Che cos'è uno spettrometro di massa a elettrospray?
Uno spettrometro di massa (MS) è uno strumento elettronico utilizzato per identificare la struttura chimica. Nella maggior parte delle procedure spettrometriche di massa, le molecole vengono bombardate elettricamente, con conseguente ionizzazione con frammentazione. I frammenti vengono quindi accelerati magneticamente verso i dispositivi di rilevazione e registrazione, dando luogo a picchi e intensità specifici che i ricercatori possono studiare come una sorta di "impronta molecolare". Lo spettrometro di massa a elettrospray (EMS) funziona in modo diverso, senza provocare frammentazione. Ciò lo rende prezioso nello studio di grandi specie o macromolecole.
Se è sufficiente determinare un semplice legame chimico, probabilmente non sarà necessario l'uso di uno spettrometro di massa a elettrospray. Per molecole più grandi come i peptidi, tuttavia, la forma molecolare e il ripiegamento molecolare - persino l'interazione molecolare con le molecole circostanti - sono altrettanto importanti. In tali casi, è essenziale che la molecola rimanga non frammentata. La delicatezza necessaria impone l'uso di uno spettrometro di massa a elettrospray, che non richiede l'uso né di alte temperature né di un vuoto.
Quando si utilizza uno spettrometro di massa a elettrospray, un campione macromolecolare puro viene prima sciolto in un sistema a solvente, che viene successivamente iniettato tramite un ago a foro stretto in un campo elettrico ad alta tensione. Il solvente piuttosto che il soluto riceve il peso maggiore del bombardamento. Quando il liquido raggiunge un livello critico di carica, la soluzione si rompe violentemente in goccioline di dimensioni aerosol, la cui carica li induce individualmente a respingersi a vicenda. Presto le goccioline evaporano, depositando le loro molteplici cariche sulle molecole ancora intatte, che attraverso la repulsione intermolecolare si estendono. In questo stato la loro struttura, anche ad alti livelli di complessità, può essere studiata e determinata.
Il primo spettro proteico intatto di successo è stato prodotto nel 1989 dai ricercatori dell'Università di Yale nel Connecticut. Il progresso nella tecnica EMS fu rapido e nel 1996 il chimico Carol Robinson rilevò picchi spettrali che potevano essere associati, non solo con una singola struttura, ma con un complesso di proteine con coenzima. Un importante miglioramento da allora è l'accoppiamento dello spettrometro di massa a elettrospray con l'analisi del tempo di volo (TOF). Il raffreddamento collisionale porta anche a quel miglioramento un ulteriore passo in avanti riducendo la frammentazione di immense strutture prodotte dal calore.
Una difficoltà riscontrata nelle determinazioni dello spettrometro di massa a elettrospray è quella introdotta dagli isotopi elementali. Questo perché i picchi dipendono dal rapporto massa / carica. La massa di un frammento o di una molecola, divisa per il numero di cariche discrete che trasporta, determina la posizione. Diversi isotopi elementali contribuiscono a masse diverse, forse la varianza più critica è quella tra carbonio-12 e carbonio-13. Per questo motivo, i campioni di molecole complesse dovrebbero essere monoisotopici, se possibile.