Primer sulla Spettrometria di Massa

Gli spettrometri di massa possono essere più piccoli di una moneta o riempire stanze molto grandi. Sebbene i vari tipi di strumenti servano in applicazioni molto diverse, condividono alcuni principi operativi fondamentali. L’unità di misura è diventata il Dalton (Da) sostituendo altri termini come amu. 1 Da = 1/12 della massa di un singolo atomo dell’isotopo di carbonio 12 (¹²C).

Una volta impiegati rigorosamente come dispositivi qualitativi, ausiliari nella determinazione dei composti a identità, gli spettrometri di massa erano considerati incapaci di quantificazione rigorosa. Ma in tempi più recenti si sono rivelati strumenti sia qualitativi che quantitativi.

Uno spettrometro di massa è in grado di misurare la massa di una molecola solo dopo averla convertita in ione in fase gassosa. A tale scopo, impartisce una carica elettrica alle molecole e converte il flusso risultante di ioni con carica elettrica in una corrente elettrica proporzionale che viene quindi letta da un sistema di dati. Il sistema di dati converte le informazioni correnti in digitali e le visualizza come spettro di massa.

Gli ioni possono essere creati in vari modi adatti all’analita target in questione:

• Mediante ablazione laser di un composto disciolto in una matrice su una superficie planare, per esempio mediante MALDI
• Per interazione con una particella o un elettrone energizzati come nell’elettroionizzazione (EI)
• Una parte del processo di trasporto stesso, come abbiamo conosciuto l’elettronebulizzazione (ESI), in cui l’eluente di un cromatografo liquido riceve un’alta tensione che genera ioni da un aerosol

Gli ioni vengono separati, rivelati e misurati in base al rispettivo rapporto massa-carica (m/z). La corrente ionica relativa (segnale) è tracciata in funzione di m/z producendo uno spettro di massa. Le molecole piccole in genere presentano una sola carica: il valore m/z è quindi una massa (m) superiore a 1. Essendo ’1’ un protone aggiunto nel processo di ionizzazione [rappresentato M+H+ o M-H- se formato dalla perdita di un protone] o se lo ione è formato dalla perdita di un elettrone, è rappresentato come catione radicale [M+.]. L’accuratezza di uno spettrometro di massa o la sua capacità di misurare la massa reale effettiva possono variare, come si vedrà nelle sezioni successive di questo manuale.

Le molecole più grandi catturano le cariche in più di una posizione all’interno della loro struttura. I peptidi piccoli in genere possono avere due cariche (M+2H+) mentre le molecole molto grandi hanno numerosi siti, il che consente ad algoritmi semplici di dedurre la massa dello ione rappresentato nello spettro.

Quali sono le dimensioni delle molecole analizzabili?

I metodi di desorbimento (descritti in questo manuale) hanno ampliato la capacità di analisi di molecole grandi, non volatili e fragili. La rivelazione in routine di 40 000 Da con un’accuratezza dello 0,01% (o entro 4 Da) consente di determinare modifiche di lieve entità, per esempio quelle post-traduzionali. La carica multipla estende l’intervallo dello spettrometro di massa ben oltre il limite superiore progettato per includere masse pari o superiori a 1 000 000 Da.

Spettrometria di massa isotopica ed elementare

L’abbondanza naturale di isotopi è ben caratterizzata. Anche se spesso si pensa che sia stabile, può comunque mostrare varianze significative e caratteristiche. Le misure del rapporto isotopico sono utilizzate negli studi metabolici (gli elementi arricchiti con isotopi fungono da traccianti) e anche negli studi climatici che misurano le variazioni di ossigeno e carbonio dipendenti dalla temperatura. In pratica, le molecole complesse vengono ridotte a componenti molecolari semplici prima di essere misurate utilizzando funzionalità ad alta accuratezza come quelle presenti negli strumenti del settore magnetico (vedere la sezione seguente).

L’analisi elementare viene in genere eseguita su materiali inorganici, per determinare la composizione elementare, non la struttura, in alcuni casi utilizzando campioni di metallo solido. Le sorgenti di plasma ad accoppiamento induttivo (ICP) sono comuni nei casi in cui un dispositivo a scarica (o scarica a bagliore a bassa potenza) ionizza il campione. La rivelazione con strumenti dedicati, a livello di parti per trilione, non è insolita.