Manual de espectrometría de masas

Los espectrómetros de masas pueden ser más pequeños que una moneda o pueden llenar habitaciones muy grandes. Aunque los diversos tipos de instrumentos sirven para aplicaciones muy diferentes, comparten ciertos fundamentos operativos. La unidad de medida se ha convertido en el Dalton (Da), que desplaza a otros términos como amu. 1 Da = 1/12 de la masa de un solo átomo del isótopo de carbono 12 (¹²C).

Una vez utilizados estrictamente como dispositivos cualitativos, los espectrómetros de masas se consideraban incapaces de cuantificarlos de manera rigurosa. Pero, en tiempos más recientes, han demostrado su eficacia como instrumentos tanto cualitativos como cuantitativos.

Un espectrómetro de masas puede medir la masa de una molécula solo después de convertirla en un ion en fase gaseosa. Para ello, imparte una carga eléctrica a las moléculas y convierte el flujo resultante de iones cargados eléctricamente en una corriente eléctrica proporcional que luego lee un sistema de datos. El sistema de datos convierte la información actual en digital y la muestra como un espectro de masas.

Los iones se pueden crear de varias formas adecuadas para el analito objetivo en cuestión:

• Por ablación con láser de un compuesto disuelto en una matriz sobre una superficie plana, como por MALDI
• Por interacción con una partícula o un electrón energizados, como en la ionización por impacto electrónico (EI)
• Una parte del proceso de transporte en sí, como lo conocemos por electrospray (ESI), en el que el eluyente de un cromatógrafo de líquidos recibe un alto voltaje que produce iones de un aerosol.

Los iones se separan, se detectan y se miden según sus relaciones masa-carga (m/z). La corriente iónica relativa (señal) se representa frente a m/z, lo que produce un espectro de masas. Las moléculas pequeñas suelen mostrar una sola carga: por lo tanto, el valor m/z es una masa (m) superior a 1. El «1» es un protón añadido en el proceso de ionización [representado M+H+ o M-H- si se forma por la pérdida de un protón] o si el ion se forma por la pérdida de un electrón, se representa como el catión radical [M+.]. La exactitud de un espectrómetro de masas o lo bien que puede medir realmente la masa verdadera pueden variar, como se verá en secciones posteriores de este manual.

Las moléculas más grandes capturan cargas en más de una ubicación dentro de su estructura. Los péptidos pequeños suelen tener dos cargas (M+2H+), mientras que las moléculas muy grandes tienen numerosos sitios, lo que permite que los algoritmos simples deduzcan la masa del ion representado en el espectro.

¿Qué tamaño de molécula puedo analizar?

Los métodos de desorción (descritos en este manual) han ampliado la capacidad de analizar moléculas grandes, frágiles y no volátiles. La detección sistemática de 40 000 Da con un 0,01 % de exactitud (o con un margen de 4 Da) permite determinar cambios menores, como modificaciones postraduccionales. La carga múltiple extiende el rango del espectrómetro de masas mucho más allá de su límite superior diseñado para incluir masas de 1 000 000 Da o más.

Espectrometría de masas isotópica y elemental

La abundancia de isótopos naturales está bien caracterizada. Aunque a menudo se piensa que es estable, puede mostrar variaciones significativas y características.Las mediciones del ratio de isótopos se utilizan en estudios metabólicos (los elementos enriquecidos con isótopos sirven como trazadores) y también en estudios climáticos que miden los cambios de oxígeno y carbono dependientes de la temperatura. En la práctica, las moléculas complejas se reducen a componentes moleculares simples antes de medirlas utilizando capacidades de alta exactitud, como las que se encuentran en los instrumentos de sector magnético (consulte la siguiente sección).

El análisis elemental se suele realizar en materiales inorgánicos (para determinar la composición elemental, no la estructura), en algunos casos mediante muestras de metal sólido. Las fuentes de plasma acoplado inductivamente (ICP) son comunes cuando un dispositivo de descarga (o de descarga de menor intensidad luminosa) ioniza la muestra. No es poco frecuente la detección mediante instrumentos especializados, a nivel de partes por billón.