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 Masa


La espectrometría de masa (MS) es una poderosa técnica analítica utilizada en la química orgánica para determinar la masa molecular, la estructura y la composición de las moléculas. Juega un papel vital en la espectroscopia y la determinación estructural, proporcionando información detallada sobre la naturaleza química de las sustancias. En esta explicación detallada, exploraremos los principios de la espectrometría de masa, su instrumentación y sus aplicaciones en la química orgánica. Al final, tendrás una comprensión completa de cómo funciona la espectrometría de masa y cómo se puede usar para identificar y analizar compuestos orgánicos.

Principios de la espectrometría de masa

La espectrometría de masa se basa en el principio fundamental de ionizar compuestos químicos para producir moléculas o fragmentos cargados, que luego se miden en función de su relación masa-carga (m/z). El proceso implica tres pasos principales: ionización, análisis de masas y detección.

Ionización

El primer paso en la espectrometría de masa es la ionización, donde las moléculas se convierten en iones. Se utilizan varios métodos de ionización, cada uno adecuado para diferentes tipos de muestras:

  • Ionización por electrones (EI): EI implica bombardear la muestra con electrones de alta energía, lo que provoca la ionización y fragmentación de las moléculas. Se utiliza ampliamente debido a su robustez y capacidad para producir espectros reproducibles.
  • Ionización química (CI): En CI, la muestra se ioniza al reaccionar con un gas reactivo (como metano), lo que resulta en la formación de moléculas protonadas. Este método es más suave que EI, causando menos fragmentación.
  • Desorción/ionización por láser asistida por matriz (MALDI): MALDI se utiliza para analizar grandes biomoléculas. La muestra se mezcla con una matriz y luego se ioniza utilizando energía láser.
  • Ionización por electrospray (ESI): ESI es una técnica de ionización suave que produce iones con carga múltiple y es adecuada para grandes biomoléculas, proteínas y polímeros.

Análisis de masas

Después de la ionización, los iones producidos se dirigen al analizador de masas. El papel del analizador de masas es separar estos iones en función de su relación m/z. Tipos comunes de analizadores de masas incluyen:

  • Tiempo de vuelo (TOF): TOF separa iones midiendo el tiempo que tardan en viajar a través del tubo de vuelo. Los iones con diferentes valores de m/z viajarán a diferentes velocidades.
  • Cuadrupolo: Los analizadores de masas de cuadrupolo utilizan campos eléctricos oscilantes para filtrar iones en función de su relación m/z. Este analizador se utiliza ampliamente debido a su facilidad de uso y asequibilidad.
  • Trampa de iones: Estos analizadores atrapan iones utilizando un campo eléctrico, permitiendo la eliminación y detección secuencial de iones según la relación m/z.
  • Orbitrap: Orbitrap determina los valores de m/z de los iones midiendo sus frecuencias de oscilación. Ofrece alta resolución y precisión.

Detección

El paso final en la espectrometría de masa es la detección, donde los iones separados se capturan y su intensidad se registra como un espectro de masas. Los datos se presentan como un gráfico de la intensidad de los iones frente a la relación m/z, conocido como espectro de masas. Este espectro se utiliza para determinar el peso molecular y la estructura del analito.

Instrumentos en espectrometría de masa

Un espectrómetro de masa típico consta de los siguientes componentes: una fuente de iones, un analizador de masas y un detector. También se requieren componentes adicionales como un sistema de vacío y una unidad de procesamiento de datos.

Fuente de iones

La fuente de iones es el lugar donde ocurre la ionización del analito. La elección de la fuente de iones depende de la naturaleza de la muestra y el tipo de análisis. Los espectrómetros de masa modernos a menudo incluyen múltiples opciones de ionización para acomodar diferentes muestras.

Analizador de masas

El analizador de masas es el corazón del espectrómetro de masa. Diferentes analizadores tienen diferentes características, como resolución, rango de masas y velocidad de escaneo, que afectan la elección para aplicaciones específicas. Comprender estas características ayuda a seleccionar el analizador adecuado para el análisis deseado.

Detectores

El detector es responsable de capturar y registrar los iones que pasan a través del analizador de masas. Los detectores comunes incluyen copas de Faraday, multiplicadores de electrones y placas de microcanal. La elección del detector afecta la sensibilidad y el rango dinámico del espectrómetro de masa.

Aplicaciones en química orgánica

La espectrometría de masa es integral en el campo de la química orgánica, proporcionando muchas capacidades tales como:

Determinación de masa molecular

Una de las aplicaciones más simples de la espectrometría de masa es determinar la masa molecular de un compuesto. Al analizar el valor de m/z del pico del ion molecular, los químicos pueden determinar el peso molecular del analito.

Explicaciones estructurales

La espectrometría de masa puede proporcionar información sobre la estructura de los compuestos orgánicos. Los patrones de fragmentación en el espectro revelan grupos funcionales, conectividad de enlaces y motivos estructurales. Considera el siguiente ejemplo:

        Análisis del espectro de masas del etanol (C2H6O):
        
        Pico del ion molecular: m/z = 46
        Fragmento: CH3CH+OH -> m/z = 31
        Fragmento: CH2OH+ -> m/z = 31
        Fragmento: CH3+ -> m/z = 15

Estos patrones de fragmentación pueden indicar la presencia de características estructurales específicas dentro de la molécula.

Análisis de patrones isotópicos

La espectrometría de masa se puede utilizar para determinar la composición isotópica de las moléculas. Elementos como el cloro y el bromo, que tienen múltiples isótopos, muestran patrones característicos en el espectro de masas. Por ejemplo:

        El espectro de 1-Bromohexano (C6H13Br) muestra picos en m/z = 164 y m/z = 166 debido a los isótopos de Br (^79Br y ^81Br).

Análisis cuantitativo

La espectrometría de masa también se utiliza para el análisis cuantitativo de compuestos. Esta técnica es lo suficientemente sensible para detectar y medir trazas de sustancias en mezclas complejas.

Interpretación de espectros de masas

Para interpretar espectros de masas, es necesario comprender las características de los diferentes picos en el espectro. Aquí están los elementos clave a considerar:

Pico del ion molecular

El pico del ion molecular es el pico que representa el ion no fragmentado del analito. Su valor de m/z corresponde al peso molecular del compuesto.

Pico base

El pico base es el pico más intenso en el espectro y se le asigna una intensidad relativa del 100%. Otros picos se miden en relación con su intensidad. A menudo corresponde al segmento más estable.

Patrón de fragmentación

Examinar los patrones de fragmentación ayuda a comprender la estructura de una molécula. Al analizar qué fragmentos son más prevalentes, los químicos pueden inferir ciertas características estructurales.

0 m/z 46 31 15

Análisis de muestras con espectrometría de masa

Considera analizar una mezcla que contiene cafeína y quinina. La espectrometría de masa se puede utilizar para identificar los componentes a través de sus pesos moleculares únicos. Por ejemplo:

        Cafeína (C8H10N4O2)
        Pico del ion molecular: m/z = 194
        
        Quinina (C20H24N2O2)
        Pico del ion molecular: m/z = 324

La presencia de picos en m/z = 194 y m/z = 324 sugiere la presencia de cafeína y quinina, respectivamente, en la muestra.

Aplicaciones avanzadas

La espectrometría de masa se extiende más allá de las aplicaciones básicas en química orgánica. Algunas aplicaciones avanzadas incluyen:

Proteómica

En proteómica, la espectrometría de masa se utiliza para identificar y caracterizar proteínas, permitiendo el estudio de procesos biológicos y condiciones de enfermedad a nivel molecular.

Metabolómica

La espectrometría de masa ayuda en la metabolómica al analizar metabolitos en muestras biológicas y proporciona información sobre las vías metabólicas y sus alteraciones en varias enfermedades.

Análisis farmacéutico

En la industria farmacéutica, la espectrometría de masa es vital para el desarrollo de medicamentos, proporcionando información valiosa sobre pureza, estabilidad y vías metabólicas de los medicamentos.

Software e interpretación de datos

La espectrometría de masa moderna depende en gran medida de software avanzado para la adquisición, procesamiento e interpretación de datos. Las herramientas de software pueden descomponer espectros complejos, identificar desconocidos y predecir rutas de fragmentación, aumentando la precisión y confiabilidad del análisis.

Conclusión

La espectrometría de masa es una herramienta indispensable para la determinación de la masa molecular, la elucidación estructural y el análisis cuantitativo en la química orgánica. Su versatilidad y sensibilidad la hacen adecuada para una amplia gama de aplicaciones, desde el análisis químico básico hasta la investigación biológica avanzada. Comprender los principios, la instrumentación y las aplicaciones de la espectrometría de masa es importante para cualquier químico en este campo, ya que proporciona información invaluable sobre la naturaleza y el comportamiento de los compuestos químicos.


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