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Espectrometría de masas. Introducción La Espectrometría de Masas (EM) es una técnica analítica que permite determinar la masa molecular y la estructura química de compuestos mediante la generación, separación y detección de iones en fase gaseosa. Su principio fundamental es medir la relación masa-carga (m/z) de los iones, lo que permite identificar y cuantificar sustancias con gran precisión. Esta técnica ha evolucionado significativamente desde su invención, convirtiéndose en una herramienta indispensable en la investigación científica, química, bioquímica, farmacología, medicina forense y ciencias ambientales, entre otras áreas. DESARROLLO La espectrometría de masas (MS) es una técnica analítica que utiliza la relación masa a carga (m/z) para identificar compuestos en una muestra. El método identifica un compuesto mediante la determinación de su peso molecular y analizando su abundancia isotópica. Un espectrómetro de masas ioniza la muestra en iones gaseosos y luego identifica los iones por sus relaciones masa a carga y abundancia relativa. Un espectrómetro de masas funciona convirtiendo moléculas en iones y luego analizando la abundancia relativa de los iones generados. En la cámara de ionización de un espectrómetro de masas, cada molécula se ioniza para formar un ion molecular, que tiene un electrón menos que la molécula original. Los iones moleculares, o “cationes radicales”, experimentan luego fragmentación en iones que, a su vez, se vuelven a fragmentar y así sucesivamente. A partir de una muestra compleja, un espectrómetro de masas genera muchos iones, que son acelerados en un campo electromagnético y separados en función de sus relaciones masa a carga ( m/z ). El detector del instrumento registra los iones en proporción a su abundancia relativa y genera un espectro de masas de la molécula. Hoy en día, la espectrometría de masas es un método de detección bien establecido que ofrece una multitud de ventajas, como la selectividad, la sensibilidad y el análisis de varias muestras.
Aplicaciones de la espectrometría de masas La espectrometría de masas es ampliamente utilizada en muchos campos de investigación y sectores, como las industrias farmacéutica y alimentaria, las clínicas sanitarias, los laboratorios de investigación clínica y los laboratorios forenses y medioambientales. Debido a la sensibilidad de la espectrometría de masas, se utiliza mucho para medir pesos moleculares muy bajos a concentraciones extremadamente bajas, por debajo de nanogramos por mililitro (ng/ml). La capacidad de combinar la espectrometría de masas con otras técnicas de separación, como la electroforesis capilar, la GC y la HPLC, la convierte en una herramienta analítica versátil para la separación e identificación simultáneas de los analitos. Entre las aplicaciones típicas de la espectrometría de masas se cuentan: El análisis de las secuencias aminoacídicas de proteínas y péptidos La evaluación de las impurezas durante el desarrollo de fármacos La evaluación de la pureza de los principios farmacéuticos activos El análisis sistemático de drogas en orina, sangre y cabello La detección de trastornos hereditarios de aminoácidos, ácidos grasos y biosíntesis orgánica EQUIPOS Cuadrupolos En 1953, los físicos de Alemania Occidental Wolfgang Paul y Helmut Steinwedel describieron el desarrollo de un espectrómetro de masas de cuadrupolo. Se ha demostrado que los potenciales de radiofrecuencia (RF) superpuestos y de corriente continua constante (CC) entre cuatro barras paralelas actúan como un separador de masas, o filtro, donde solo los iones dentro de un intervalo de masas particular, con oscilaciones de amplitud constante, pueden acumularse en el analizador. HPLC en fase reversa
El espectrómetro de masas de tiempo de vuelo o TOFMS se basa en el principio de medición del tiempo de vuelo de los iones. Diseño y modo de funcionamiento: Los iones se generan en la fuente de iones y se aceleran mediante una tensión eléctrica. Los iones acelerados vuelan a través de un tubo sin campo (tubo de deriva) y llegan al detector. Los iones ligeros alcanzan el detector más rápidamente que los iones pesados. El tiempo de vuelo de los iones se mide y se convierte en una relación m/z. Ventajas : El TOFMS ofrece una resolución de masa muy alta y un límite de masa superior casi ilimitado. Es especialmente adecuado para analizar biomoléculas de gran tamaño y muestras complejas. Desventajas : Requiere una calibración precisa y puede verse afectado por efectos de campo parásito que pueden reducir la resolución. Aplicaciones : Muy utilizado en proteómica para analizar proteínas y péptidos, en metabolómica para estudiar metabolitos y en ciencia de materiales para caracterizar polímeros y nanomateriales. Espectrómetro de masas de trampa iónica Los espectrómetros de masas de trampa iónica utilizan campos eléctricos y magnéticos para mantener los iones en una zona definida y analizarlos. Diseño y modo de funcionamiento: Existen diferentes tipos de trampas de iones, como las trampas de iones cuadrupolares (QIT), las trampas de iones lineales (LIT) y los espectrómetros de masas de resonancia de ciclotrón de iones por transformada de Fourier (FT-ICR). En una QIT, los iones se retienen en una trampa electrostática cuadrupolar tridimensional. En un LIT, los iones se mantienen en una trampa cuadrupolar lineal. La FT-ICR utiliza un campo magnético intenso y la resonancia de ciclotrón iónico para atrapar y analizar los iones. Ventajas : Proporciona alta sensibilidad y resolución, permite realizar experimentos MS/MS (espectrometría de masas en tándem) en los que se pueden fragmentar iones seleccionados y analizar los fragmentos.
Desventajas : Manejo más complejo y mayor coste en comparación con espectrómetros de masas más sencillos como el QMS. Aplicaciones : De uso común en proteómica para analizar en detalle las proteínas y sus fragmentos, en metabolómica para estudiar rutas metabólicas y en el estudio de sistemas biológicos complejos. Espectrómetro de masas de campo sectorial Los espectrómetros de masas de campo sectorial utilizan un campo magnético para separar los iones en función de su momento y energía. Diseño y modo de funcionamiento: En un espectrómetro de masas de campo sectorial, los iones son dirigidos por campos eléctricos y/o magnéticos. Un campo sectorial magnético dirige los iones hacia una trayectoria circular, cuya curvatura depende de la relación m/z de los iones. Variando la intensidad del campo magnético, pueden enfocarse y separarse iones con diferentes relaciones m/z. Ventajas : Resolución de masa y precisión muy elevadas. Adecuado para mediciones precisas de relaciones isotópicas y análisis cuantitativos. Inconvenientes : Más caros y complejos de manejar, ocupan más espacio y requieren más tiempo de análisis en comparación con otros tipos de espectrómetros de masas. Aplicaciones : Muy utilizado en espectrometría de masas de isótopos estables para analizar relaciones isotópicas, en geoquímica para datar muestras y en química inorgánica para analizar compuestos metálicos. Espectrómetro de masas de una sola partícula Los espectrómetros de masas de una sola partícula son dispositivos especializados que se utilizan para analizar partículas o aerosoles. Diseño y modo de funcionamiento: Estos espectrómetros de masas pueden analizar partículas individuales o gotitas de aerosol en tiempo real. Las partículas se introducen en la fuente de iones a través de un inyector de aerosoles, donde se ionizan y se introducen en el analizador.
Mass spectrometry****. (s. f.). https://www.sigmaaldrich.com/MX/es/applications/analytical- chemistry/mass-spectrometry Espectrometría de masas****. (s. f.). SERVICIOS CENTRALES DE APOYO A LA INVESTIGACIÓN. https://www.scai.uma.es/areas/aqcm/ems/ems.html ¿Qué tipo de instrumentos se utilizan en la espectrometría de masas?| Waters****. (s. f.). https://www.waters.com/nextgen/mx/es/education/primers/the- mass-spectrometry-primer/what-types-of-instruments-are-used.html? srsltid=AfmBOoqZHC7l8O3QT1VJ9lLUMnqoomAlqr8OvrOPw4H63dZzuZZcz smg Libretexts. (2022, 2 noviembre). 4.11: Espectrometría de masas****. LibreTexts Español. https://espanol.libretexts.org/Quimica/Qu%C3%ADmica_Anal %C3%ADtica/M%C3%A9todos_F%C3%ADsicos_en_Qu %C3%ADmica_y_Nano_Ciencia_(Barron)/04%3A_Especiaci%C3%B3n_qu %C3%ADmica/4.11%3A_Espectrometr%C3%ADa_de_Masas
Espectrómetros de masas ⇒ Función, aplicación y productos.
(s. f.). https://www.quimica.es/productos/espectrometros-de-masa/order_ t/#:~:text=Analizador%20de%20campo%20sectorial:%20Utiliza%20un %20campo,en%20funci%C3%B3n%20de%20su%20momento%20y %20energ%C3%ADa. CROMATOGRAFÍA
Introducción La cromatografía es una de las técnicas analíticas más versátiles y ampliamente utilizadas en los laboratorios modernos, esta técnica ha evolucionado hasta convertirse en una herramienta indispensable en campos tan diversos como la química, bioquímica, farmacia, ciencias ambientales y forenses. El principio fundamental de la cromatografía consiste en la separación de los componentes de una mezcla mediante su distribución diferencial entre una fase estacionaria y una fase móvil. DESARROLLO La cromatografía es un procedimiento químico utilizado en todas las ramas de la ciencia, que permite la separación, identificación, cuantificación, cualificación y determinación de los componentes químicos individuales de sustancias en mezclas complejas, de acuerdo con la purificación de compuestos de una manera muy precisa. Estos procedimientos, abarcan varias técnicas separativas basadas en propiedades físicas de ciertos materiales que, en interacción con otras sustancias o mezclas de éstas, permite descomponer la mezcla y analizar sus constituyentes, mediante una fase móvil que consta, según el procedimiento, de un líquido o gas que corre a través de una superficie y de la fase estacionaria y una fase estacionaria de materia sólida o líquida que se queda en la misma posición. De esta manera, los componentes en una muestra a analizar se van distribuyendo en estas dos fases, cuando la fase móvil atraviesa la fase estacionaria es lo que se denomina proceso de elución. La separación de los distintos componentes de la muestra es resultado de repetidos procesos de sorción – desorción de estos componentes, para finalmente lograr su separación y visualizarlos en una gráfica que se conoce como cromatograma. Los procedimientos más importantes en cromatografía son la cromatografía en papel, cromatografía en capa fina, cromatografía en columna y la cromatografía de gases.
que se mueve a través de la placa por capilaridad, separando los componentes de la muestra en bandas distintas.
Cromatografía de partición
La cromatografía de partición se basa en la distribución de los componentes de una muestra entre dos fases inmiscibles: una fase estacionaria y una fase móvil. La fase estacionaria puede ser líquida o sólida, y los componentes de la muestra se separan en función de su distribución entre estas dos fases.
Cromatografía de adsorción
La cromatografía de adsorción se basa en la adsorción selectiva de los componentes de una muestra en una fase estacionaria sólida. Los componentes de la muestra se separan en función de sus diferentes afinidades de adsorción por la fase estacionaria y la fase móvil.
Cromatografía de intercambio iónico
Esta técnica se emplea sobre todo para la separación de iones , como indica su nombre. En este método, la fase estacionaria consiste en una resina que contiene grupos funcionales con carga positiva o negativa. Los iones en la muestra se separan en función de su interacción con los grupos funcionales de la resina.
Cromatografía de exclusión molecular
Finalmente, la cromatografía de exclusión molecular, también denominada cromatografía de permeación en gel se emplea para separar moléculas según su tamaño y forma. En este método, una mezcla de componentes se pasa a través de una matriz porosa, donde las moléculas más grandes se excluyen de los poros y eluyen más rápidamente, mientras que las moléculas más pequeñas penetran en los poros y eluyen más lentamente. ¿Cuáles son las aplicaciones de este método? La cromatografía destaca por su alta potencia, eficacia y gran abanico de aplicaciones. Suele verse en los siguientes casos: Sector químico. Se aplica para detección de isomería geométrica o cis- trans, análisis de gas natural y otros productos químicos como gasóleos, cetonas, entre otros. Sector ambiental. Funciona para analizar contaminantes que afectan la calidad del aire y del agua. Sector salud. Se utiliza para corroborar la presencia de sustancias tóxicas en el cuerpo o analizar orina y sangre.
Sector seguridad. Los cuerpos de investigación de crímenes usan la cromatografía para separar sustancias imperceptibles en muestras de tejidos, telas, entre otras superficies. Aplicaciones medioambientales: Biomonitorización de contaminantes, detección de compuestos fenólicos en agua potable, monitorización de la calidad del aire, etc. Aplicaciones forenses: la cromatografía tiene aplicaciones únicas en la ciencia forense, como la cuantificación de drogas en muestras biológicas, el análisis de tintes textiles, la identificación de esteroides en sangre, orina, etc. La cromatografía es muy importante para el trabajo de patología forense. Alimentos y sabor: la cromatografía se utiliza para analizar el azúcar en zumos de frutas, separar y analizar aditivos, proteínas, aminoácidos, vitaminas, calidad de refrescos y agua, y análisis de conservantes. Los productos alimenticios contienen una mezcla compleja de compuestos (estos compuestos cuando están presentes por encima del nivel de concentración) que pueden estar presentes de forma natural, en la fase de fabricación o en la etapa de cosecha. Conclusión La cromatografía se ha consolidado como una técnica esencial en el análisis químico y biológico, gracias a su capacidad para separar, identificar y cuantificar los componentes de mezclas complejas. Su versatilidad, aplicabilidad en múltiples campos y continua evolución tecnológica la convierten en una herramienta indispensable en la investigación científica, la industria y la regulación ambiental. Con el desarrollo de métodos más sensibles y específicos, como el acoplamiento con espectrometría de masas, se amplían sus posibilidades para resolver problemas complejos en medicina, química, farmacología y biotecnología. REFERENCIAS
