Mass spectrometry
Técnica que mede as razões massa-carga de íons para análise química.
A espectrometria de massas (EM) é uma técnica analítica que mede a razão massa-carga dos íons, apresentando os resultados como um espectro de massas — um gráfico da intensidade do sinal em função dessa razão. Esse espectro é usado para determinar a assinatura elementar ou isotópica de uma amostra, as massas de partículas e moléculas, e para elucidar a identidade ou estrutura química. A técnica é aplicada em muitas áreas, tanto para amostras puras quanto para misturas complexas.
Em um procedimento típico, uma amostra sólida, líquida ou gasosa é ionizada, frequentemente por bombardeamento com um feixe de elétrons. Isso pode fazer com que as moléculas se fragmentem em pedaços carregados positivamente ou se tornem carregadas positivamente sem se quebrar. Esses íons são então separados por sua razão massa-carga, geralmente acelerando-os através de campos elétricos ou magnéticos, que desviam igualmente os íons de mesma razão. Um detector, como um multiplicador de elétrons, captura as partículas carregadas, e os dados resultantes são exibidos como um espectro. A identificação de átomos ou moléculas é alcançada correlacionando massas conhecidas ou padrões de fragmentação característicos.
A história da EM começou em 1886, quando Eugen Goldstein observou "raios canais" carregados positivamente se afastando do ânodo em descargas gasosas. Wilhelm Wien usou posteriormente campos elétricos e magnéticos perpendiculares para separar esses raios pela razão carga-massa, e J. J. Thomson melhorou o dispositivo reduzindo a pressão, criando o espectrógrafo de massas. Os primeiros instrumentos registravam espectros em placas fotográficas ou usavam telas de fósforo. Técnicas modernas foram desenvolvidas por Arthur Jeffrey Dempster e F.W. Aston em 1918 e 1919. Espectrômetros de massas setoriais chamados calutrons, desenvolvidos por Ernest O. Lawrence, foram usados para o enriquecimento de urânio durante o Projeto Manhattan. Inovações posteriores incluíram a técnica de armadilha de íons, reconhecida com um Prêmio Nobel de Física em 1989, e a ionização por eletrospray e a dessorção a laser suave, que renderam um Prêmio Nobel de Química em 2002 por sua aplicação a macromoléculas biológicas.
Um espectrômetro de massas compreende cinco componentes: uma entrada de amostra, uma fonte de íons, um analisador de massas, um detector e um sistema de dados. A entrada prepara a amostra; a fonte de íons converte uma parte em um fluxo de íons; o analisador de massas separa os íons pela razão massa-carga; e o detector mede as abundâncias, às vezes fornecendo informações espaciais.
Quick Facts
- Field
- Analytical chemistry, physics
- Known for
- Measuring mass-to-charge ratio of ions; identifying chemical composition and isotopic ratios
- Key inventors
- Eugen Goldstein
- Wilhelm Wien
- J. J. Thomson
- Arthur Jeffrey Dempster
- F.W. Aston
- Ernest O. Lawrence
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Contexto e história
A espectrometria de massas é uma técnica analítica usada para determinar a razão massa-carga dos íons. Os resultados são apresentados como um espectro de massas, um gráfico de intensidade versus razão massa-carga, que é usado para identificar a composição elementar ou isotópica de uma amostra, as massas de partículas e moléculas, e a estrutura química dos compostos. Em um procedimento típico, uma amostra sólida, líquida ou gasosa é ionizada, frequentemente por bombardeamento com um feixe de elétrons, o que pode fazer com que as moléculas se quebrem em fragmentos carregados positivamente ou se tornem carregadas positivamente sem fragmentar. Esses íons são então separados por sua razão massa-carga, por exemplo, acelerando-os através de campos elétricos ou magnéticos, onde íons de mesma razão sofrem o mesmo desvio. Detectados por um mecanismo como um multiplicador de elétrons, os íons produzem um espectro de intensidade do sinal versus razão massa-carga. Átomos ou moléculas são identificados correlacionando massas conhecidas ou padrões de fragmentação característicos. O instrumento compreende cinco componentes: uma entrada de amostra, uma fonte de íons, um analisador de massas, um detector e um sistema de dados. A fonte de íons converte uma parte da amostra em um fluxo de íons, que é então separado pelo analisador de massas de acordo com a razão massa-carga. O detector mede a abundância de cada íon, e alguns detectores também fornecem informações espaciais.
Guia do leitor
A espectrometria de massas é uma técnica analítica fundamental com ampla importância. Ela permite a identificação de elementos, isótopos e estruturas moleculares medindo as razões massa-carga dos íons. Seu desenvolvimento abrange mais de um século, desde os raios canais de Goldstein até os métodos modernos de ionização que permitem a análise de grandes biomoléculas, como proteínas. A flexibilidade da técnica é evidente em seus cinco componentes — entrada de amostra, fonte de íons, analisador de massas, detector e sistema de dados — cada um independentemente variável. As aplicações vão desde amostras puras até misturas complexas, incluindo o acoplamento com cromatografia gasosa (CG-EM) ou cromatografia líquida (HPLC-EM). O papel do calutron no enriquecimento de urânio durante o Projeto Manhattan destaca seu impacto histórico. Os prêmios Nobel concedidos pela armadilha de íons e pelas técnicas de ionização suave ressaltam sua evolução contínua. A espectrometria de massas continua essencial na química, física, biologia e medicina para análises precisas de composição e estrutura.
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