Chimica organica

La spettrometria di massa ha un ruolo critico nella chimica organica. La sua utilità nell’analisi chimica è stata discussa in precedenza quando si sono descritte le tecniche sperimentali appropriate. Le stesse tecniche possono essere usate per determinare la struttura di molecole complicate, ma forse un valore ancora maggiore per tale lavoro sono le misure ad alta risoluzione.

Con uno spettrometro di massa ad alta risoluzione è possibile effettuare misure di massa sullo ione molecolare (o qualsiasi altro ione nello spettro) con una precisione di circa una parte su un milione. Questa massa fornisce il miglior indice per determinare le formule ioniche. Le masse accurate degli ioni C6H12+ e C4H4O2+ sono, per esempio, 84,0939 e 84,0211, rispettivamente, e questi ioni possono essere facilmente distinti solo sulla base delle loro masse. Una volta che la formula molecolare è nota, è possibile dedurre il totale degli anelli e dei doppi legami che compongono la struttura molecolare e iniziare a speculare su possibili formule strutturali. Per dedurre formule strutturali dalle formule molecolari, è essenziale studiare gli ioni frammento nello spettro di massa. Non è ancora possibile prevedere definitivamente i modelli di frammentazione per le molecole organiche, ma molte regole semi-empiriche di frammentazione sono note, e di solito è possibile individuare i picchi nello spettro che sono caratteristici di particolari gruppi chimici. La tecnica è preziosa in quanto generalmente non è necessario conoscere alcun dettaglio della composizione del composto sconosciuto per dedurre una struttura completa o parziale. Solo una piccola quantità di composto, un centinaio di microgrammi o meno, è necessaria per un’analisi.

Utilizzando un computer accoppiato a uno spettrometro di massa ad alta risoluzione, circa 1.000 picchi di massa al minuto possono essere tracciati con un potere di risoluzione fino a 20.000, misure accurate possono essere fatte su ogni picco, e le altezze dei picchi e le composizioni degli ioni possono essere stampate sotto forma di una “mappa degli elementi” per aiutare l’interpretazione dello spettro. È anche possibile per il computer eseguire molti dei passaggi logici nella riduzione dei dati che portano all’elucidazione strutturale.

Il campionamento continuo dei materiali contenuti in un recipiente di reazione, seguito dall’analisi con uno spettrometro di massa, è stato usato per identificare e misurare la quantità di specie intermedie formate durante una reazione in funzione del tempo. Questo tipo di analisi è importante, sia per suggerire il meccanismo con cui avviene la reazione complessiva, sia per permettere di risolvere la cinetica dettagliata delle reazioni.

L’etichettatura isotopica è ampiamente utilizzata in questi studi. Può indicare quali particolari atomi sono coinvolti nella reazione; nelle reazioni di riarrangiamento può mostrare se è coinvolto un processo intramolecolare o intermolecolare; nelle reazioni di scambio può mostrare che particolari atomi, per esempio di idrogeno, si scambiano tra le specie che reagiscono. L’etichettatura è anche ampiamente usata nella ricerca spettrometrica di massa per dare informazioni sulle reazioni di frammentazione che avvengono nello spettrometro di massa.

I campi di indagine che impiegano la spettrometria di massa includono studi sulla struttura delle proteine, il metabolismo dei farmaci, il sapore e l’odore, il petrolio e i prodotti petrolchimici, i fossili organici, le malattie metaboliche ereditate, l’atmosfera e i gas respiratori, e molti altri soggetti altamente specializzati.

Si tratta di una serie di argomenti, tra cui