Organische Chemie
Die Massenspektrometrie spielt eine entscheidende Rolle in der organischen Chemie. Ihr Nutzen für die chemische Analyse wurde bereits bei der Beschreibung geeigneter experimenteller Techniken erörtert. Die gleichen Techniken können bei der Bestimmung der Struktur komplizierter Moleküle eingesetzt werden, aber von noch größerem Wert für solche Arbeiten sind hochauflösende Messungen.
Mit einem hochauflösenden Massenspektrometer ist es möglich, Massenmessungen am Molekül-Ion (oder jedem anderen Ion im Spektrum) mit einer Genauigkeit von etwa einem Teil in einer Million durchzuführen. Diese Masse ist der beste Index für die Bestimmung von Ionenformeln. Die genauen Massen der Ionen C6H12+ und C4H4O2+ betragen beispielsweise 84,0939 bzw. 84,0211, und diese Ionen lassen sich allein anhand ihrer Masse leicht unterscheiden. Sobald die Summenformel bekannt ist, kann man auf die Gesamtzahl der Ringe und Doppelbindungen schließen, aus denen sich die Molekülstruktur zusammensetzt, und man kann anfangen, über mögliche Strukturformeln zu spekulieren. Um von den Molekülformeln auf die Strukturformeln zu schließen, müssen unbedingt die Fragmentionen im Massenspektrum untersucht werden. Es ist immer noch nicht möglich, die Fragmentierungsmuster für organische Moleküle definitiv vorherzusagen, aber viele semi-empirische Regeln der Fragmentierung sind bekannt, und es ist in der Regel möglich, Peaks im Spektrum zu erkennen, die für bestimmte chemische Gruppen charakteristisch sind. Die Technik ist insofern wertvoll, als es im Allgemeinen nicht notwendig ist, Einzelheiten der Zusammensetzung der unbekannten Verbindung zu kennen, um eine vollständige oder teilweise Struktur abzuleiten. Für eine Analyse ist nur eine kleine Menge der Verbindung, hundert Mikrogramm oder weniger, erforderlich.
Mit einem Computer, der an ein hochauflösendes Massenspektrometer gekoppelt ist, können etwa 1.000 Massenpeaks pro Minute bei einem Auflösungsvermögen von bis zu 20.000 aufgezeichnet werden, für jeden Peak können genaue Messungen vorgenommen werden, und Peakhöhen und Ionenzusammensetzungen können in Form einer „Elementkarte“ ausgedruckt werden, um die Interpretation des Spektrums zu erleichtern. Es ist auch möglich, dass der Computer viele der logischen Schritte bei der Reduktion der Daten ausführt, die zur Strukturaufklärung führen.
Die kontinuierliche Entnahme von Proben der in einem Reaktionsgefäß enthaltenen Materialien und die anschließende Analyse mit einem Massenspektrometer wurden verwendet, um die Menge der während einer Reaktion gebildeten Zwischenspezies als Funktion der Zeit zu identifizieren und zu messen. Diese Art der Analyse ist wichtig, da sie sowohl Hinweise auf den Mechanismus der Gesamtreaktion als auch auf die detaillierte Reaktionskinetik liefern kann.
Die isotopische Markierung wird in solchen Studien häufig verwendet. Sie kann anzeigen, welche Atome an der Reaktion beteiligt sind; bei Umlagerungsreaktionen kann sie zeigen, ob es sich um einen intramolekularen oder intermolekularen Prozess handelt; bei Austauschreaktionen kann sie zeigen, dass bestimmte Atome, zum Beispiel Wasserstoff, zwischen den reagierenden Spezies ausgetauscht werden. Die Markierung wird auch in der massenspektrometrischen Forschung häufig verwendet, um Informationen über die im Massenspektrometer ablaufenden Fragmentierungsreaktionen zu liefern.
Zu den Untersuchungsgebieten, in denen die Massenspektrometrie eingesetzt wird, gehören Untersuchungen der Proteinstruktur, des Arzneimittelstoffwechsels, des Geschmacks und des Geruchs, des Erdöls und der Petrochemie, der organischen Fossilien, der vererbten Stoffwechselkrankheiten, der Atmosphäre und der Atemgase sowie vieler anderer hochspezialisierter Themen.