INTRODUCCIÓN

Actualmente, la espectrometría de masas está en pleno desarrollo y aunque ya se utiliza en muchas determinaciones analíticas, en uno supondrá la clave en los laboratorios clínicos representando una herramienta fundamental en el día a día.

Si se realiza una búsqueda de las publicaciones relacionadas con la espectrometría de masas y el laboratorio clínico, se puede observar que éstas van en aumento y los campos de actuación se van ampliando. De ahí que se considere un tema fundamental a conocer por los especialistas de laboratorio.

HISTORIA DE LA ESPECTROMETRÍA DE MASAS

La espectrometría de masas tuvo su origen en los experimentos desarrollados por Joseph John Thomson en el año 1897 al construir el primer espectrómetro de masas, llamado parábola espectrográfica. Thomson observó que al aplicar descargas eléctricas sobre un gas se producían iones y que éstos podían adoptar distintas trayectorias parabólicas de acuerdo con su masa cuando atravesaban un campo electromagnético. Años después uno de sus estudiantes, Francis William Aston, diseñó varios espectrómetros de masas en los que los iones eran separados en función de su masa y detectados según sus diferentes velocidades.

A principios del año 1920, Arthur Jeffrey Dempster, desarrolló un analizador de masas de sector magnético que permitió detectar los iones generados mediante impacto electrónico sobre un colector eléctrico. Este diseño fue adaptado y mejorado por varios científicos como Josef Mattauch, Richard Herzog, Kenneth Bainbridge, Alfred Nier, entre otros, durante los años 1930.

Entre 1930 y 1940 Alfred Nier incorporó la tecnología de vacío y la electrónica para mejorar los primeros espectrómetros de masas, lo que permitío que a finales de los años 40 se comercializarán los primeros es espectrómetros de masas.

INSTRUMENTACIÓN

COMPONENTES DE UN ESPECTRÓMETRO DE MASAS

Un equipo de espectrometría de masas debe disponer de varios componentes que deben encontrarse a alto vacío a excepción del procesador de datos.

Dispositivo de entrada

Los dispositivos de entrada pueden ser de entrada directa por sonda directa o entrada cromatográfica. Dependiendo de las propiedades de los componentes a separar se usará uno u otro.

La utilización de entradas cromatográficas permite separar e identificar cualquier componente de la muestra. Esto ha permitido en los últimos años utilizar la cromatografía de gases o líquida de alta resolución (HPLC) acoplada a la espectrometría de masas.

Las entradas con cromatográficas de gases tienen la desventaja de que no poderse utilizar con sustancias poco volátiles, polares o termoestables, o necesitar procesos de derivatización, mucho más laboriosos, para su análisis. Sin embargo, la cromatografía líquida de alta resolución a permitido solucionar este problema, aunque requiere de altos volúmenes de eluyente, que no son compatibles con el alto vacío necesario para llevar a cabo la técnica.

En los últimos años para solucionar este problema se han desarrollado varias interfaces como las interfaces de ionización a presión atmosférica como la electroespray (ESI) y la ionización química a presión atmosférica (APCI).

Fuentes de ionización

Se pueden clasificar como duras o suaves. Las primeras producen una gran fragmentación con espectros más complejos y una identificación inequívoca, mientras que las fuentes de ionización suaves producen poca fragmentación y espectros más complejos. Dependiendo del tipo de muestra se utilizará una fuente de ionización u otra.

Ionización mediante bombardeo con átomos rápidos

Utiliza átomos de elevada energía como xenón o argón. Se utiliza sobre todo para compuestos de elevada masa molecular produciendo rupturas de elevada masa molar y termoestables.

Ionización-desorción con láser asistida por una matriz (MALDI)

Respecto a la anterior utiliza una matriz sólida en vez de una matriz de glicerol y el bombardeo es mediante fotones.

Ionización a presión atmosférica

Los dispositivos de ionización a presión atmosférica más comúnmente utilizados son los dispositivos ESI y APCI.

En los dispositivos ESI, los componentes de la muestra disueltos en la fase móvil que salen de la columna cromatográfica son introducidos mediante un capilar de acero a presión atmosférica al que se le aplica un elevado potencial originándose un campo eléctrico. Bajo la influencia del campo eléctrico generado, las moléculas que componen la muestra con el disolvente forman un espray en forma de cono (cono de Taylor) de pequeñas gotas altamente cargadas en un proceso denominado nebulización. A medida que las gotas avanzan a lo largo de la fuente de ionización, éstas continuamente van reduciendo su tamaño, como consecuencia de la evaporación del disolvente, hasta que las fuerzas coulómbicas generadas por el exceso de cargas superan las fuerzas de cohesión debidas a la tensión superficial, produciendo su fisión. Este proceso de inestabilidad se repite sucesivamente, dando lugar a la formación de gotas aún más pequeñas (3-10 nm) altamente cargadas, y a continuación se produce el proceso de ionización.

En los dispositivos APCI, a diferencia de lo que ocurre en la ionización mediante electroespray, el proceso de evaporación y de ionización tiene lugar en dos etapas diferentes. La mezcla de componentes procedente de la columna cromatográfica es introducida en la región de ionización a través de un capilar que está sometido a una temperatura de 400-500 °C, lo que provoca la evaporación del disolvente y a continuación un electrodo produce una descarga que origina la ionización de las moléculas.

Analizador de masas

Hoy en día, se disponen de diferentes analizadores de masa que se pueden utilizar dependiendo de la aplicabilidad que vayamos a realizar, como son el analizador de sector mágnético, cuadrupolo, la trampa de iones, el tiempo de vuelo o el analizador de transformada de Fourier-resonancia iónica ciclotrónica.

Todos tienen en común que trabajan a alto vacío y que la separación se realiza en fase gaseosa en función de su relación masa/caraga. Sin embargo, se diferencian en el modo de separación, la capacidad de resolución, el intervalo de masas aplicado y la velocidad de escaneo.

Detector

Procesador de datos para obtener finalmente el espectro de masas.

APLICACIONES EN EL LABORATORIO CLÍNICO

La espectroscopia de masas destaca por su elevada aplicabilidad, siendo posible un análisis cuantitativo y cualitativo simultáneo, así como obtener información sobre la composición elemental de las muestras, su estructura química y conocer la relación isotópica de los elementos.

Entre las aplicaciones enfocadas al laboratorio clínico se encuentra su utilidad en ámbito de la endocrinología como en el análisis de los errores congénitos del metabolismo,4 los desordenes metabólicos de creatinina o las enfermedades lisosomales. También es muy destacables su papel en la monitorización de fármacos y en toxicología

CONCLUSIONES

• La espectrometría de masas presenta grandes ventajas en su aplicabilidad en el laboratorio clínicos. Permite analizar con muy poca cantidad de muestras un amplio espectro de sustancias, que a su vez se pueden identificar y cuantificar.
• Sin embargo, aún presenta algunos inconvenientes como es la necesidad de personal especializado, algunos tratamientos de muestras laboriosos o la necesidad de validar los métodos de trabajo.
• A pesar de todo, es una técnica en expansión, de gran utilidad y que supondrá una revolución en los laboratorios clínicos y en el diagnóstico de enfermedades.