Espectrómetro de masas de triple cuadrupolo

Un espectrómetro de masas de triple cuadrupolo ( TQMS ) es un espectrómetro de masas en tándem que consta de dos analizadores de masas de cuadrupolo en serie, con un cuadrupolo de radiofrecuencia (RF) (sin resolución de masas) entre ellos que actúa como celda para la disociación inducida por colisión . Esta configuración se abrevia a menudo como QqQ, aquí Q ₁ q ₂ Q ₃ .

La disposición de tres cuadrupolos fue desarrollada por primera vez por J. D. Morrison de la Universidad La Trobe , Australia, con el propósito de estudiar la fotodisociación de iones en fase gaseosa. ^{[ 1 ]} Tras contactar con el profesor Christie G. Enke y su entonces estudiante de posgrado Richard Yost , la disposición lineal de los tres cuadrupolos de Morrison sirvió de base para la construcción del primer espectrómetro de masas de triple cuadrupolo. ^{[ 1 ]} En los años siguientes, el primer espectrómetro de masas de triple cuadrupolo comercial fue desarrollado en la Universidad Estatal de Michigan por Enke y Yost a finales de la década de 1970. ^{[ 2 ]} Posteriormente se descubrió que el espectrómetro de masas de triple cuadrupolo podía utilizarse para estudiar iones y moléculas orgánicas, ampliando así sus capacidades como técnica de espectrometría de masas en tándem (MS/MS). ^{[ 1 ]}

El espectrómetro de masas de triple cuadrupolo funciona esencialmente bajo el mismo principio que el analizador de masas de cuadrupolo simple . Cada uno de los dos filtros de masas (Q1 y Q3) contiene cuatro varillas metálicas cilíndricas paralelas. Tanto Q1 como Q3 se controlan mediante potenciales de corriente continua (CC) y radiofrecuencia (RF), mientras que la celda de colisión, q, solo está sometida a potencial de RF. ^{[ 3 ]} El potencial de RF asociado a la celda de colisión (q) permite que todos los iones seleccionados la atraviesen. ^{[ 3 ]} En algunos instrumentos, la celda de colisión de cuadrupolo normal se ha sustituido por celdas de colisión de hexapolo u octopolo, que mejoran la eficiencia. ^{[ 3 ]}

A diferencia de las técnicas de espectrometría de masas tradicionales, las técnicas de espectrometría de masas en tándem (MS/MS) permiten que el análisis de masas se realice de forma secuencial en diferentes regiones de los instrumentos. ^{[ 4 ]} El espectrómetro de masas de ^{triple cuadrupolo (TQMS) sigue la disposición en tándem en el espacio, debido a que la ionización, la selección de masa primaria, la disociación inducida por colisión (CID), el análisis de masas de los fragmentos producidos durante la CID y la detección ocurren en segmentos separados del instrumento. [ 4 ]} Los instrumentos de sector tienden a superar al TQMS en resolución y rango de masas. ^{[ 3 ]} Sin embargo, el triple cuadrupolo tiene la ventaja de ser más económico, fácil de operar y altamente eficiente. ^{[ 3 ]} Además, cuando se opera en el modo de monitorización de reacción seleccionada , el TQMS tiene una sensibilidad de detección y cuantificación superiores. ^{[ 3 ]} El triple cuadrupolo permite el estudio de reacciones de baja energía y bajo peso molecular, lo cual es útil cuando se analizan moléculas pequeñas. ^{[ 3 ]}

Modos de escaneo

La configuración del TQMS permite realizar cuatro tipos de escaneo diferentes: un escaneo de iones precursores, un escaneo de pérdida neutra, un escaneo de iones producto y un monitoreo de reacción seleccionada. ^{[ 5 ]}

Escaneo del producto

En el análisis del producto, el primer cuadrupolo Q1 _se configura para seleccionar un ion de masa conocida, que se fragmenta en Q2 _. A continuación , el tercer cuadrupolo Q3 _se configura para analizar todo el rango de m/z , proporcionando información sobre el tamaño de los fragmentos generados. La estructura del ion original se puede deducir a partir de la información de fragmentación iónica. Este método se utiliza habitualmente para identificar transiciones empleadas en la cuantificación mediante espectrometría de masas en tándem.

escaneo precursor

Al utilizar un escaneo de precursores, se selecciona un ion producto determinado en Q3 _y se escanean las masas de los precursores en Q1 _. Este método es selectivo para iones que tienen un grupo funcional particular (por ejemplo, un grupo fenilo) liberado por la fragmentación en _Q2 .

escaneo de pérdida neutra

En el método de escaneo de pérdida neutra, tanto Q1 _como Q3 _se escanean simultáneamente, pero con un desplazamiento de masa constante. Esto permite la identificación selectiva de todos los iones que, por fragmentación en q2 _, dan lugar a la pérdida de un fragmento neutro determinado (p. ej., H2O _, NH3 ₎ . Al igual que el escaneo de iones precursores, este método resulta útil para la identificación selectiva de compuestos estrechamente relacionados en una mezcla.

Monitorización de reacciones seleccionadas

Al emplear los modos de monitorización de reacción seleccionada (SRM) o de monitorización de reacción múltiple (MRM), tanto Q1 _como Q3 _se ajustan a una masa específica, lo que permite detectar únicamente un ion fragmento distinto de un ion precursor determinado. Este método aumenta la sensibilidad. Si Q1 _y /o Q3 _se ajustan a más de una masa, esta configuración se denomina monitorización de reacción múltiple. ^{[ 6 ]}

En el TQMS se pueden emplear varios métodos de ionización. Algunos de ellos incluyen la ionización por electrospray , la ionización química , la ionización electrónica , la ionización química a presión atmosférica y la ionización por desorción láser asistida por matriz , todos los cuales producen un suministro continuo de iones.

Tanto el primer analizador de masas como la celda de colisión están expuestos continuamente a iones de la fuente, de manera independiente del tiempo. ^{[ 4 ]} Es una vez que los iones se mueven al tercer analizador de masas que la dependencia del tiempo se convierte en un factor. ^{[ 4 ]} El primer filtro de masas cuadrupolar, Q1, es el selector m/z primario después de que la muestra sale de la fuente de ionización. Cualquier ion con relaciones masa-carga diferentes a la seleccionada no se permitirá que se infiltre en Q1. La celda de colisión, denotada como "q", está ubicada entre Q1 y Q3, es donde ocurre la fragmentación de la muestra en presencia de un gas inerte como Ar, He o N2. Se produce un ion hijo característico como resultado de las colisiones del gas inerte con el analito. Al salir de la celda de colisión, los iones fragmentados viajan luego al segundo filtro de masas cuadrupolar, Q3, donde puede ocurrir nuevamente la selección m/z.

Debido a que el triple cuadrupolo es un instrumento de barrido, el tipo de sistema de detección que emplea debe ser capaz de detectar iones de uno en uno (m/z). Uno de los detectores más comunes, el multiplicador de electrones , se suele combinar con el triple cuadrupolo. El multiplicador de electrones permite un tiempo de respuesta más rápido, mayor sensibilidad y mayor ganancia. Sin embargo, su vida útil es limitada debido a la sobrecarga. ^{[ 3 ]} El uso del TQMS proporciona una selectividad mejorada, mayor precisión y mayor reproducibilidad; características que son limitadas en los analizadores de masas de cuadrupolo simple. ^{[ 7 ]}

El espectrómetro de masas de triple cuadrupolo permite una mayor sensibilidad y especificidad, lo que resulta en límites de detección y cuantificación más bajos. ^{[ 8 ]} Por estas razones, el empleo del TQMS es un recurso vital en los campos del metabolismo de fármacos, farmacocinética, estudios ambientales y análisis biológicos. En la mayoría de los estudios farmacocinéticos y de fármacos, se somete a animales como ratas a un nuevo fármaco para investigar cómo se metaboliza la sustancia en el cuerpo. Al analizar la orina o el plasma de la rata con un triple cuadrupolo acoplado a cromatografía líquida, se puede determinar la concentración y el patrón de fragmentación del nuevo fármaco. ^{[ 8 ]} En estudios ambientales y biológicos, el triple cuadrupolo es útil para estudios cuantitativos que implican identificar si sustancias específicas están presentes o no en una muestra. ^{[ 9 ]} Uno de los usos más comunes de un analizador de masas de triple cuadrupolo es para la elucidación estructural, que proporciona información sobre los patrones de fragmentación. ^{[ 10 ]} Sin embargo, un espectro de masas solo proporciona información sobre la fragmentación, que no es suficiente para deducir completamente la estructura de una molécula o compuesto. Por lo tanto, con el fin de dilucidar la estructura, se combina con datos obtenidos mediante otros métodos analíticos, como la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) y la espectroscopia infrarroja (IR), para un análisis más preciso.

• espectrómetro de masas híbrido