Interacción ion-modificador del gas de deriva en espectrometría de movilidad iónica estudiado con la teoría del funcional de la densidad (DFT)

Abstract

La espectrometría de movilidad iónica es una técnica instrumental utilizada como el método estándar para la detección de drogas ilegales, agentes químicos y explosivos en aeropuertos y aduanas. Esta técnica separa iones en fase gaseosa que se desplazan en un campo eléctrico de acuerdo con su relación tamaño/carga. En la región de deriva de un instrumento de IMS, los iones son acelerados por el campo eléctrico pero también son desacelerados por colisiones con el gas de deriva. Los iones de tamaño similar tienen movilidades similares y son difíciles de separar debido a que estas son una función de sus relaciones tamaño/carga. Una forma de mejorar la separación en esta técnica es la introducción de modificadores en el gas de deriva, los cuales interaccionan y forman aductos con los iones y cambian selectivamente sus movilidades. En este trabajo se llevó a cabo el estudio de las interacciones en fase gaseosa de iones con modificadores en IMS, haciendo uso de la teoría del funcional de densidad (DFT), incluida en los métodos ab initio de la química teórica-computacional, para calcular energías de interacción ion-modificador, la presencia de puentes intramoleculares, efectos inductivos, deslocalizaciones electrónicas, momentos dipolares de iones y modificadores y otros parámetros que inciden en la duración de la interacción ion-modificador y, por lo tanto, en los cambios de movilidad. Los cambios de movilidad al introducir modificadores en el gas de deriva se explicaron en función del número de sitios de interacción del modificador, el tamaño de iones y modificadores, y las energías de interacción ion-modificador. Nuestros estudios están dirigidos, en un futuro, a disminuir los falsos positivos en aduanas y aeropuertos cuando se usa IMS, y a predecir separaciones selectivas de iones basadas en la introducción de modificadores en el gas 6 de deriva, como también a que se tengan en cuenta las estructuras de los iones y las energías de interacción entre estos y los modificadores. La selección de modificadores para resolver picos superpuestos en IMS sigue siendo empírica. Nuestros resultados indican que la selección del modificador correcto para una separación dada puede guiarse por estudios computacionales y son un paso adelante en la búsqueda de modelos teóricos robustos para predecir cambios de movilidad tras la introducción de modificadores en el gas de deriva