Química orgânica

Espectrometria de massa tem um papel crítico na química orgânica. A sua utilidade na análise química foi discutida anteriormente ao descrever técnicas experimentais apropriadas. As mesmas técnicas podem ser usadas na determinação da estrutura de moléculas complicadas, mas talvez de maior valor para tal trabalho são medições de alta resolução.

Com um espectrômetro de massa de alta resolução é possível realizar medições de massa no íon molecular (ou qualquer outro íon no espectro) com uma precisão de aproximadamente uma parte em um milhão. Esta massa fornece o melhor índice para determinar as fórmulas iônicas. As massas precisas dos íons C6H12+ e C4H4O2+ são, por exemplo, 84,0939 e 84,0211, respectivamente, e esses íons podem ser facilmente distinguidos apenas com base em suas massas. Uma vez conhecida a fórmula molecular, é possível deduzir o total de anéis e ligações duplas que compõem a estrutura molecular e começar a especular sobre possíveis fórmulas estruturais. Para deduzir as fórmulas estruturais a partir das fórmulas moleculares, é essencial estudar os íons fragmentos no espectro de massa. Ainda não é possível prever definitivamente os padrões de fragmentação das moléculas orgânicas, mas muitas regras semi-empíricas de fragmentação são conhecidas, e geralmente é possível escolher picos no espectro que são característicos de determinados grupos químicos. A técnica é valiosa na medida em que geralmente não é necessário conhecer nenhum detalhe da composição do composto desconhecido para deduzir uma estrutura completa ou parcial. Apenas uma pequena quantidade de composto, cem microgramas ou menos, é necessária para uma análise.

Usando um computador acoplado a um espectrômetro de massa de alta resolução, cerca de 1.000 picos de massa por minuto podem ser traçados a uma potência de resolução de até 20.000, medições precisas podem ser feitas em cada pico, e as alturas de pico e composições iônicas podem ser impressas na forma de um “mapa de elementos” para auxiliar na interpretação do espectro. Também é possível que o computador execute muitas das etapas lógicas na redução dos dados que levam à elucidação estrutural.

Amostras contínuas dos materiais contidos num recipiente de reacção, seguidas de análise com um espectrómetro de massa, tem sido utilizado para identificar e medir a quantidade de espécies intermédias formadas durante uma reacção em função do tempo. Este tipo de análise é importante, tanto para sugerir o mecanismo pelo qual a reação global ocorre como para permitir que a cinética detalhada das reações seja resolvida.

A etiquetagem isotópica é amplamente utilizada em tais estudos. Pode indicar quais átomos particulares estão envolvidos na reacção; nas reacções de rearranjo pode mostrar se um processo intramolecular ou intermolecular está envolvido; nas reacções de troca pode mostrar que átomos particulares de, por exemplo, hidrogénio estão a trocar entre as espécies que reagem. A rotulagem também é amplamente utilizada em pesquisas de espectroscopia de massa para dar informações sobre as reações de fragmentação que ocorrem no espectrômetro de massa.

Campos de pesquisa que empregam a espectrometria de massa incluem estudos de estrutura de proteínas, metabolismo de drogas, sabor e cheiro, petróleo e petroquímica, fósseis orgânicos, doenças metabólicas hereditárias, atmosferas e gases respiratórios, e muitos outros assuntos altamente especializados.