Fundamentos de las Técnicas de Ionización en Espectrometría de Masas

Mecanismo de Impacto Electrónico (EI)

La muestra, previamente volatilizada, entra en la cámara de ionización a alto vacío. Un filamento de wolframio o renio se calienta eléctricamente, emitiendo un haz continuo de electrones rápidos que son acelerados por una diferencia de potencial, alcanzando normalmente una energía estándar de 70 eV.

Los electrones del haz colisionan o pasan lo suficientemente cerca de las moléculas de la muestra (M) como para que la repulsión electrostática arranque un electrón de los orbitales moleculares. Este proceso genera un catión radical inestable (el ion molecular) y dos electrones libres. El exceso de energía sobrante provoca la ruptura sucesiva de enlaces covalentes (fragmentación), dando lugar a los fragmentos catiónicos menores observados en el espectro.

Mecanismo de Ionización Química (CI)

En la cámara de ionización se introduce un gas reactante en gran exceso (como metano, isobutano o amoníaco) a una presión relativamente alta (1 Torr) en comparación con la de la muestra.

El haz de electrones incide primero e ioniza de manera casi exclusiva a las moléculas del gas reactante mediante impacto electrónico, generando iones primarios que colisionan rápidamente con más gas reactante para formar iones de plasma. En el caso del metano, las moléculas de nuestra muestra volatilizada (M) entran en contacto con este plasma gaseoso densificado.

La ionización del analito ya no ocurre por el choque directo de electrones, sino por reacciones de transferencia iónica (ácido-base de Brønsted-Lowry o transferencia de carga) suaves con los iones del gas reactante. Al ser un proceso de transferencia química de protones, la energía interna transferida es mínima, lo que reduce la fragmentación y permite la visualización de la masa molecular.

Técnicas de Ionización en Fase Líquida: Electrospray (ESI)

Para muestras no volátiles (como proteínas, polímeros o azúcares grandes) que no pueden llevarse a fase gas sin destruirse, se emplean fuentes de desorción o ionización en fase líquida. Una de las más importantes y utilizadas es el Electrospray (ESI):

• Preparación: La muestra se disuelve en un disolvente polar (frecuentemente una mezcla de agua y metanol o acetonitrilo con trazas de un ácido, como el fórmico) y se hace pasar a flujo constante a través de un capilar metálico estrecho.
• Campo Eléctrico: Al extremo de este capilar se le aplica un voltaje eléctrico muy elevado, generando un campo eléctrico intenso respecto al contraelectrodo de entrada del espectrómetro de masas.
• Cono de Taylor: El campo eléctrico fuerza a la solución a salir del capilar adoptando la forma de un cono cargado, desprendiendo una niebla fina de microgotas con alta densidad de carga estática positiva en su superficie.
• Evaporación: Con la ayuda de un flujo de gas coaxial de secado (generalmente nitrógeno caliente), el disolvente de las microgotas se evapora velozmente, disminuyendo el tamaño de la gota drásticamente.
• Desorción: El proceso de evaporación y explosión se repite en cadena hasta que los analitos se desorben por completo de la fase líquida, quedando libres en fase gaseosa en forma de iones [M+H]+.

Es una técnica tan blanda que no produce fragmentación y es capaz de generar iones multicargados para analizar macromoléculas.