Soluciones 2do parcial

Viviana Beltrán 257822Sindy Paola Reyes 244549Néstor Manosalva 257854

Espectrometro de masas

La espectrometría de masas (MS) utiliza el movimiento de iones en campos eléctricos y magnéticos para clasificarlos de acuerdo a su relación masa -carga. De esta manera la espectrometría de masas es una técnica analítica por medio de la cual las sustancias químicas se identifican separando los iones gaseosos en campos eléctricos y magnéticos. Los instrumentos usados en estos estudios se llaman espectrómetros de masas bajo el principio que los iones pueden ser desviados a campos eléctricos y magnéticos.

Principio de

Funcionamiento

La espectrometría de masas se fundamenta en la separación de partículas moleculares o atómicas por su diferente masa. El proceso de la espectrometría de masas comprende básicamente cuatro etapas:1. Ionización de la muestra la cual se consigue por bombardeo

mediante electrones (e-).

Fig.1: Esquematización del paso de una muestra por los principales componentes de un instrumento de espectroscopia de masas.

2. Aceleración de los iones por un campo eléctrico : Convertimos una fracción significativa de los átomos formados en la etapa 1 en un flujo de iones, generalmente positivos y de carga única.La velocidad que adquieren viene regida por la formula: v = [2eV/m] ½

3. Dispersión de los iones según su masa/carga

4. Detección de los iones y producción de la correspondiente señal eléctrica : El ordenador al que está conectado el aparato recoge las distintas señales y las reproduce en forma de espectrograma, formato de fácil interpretación.

Básicamente un espectrómetro de masas costa esencialmente de las siguientes partes: A.Sistema de manipuleo para introducir la muestra desconocida en el equipo.B. Cámara de ionización en la cual se produce un haz de partículas provenientes de la muestraC. Aceleradores de partículas.D. Analizadores que separan partículas de acuerdo a la masaE. Detector en el cual los iones separados son recolectados y caracterizados.

EJEMPLOS Y

APLICACIONES

Elucidación de la estructura de moléculas orgánicas y biológicas.Determinación del peso molecular de péptidos, proteínas y oligonucleicos.Identificación de los compuestos de cromatogramas en capa fina y papel.Determinación de secuencias de aminoácidos en muestras de polipéptidos y proteínas.Detección e identificación de especies separadas por cromatrografía y electroforesis capilar.Identificación de drogas de abuso y sus metabolitos en sangre, orina y saliva.Control de gases en enfermos respiratorios durante los procesos quirúrgicos.Pruebas para confirmar la presencia de drogas en sangre de caballos de carreras y en atletas olímpicos.Datación de ejemplares en arqueología.Análisis de partículas en aerosoles.Determinación de residuos de pesticidas en alimentos.Control de compuestos orgánicos volátiles en el agua de suministro

Principales Aplicaciones de esta técnica

Identificación de productos de reacción o de productos metabólicos: se usa en cinética química y en farmacología pudiéndose llegar a identificar impurezas y metabolitos a concentraciones de pocas partes por millón.

Caracterización y análisis de polímeros: el polímero se piroliza en condiciones controladas y los productos volátiles se hacen pasar a un espectrómetro para su análisis.

Análisis de sangre: gracias ala rapidez del método, se puede emplear incluso como control durante un proceso quirúrgico. Así se puede determinar a gran velocidad las concentraciones hemáticas de monóxido y dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, gases anestésicos (como el NO).Estos métodos poseen muchas aplicaciones como son el desarrollo de productos farmacéuticos, control de sustancias nutritivas y diagnósticos precoces de enfermedades como la malaria, cáncer de mama, cáncer de próstata, etc.

CICLOTRON

Un Ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas. El método directo de acelerar iones utilizando la diferencia de potencial presentaba grandes dificultades experimentales asociados a los campos eléctricos intensos. El ciclotrón evita estas dificultades por medio de la aceleración múltiple de los iones hasta alcanzar elevadas velocidades sin el empleo de altos voltajes.

Cuál es el principio de funcionamiento?El funcionamiento del ciclotrón es el siguiente: un ion situado en el espacio comprendido entre las des está sometido a un campo eléctrico que lo acelera. La trayectoria del ion en este espacio es perpendicular a los diámetros de las des. El ion entra con una determinada velocidad en una de las des y, debido al campo magnético, describe una trayectoria circular de radio directamente proporcional a su velocidad (para velocidades no relativistas). Se demuestra que el período de dicha vuelta es independiente de la velocidad de los iones (siempre para velocidades bajas).

De este modo, si la tensión aplicada entre las des tiene este mismo período, cuando el ion haya recorrido media trayectoria circular y entre de nuevo en el espacio entre las des, se volverá a encontrar con un campo eléctrico acelerador que aumentará su velocidad y lo hará pasar a la otra D, en donde efectuará otra trayectoria semicircular a mayor velocidad (y con mayor radio). Este proceso se puede repetir varias veces hasta que tenga la energía deseada. La única limitación es que a energías mayores, unos 30-40 MeV, las partículas adquieren velocidades próximas a las de la luz, su masa se incrementa en virtud de las teorías de la relatividad y se hace imposible sincronizar sus movimientos con las alternancias de corriente.

Aplicaciones del Ciclotrón Los fines de este acelerador son: Producción de los radioisótopos necesarios para las exploraciones con la técnica de tomografía de emisión de positrones (PET), y síntesis de los radiofármacos marcados con 11C, 13N, 15O, 18F.

Técnicas de irradiación con protones de materiales de interés tecnológico y/o biológico para estudios de daño por irradiación e implantación iónica (línea de haz externo de investigación).

Exploraciones de pacientes por técnica PET.

Exploraciones de roedores por técnica PET en escáner específico (microPET) para investigación.

La imagen molecular es una nueva especialidad clínica para terapia y diagnóstico. Su fin es comprender la dinámica, cinética y, si es necesario, el grado de falta de regulación en los procesos biológicos y bioquímicos in vivo, con la finalidad de obtener información relevante para el diagnóstico y tratamiento de una enfermedad y/o predicciones sobre la eficacia de una terapia. La tomografía de emisión de positrones (PET) se basa en la administración intravenosa o inhalatoria de un radioisótopo emisor de positrones de corta semivida. Los positrones se aniquilan tras recorrer una corta distancia en la materia, emitiéndose a continuación dos fotones gamma de 511 keV formando un ángulo de 180º, que se detectan en coincidencia en un anillo detector alrededor del paciente

B

Ejemplo funcionamiento Ciclotrón

Calcular el campo magnético que produce una corriente de 1 A a un metro de distancia.

El campo magnético B debido a una corriente rectilínea indefinida en un punto que dista r de dicha corriente, viene dado por la expresión

entonces:

= 2*107 T

Ejercicios propuestos:

Calcular el campo magnético que produce una corriente I en el interior de un solenoide con una densidad de n

espiras (n=N/L)

En cualquier punto del interior de un solenoide el campo magnético es homogéneo, toma un mismo valor

N/L representa el número de espiras por unidad de longitudPero N=N/L , Entonces el campo magnético en el interior de un solenoide esta dado por:

Dos alambres paralelos se atraen cuando son portadores de corrientes paralelas

Calcular su fuerza de atracción si la longitud de los alambres es 2 m, separados una distancia de 3 mm y la corriente I = 8 A.

La explicación de tales resultados experimentales puede hacerse aplicando ordenadamente la ley de Laplace, Fm = B · I · L · sen

, la expresión del campo magnético debida a una corriente rectilínea,

Y las relaciones entre las direcciones del campo B, la corriente I y la fuerza Fm resumidas en la regla de la mano izquierda.

La corriente I1 crea a nivel de I2 un campo magnético de intensidad B1 igual a:

Al estar sometido al campo B1, la corriente I2 experimenta una fuerza magnética debida a I1 igual a:

F1 2 = B1 · I2 · L

ya que al ser B1 e I2 perpendiculares, sen = 1. Sustituyendo B1 por su valor resulta:

Inversamente, la corriente I2 crea al nivel de I1 un campo magnético:

por lo que la corriente I1 experimenta una fuerza magnética debida a I2 e igual a

entonces la fuerza es:

Fm= 256/3 *1010 N