En 2023, el Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable UAEMéx-UNAM, sede foránea del Instituto de Química, adquirió equipos analíticos como parte del proyecto tripartita UAEMéx-UNAM-COMECYT: “Fortalecimiento y actualización de la infraestructura analítica del CCIQS-UAEMéx- UNAM”. Esta modernización de la infraestructura fortalece nuestra capacidad para la investigación científica.
Dentro de las adquisiciones de este proyecto, en este año se completó la instalación y capacitación del espectrómetro de masas de alta resolución JMS-T100LP AccuTOF de la marca JEOL, que incluye tres métodos de ionización: DART (Direct Analysis in Real Time), ESI (Electrospray Ionization) y CSI (Cold-Spray Ionization), siendo esta última la primera fuente de ionización de su tipo instalada en México y en Latinoamérica.
La instalación del espectrómetro se llevó a cabo en agosto por el Ing. Adolfo Rodríguez, Ingeniero en Jefe para Instrumentos Analíticos de Jeol. Posteriormente, del 19 al 21 de noviembre de 2024, los doctores Kirk Jensen, Technical Manager for Mass Spectrometry y Robert B. Cody, Co-inventor del DART y Principal Scientist de la empresa JEOL, impartieron un curso de familiarización y aplicaciones al personal del Instituto de Química: M. en C. Lizbeth Triana Cruz, Dra. María del Carmen García González, Dr. Francisco Javier Pérez Flores y al Dr. Diego Martínez Otero, con esta capacitación se dio por concluida la entrega del equipo.
La espectrometría de masas
La espectrometría de masas es una técnica analítica que requiere cantidades mínimas de muestra y se basa en la medición de masas moleculares de átomos o moléculas mediante la generación de iones en fase gaseosa. Estos iones se separan en función de su relación de masa/carga (m/z) utilizando campos eléctricos, magnéticos estáticos o dinámicos. Posteriormente, se detectan en función de su abundancia con la que es posible obtener información como: la masa del analito (ion molecular) y/o su patrón de fragmentación (dependiente del método de ionización), composición elemental de la muestra, así como relaciones isotópicas de los átomos que la componen.
El espectrómetro adquirido incorpora un analizador TOF (Time Of Flight), el cual se basa en medir el tiempo que tardan los iones en recorrer la distancia desde un punto conocido hasta el detector. Aunque todos los iones reciben la misma energía cinética, su velocidad es inversamente proporcional a su masa. Así, los iones con mayor relación masa/ carga (m/z) tardarán más en llegar al detector y viceversa. El sistema cuenta con un cronómetro de alta precisión, lo que permite obtener resultados de masas con una exactitud de hasta cinco cifras decimales. De este modo, los resultados obtenidos permiten realizar comparaciones tanto de la masa como del patrón isotópico, lo que facilita la determinación de la composición elemental de la muestra.
Las fuentes de ionización adquiridas presentan los principios de funcionamiento y ventajas, los cuales se detallan a continuación:
DART, es una técnica ambiental que utiliza la ionización de átomos y moléculas de helio metaestable (ionización de Penning) para conferir carga a los analitos en fase gaseosa, formando principalmente aductos ionizados de tipo [M+H]+. El requisito fundamental para su aplicación es que la muestra sea volátil. Una ventaja clave de esta fuente es la mínima o nula preparación previa de la muestra, ya que no es necesario someterla a vacío para su análisis, es suficiente con colocarla entre la corriente de helio ionizante y la entrada del espectrómetro.
La ionización por ESI es una técnica más suave que el DART, se produce mediante la aplicación de un alto voltaje sobre un capilar conductor, por el cual circula un pequeño flujo de una solución diluida del analito a presión atmosférica. Esto genera un aerosol de finas gotas cargadas de analito, las cuales son dispersadas gracias a la introducción de un flujo de gas inerte (nitrógeno) y calor. Este proceso permite la desorción de moléculas protonadas de tipo [M+H]+ o aductos de iones metálicos, como sodio [M+Na]+ y potasio [M+K]+, dentro de la fase gaseosa. Esta fuente es particularmente útil para analizar moléculas no volátiles, compuestos de mediana polaridad, e incluso compuestos iónicos, igualmente, permite el análisis de moléculas de alta masa molecular, ya que favorece la formación de iones con múltiples cargas.
Cold-Spray Ionization (CSI) es una variante del ESI que utiliza un gas nebulizador enfriado con nitrógeno líquido, lo que permite operar a temperaturas que oscilan entre -80 y 10°C. La ionización en la nebulización fría se debe a la mayor polarización del disolvente a bajas temperaturas. Estas condiciones favorecen la agregación de las moléculas objetivo, lo que facilita la elucidación completa de su estructura mediante la formación de agrupaciones moleculares características. Esta fuente es particularmente útil para el análisis de compuestos de coordinación termolábiles, el estudio de interacciones proteína-ligando, y la caracterización de ensamblajes moleculares y especies de agregación biomolecular. Además, resulta ideal para el análisis de muestras lábiles, especialmente aquellas que presentan interacciones de enlaces no covalentes, áreas de investigación que han cobrado gran relevancia en los últimos años en el Instituto de Química.
Nuestro primer espectro de masas obtenido por Cold-Spray: Evaluación de diferencias con ESI de un compuesto organometálico
En la Figura 1 se muestra el primer espectro de masas obtenido por el método de Cold-Spray Ionization utilizando el espectrómetro de masas JMS-T100LP AccuTOF de JEOL, para un compuesto de coordinación, una caja molecular ensamblada por iones de paladio(II), sintetizada por el grupo de investigación del Dr. Edmundo Guzmán Percástegui del Instituto de Química en el CCIQS. En este espectro, se observan cúmulos de señales alrededor de 10,000 m/z, las cuales corresponden a la molécula ionizada con carga 1+, es decir, la molécula con sus contraiones y moléculas de solvente ocluidas.
En la Figura 2 también se presenta un comparativo de los espectros de este mismo compuesto obtenidos mediante ESI y CSI. Las diferencias más significativas se observan en el rango de masas superiores a 3,000 m/z. En el espectro obtenido por ESI, se observa con mayor intensidad el fragmento orgánico en 875 m/z y, con una intensidad apenas perceptible, el cúmulo de señales alrededor de 1,888 m/z, que corresponden a la molécula con carga 4+ sin disolvente ni contraiones.
Por otro lado, en el espectro obtenido mediante CSI, aparte de la señal en 875 m/z, fue posible observar cúmulos de señales en 2,330 m/z, 3,156 m/z, 4,807 m/z y 9,817 m/z, que corresponden a la molécula completa con contraiones y disolvente de forma tal que se generan estados cargados 4+, 3+, 2+ y 1+, respectivamente. Esto confirma que CSI es un método de ionización más suave que ESI, permitiendo la medición de iones de elevadas masas moleculares, incluso con carga 1+, de la manera más intacta posible.
El CCIQS y el Instituto de Química agradecen el apoyo y la colaboración brindados que han sido fundamentales para hacer posible la adquisición de este nuevo espectrómetro de masas. Este logro posiciona a ambas instituciones a la vanguardia tecnológica en instrumentación analítica, refuerza su compromiso con la excelencia y abre nuevas oportunidades para investigaciones innovadoras en diversos campos de la Química.
