Organische scheikunde
Massaspectrometrie speelt een cruciale rol in de organische scheikunde. Het nut ervan bij chemische analyse werd eerder besproken bij de beschrijving van geschikte experimentele technieken. Dezelfde technieken kunnen worden gebruikt bij het bepalen van de structuur van gecompliceerde moleculen, maar misschien van nog grotere waarde voor dergelijk werk zijn metingen met hoge resolutie.
Met een massaspectrometer met hoge resolutie is het mogelijk massametingen uit te voeren op het molecuulion (of elk ander ion in het spectrum) met een nauwkeurigheid van ongeveer een deel op een miljoen. Deze massa levert de beste index voor de bepaling van ionische formules. De nauwkeurige massa’s van de ionen C6H12+ en C4H4O2+ zijn bijvoorbeeld respectievelijk 84,0939 en 84,0211, en deze ionen kunnen gemakkelijk van elkaar worden onderscheiden louter op basis van hun massa. Wanneer de molecuulformule eenmaal bekend is, is het mogelijk het aantal ringen en dubbele bindingen waaruit de molecuulstructuur bestaat af te leiden en te beginnen met speculeren over mogelijke structuurformules. Om de structuurformules uit de molecuulformules te kunnen afleiden, is het van essentieel belang de fragmentionen in het massaspectrum te bestuderen. Het is nog steeds niet mogelijk om de fragmentatiepatronen voor organische moleculen definitief te voorspellen, maar er zijn veel semi-empirische fragmentatieregels bekend en het is meestal mogelijk om in het spectrum pieken te onderscheiden die kenmerkend zijn voor bepaalde chemische groepen. De techniek is waardevol omdat men in het algemeen geen details van de samenstelling van de onbekende verbinding hoeft te kennen om een volledige of gedeeltelijke structuur te kunnen afleiden. Slechts een kleine hoeveelheid verbinding, honderd microgram of minder, is nodig voor een analyse.
Met behulp van een computer gekoppeld aan een hoge-resolutie massaspectrometer kunnen ongeveer 1000 massapieken per minuut worden uitgezet bij een oplossend vermogen tot 20.000, kunnen nauwkeurige metingen worden verricht op elke piek, en kunnen piekhoogten en ionensamenstellingen worden afgedrukt in de vorm van een “elementenkaart” om te helpen bij de interpretatie van het spectrum. Het is ook mogelijk dat de computer veel van de logische stappen in het reduceren van de gegevens uitvoert die leiden tot structurele opheldering.
Continue bemonstering van de materialen in een reactievat, gevolgd door analyse met een massaspectrometer, is gebruikt voor het identificeren en meten van de hoeveelheid tussensoorten die tijdens een reactie worden gevormd als functie van de tijd. Dit soort analyse is belangrijk, zowel voor het suggereren van het mechanisme volgens hetwelk de totale reactie plaatsvindt, als voor het oplossen van de gedetailleerde kinetiek van reacties.
Isotopische labeling wordt veel gebruikt in dergelijke studies. Het kan aangeven welke atomen bij de reactie betrokken zijn; bij herschikkingsreacties kan het aantonen of er sprake is van een intramoleculair of een intermoleculair proces; bij uitwisselingsreacties kan het aantonen dat bepaalde atomen, bijvoorbeeld waterstof, tussen de reagerende soorten worden uitgewisseld. Labeling wordt ook veel gebruikt in massaspectrometrisch onderzoek om informatie te geven over de fragmentatiereacties die in de massaspectrometer plaatsvinden.
Onderwerpen waarbij gebruik wordt gemaakt van massaspectrometrie zijn onder meer onderzoek naar de structuur van eiwitten, het metabolisme van geneesmiddelen, smaak en geur, aardolie en petrochemische stoffen, organische fossielen, erfelijke stofwisselingsziekten, atmosferen en ademhalingsgassen, en vele andere zeer gespecialiseerde onderwerpen.