Primer sulla Spettrometria di Massa
Nozioni sulla Spettrometria di Massa
Questo manuale copre un’ampia gamma di argomenti correlati alle moderne pratiche di spettrometria di massa e risponde ad alcune domande frequenti sull’utilizzo e le funzionalità degli spettrometri di massa. Sono inoltre disponibili link ad articoli scritti per non specialisti per una lettura più approfondita. La prima sezione esamina chi usa gli spettrometri di massa, seguita da come i composti vengono ionizzati nella sorgente per essere analizzati dagli spettrometri di massa. Seguono una descrizione dei vari tipi di spettrometri di massa e una discussione degli argomenti importanti dell’accuratezza e della risoluzione di massa, ovvero della capacità di distinguere tra composti strettamente correlati. Vengono presi in considerazione gli aspetti chimici, la preparazione dei campioni e la gestione dei dati, nonché la definizione di alcuni termini comunemente in uso nelle forme attuali di pratica MS.
Breve Storia della Spettrometria di Massa
- 1897: la moderna spettrometria di massa (MS) è attribuita agli esperimenti con tubo catodico di J.J. Thomson di Manchester, Inghilterra.
- 1953: l’invenzione del quadrupolo e del dispositivo di intercettazione ionico del quadrupolo valse a Wolfgang Pauli il Premio Nobel per la fisica.
- 1968: Malcolm Dole sviluppa la ionizzazione per elettronebulizzazione (ESI), ma con poco clamore. La creazione di un aerosol nel vuoto produceva un vapore considerato poco pratico perché molto complesso. Il liquido può rappresentare un aumento di volume da 100 a 1000 volte la sua fase condensata (1 mL/min di acqua in condizioni standard svilupperebbe 1 L/min di vapore).
- 1974: Horning sviluppa la ionizzazione chimica a pressione atmosferica (APCI), basata in gran parte sulla gascromatografia (GC); tuttavia, l’adozione dell’APCI non è stata molto ampia.
- 1983: il lavoro di Vestal e Blakely sul riscaldamento di un flusso liquido è noto come termospray. È diventato un precursore degli strumenti commercialmente applicabili di oggi.
- 1984: avviene la pubblicazione dello studio di Fenn con l’ESI, che lo avrebbe portato alla pubblicazione nel 1988 del lavoro che gli valse il premio Nobel.
Chi utilizza la MS?
Prima di prendere in considerazione la spettrometria di massa (MS), è necessario considerare il tipo di analisi eseguite e i tipi di risultati previsti:
- Si desidera analizzare molecole di grandi dimensioni, come proteine e peptidi, o acquisire dati relativi a molecole acquose di piccole dimensioni?
- Si cercano composti target a un determinato livello di dettaglio o si desidera caratterizzare campioni sconosciuti?
- Le separazioni attuali sono robuste o è necessario sviluppare metodi da matrici complesse?
- È necessaria un’accuratezza di massa unitaria, ad esempio 400 MW, o una precisione fino a 5 ppm, come in 400,0125 MW (o 2 mDa a massa 400)?
- È necessario processare centinaia di campioni al giorno? Migliaia? Decine di migliaia?
Maggiore è la capacità dello strumento, maggiore sarà l’abilità di determinare il carattere di un analita.
Ricercatori e professionisti di varie discipline e sottodiscipline di chimica, biochimica e fisica dipendono regolarmente dall’analisi spettrometrica di massa. Gli operatori del settore farmaceutico coinvolti nella scoperta e nello sviluppo di farmaci fanno affidamento sulla specificità, sull’intervallo dinamico e sulla sensibilità della MS per differenziare metaboliti strettamente correlati in una matrice complessa e quindi identificarli e quantificarli. In particolare nella scoperta di farmaci, in cui vengono determinate l’identificazione e la purezza dei composti da sintesi e farmacocinetica iniziale, la MS si è rivelata indispensabile.
I biochimici estendono l’uso della MS all’analisi di proteine, peptidi e oligonucleotidi. Utilizzando gli spettrometri di massa, controllano le reazioni enzimatiche, confermano le sequenze di amminoacidi e identificano le proteine di grandi dimensioni da database che includono campioni derivati da frammenti proteolitici. Controllano inoltre il ripiegamento delle proteine, effettuato mediante studi sullo scambio idrogeno-deuterio, e la formazione di importanti complessi proteina-ligando in condizioni fisiologiche.
Anche i chimici clinici stanno adottando la MS, sostituendo i risultati meno sicuri dei test immunologici per i test antidoping e lo screening neonatale. Lo stesso vale per i ricercatori in materia di sicurezza alimentare e ambiente. Questi e i loro omologhi industriali si sono rivolti alla MS per alcuni degli stessi motivi: analisi degli IPA e dei PCB, studi sulla qualità dell’acqua e misurazione dei residui di pesticidi negli alimenti. La determinazione della composizione dell’olio, una prospettiva complessa e costosa, ha alimentato lo sviluppo di alcuni dei primi spettrometri di massa e continua a guidare significativi progressi nella tecnologia.
Oggi, il professionista MS può scegliere tra una serie di tecniche di ionizzazione che sono diventate robuste e affidabili su una varietà di strumenti con capacità comprovate.
See MS - The Practical Art, LCGC
- Profiles in Practice Series: Metabolism ID and Structural Characterization in Drug Discovery, Vol. 23, N. 2, febbraio 2005.
- Perché è importante: illustra e confronta gli approcci utilizzati nella pratica di identificazione dei metaboliti come descritto da due importanti professionisti.
- Profiles in Practice Series: Stewards of Drug Discovery-Developing and Maintaining the Future Drug Candidates, Vol. 23, N. 4, aprile 2005
- Perché è importante: confronta lo sviluppo e la gestione di composti candidati a farmaci e librerie dal punto di vista di una grande azienda farmaceutica e di una piccola azienda specializzata.
- Profiles in Practice Series: A Revolution in Clinical Chemistry, Vol. 23 N. 8, agosto 2005
- Perché è importante: gli operatori sanitari hanno recentemente abbracciato la MS come mezzo per migliorare notevolmente l’accuratezza, la velocità e la qualità delle informazioni sui pazienti, ma i lavori sono ancora in corso.
- Profiles in Practice Series: Advances in Science and Geopolitical Issues (Food Safety), Vol.23 N. 10, ottobre 2005
- Perché è importante: poiché gli strumenti diventano più robusti e sensibili, la MS sta cambiando il modo di eseguire test regolamentati con conseguenze di vasta portata a livello globale.
In questo Primer
Nozioni sulla Spettrometria di Massa
Metodi di Ionizzazione Biomolecolare
Mezzi di Ionizzazione Alternativi
Quali Tipi di Strumenti Vengono Utilizzati?
Accuratezza di Massa e Risoluzione
Interpretazione dei Risultati dello Spettrometro di Massa
Quantificazione e Calibrazione
