Analisadores de Massas 1 Quadrupolares (Q)

No analisador quadrupolar, os íons são separados por sua estabilidade de trajetória em um campo criado por oscilações elétricas aplicadas nos cilindros metálicos [27]. A

Figura 7 illustra o analisador monoquadrupoar que consiste basicamente de quatro

cilindros metálicos paralelos nos quais uma corrente elétrica contínua (direct current (DC)) e um potencial de rádio frequência (RF) são aplicados alternadamente. Os íons produzidos na fonte de ionização são focalizados no centro da região entre os cilindros, atravessando axialmente o quadrupolo. Suas trajetórias serão dependentes do campo elétrico produzido, onde apenas os íons de uma razão m/z específica terão uma trajetória estável e chegarão ao detector. A RF é variada para que íons de diferentes razões m/z obtenham uma trajetória estável ao longo do quadrupolo [28]. A principal vantagem de analisadores com um único quadrupolo é o seu baixo custo, fácil operação e manutenção, tornando-se uma técnica eficaz para análises de rotina em laboratórios forenses. Eles ainda permitem a realização de experimentos de MS/MS, desde que equipamentos

Figura 6. Modo duplo de operação do V-EASI-MS. (a) V-EASI(+)-MS para uma solução

de 30 ng mL-1 de sildenafil em metanol acidificado; e (b) V-EASI(+)-MS para um comprimido de sildenafil, usando metanol acidificado como solvente.

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híbridos sejam utilizados (triploquadrupolos). Como desvantagem, esses analisadores apresentam resoluções de massas unitária.

Figura 7. Diagrama esquemático de um analisador monoquadrupolar.

I.1.2.2 Tempo de Vôo (TOF)

O analisador por tempo de vôo (TOF) foi desenvolvido por Willian Stephens em 1946 [29], mas só foi comercializado depois de 1955. Todos os íons que entram no TOF recebem um pulso de energia igual (pulso de extração), mas são acelerados de maneiras diferentes devido à sua razão m/z e chegam ao detector em tempos diferentes. Os íons mais leves chegam mais rapidamente ao detector do que os mais pesados, uma vez que a energia cinética das espécies ionizadas é teoricamente a mesma (Figura 8). Desta forma, pela medida do tempo de vôo dos íons, pode-se deduzir sua razão m/z, podendo analisar compostos de baixa massa molar até macromoléculas (> 100.000 Da). Em teoria, os analisadores TOF não tem um limite máximo de massas, portanto, são adequados para serem combinados com técnicas suaves de ionização como ESI e MALDI, que podem ionizar macromoléculas sem induzir a fragmentação. Equipamentos do tipo MALDI-TOF, por exemplo, transmitem os íons de forma pulsada. Essa característica quando combinada com o pulso de extração do TOF, prioriza a sua alta resolução (5-20.000), exatidão (até 5 ppm) e sensibilidade.

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Figura 8. Diagrama esquemático de um analisador TOF.

Analisadores do tipo TOF podem operar em dois modos: linear ou reflectron. O modo linear é utilizado para moléculas de massa molar elevada, como proteínas, peptídeos e polímeros. O modo reflectron é utilizado para moléculas de baixa massa molar (< 10000 Da). O emprego desse modo promove um aumento da resolução, em contrapartida uma diminuição da sensibilidade [30].

I.1.2.3 Ressonância ciclotrônica de íons com transformada de Fourier (FT-ICR-MS): alta exatidão e resolução

O analisador de ressonância ciclotrônica de íons com transformada de Fourier (FT-ICR ou simplesmente FT-MS) é considerado, até o momento, o tipo mais complexo de analisadores de massas. O FT-ICR, normalmente utilizado na caracterização de petróleo, é um analisador híbrido que apresenta na sua configuração, um ion trap linear, Linear Ion

Trap (LIT) e uma cela de ICR que une a alta sensibilidade do ion trap com a altíssima

resolução do ICR [31].

O LIT é um analisador de massas que faz uso da estrutura básica de um quadrupolo, ou seja, um arranjo de quatro cilindros metálicos; no entanto, em vez de filtrar íons de

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todas as razões m/z, ele é utilizado para capturar os íons e fazer ejeção radial para o analisador ICR [31].

O ICR determina a razão m/z dos íons a partir da frequência ciclotrônica dos mesmos na presença de um campo magnético espacialmente uniforme, Figura 9a. Essa frequência é inversamente proporcional a razão m/z. Os íons gerados por uma fonte de ionização (por exemplo, ESI), são aprisionados na cela de ICR, também designada como penning

trap (trap na presença de um campo magnético), onde cada íon começa a se movimentar

em uma determinada posição pela ação do campo magnético uniforme. Contudo, o sinal do ICR é detectável apenas se os íons apresentarem um movimento sincronizado (em fase). Com intuito de obter essa sincronia, aplica-se um campo elétrico (RF) espacialmente uniforme com a mesma frequência ciclotrônica, tornando o movimento dos íons detectáveis. O sinal de ICR (domínio de tempo) é resultante, portanto, da corrente oriunda da detecção de uma imagem oscilante de uma carga ao se aproximar de dois eletrodos condutores opostos paralelamente. O espectro em domínio de frequência é obtido pela transformada de Fourier em um sinal de ICR digitalizado no domínio de tempo. Em seguida, após uma simples conversão matemática, este é transformado em domínio de massas ou espectro de massas, Figura 9b [32].

O controle do número de íons dentro da cela de ICR é essencial para obtenção de valores ótimos de resolução, exatidão e relação sinal-ruído. O efeito space charge altera o movimento dos íons dentro da cela de ICR podendo aumentar o tamanho do pacote de íons dentro da cela, produzindo uma maior dispersão dos íons, e consequentemente, diminuindo a resolução. Do mesmo modo, a alta densidade de carga na cela de ICR provoca fenômenos de coalescência que diminuem rapidamente o sinal de transiente [33]. A altíssima resolução é obtida quando o sinal do transiente é coletado por períodos relativamente longos que precisam ser controlados a fim de evitar perdas de resolução.

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Figura 9. Esquema do funcionamento de uma cela de ICR. (a) Diagrama do movimento

ciclotrônico de íons e (b) a cela de ICR. A rotação dos íons ocorre perpendicularmente ao campo magnético B.

O principal parâmetro a ser controlado na cela de ICR é a quantidade de íons dentro deste analisador, mantendo um valor ótimo usualmente menor que 107 _{(para celas de 1}

cm de diâmetro). Isso assegura que as interações espaciais de cargas sejam minimizadas, permitindo a esse analisador medir m/z com um alto valor de resolução e exatidão [32], visto que, por exemplo, um íon de m/z 100 percorre 30 km em 1s na presença de uma campo magnético de 3 T, o que evidencia o motivo pelo qual o ICR fornece sinais com as características mencionadas, já que a frequência ciclotrônica de qualquer íon é coletada em milhares de ciclos em poucos segundos, fornecendo assim, valores m/z com alta relação sinal/ruído.