Deconvolution os isotopomeric patterns obatined from low-resolution mass-spectra from the determination of atomic isotopic patterns

Há na literatura um grande número de publicações versando sobre métodos analíticos para a determinação de razões isotópicas através das mais diversas modalidades de espectrometria. Entretanto, praticamente todos esses métodos possuem umarestrição comum em relação à gama de íons moleculares que podem ser utilizados nessas determinações: eles devem ser, ou íons elementares, ou íons cujo único átomo poli-isotópicoé o elemento de interesse. Isto é obtido, ou mediante adestruição das moléculas da amostra, ou complexos tratamentosquímicos para a obtenção de espécies poli-atômicas adequadas.Neste trabalho, foi desenvolvido um método matemático capazde deconvolver o padrão isotopomérico de um íon molecular,isto é, calcular os padrões isotópicos dos átomos que ocompõem dados a sua fórmula elementar e o seu espectro .A principal contribuição de um método desse tipo é a ampliaçãoda variedade de espécies químicas e modalidades de espectrometria aceitáveis para análises isotópicas. O algoritmo desenvolvidofoi caracterizado através da sua aplicação a um grande númerode espectros simulados visando modelar a resposta do métodoquando submetido a algumas imperfeições experimentais típicasde espectrometria e relevantes para análises isotópicas,tais como ruído, discriminação instrumental de massas, nãolinearidade de detecção, falta de resolução e má compensaçãode espectral. Os resultados obtidos permitiram concluirque, ao contrário do que o senso comum às vezes possa sugerir,determinações isotópicas realizadas através de espéciespoli-atômicas podem, muitas vezes, ser mais exatas e precisasque as efetuadas pelas abordagens convencionais. Concluiu-seque, de maneira geral, os resultados tendem a ser tantomelhores quanto maior for o número de instâncias do elementode interesse na fórmula do íon molecular escolhido. Foiestudada experimentalmente a viabilidade de métodos analíticosde equilibração para determinações de razões isotópicashidrogênio/deutério em amostras aquosas utilizando polióiscomo sondas e espectrometria com ionização electrospray.Os polióis testados foram o manitol, o ácido glucônico,a glucosamina e a N-metilglucamina (através do seu complexocom o ácido bórico). Os resultados obtidos mostraram algunsdesvios sistemáticos que sugerem que haja troca parcialde hidrogênios não lábeis dos polióis na fase gasosa, oque impossibilitaria esta aplicação. Sondas aternativasaos polióis são propostas.Several articles can be found in the literature describing methods forthe determination of isotopic ratios through the various modalities ofmass spectrometry. However, almost all of them have a commonrestriction on the type of molecular ion that can be employed in thesedeterminations: they must be either elemental ions, or polyatomic ionswhose sole polyisotopic element is the one being analysed. This isusually achieved through the destruction of the molecules, or throughcomplex synthetic procedures. In this work, a mathematical methodcapable of deconvolving the isotopomeric pattern of a molecular ion,i.e., calculating the isotopic pattern of its constituent atoms givenits formula and its mass spectrum, has been developed. The maincontribution of such a method to the field is the broadening of therange of acceptable chemical species for isotopic analyses. Thedeveloped algorithm was characterized by applying it to a large numberof simulated spectra with the objective of modelling its response tosome experimental imperfections common to mass spectrometry andrelevant for isotopic analyses, such as noise, instrumental massdiscrimination, detection non-linearity, lack of resolution and badbaseline compensation. The results allowed us to conclude that, inspite of whatever commonsense might suggest, isotopic analysescarried out through the polyatomic approaches can, in many cases, bemore exact and precise than those performed through conventionalapproaches. It could also be concluded that, in general, the largerthe number of instances of the element of interest in the formula ofthe chosen ion, the better the results become. Also as part of theproject, the viability of employing polyols as probes for thehydrogen/deuterium ratio in aquous samples in equilibration methodsand electrospray mass spectrometry has been studied. The studiedpolyols were: manitol, gluconic acid, glucosamine and N-metilglucamine(through its complex with boric acid). The obtained results showedsome systematic errors that suggest that there might be a partialexchange of non-labile hydrogen atoms during the electrosprayphenomenon. Alternative probes are proposed