La espectrometría de masas es una
técnica de análisis para compuestos orgánicos, que son los formados principalmente
por C, H, O y N, además de otros elementos. Consiste en monitorizar la masa del
compuesto (analito) en relación a la carga que se incorpora suministrando un voltaje controlado
a la muestra mediante una diferencia de potencial y separando las masas que son
diferentes. Es una técnica destructiva por lo que al finalizar el análisis la
muestra habrá desaparecido y no se podrá recuperar.
Electrospray: lugar donde se genera la
diferencia de potencial aplicada a la muestra para añadirle la carga.
La espectrometría de masas (EMS
por sus siglas en inglés) se utiliza para conocer los compuestos presentes en
la muestra y la cantidad de los mismos. Se necesita una cantidad muy pequeña de
muestra. No todos los compuestos orgánicos se pueden analizar mediante esta
técnica, pero si una gran mayoría.
Espectrómetro de Masas de alta
resolución.
Debido a que los compuestos
orgánicos que se pueden formar son infinitos, desde moléculas con pesos
moleculares bajos como el metano, hasta moléculas con pesos moleculares
elevados como las proteínas, hay que tener en cuenta algunas consideraciones a
la hora de llevar a cabo el análisis. Además del tamaño, hay otros factores que
influyen en un análisis químico de una muestra desconocida. Sin embargo,
siempre tenemos que tener en cuenta lo siguiente:
¿QUÉ QUIERO ANALIZAR?
Antes de llevar a cabo el
análisis por EMS hay que preparar la muestra. Este proceso depende
completamente del analito de interés, siguiéndose distintos protocolos de
preparación. Por ejemplo, para una muestra de vino podríamos escoger diferentes
protocolos en función de lo que queramos analizar: el contenido de alcohol, los
polifenoles, azúcares, ácidos… Además, hay que tener en cuenta que lo que
queramos analizar determinará el tipo de análisis que se llevará a cabo. Este
paso es fundamental, porque si la muestra no está bien preparada, el compuesto de interés puede que no se
detecte y tendríamos un falso negativo.
¿QUÉ TIENE MI MUESTRA?
En casi todos los casos, el
analito de interés se encuentra en la muestra en forma de mezcla, por lo que tenemos que separarlo. Hay dos
formas de separarlo del resto de sustancias presentes que no nos interesan: en
la etapa de preparación de muestra o en el propio equipo que va a medir. En
este último caso, se denominan técnicas acopladas de cromatografía y
espectrometría de masas. Cuando se utiliza la cromatografía (existen varios
tipos que se eligen en función de las características del analito) se utiliza
una columna para separar los compuestos. La columna es un “tubo” de diferente
tamaño y diámetro que contiene un relleno en el interior que influye en la
separación que se lleve a cabo. También puede afectar lo que haya en la mezcla,
ya que puede haber compuestos que inhiban la adición de la carga necesaria para
medir la masa y entonces esa muestra no se podría medir.
Espectrómetros de masas acoplados a
cromatógrafos: a) Cromatógrafo de gases acoplado a un espectrómetro de masas de
baja resolución. b) Cromatógrafo de líquidos acoplado a espectrómetro de masas
de alta resolución.
Cuando analizamos por la técnica
de EMS, obtenemos lo que llamamos un espectro de masas en el que se ven representadas
las masas en forma de gráfico de barras y que constituyen la huella dactilar de
los compuestos analizados. Dependiendo del tipo de espectrómetro de masas que
tengamos, se pueden obtener dos tipos de espectros. Si usamos un equipo de baja
resolución, vemos un espectro con varias barras con distintas masas y dos
decimales que se obtienen al “romper” la molécula con una energía fija de 70 eV.
Lo que se observan, por tanto, son fragmentos del compuesto de interés. El valor
de energía es fijo para todos los equipos porque así se puede obtener siempre
el mismo espectro para el mismo compuesto y los podremos comparar. Estos
espectros se guardan en bibliotecas que se comparten en todo el mundo. Si se
utiliza un espectrómetro de masas de alta resolución, se obtiene un gráfico de
barras pero con un valor de masa de cinco decimales que se corresponde con la
masa del compuesto completo +1, ya que al añadir la carga, en este caso se
suele añadir en forma de un átomo de hidrógeno con carga positiva (H+1).
Este espectro también es como una huella dactilar del compuesto, aunque en este
caso si sería la misma para todos los compuestos que tengan el mismo número de
átomos de los elementos que lo formen. Con esta técnica, no podemos distinguir
cómo se han ordenado los átomos para formar el compuesto.
Para qué se utiliza la
Espectrometría de Masas:
Dependiendo del tipo de
acoplamiento que tengamos, las aplicaciones serán diferentes. En el caso de la
cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas se analizan
compuestos orgánicos volátiles, tiene diversas aplicaciones en el mundo
industrial: por ejemplo conocer la composición de las fracciones volátiles del
petróleo, análisis de contaminantes en agua, seguimiento de reacciones químicas
y conocimiento del grado de pureza de compuestos químicos. También se utiliza
en análisis de azúcares en extractos vegetales y análisis de algunas drogas. En
el caso de la cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas se
puede utilizar para análisis de muestras biológicas, como la presencia de
medicamentos en sangre u órganos, análisis de contaminantes en aguas, análisis
de pesticidas etc.
A continuación presentamos
algunos ejemplos de análisis realizados en la unidad de EMS del SCAI:
Compuestos volátiles en fresas:
Desde hace un par de años, se
están midiendo numerosos compuestos volátiles presentes en las fresas. Se
utiliza un cromatógrafo de gases para poder separarlos todos. En este caso, la
preparación de la muestra es mínima, ya que el equipo dispone de un sistema de
introducción de muestra que consiste en calentar la fresa triturada, mientras
una fibra con un adsorbente se introduce en el vial (bote que contiene la
muestra). Los compuestos se adhieren a esa superficie y después se desorben en
el equipo para que circulen por la columna y se separen. Al final del análisis,
el resultado que se obtiene es el conocimiento de los volátiles presentes y su
cantidad. El objetivo es medir una serie de volátiles en fresa y otros frutos
rojos que son responsables del aroma del fruto, y por lo tanto es una
característica organoléptica importante, apreciada por los consumidores. En una
segunda parte, se asociaran los volátiles medidos con técnicas genómicas, para
identificar y validar genes responsables de la síntesis de esos volátiles. Esto
podría ayudar a mejorar la selección de variedades de fresa con 'un aroma perfeccionado'.
Análisis de medicamentos:
Utilizando la técnica de
cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas se ha determinado
la cantidad de distintos medicamentos presentes en muestras biológicas. Algunos
de los medicamentos ensayados han sido: amoxicilina, ácido amoxicilóico, dicetopiperacina
y la hidroxicloroquina (utilizada en el tratamiento de la malaria y el lupus).
En estos casos, la preparación de la muestra es un proceso más largo, ya que se
hace necesaria la eliminación de compuestos que puedan interferir tanto en la
ionización del analito (adición de la carga) como en la detección del mismo por
problemas de contaminación. En estos casos se evalúa tanto la presencia o
ausencia del medicamento como la cantidad detectada.
A la izquierda un ejemplo de pastillas
de amoxicilina. A la derecha la molécula de hidroxicloroquina.
Análisis de pesticidas en agua:
También se ha analizado la
presencia de glifosato y malatión en muestras acuosas. Estas sustancias son herbicidas con efectos nocivos y se está investigando cómo reducir la presencia de los mismos en diversas muestras. En este caso, se ensayaron muestras de agua
tratadas con diferentes métodos para eliminar la presencia de estos herbicidas.
Se quería comprobar tanto la reducción en la concentración como la eliminación
de los mismos. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios. Además, se podría
analizar la presencia de estos pesticidas en las propias plantas y en el suelo
en el que crecen para realizar así un estudio más completo de su presencia.
Como se puede observar, la
técnica de EMS es muy versátil pudiendo analizar una cantidad muy elevada de
compuestos en distintas muestras.
Sara Fernández-Palacios Campos
Unidad Espectrometría de Masas
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