LA ESPECTROMETRÍA DE MOVILIDAD IÓNICA

La movilidad iónica es una técnica analítica que, aunque no es novedosa (Karasek y Cohen, 1970), ha estado cogiendo fuerza en los últimos años como una dimensión extra en la separación iónica en conjunto con la espectrometría de masas (IMS – Ion Mobility Spectrometry).

Esta técnica consiste en la separación de iones a lo largo de un tubo de deriva (drift tube) en función de su movilidad en un gas inerte en presencia de un campo eléctrico. Con lo cual, proporciona información sobre el tamaño, forma y carga de los iones.

Cuando se combina con la espectrometría de masas se convierte en una técnica analítica híbrida con muchas aplicaciones biológicas, farmacéuticas, estructurales o ambientales, entre otras.

Figura 1

La configuración más simple de un tubo de deriva (Figura 1) es en el que una serie de electrodos apilados en forma de anillos tienen un campo de corriente continua estática (CC) aplicado a través de los electrodos. Los iones adquieren una velocidad a lo largo del tubo gobernado por el campo eléctrico y la movilidad del ión en el gas.

Las distintas casas comerciales especializadas en espectrometría de masas han ido implementando la movilidad iónica en diversas configuraciones.

A continuación se presentan dos modalidades de movilidad.

– Trapped Ion Mobility Spectrometry (TIMS):

Los iones son impulsados a través del tubo TIMS con un flujo de gas. Un campo eléctrico controla que cada ion se mueva más allá de una posición definida por la movilidad del ion, donde el empuje que experimenta del flujo de gas coincide con la fuerza del campo eléctrico. Una rampa descendente del campo eléctrico permite la liberación selectiva de iones del tubo según su movilidad.

Figura 2

• Aplicación en separación de isómeros estructurales (Figura 3):

Figura 3

A- Dos isómeros de pentahidroxyflavonas (Quercetin y Morin) no pueden distinguirse por espectrometría de masas solamente ya que coeluyen en columna cromatográfica. Los datos muestran el pico base cromatográfico de un extracto de propolis (trazo rojo) y el cromatograma de extracción del ión m/z 303.0499 (trazo azul). B- Su diferencia en el patrón conformacional puede ser diferenciada en la dimensión adicional de movilidad. C/D- Una fragmentación subsecuente da un espectro limpio MS/MS de los compuestos. C- Mezcla MS/MS. D- Espectros MS/MS limpios.

• Artículo:

TimsTOF the next generation of ion mobility mass spectrometry

• Video de una casa comercial (Bruker) sobre un espectrómetro de masas con movilidad iónica (TIMS):

– Separación de movilidad diferencial (DMS):

DMS es una variante de la espectrometría de movilidad iónica (IMS). La separación está basada en la diferencia entre la movilidad de los iones según los campos eléctricos débiles o fuertes en el gas a presión atmosférica o semejante. Las tensiones de separación (SV) se aplican a lo largo del canal que transporta los iones de modo perpendicular a la dirección del flujo del gas de transporte. Debido a la diferencia entre los coeficientes de movilidad de iones con campo eléctrico débil y fuerte, los iones migran hacia las paredes y abandonan la trayectoria de vuelo. Su trayectoria se corrige con una tensión de corriente para compensar, denominada tensión de compensación (COV).

Figura 6

Separación de analitos por Movilidad Diferencial (Figura 6):

(A) En la espectrometría de movilidad iónica tradicional, los iones son impulsados por un campo eléctrico (flecha rosa) a través de un gas (flecha azul), y la separación se basa en las secciones transversales de colisión (CCS) de los iones, la masa, y la carga. (B) En DMS, los iones son transportados por un gas (flecha azul) entre electrodos paralelos (barras grises) y el campo eléctrico se alterna perpendicularmente por el canal (flechas rosadas). Los iones oscilan entre los dos electrodos y pueden salir del tubo o chocar con un electrodo dependiendo de su movilidad diferencial en alto y bajo campo eléctrico. (C) La alternancia de altos y bajos campos eléctricos se obtiene aplicando una forma de onda asimétrica a uno de los electrodos; el máximo campo eléctrico resultante de la forma de onda se llama campo de dispersión y es un parámetro importante para obtener alta resolución. Las duraciones de alto y bajo campo aseguran que sus áreas respectivas debajo de la curva (áreas rosadas) estén igual. Los puntos y líneas de colores representan las trayectorias de los iones que muestran disminución (rojo), constante (verde) o aumento (azul) de la movilidad. (D) Para la separación, se aplica un campo de compensación (CF) a cualquiera de los electrodos, que ajusta la trayectoria de los iones.

• Aplicación en separación de distintas especies lipídicas (Figura 7):

Esta tecnología fácilmente distingue entre diferentes categorías de lípidos, clases y especies moleculares. Se introdujo un extracto lipídico pulmonar y se aplica una rampa de voltaje de compensación (CoV) en el DMS de -40 a 20V en modo negativo. Todas las especies de fosfatidiletanolamina (PE) se encuentran en el pico CoV a -4.7  y la masa exacta de datos por TOF MS de ese pico puede observarse. Una extracción cromatográfica del pico (XIC) de 750.5446 m / z revela dos picos en el cromatograma correspondiente. El pico más grande es un PE 38:5 y tiene un CoV de -4.4, mientras que el más pequeño es una fosfatidilcolina (PC) 30:0 con un CoV de -8.5.

• Artículo:

Differential Ion Mobility Separation of Iso-Elemental Lipid Species

• Video de la casa comercial (Sciex) sobre un espectrómetro de masas con movilidad iónica (DMS):

Bibliografía:

“USO DE LA ESPECTROMETRÍA DE MOVILIDAD IÓNICA COMO TÉCNICA DE VANGUARDIA EN LOS LABORATORIOS ANALÍTICOS DE RUTINA, Tesis Doctoral, Rocío Garrido Delgado” Jiang, W., & Robinson, R. A. S. (2013). Ion Mobility-Mass Spectrometry. Encyclopedia of Analytical Chemistry. doi:10.1002/9780470027318.a9292 

Winter, D. L., Wilkins, M. R., & Donald, W. A. (2018). Differential Ion Mobility-Mass Spectrometry for Detailed Analysis of the Proteome. Trends in Biotechnology. doi:10.1016/j.tibtech.2018.07.018