Espectrometría de masas. Conceptos básicos
Summary
TLDREl video explica los principios básicos de la espectrometría de masas, destacando su funcionamiento y proceso. Se describe cómo una muestra se vaporiza, se ioniza mediante un campo eléctrico de alto voltaje, y cómo los iones generados se fragmentan, siendo detectados según su relación masa/carga (m/z). También se discuten conceptos clave como el ion molecular y el pico base, mostrando cómo la espectrometría de masas permite identificar la estructura y masa molecular de las sustancias, apoyada en otras técnicas analíticas como el RMN y espectros infrarrojos.
Takeaways
- 🔬 La espectrometría de masas se basa en la volatilización, ionización y análisis de moléculas en fase gaseosa.
- ⚡ Las moléculas gaseosas son ionizadas al atravesar un campo eléctrico de alto voltaje de 70 electronvoltios.
- 🧪 El electrón que impacta una molécula gaseosa la ioniza, generando un catión radical con carga positiva.
- 💥 Las moléculas ionizadas pueden fragmentarse, dependiendo de su estructura, generando diferentes iones.
- ⚙️ La fragmentación de un ion molecular puede producir diferentes especies cargadas que son detectadas en el espectrómetro.
- 📈 Los fragmentos cargados atraviesan un campo magnético que curva su trayectoria según su relación masa/carga (m/z).
- 🔍 El espectrómetro detecta la posición de colisión de los fragmentos y genera una gráfica que muestra los picos según m/z.
- 🏔️ El pico base es el fragmento más abundante en el espectro, mientras que el ion molecular muestra la masa total de la molécula.
- 🌿 Los isótopos como carbono 13 y 14 pueden generar picos adicionales en el espectro debido a su presencia en los fragmentos.
- 🧩 La espectrometría de masas es clave para determinar la estructura molecular, complementada con otras técnicas como el RMN y el infrarrojo.
Q & A
¿Qué es la espectrometría de masas?
-La espectrometría de masas es una técnica que permite identificar y analizar la composición de una muestra al ionizarla y separar los fragmentos moleculares según su relación masa-carga (m/z).
¿Cuál es el primer paso en un espectrómetro de masas?
-El primer paso es la volatilización de la muestra, que se introduce en una cámara donde se vaporiza y pasa a la fase gaseosa.
¿Qué ocurre en la cámara de ionización del espectrómetro de masas?
-En la cámara de ionización, la muestra gaseosa es sometida a un campo eléctrico de alto voltaje, lo que genera iones mediante la colisión de electrones con las moléculas de la muestra.
¿Qué es un catión radical en espectrometría de masas?
-Un catión radical es una molécula que ha perdido un electrón debido al impacto de un electrón externo, quedando con carga positiva y un electrón desapareado.
¿Qué ocurre cuando una molécula se fragmenta en el espectrómetro de masas?
-La fragmentación de la molécula puede generar diferentes iones. Un ion molecular puede romperse generando un catión y un radical, o un catión radical y una molécula neutra, dependiendo de la estructura de la molécula.
¿Cómo se separan los fragmentos generados en un espectrómetro de masas?
-Los fragmentos ionizados pasan por un campo magnético que curva sus trayectorias según su relación masa-carga. Esto permite que lleguen a un detector que mide la posición y número de colisiones, determinando la abundancia de cada fragmento.
¿Qué información proporciona el pico base en un espectro de masas?
-El pico base es el fragmento más abundante en el espectro de masas, representando el fragmento que se detecta con mayor frecuencia.
¿Qué es el ion molecular en el espectro de masas?
-El ion molecular es la molécula que ha perdido un electrón pero no se ha fragmentado, lo que permite determinar su masa molecular total.
¿Cómo afecta la presencia de isótopos en el espectro de masas?
-La presencia de isótopos genera múltiples picos en el espectro, ya que elementos como el carbono tienen isótopos como el carbono-12, carbono-13 y carbono-14, que forman fragmentos con diferentes masas.
¿Por qué es importante la espectrometría de masas en la determinación de estructuras moleculares?
-La espectrometría de masas, junto con otras técnicas como RMN e infrarrojos, es crucial para determinar la estructura molecular de compuestos orgánicos al identificar los fragmentos que se generan y su relación masa-carga.
Outlines
🔬 Introducción a los principios de la espectrometría de masas
En este primer párrafo se presenta una introducción general sobre la espectrometría de masas. Se describe el funcionamiento de un espectrómetro de masas, comenzando con la volatilización de la muestra, la ionización de las moléculas gaseosas al pasar por un campo eléctrico de alto voltaje, y el proceso mediante el cual un electrón impacta la molécula vaporizada, generando un catión radical. Se destaca que este ion molecular es clave para el análisis de las sustancias.
⚡ Proceso de fragmentación de los iones moleculares
Aquí se aborda el proceso de fragmentación del ion molecular generado durante la ionización. El ion molecular puede fragmentarse en un catión y un radical o en un catión radical y una molécula neutra. El texto detalla cómo estas fragmentaciones generan diferentes iones cargados que serán los únicos de interés en el análisis, ya que los radicales y especies neutras no influyen en el espectro.
💥 Comportamiento de los iones en el campo magnético
Este párrafo explica cómo los iones cargados atraviesan un campo magnético que curva su trayectoria según la masa y carga de los fragmentos generados. Estos iones impactan en un detector que mide la relación masa/carga (m/z) y la abundancia de cada ion, representado en un espectro. Se menciona el 'pico base', que corresponde al ion más abundante, y se discute la importancia del 'ion molecular' en la determinación de la masa de la molécula.
🔍 Análisis detallado del espectro de masas
Se examina un espectro de masas de una molécula específica (2-metilbutano). El texto explica cómo las señales en el espectro pueden atribuirse a isótopos de carbono y se detalla el proceso mediante el cual la molécula pierde un electrón, formando un catión radical. Se analiza cómo el espectro puede determinar la masa molecular de la sustancia, observando que el valor de m/z debe ser par si no hay nitrógenos presentes.
⚙️ Fragmentación y detección de los iones
Se explica cómo el ion molecular puede fragmentarse aún más cuando pasa a través del campo eléctrico, generando fragmentos como un catión y un radical. Este proceso se ejemplifica con la ruptura de un enlace carbono-carbono, lo que resulta en fragmentos de diferentes masas, que son detectados en el espectro. También se calcula el valor de m/z para fragmentos como el etilo (m-29) y otros fragmentos característicos.
🔗 Fragmentaciones comunes y su impacto en el espectro de masas
Este párrafo analiza más detalladamente las fragmentaciones que ocurren en el ion molecular y su impacto en el espectro. Se mencionan fragmentos como el metilo (m-15) y cómo su pérdida contribuye a la aparición de picos en el espectro. Se explica que estas fragmentaciones generan iones con alta estabilidad, lo que aumenta su abundancia en el espectro. También se discute la presencia de picos con menor abundancia relativa debido a fragmentaciones menos probables.
🧪 Importancia de la espectrometría de masas en la ciencia moderna
El último párrafo destaca la relevancia de la espectrometría de masas como una técnica esencial para la determinación de masas moleculares y estructuras químicas. Se compara con técnicas antiguas, como el descenso crioscópico, y se enfatiza cómo esta técnica, junto con espectroscopías complementarias (como RMN e infrarroja), permite una caracterización detallada de moléculas orgánicas.
Mindmap
Keywords
💡Espectrometría de masas
💡Ionización
💡Catión radical
💡Fragmentación
💡Relación masa/carga (m/z)
💡Pico base
💡Ion molecular
💡Campo eléctrico
💡Detector
💡Isótopos
Highlights
Introducción a los principios fundamentales de la espectrometría de masas.
Descripción del proceso de ionización de la muestra en la cámara del espectrómetro de masas.
El campo eléctrico de 70 electronvoltios se usa para ionizar las moléculas gaseosas.
La ionización de la molécula se representa como un catión radical, M+.
Generación de fragmentos moleculares tras la ionización y los tipos de fragmentación posibles.
Fragmentación de la molécula en iones y radicales, lo que afecta a la detección en el espectrómetro.
Las especies con carga positiva (cationes) son las más importantes para la detección.
Los iones atraviesan un campo magnético que curva su trayectoria según su masa y carga.
Explicación del pico base, el pico más abundante, en el espectro de masas.
El ion molecular es el pico más a la derecha del espectro y determina la masa molecular de la muestra.
Descripción de las señales en el espectro debidas a isótopos de carbono (C12, C13, C14).
Explicación de la fragmentación de la molécula de 2-metil-butano y su representación en el espectro.
Determinación de la masa molecular mediante el ion molecular en el espectro de masas.
Importancia del ion molecular en la determinación de la estructura molecular de una sustancia.
Comparación con métodos antiguos como el descenso crioscópico para determinar masas moleculares.
Transcripts
en este vídeo eh vamos a comentar los
principios en los que se fundamenta la
espectrometría de masas eh aquí eh
tenemos un un esquema eh de un
espectrómetro de masas que consta de una
cámara de volatilización donde se
introduce la muestra y se vaporiza
pasando a fase gas eh se introduce en en
la en la cámara ya del espectro del
espectrómetro de masas donde se va a
producir la ionización de la muestra eh
estas moléculas gaseosas pasan a través
de un campo eléctrico de alto voltaje 70
electronvoltios y los electrones
generados en el en el
cátodo van a van a atravesar la muestra
y la van a ionizar según según una
ecuación una ecuación que es la sigi
si llamamos m
a a una molécula de de la sustancia
vaporizada sobre sobre esa molécula m va
a impactar va a chocar un electrón
generado por el campo eléctrico y ese
electrón al chocar contra la molécula va
a arrancar va a arrancar un electrón de
la misma y va a generar eh un cation
radical se va a llevar un electrón de la
misma por tanto va a quedar con carga
positiva la molécula y nos va a quedar
un electrón desapareado y lo vamos a
representar por m eh más punto Eh Esto
es un cation radical eh cation
radical y además eh se generarán dos
electrones el que chocó contra la
molécula más uno que pierde la molécula
se liberan dos electrones Este es el
esquema general de lo que va a ocurrir
cuando la molécula atraviesa ese campo
eléctrico intenso
eh aparte aparte de suceder eso de
ionizar la molécula y generar lo que se
conoce como el ion molecular a esto se
le llama el ion
molecular a la molécula le puede pasar
otra cosa otra cosa Y es que
eh es posible es muy probable depende de
su estructura pero es muy probable que
estos iones moleculares se fragmenten eh
la molécula puede fragmentarse
Y cómo Cómo ocurre la fragmentación de
del I molecular Bueno pues ocurre según
eh unos esquemas que son los siguientes
ese ión molecular m más punto es decir
ese cation radical eh se va a romper se
va a romper generando un fragmento que
vamos a llamar M1 eh Y ese fragmento M1
Eh puede ser un catón en el el caso de
que sea un
cation se generará otro fragmento m
pequeña que tiene que ser un radical y
la otra opción es que
el catón radical se rompa eh generando
un catón que podemos llamar por ejemplo
mm2 Perdón un ca no un cation radical
que podemos llamar m2 y una molécula
neutra que voy a llamar m pequeña bueno
la m pequeña no tiene por qué ser la
misma arriba y abajo depende de la
fragmentación que se genere pero lo que
me interesa son las especies que tienen
carga que tienen carga positiva los
radicales y especies y especies neutras
no nos van a interesar por lo que voy a
comentar ahora Así que los dos tipos de
fragmentación que vamos a tener son la
fragmentación que genera cationes y la
fragmentación que genera eh eh cationes
radicales eh bien y eso eh todo eso va a
ocurrir aquí en esta zona del del
espectrómetro de masas a continuación eh
las moléculas eh cargadas los eh eh
iones radicales los ces radicales van a
atravesar eh unos platos eh aceleradores
que van a incrementar la energía
cinética de esas moléculas y a
continuación eh pasarán a través de un
campo magnético variable que va a curvar
su trayectoria eh curva su trayectoria
de acuerdo con la carga y la masa eh de
de estos de estas moléculas y de los
fragmentos generados eh esas eh
moléculas y esos fragmentos moleculares
van a chocar contra un detector eh eh
que va a contabilizar la posición donde
se produce la colisión y el número de
colisiones que se producen Y de esa de
esa manera de esa manera se eh de esa
forma eh vamos a obtener eh una gráfica
en la que eh eh en el eje x eh se
representan las relaciones m Pardo de Z
es decir la masa de cada fragmento
dividida por la carga vamos a considerar
que la carga de esos fragmentos es es
uno eh Son todo iones monopositivo
es decir el número de colisiones que se
producen sobre cada posición de esa
pantalla eh dependiendo de la masa y de
la carga el I radical eh va va a ser
curvado más o menos eh de manera que
dependiendo del lugar donde colisiones
se puede saber la relación más a carga
de el mismo y por el número de
colisiones se puede saber la abundancia
tenemos eh un pico llamado el pico base
que es el más abundante este pico que
aparece a 57 de m paro de Z es decir la
relación masa carga es M es 57 si la
carga es una positiva significa que
tenemos 57 unidades de masa atómica en
ese fragmento generado eh este eh pico
de máxima abundancia se llama pico base
es el pico
base pico base y tenemos eh otro otro
pico que bueno aquí en este espectro no
no se no se ve claramente ahora vamos a
ver uno ampliado eh es el el último pico
que sale en el espectro siempre que la
molécula no tenga nitrógeno es el de El
de masa el de relación masa partido de
carga par siempre que no tenga nitrógeno
o tenga un número par de nitrógenos y
ese pico que es el que sale más hacia la
derecha se conoce como el y molecular es
muy interesante porque nos va a dar la
masa de la molécula es un fragmento es
un es una señal eh
eh H que se produce a partir del del ion
molecular que no ha fragmentado por
tanto su masa es la masa de la molécula
vamos a ver aquí un espectro de masas
ampliado para una molécula que es el el
dos metil butano en el que podemos
estudiar todo esto con más eh con más
detalle
eh bien eh Bueno aparecen aparecen una
serie de de Señales formadas por por
varios picos
eh que en general se forman debido a la
presencia de isótopos el carbono pues
tiene el carbono 12 es el más abundante
pero también tenemos carbono 13 carbono
14 por tanto si los fragmentos generados
tienen un carbono 13 un carbono 14 pues
aparecerán eh señales varios picos no
debido a los isótopos pero nos vamos a
nos vamos a fijar vamos a ver esta
molécula y vamos a escribir lo que le
ocurre cuando se la somete a un campo
eléctrico intenso
y y se y pierde un electrón generando
ese ese anón ese ca
radical Bien voy voy a copiarla Aquí
vamos a copiar aquí la molécula ch3 C
ch3
h ch2 ch3 y al pasar por el campo
eléctrico
eh un electrón de ese campo eléctrico
choca contra ella Vamos a considerar que
es uno solo un solo electrón choca
contra ella y lo que hace es
arrancarle un electrón de dónde arranca
el electrón Bueno pues aquí va a ser de
uno de los enlaces eh Sigma eh arranca
un electrón de uno de los enlaces Sigma
eh No no vamos a especificar de de
cuál de momento pero esa ese anión
radical formado lo vamos a dibujar así
con una carga positiva y un punto ahí
tenemos el anión radical ha perdido un
electrón y por tanto ha quedado con
carga positiva y Se han generado dos
electrones bien este anion radical eh va
a ser Va a ser curvada su trayectoria
por el campo más magnético variable y va
a llegar al
detector y como tiene una masa muy
importante de hecho tiene la masa de la
molécula eh Y es monopositivo
eh colisionar contra una posición del
detector que nos dará la relación m paro
de Z y vemos que en el espectro es m
paro de Z Eh bueno va a ser el pico más
alto y tenemos tres señales a 71 72 y 73
pero como no tiene nitrógenos tiene que
ser su masa molecular tiene que ser par
por tanto no puede ser ni 71 ni 73 eh
tiene que ser 72 es el valor más alto
par por tanto tenemos una relación m
paro de Z de 72 si la z es 1 La carga
del ion es 1 la masa molecular es 72 por
tanto nos acaba acaba de determinarnos
este espectro de masas la masa molecular
de la molécula la masa molecular de la
misma 32 gr mol
eh A este pico eh que sale para que
tiene la máxima la máxima la mayor
relación e masa carga se le llama el ion
molecular es el ion molecular
eh recibe este nombre Porque porque es
la molécula que ha perdido un electrón y
se ha convertido en un ca radical bien
pero ahora este hoo molecular puede
sufrir fragmentaciones al pasar a través
del campo eléctrico y perder ese
electrón eh Por ejemplo eh si
consideramos que ese electrón que perdió
era un electrón de este enlace
eh carbono carbono podemos representarlo
de esta forma como una carga positiva y
un electrón es decir ese enlace Sigma
perdió un electrón y por tanto
eh ese uno de los carbonos que une ese
enlace Sigma queda cargado positivamente
y el otro que que da en forma de radical
eh esta esta especie eh fragmentar
romperá por esta posición generando un
cation y un radical una de las
fragmentaciones que habíamos comentado
eh lo más bueno una de las posibilidades
Es que genere aquí en esta posición el
cation y el radical que lo forme sobre
el
ch2 rompe y genera estos dos
fragmentos este fragmento
no eh interacciona con el campo
magnético puesto que no tiene cargas un
radical Este sí y eh el espectrómetro el
detector lo detectará y nos dará su m
partido de Z
eh este fragmento se acostumbra a a
denominarlo
eh restándole a el ion molecular que
representamos por por m eh le vamos a
restar la el fragmento perdido que es un
etilo el etilo tiene una masa molecular
de 29 por tanto este fragmento es un m
-29 porque perdió 29 unidades de masa
atómica si a 72 le restamos 29 nos da 43
por tanto tiene un m partido de Z de
43 Esta fragmentación es muy probable
porque genera un cation de Gran
estabilidad y seguro que 43 va a ser un
pico que tiene una abundancia relativa
importante de hecho es el que mayor
abundancia relativa posee conocido como
el pico base del espectro de rmn de
perdón el espectro de masas pico
base bien tenemos los dos picos
característicos el de mayor abundancia
relativa y el iom molecular como podemos
ver el iom molecular tiene una
abundancia relativa muy baja A qué se
debe Pues a que la molécula tiende a
fragmentar fácilmente tiende a
fragmentar por diferentes posiciones lo
que hace que al final eh al detector
llegu muy pocas moléculas enteras llegan
casi siempre fragmentos de dónde
proceden el esto de de señales por
ejemplo Tenemos aquí una de 29 que ya
vimos que es la masa del etilo claro es
que la molécula al fragmentar también lo
puede hacer de esta otra manera
eh rompiendo por esa misma posición eh
nos puede generar un radical sobre el
carbono secundario que tiene una
importante estabilidad y sobre el
carbono primario una carga positiva de
manera que ahora El M partido de Z que
nos va detectar el espectrómetro es de
29 29 unidades de masa atómica y nos
aparece este Pico con una relación masa
con una abundancia relativa importante y
relación mása carga de 29
eh Tenemos aquí otro más que es de 57
cómo lo podemos explicar Bueno pues el
de 57 se podría explicar si la molécula
pierde un electrón de este enlace o sea
rompe fragmenta por esta posición vamos
a volver a
dibujarla y otra fragmentación que tiene
una elevada probabilidad de ocurrir es
por esta posición que fragmente por
aquí la colisión de un electrón del
campo eléctrico contra uno de estos
electrones del
enlace Sigma lo lo arranca la molécula
fragmenta por ahí y por esa posición y
nos
genera nos va a generar dos fragmentos
que son por un lado un radical metilo y
por otro lado un ca un cti secundario
que tiene una estabilidad importante y
se formará fácilmente y que tendrá una
relación m partido de Z de El metilo
tiene tiene 15 unidades de masa atómica
tiene 12 y 3 15 por tanto es 72
e
-1 que van a ser
57 aparece apce un
pico aparece un pico en 57 es este pico
corresponde a ese catón m par z57
también lo podemos llamar
m-1 a este fragmento porque a la al ion
molecular
eh le hemos le restamos o a la molécula
le restamos 15 unidades de masa atómica
por tanto es el m
-15 y tenemos eh 57 eh unidades de masa
atómica porque perdió las 15 unidades
del del metilo esta fragmentación
también claro nos va a Conducir a eh un
metilo en forma de ca y un radical sobre
el carbono
secundario
eh que tendrá una m partido de Z de 15 y
en el espectro observaremos ese pico nm
Pardo de z15 pero con muy poca
abundancia relativa esa fragmentación es
menos probable
eh sin embargo también también se podría
dar siempre me fijo en las especies que
poseen carga son las que van a aparecer
en el
espectro
de de masas puesto que estas especies
son las que curva el campo magnético
variable y por tanto las detecta el el
detector del
espectrómetro bueno Esta es una una
pequeña idea de cómo funciona la
espectrometría de masas una técnica eh
muy importante hoy en día las masas
moleculares se obtienen mediante
espectrómetros de alta resolución
antiguamente se usaba eh se usaban las
propiedades coligativas para determinar
masas moleculares de sustancias el
descenso crioscópico en concreto y hoy
en día pues ya se hace con los
espectrofotómetros y además tiene una
importancia eh grande en la
determinación de las estructuras
moleculares eh espectros de masas
acompañados de espectros de rmn
infrarrojo eh determinan la estructura
de moléculas
orgánicas
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