Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Espectrometría de Masas


La espectrometría de masas es una poderosa técnica analítica utilizada en química, particularmente en química física, para identificar la cantidad y el tipo de químicos presentes en una muestra mediante la medición de la relación masa-carga de los iones. A pesar de la sofisticación de la tecnología, los principios detrás de la espectrometría de masas son relativamente simples. Esta técnica permite a los químicos detectar y cuantificar moléculas específicas en una muestra, estimar estructuras, evaluar la pureza e incluso rastrear la cinética de las reacciones químicas. A través de este proceso, la espectrometría de masas desempeña un papel vital tanto en la investigación como en una variedad de áreas de aplicación.

Fundamentos de la espectrometría de masas

En su núcleo, el principio de la espectrometría de masas se basa en el movimiento de partículas cargadas en campos eléctricos y magnéticos. Los pasos elementales en el análisis espectrométrico de masas incluyen la ionización de la muestra, la aceleración de iones, el análisis de masas y la detección de iones. Estos pasos se realizan de manera secuencial:

  • Ionización: La muestra se introduce y los productos químicos se ionizan, lo que significa que se convierten en partículas cargadas o iones. Esto es importante porque solo las partículas cargadas pueden ser controladas por campos eléctricos y magnéticos.
  • Aceleración: Los iones se aceleran a altas velocidades mediante un campo eléctrico, asegurando que mantengan una energía cinética constante.
  • Deflexión: En un campo magnético, estas partículas cargadas se desvían. El grado de desviación depende de la relación masa-carga (m/z) del ion. Los iones más ligeros se desvían más que los iones más pesados.
  • Detección: Los iones se detectan y se produce un espectro de masas. Este espectro muestra la abundancia relativa de cada ion en función de su m/z.

Técnica de ionización

Existen varias técnicas de ionización utilizadas en la espectrometría de masas, cuya elección a menudo depende del tipo de muestra y de la información necesaria. Algunos de los métodos más comunes incluyen:

  • Ionización por electrones (EI): En este método, se utilizan electrones para bombardear la muestra, causando ionización a través de la expulsión de electrones. EI se utiliza típicamente para muestras gaseosas.
  • Ionización química (CI): Similar a EI, pero involucra la ionización de la muestra en presencia de un gas reactivo.
  • Ionización por electrospray (ESI): Particularmente útil para grandes biomoléculas como proteínas, ESI produce iones de soluciones líquidas.
  • Desorción/Ionización por matriz asistida por láser (MALDI): Una técnica suave utilizada para moléculas delicadas, que utiliza un láser para ionizar la muestra incrustada en una matriz.

Comprendiendo el espectro de masas

El resultado del análisis espectrométrico de masas es un espectro de masas. Este espectro representa las razones m/z de diferentes iones en el eje x contra sus abundancias relativas en el eje y. La altura o intensidad de cada valor m/z en el espectro indica la abundancia del ion.

0 m/z 20 40 60 80 100 120 intensidad

En el espectro, cada pico corresponde a un ion de una relación m/z particular. Por ejemplo, un pico en una relación m/z de 44 puede indicar la presencia de CO2 en la muestra porque el peso molecular de CO2 es aproximadamente 44. En casos donde el compuesto forma fragmentos, picos adicionales que representan estos fragmentos también aparecen en el espectro.

Pico de ion molecular

El pico de ion molecular es uno de los picos más importantes en el espectro de masas. Representa un ion que tiene la misma masa que la molécula que se está analizando, de la cual se ha substraído un electrón. Este pico proporciona información directa sobre el peso molecular de la muestra.

Ejemplo de pico de ion molecular:
- El peso molecular del metano (CH4) es de aproximadamente 16 amu.
- El pico de ion molecular para el metano aparecerá en m/z = 16.

Patrón de fragmentación

Cuando las moléculas absorben energía durante la ionización, pueden romperse en fragmentos más pequeños, cada uno de los cuales también contribuye al espectro de masas. El patrón de fragmentación puede ser extremadamente útil para identificar la estructura de la molécula original.

Por ejemplo, el alcohol puede disociarse debido a la pérdida de una molécula de agua (H2O), resultando en una disminución máxima de 18 amu en el espectro de masas.

Uso de la espectrometría de masas

La espectrometría de masas se utiliza de muchas maneras en diferentes campos científicos. Echemos un vistazo a algunos ejemplos clave:

Aplicaciones en química

En química sintética, la espectrometría de masas se utiliza a menudo para confirmar la identidad y pureza de compuestos sintetizados. Los químicos confían en ella para verificar que sus reacciones han procedido según lo planeado al comparar el pico de ion molecular del producto con la masa esperada.

Ejemplo de aplicación:
- Síntesis de aspirina (C9H8O4).
- Pico de ion molecular esperado en m/z = 180.

Bioquímica y medicina

En la investigación bioquímica y médica, la espectrometría de masas se utiliza para estudiar proteínas y otras biomoléculas. Identificar estructuras proteicas, analizar sus modificaciones postraduccionales y medir interacciones entre proteínas es posible con analizadores de masas especializados.

Ciencia ambiental

Los científicos ambientals usan la espectrometría de masas para evaluar contaminantes en el aire, agua y suelo. Por ejemplo, pequeñas cantidades de pesticidas en agua agrícola pueden ser identificadas y cuantificadas utilizando técnicas espectrométricas de masas.

Imagina un análisis de espectrometría de masas de una muestra de agua que muestra un pico de ion molecular en m/z = 272, indicando la presencia de un pesticida de uso común, DDT (C14H9Cl5).

Medicamentos

En la industria farmacéutica, la espectrometría de masas desempeña un papel vital en el desarrollo de medicamentos, desde la fase de descubrimiento inicial hasta el control de calidad. Técnicas como la cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS) integran la separación con el análisis de masas, lo que facilita la investigación de muestras biológicas complejas.

Ejemplo farmacéutico:
- Analizar una muestra biológica con LC-MS puede revelar varios metabolitos de medicamentos con ratios m/z específicos, arrojando luz sobre la ruta metabólica del medicamento.

Herramientas e innovaciones

Los avances tecnológicos han continuado avanzando en el campo de la espectrometría de masas. Aunque existen muchos tipos de espectrómetros de masas, generalmente comparten componentes clave: la fuente de iones, el analizador de masas y el detector. Estos componentes forman el núcleo de todos los instrumentos espectrométricos de masas, que van desde modelos de mesa simples hasta sofisticados instrumentos de alta resolución.

Analizador de masas

Un analizador de masas es un componente de un espectrómetro de masas que separa iones basándose en su ratio m/z. Diferentes analizadores ofrecen diversos grados de resolución, precisión y velocidad. Algunos tipos comunes incluyen:

  • Cuadrupolo: Utiliza un campo eléctrico oscilante para filtrar iones por masa, ideal para separar mezclas complejas.
  • De tiempo de vuelo (TOF): Mide el tiempo que tardan los iones en viajar a través de una región libre de campo, y proporciona alta velocidad y resolución.
  • Resonancia ciclotrónica de iones por transformada de Fourier (FT-ICR): Utiliza campos magnéticos para atrapar iones y proporcionar mediciones de ultra alta resolución.

Integración tecnológica

A medida que las tecnologías computacionales y de hardware avanzan, la integración con software y programas de análisis de datos se ha vuelto más prominente. Los sistemas automatizados ahora procesan fácilmente grandes conjuntos de datos, interpretan patrones espectrales e incluso realizan análisis en profundidad, llevando a conclusiones científicas más informadas y precisas.

Conclusión

La espectrometría de masas es una de las herramientas más versátiles e indispensables en la química física y más allá. Desde recopilar detalles intrincados sobre estructuras moleculares hasta proporcionar ideas sobre procesos bioquímicos, su capacidad para determinar con precisión la composición de muestras ha transformado las investigaciones científicas y las aplicaciones prácticas por igual.


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Espectrometría de Masas

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