Volume 95 Issue 10 | p. 5
Issue Date: March 6, 2017 | Web Date: March 1, 2017

La fricción mejora la sensibilidad de la ionización en espectrometría de masas

La carga que se genera al frotar dos materiales ioniza pequeñas muestras
Department: Science & Technology
Keywords: Mass spectrometry, ion sources, nanoelectrospray
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Frotar dos capas triboeléctricas entre sí genera una carga que puede suministrar energía a una fuente de iones de nanoelectrospray.
Crédito: RobFelt/Georgia Tech
Photo of a sliding TENG used to power a nanoelectrospray ion source
 
Frotar dos capas triboeléctricas entre sí genera una carga que puede suministrar energía a una fuente de iones de nanoelectrospray.
Crédito: RobFelt/Georgia Tech

Si alguna vez has frotado un globo contra tu pelo y has visto cómo se te encrespa, has experimentado la triboelectricidad. Investigadores de Georgia Tech ahora usan esta electricidad –que no es más que carga eléctrica generada por fricción– para algo útil: la triboelectricidad inicia la ionización de moléculas en un espectrómetro de masas.

El científico de materiales Zhong Lin Wang, el experto en espectrometría de masas Facundo M. Fernández y sus colegas reemplazaron las fuentes de alto voltaje que normalmente inician la ionización por dispositivos llamados ‘nano generadores triboeléctricos’ o TENGs, por sus siglas en inglés (Nat. Nanotechnol. 2017, DOI: 10.1038/nnano.2017.17)

Estos TENGs consisten en un par de electrodos y al menos un par de capas triboeléctricas, hechas de cobre soportado en polímeros. El movimiento de unas capas respecto a otras genera una carga que fluye de los electrodos a un circuito externo que incluye un emisor de nanoelectrospray. El área de las capas de cobre dicta la cantidad de carga generada. En el emisor de nanoelectrospray, la carga ioniza moléculas en cuanto se forman las gotas de la disolución de muestra.

Los investigadores han hecho dos tipos de TENGs. En uno, las capas se deslizan longitudinalmente. En el otro, las capas se juntan y luego se separan. En el TENG por fricción, los pulsos de carga tienen polaridad alterna dependiendo de la dirección del deslizamiento. Los pulsos eléctricos en ambas versiones generan cantidades controladas de carga. Gracias a estos dispositivos, no se necesita electricidad externa para la ionización. “Puedes, literalmente, frotar el dispositivo con la mano, la carga es suficiente para ionizar moléculas,” dice Fernández.

“Los métodos de ionización en espectrometría de masas desaprovechan gran parte de la muestra y los iones generados,” dice AkosVertes, profesor de química en la Universidad George Washington. Los métodos convencionales a menudo producen iones que no llegan al detector. Fernández y colaboradores “han creado un método sencillo para generar una cantidad determinada de iones a voluntad,” dice Vertes. “La capacidad de controlar el número de iones por pulso es una ventaja considerable para la detección y el análisis en varios espectrómetros. Esta eficacia se traduce en una sensibilidad sensacional para un enorme abanico de muestras.”

De hecho, la fuente de nanoelectrospray con TENG es más sensible que un nanoelectrospray convencional. Por ejemplo, con el TENG los investigadores fueron capaces de detectar 0.6 zeptomoles (esto es 10-21 mol) de cocaína en una muestra de 10 pg/mL. Un nanoelectrospray estándar no produjo ningún ión ni ningún fragmento ionizado de una muestra tan diluida. Fernández cree que la mejora en sensibilidad se debe a que la mayor parte de la carga va a generar iones, y se desperdicia menos carga que en un generador conectado a la corriente.

Esta sensibilidad hace la fuente ideal para trabajar con volúmenes de muestra minúsculos. “Es una fuente de iones genial si tienes muestras muy preciadas,” dice. “No tienes que consumir toda la muestra para hacer el análisis.” Además de ser pequeño y sensible, es muy barato. “Es probablemente la fuente de iones más barata que puedas imaginar,” dice Fernández. “Puedes fabricarla por menos de dos dólares.”

Renato Zenobi, profesor de química en la ETH de Zúrich que estudia métodos de ionización, sugiere que estos dispositivos podrían usarse en espectrómetros de masas portátiles o “de mano”. Fernández planea utilizar la nueva fuente de iones para analizar bibliotecas de compuestos generadas en la investigación sobre evolución química y orígenes de la vida que se lleva a cabo en Georgia Tech. También espera recuperar parte del trabajo que llevó a cabo su grupo para detectar fármacos falsificados.


Traducción al español producida por Fernando Gomollón Bel de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.

 
Chemical & Engineering News
ISSN 0009-2347
Copyright © American Chemical Society
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