i)Clivaje inductivo (i)

• La carga se ubica sobre un elemento electronegativo.

• Requiere migración de carga (atracción de un par de e- por la carga +), por lo que está menos favorecido que el clivaje α.

• La estabilidad del ión formado depende del efecto inductivo.

• La tendencia a formar un R+ a partir de un compuesto RY es:– Cl > Br, O, S > I >> N, C, H.

Clivaje inductivo (i)Clivaje inductivo (i)

R+ + ·O-R’R-O-R’ R-O-R’ + e-IONIZACIÓN · + i

EE Radical

EE RadicalR-Y-R R··Y-R + e-

· +IONIZACIÓN i R+ + ·YR

+ e-· +

EE Radical

IONIZACIÓN i R+ + RC=YRR

C=Y R·R

·C=Y

·

Reordenamiento Reordenamiento del hidrógeno del hidrógeno γγ (Mc. Lafferty)(Mc. Lafferty)

• Ocurre en moléculas de más de 4 carbonos con una función insaturada.

• El átomo de H en posición γ a la función insaturada es transferido por medio de un anillo de 6 eslabones.

• Luego del reordenamiento se produce mayoritariamente un clivaje de tipo α.

• Los productos finales son un ión OE y una molécula neutra (olefina).

Reordenamiento Reordenamiento del hidrógeno del hidrógeno γγ (Mc. Lafferty)(Mc. Lafferty)

+ e-

OH

CH3

CH2

CH2

HC=O

IONIZACIÓN

OH+·

·

+

r Hγ

r Hγ

α

i

OH+

·

+

OE

OH

+

·+

OE

HO·+··

··

··

Fragmentación característica de Fragmentación característica de aromáticosaromáticos

• Ruptura del enlace bencílico correspondiente al grupo alquílico

• Ruptura α al anillo

• Reordenamiento con posterior clivaje

Ruptura del enlace bencílico Ruptura del enlace bencílico correspondiente al grupo alquílicocorrespondiente al grupo alquílico

•Se obtiene un ión muy estable capaz de resonar y convertirse en el catión tropilio.

IONIZACIÓN +·

-C2H5+

+

+

m/z=120 m/z=91

Ruptura Ruptura αα al anillo al anillo

•Se obtiene un ión m/z=77 característico.

IONIZACIÓN+· -C3H7

+

+m/z=120 m/z=77

·

Reordenamiento con posterior clivajeReordenamiento con posterior clivaje

+

R

H

R

HIONIZACIÓN

··

+

·R

H

H

Ruptura α

+

·RH

H +m/z=92

··

·

Ejercicios - 2Ejercicios - 2CH3

CH2

C=O

CH2

CH3

CH3

C=O

CH - CH3

CH3

Ionización

Ionización

Ionización

Ionización

CH3-CH2-C-CH2-CH3

=

O+·

CH3-CH2-C-CH2-CH3

=

O+·

α

i

CH3-CH2· + CH3-CH2-C= O

+

m/z=57

CH3-CH2+ + CH3-CH2-C= O

·

m/z=29

CH3-C-CH-CH3

=

O CH3

·+

α

iCH3-C-CH-CH3

=

O CH3

·+

m/z=43

CH3-C + ·CH-CH3

=

O +

CH3

CH3-C + +CH-CH3

=

O CH3

·

m/z=43

Ejercicios – 3bEjercicios – 3b

CH3-CH2-CH2-C-O-CH2-CH3=

OIonización

·

+·

OH+

O

α OH+

O

m/z= 88

HO·+

O

··

O

OH+· H

O·+

O

··

α +OH+

O

m/z= 88 ·

Ejercicios Ejercicios

H3C

Cl

CH3

m/z AR(%)

105 100

106 48,8

107 3,86

----- -----

196 2,0

198 0,67M+·

(A+2) M+·

Reordenamiento y posterior clivaje α y (A+1) m/z105

Ruptura enlace bencílico

(A+1) m/z106 y (A+2) m/z105

Acoplamiento de GC a MSAcoplamiento de GC a MS

• Volatilización de la muestra.

• Sensibilidad.

• Temperatura.

• Velocidad.

• Obtención del cromatograma (en modo TIC se obtiene un cromatograma). No hay distinción de m/z. Es similar a un cromatograma obtenido con un detector convencional para GC.

• Dificultades– Introducir un compuesto a PA en un sistema de

alto vacío.

• Interfase– Reducir el flujo del gas carrier a un grado que

permita mantener el alto vacío– Separación selectiva del gas carrier

– Debe mantenerse la separación cromatográfica

Acoplamiento de GC a MSAcoplamiento de GC a MS

Interfase GC/MSInterfase GC/MS

Las moléculas de helio son pequeñas y pueden ser desviadas fácilmente de su trayectoria. Los iones más pesados, con mayor momentum, tienden a mantenerse en el centro del recorrido y de esta manera llegan al MS.

Vacío El gas carrier difunde

Vacío

Las moléculas más pesadas se mantienen en el centro del recorrido.

DetectoresDetectores

• Los datos pueden ser presentados de varias formas:– TIC: Registra la corriente de todos los iones en

función del tiempo– SIM: Monitoreo selectivo de iones. Se registra la

corriente de iones de una determinada m/z en función del tiempo.

– SCAN: Espectro de masas

TICTIC

Mayor cantidad de iones Baja relación señal/ruidoDeterminación del TR

Mayor sensibilidad de iones seleccionadosMejora la relación señal/ruido

Espectrometría de masas Espectrometría de masas cuantitativacuantitativa

Determinación del tiempo de retención del analito (modo TIC).

Selección de iones a monitorear en modo SIM.

Cuantificación.

1-TIC – 2,4,6-TCA1-TIC – 2,4,6-TCA

2,4,6-TCA

6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.05.04.03.02.01.0

Tr= 10,826 min

2-SCAN 2-SCAN

Espectro de EI del 2,4,6-TCA

m/z=195: ión de cuantificaciónPico Base (máxima sensibilidad)

m/z=210 y m/z=212: Iones de confirmación m/z y AR características(mayor selectividad)

Iones generados aTR= 10,826 min

3- SIM – Estándar Interno3- SIM – Estándar Interno

Izquierda: Análisis de los iones m/z 195 y m/z 215(estándar interno).Derecha: Curva de calibración del 2,4,6-TCA utilizando d-TCA como estándar interno.

3- Calibración3- Calibración

• Patrón de calibración a diferentes concentraciones (P1>P2>P3) más cantidad fija de estándar(Pi).

• Muestra (X) más cantidad fija de estándar.

3-Calibración3-CalibraciónP1 y Pi

0

2

4

6

8

10

0 1 2 3 4 5 6

TR (min)

Ab

un

dan

cia

(m/z

)

P1

Pi

P2 y Pi

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6

TR (min)

Ab

un

dan

cia

(m/z

)

P2

Pi

0 1 2 3 4 5 60

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

PX y Pi

PXPi

TR (min)

Abun

danc

ia (m

/z)

0 1 2 3 4 5 6

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

P3 y Pi

P3

Pi

TR (min)

Ab

un

da

nc

ia (

m/z

)

3- Calibración3- Calibración

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Curva de calibración

Cc (Unidades Arbitrarias)

Ab

m/z

A /

Ab

m/z

A+

3

X/Pi

SIM + SPIKINGSIM + SPIKING

Arriba: datos de trazas del ión m/z 195 relativo a un estándar de 2,4,6-TCA (TR= 10,827 min).Abajo: datos de trazas del ión m/z 195 sin agregado del estándar.

Sensible Específico

Preciso

SIM

•Sólo se monitorean iones de una determinada m/z•Se cuantifica utilizando el pico base

•TR•m/z de picos confirmatorios•AR de los picos confirmatorios respecto al pico base

Estándar interno