Pós-graduação
  1. Química Física  1.1. Termodinâmica  1.1.1. Leis da Termodinâmica  1.1.2. Entalpia e capacidade térmica  1.1.3. Entropia e energia livre  1.1.4. Equilíbrio de Fases  1.1.5. Termodinâmica estatística  1.1.6. Ciclo termodinâmico  1.1.7. Fugacidade e atividade  1.2. Química Quântica  1.2.1. Princípios da mecânica quântica  1.2.2. Equação de Schrödinger  1.2.3. Partícula em uma caixa  1.2.4. Operadores e autovalores  1.2.5. Orbitais atômicos  1.2.6. Teoria do orbital molecular  1.2.7. Teoria de Perturbação  1.2.8. Teoria de ligação de valência  1.2.9. Hibridização e ligação química  1.3. Cinética química  1.3.1. Leis de velocidade e mecanismos de reação  1.3.2. Teoria das colisões  1.3.3. Teoria do estado de transição  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reações em Cadeia e Polimerização  1.3.6. Reações fotoquímicas  1.4. Mecânica estatística  1.4.1. Funções de Partição  1.4.2. Funções de distribuição molecular  1.4.3. Distribuição de Boltzmann  1.4.4. Estatísticas de Bose–Einstein e Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopia  1.5.1. Rotational Spectroscopy  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopia Eletrônica  1.5.4. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear  1.5.5. Espectrometria de Massa  1.5.6. Espectroscopia Raman  1.5.7. Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica  1.6. Química de superfícies e coloidal  1.6.1. Isoterma de absorção  1.6.2. Tensão Superficial e Molhabilidade  1.6.3. Estabilidade Coloidal  1.6.4. Catalysis  1.6.5. Emulsões e micelas  1.7. Eletroquímica  1.7.1. Equação de Nernst  1.7.2. Células eletroquímicas  1.7.3. Condutividade e mobilidade  1.7.4. Guerra  1.7.5. Células de combustível  1.7.6. Eletrólise
  2. Química orgânica  2.1. Mecanismo de Reação  2.1.1. Reações de substituição nucleofílica  2.1.2. Reações de adição eletrofílica  2.1.3. Reações de eliminação  2.1.4. Reações de rearranjo  2.1.5. Reações radicais  2.1.6. Reações pericíclicas  2.2. Espectroscopia e determinação estrutural  2.2.1. Espectroscopia UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopia de RMN  2.2.4. Espectrometria de Massas  2.2.5. Cristalografia de Raios X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidade e atividade óptica  2.3.2. Análise estrutural  2.3.3. Isomerismo geométrico  2.3.4. Dynamic Stereochemistry  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reagentes organolítio e organomagnésio  2.4.2. Reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio  2.4.3. Complexos de Metais de Transição  2.4.4. Ligação metal-carbono  2.5. Química dos polímeros  2.5.1. Mecanismo de Polimerização  2.5.2. Características dos Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradável  2.5.4. Polímero condutor  2.5.5. Polímeros Supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Design e desenvolvimento de medicamentos  2.6.2. Farmacocinética e farmacodinâmica  2.6.3. Relações estrutura-atividade  2.6.4. Acoplamento Molecular e Triagem de Medicamentos
  3. Química inorgânica  3.1. Química de coordenação  3.1.1. Teoria do Campo Cristalino  3.1.2. Teoria do campo dos ligantes  3.1.3. Série Espectroquímica  3.1.4. Quelação e estabilidade  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalise por complexos organometálicos  3.2.3. Metalocènicos  3.3. Química bioinorgânica  3.3.1. Metaloproteínas e enzimas  3.3.2. O papel dos metais em sistemas biológicos  3.3.3. Transporte e armazenamento de íons metálicos  3.4. Química do estado sólido  3.4.1. Estruturas Cristalinas  3.4.2. Teoria de bandas dos sólidos  3.4.3. Supercondutores  3.4.4. Defeitos no cristal  3.5. Lantanídeos e Actinídeos  3.5.1. Configuração eletrônica em lantanídeos e actinídeos  3.5.2. Química de coordenação dos lantanídeos  3.5.3. Propriedades Magnéticas dos Lantanídeos
  4. Química Analítica  4.1. Cromatografia  4.1.1. Cromatografia Gasosa  4.1.2. Cromatografia Líquida de Alta Performance  4.1.3. Cromatografia em Camada Delgada  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopia de absorção atômica  4.2.2. Difração de raios X  4.2.3. Espectroscopia de plasma acoplado indutivamente  4.3. Métodos Eletroanalíticos  4.3.1. Potenciometria  4.3.2. Voltametria  4.3.3. Colometria  4.4. Espectrometria de Massa  4.4.1. Técnica de Ionização  4.4.2. Padrão de Fragmentação  4.5. Quimiometria  4.5.1. Análise multidisciplinar  4.5.2. Aprendizado de Máquina em Química
  5. Química Teórica e Computacional  5.1. Simulação de dinâmica molecular  5.1.1. Campos de força e minimização de energia  5.1.2. Simulação de Monte Carlo em simulações de dinâmica molecular  5.2. Métodos de química quântica  5.2.1. Teoria de Hartree–Fock  5.2.2. Teoria do funcional da densidade  5.2.3. Métodos semi-empíricos  5.3. Design computacional de medicamentos  5.3.1. Acoplamento Molecular  5.3.2. Modelagem QSAR  5.3.3. Triagem Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Cinética Enzimática  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inibição  6.2. Metabolismo e Bioenergética  6.2.1. Glicólise  6.2.2. Ciclo do ácido cítrico  6.2.3. Cadeia de transporte de elétrons  6.3. Biologia Molecular  6.3.1. Replicação e reparo do DNA  6.3.2. Síntese de proteínas  6.3.3. Regulação Genética  6.4. Bioquímica Estrutural  6.4.1. Dobramento de Proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efeito estufa  7.1.2. Destruição da Camada de Ozônio  7.1.3. Poluentes do ar e fumaça  7.2. Química da Água  7.2.1. pH e dureza da água  7.2.2. Tratamento de águas residuais  7.2.3. Química Aquática  7.3. Química do Solo  7.3.1. Contaminação por metais pesados  7.3.2. pH do Solo e Capacidade Tamponante  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicologia e Segurança Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Avaliação de Risco em Toxicologia e Segurança Química em Química Ambiental  7.4.3. Efeitos dos poluentes no ambiente

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Espectrometria de Massa


A espectrometria de massa é uma técnica analítica poderosa utilizada na química, particularmente na química física, para identificar a quantidade e o tipo de produtos químicos presentes em uma amostra, medindo a razão massa-carga dos íons. Apesar da sofisticação da tecnologia, os princípios por trás da espectrometria de massa são relativamente simples. Esta técnica permite que os químicos detectem e quantifiquem moléculas específicas em uma amostra, estimem estruturas, avaliem a pureza e até mesmo acompanhem a cinética das reações químicas. Através deste processo, a espectrometria de massa desempenha um papel vital tanto na pesquisa quanto em uma variedade de áreas de aplicação.

Fundamentos da espectrometria de massa

No seu núcleo, o princípio da espectrometria de massa é baseado no movimento de partículas carregadas em campos elétricos e magnéticos. As etapas elementares na análise espectrométrica de massa incluem ionização da amostra, aceleração dos íons, análise de massa e detecção de íons. Estas etapas são realizadas de forma sequencial:

  • Ionização: A amostra é introduzida e os produtos químicos são ionizados, ou seja, transformam-se em partículas carregadas ou íons. Isto é importante porque apenas partículas carregadas podem ser controladas por campos elétricos e magnéticos.
  • Aceleração: Os íons são acelerados a altas velocidades por um campo elétrico, garantindo que mantenham uma energia cinética constante.
  • Desvio: Em um campo magnético, essas partículas carregadas são desviadas. O grau de desvio depende da razão massa-carga (m/z) do íon. Íons mais leves são desviados mais do que íons mais pesados.
  • Detecção: Os íons são detectados e um espectro de massa é produzido. Este espectro mostra a abundância relativa de cada íon em função do seu m/z.

Técnica de ionização

Existem várias técnicas de ionização usadas na espectrometria de massa, cuja escolha geralmente depende do tipo de amostra e da informação necessária. Alguns dos métodos mais comuns incluem:

  • Ionização por elétrons (EI): Neste método, os elétrons são usados para bombardear a amostra, causando ionização por ejeção de elétrons. EI é tipicamente usado para amostras gasosas.
  • Ionização química (CI): Semelhante ao EI, mas envolve a ionização da amostra na presença de um gás reagente.
  • Ionização por eletrospray (ESI): Particularmente útil para grandes biomoléculas, como proteínas, ESI produz íons a partir de soluções líquidas.
  • Dessorção/ionização a laser assistida por matriz (MALDI): Uma técnica suave usada para moléculas delicadas, utilizando um laser para ionizar a amostra embutida em uma matriz.

Compreendendo o espectro de massa

O resultado da análise espectrométrica de massa é um espectro de massa. Este espectro plota as razões m/z de diferentes íons no eixo x contra suas abundâncias relativas no eixo y. A altura do pico ou intensidade de cada valor m/z no espectro indica a abundância do íon.

0 m/z 20 40 60 80 100 120 intensidade

No espectro, cada pico corresponde a um íon de uma razão m/z particular. Por exemplo, um pico em uma razão m/z de 44 pode indicar a presença de CO2 na amostra, porque o peso molecular do CO2 é aproximadamente 44. Em casos onde o composto forma fragmentos, picos adicionais representando esses fragmentos também aparecem no espectro.

Pico do íon molecular

O pico do íon molecular é um dos picos mais importantes no espectro de massa. Ele representa um íon que tem a mesma massa que a molécula sendo analisada, da qual um elétron foi subtraído. Este pico fornece informações diretas sobre o peso molecular da amostra.

Exemplo de pico de íon molecular:
- O peso molecular do metano (CH4) é cerca de 16 amu.
- O pico de íon molecular para metano aparecerá em m/z = 16.

Padrão de fragmentação

Quando as moléculas absorvem energia durante a ionização, elas podem se fragmentar em pedaços menores, cada um dos quais também contribui para o espectro de massa. O padrão de fragmentação pode ser extremamente útil para identificar a estrutura da molécula original.

Por exemplo, o álcool pode se dissociar devido à perda de uma molécula de água (H2O), resultando em uma diminuição máxima de 18 amu no espectro de massa.

Uso da espectrometria de massa

A espectrometria de massa é usada de várias formas em diferentes campos científicos. Vamos dar uma olhada em alguns exemplos chave:

Aplicações na química

Na química sintética, a espectrometria de massa é frequentemente usada para confirmar a identidade e pureza de compostos sintetizados. Os químicos confiam nela para verificar se suas reações ocorreram conforme o planejado, comparando o pico de íon molecular do produto com a massa esperada.

Exemplo de aplicação:
- Síntese de aspirina (C9H8O4).
- Pico de íon molecular esperado em m/z = 180.

Bioquímica e medicina

Na bioquímica e pesquisa médica, a espectrometria de massa é usada para estudar proteínas e outras biomoléculas. Identificar estruturas de proteínas, analisar suas modificações pós-traducionais e medir interações entre proteínas se torna possível com analisadores de massa especializados.

Ciências ambientais

Cientistas ambientais usam a espectrometria de massa para avaliar poluentes no ar, água e solo. Por exemplo, quantidades mínimas de pesticidas na água agrícola podem ser identificadas e quantificadas usando técnicas espectrométricas de massa.

Imagine uma análise espectrométrica de massa de uma amostra de água que mostre um pico de íon molecular em m/z = 272, indicando a presença de um pesticida comumente utilizado, DDT (C14H9Cl5).

Medicamentos

Na indústria farmacêutica, a espectrometria de massa desempenha um papel vital no desenvolvimento de medicamentos, desde a fase inicial de descoberta até o controle de qualidade. Técnicas como a cromatografia líquida-espectrometria de massa (LC-MS) integram a separação com a análise de massa, facilitando a investigação de amostras biológicas complexas.

Exemplo farmacêutico:
- Analisar uma amostra biológica com LC-MS pode revelar vários metabólitos de medicamentos com razões m/z específicas, esclarecendo a via metabólica do medicamento.

Ferramentas e inovações

Avanços tecnológicos continuam a avançar no campo da espectrometria de massa. Embora existam muitos tipos de espectrômetros de massa, eles geralmente compartilham componentes principais: a fonte de íons, o analisador de massa e o detector. Estes componentes formam o núcleo de todos os instrumentos espectrométricos de massa, que variam de modelos simples de bancada a sofisticados instrumentos de alta resolução.

Analisador de massa

Um analisador de massa é um componente de um espectrômetro de massa que separa íons com base em sua razão m/z. Diferentes analisadores oferecem diversos graus de resolução, precisão e velocidade. Alguns tipos comuns incluem:

  • Quadrupolo: Usa um campo elétrico oscilante para filtrar íons por massa, ideal para separar misturas complexas.
  • Tempo de voo (TOF): mede o tempo que os íons levam para viajar através de uma região sem campo, e proporciona alta velocidade e resolução.
  • Ressonância ciclotrônica de íons com transformada de Fourier (FT-ICR): usa campos magnéticos para prender íons e fornecer medições de ultra-alta resolução.

Integração tecnológica

À medida que as tecnologias de hardware e computação avançam, a integração com software e programas de análise de dados se tornou mais proeminente. Sistemas automatizados agora processam facilmente grandes conjuntos de dados, interpretam padrões espectrais e até realizam análises aprofundadas, levando a conclusões científicas mais informadas e precisas.

Conclusão

A espectrometria de massa é uma das ferramentas mais versáteis e indispensáveis na química física e além. Desde a coleta de detalhes intrincados sobre estruturas moleculares até fornecer insights sobre processos bioquímicos, sua capacidade de determinar com precisão a composição de amostras transformou investigações científicas e aplicações práticas também.


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