Szerves kémia

A tömegspektrometria kritikus szerepet játszik a szerves kémiában. Hasznosságát a kémiai analízisben korábban már tárgyaltuk a megfelelő kísérleti technikák ismertetésekor. Ugyanezek a technikák használhatók bonyolult molekulák szerkezetének meghatározására is, de talán még nagyobb értéket képviselnek az ilyen munkáknál a nagyfelbontású mérések.

Nagyfelbontású tömegspektrométerrel a molekulaionon (vagy a spektrumban lévő bármely más ionon) tömegméréseket lehet végezni körülbelül egy az egymillióhoz tartozó rész pontossággal. Ez a tömeg adja a legjobb mutatót az ionos képletek meghatározásához. A C6H12+ és a C4H4O2+ ionok pontos tömege például 84,0939, illetve 84,0211, és ezek az ionok pusztán tömegük alapján könnyen megkülönböztethetők. A molekula képletének ismeretében következtetni lehet a molekulaszerkezetet alkotó gyűrűk és kettős kötések összességére, és elkezdhetünk találgatni a lehetséges szerkezeti képletekre. Ahhoz, hogy a molekuláris képletekből szerkezeti képletekre lehessen következtetni, elengedhetetlen a töredékionok tanulmányozása a tömegspektrumban. A szerves molekulák fragmentációs mintázatát még mindig nem lehet véglegesen megjósolni, de számos félempirikus fragmentációs szabály ismert, és általában ki lehet választani a spektrumban az egyes kémiai csoportokra jellemző csúcsokat. A technika azért értékes, mert általában nem szükséges ismerni az ismeretlen vegyület összetételének részleteit ahhoz, hogy a teljes vagy részleges szerkezetre lehessen következtetni. Az elemzéshez csak kis mennyiségű, legfeljebb száz mikrogrammnyi vegyületre van szükség.

Egy nagy felbontású tömegspektrométerhez kapcsolt számítógép segítségével percenként körülbelül 1000 tömegcsúcs rajzolható ki akár 20 000-es felbontóképességgel, minden egyes csúcson pontos mérések végezhetők, és a spektrum értelmezését segítő “elemtérkép” formájában kinyomtathatók a csúcsmagasságok és az ionösszetételek. Lehetőség van arra is, hogy a számítógép elvégezze az adatok redukciójának számos logikai lépését, amelyek a szerkezeti felvilágosításhoz vezetnek.

A reakcióedényben lévő anyagok folyamatos mintavételezését, majd tömegspektrométerrel történő elemzését arra használták, hogy azonosítsák és mérjék a reakció során képződő köztes fajok mennyiségét az idő függvényében. Ez a fajta elemzés fontos mind a teljes reakció lejátszódásának mechanizmusára való utalás, mind pedig a reakciók részletes kinetikájának feloldása szempontjából.

Az izotópos jelölést széles körben használják az ilyen vizsgálatokban. Megmutathatja, hogy mely konkrét atomok vesznek részt a reakcióban; átrendeződési reakciókban megmutathatja, hogy intramolekuláris vagy intermolekuláris folyamatról van-e szó; cserereakciókban megmutathatja, hogy bizonyos atomok, például hidrogén, cserélődnek a reagáló fajok között. A jelölést a tömegspektrometriai kutatásokban is széles körben használják, hogy információt adjon a tömegspektrométerben lejátszódó fragmentációs reakciókról.

A tömegspektrometriát alkalmazó vizsgálati területek közé tartoznak a fehérjék szerkezetének, a gyógyszeranyagcserének, az íz- és szaglásnak, a kőolajnak és petrolkémiai anyagoknak, a szerves kövületeknek, az örökletes anyagcsere-betegségeknek, a légkörnek és a légzőgázoknak, valamint sok más, igen speciális témának a tanulmányozása.