Wat is een elektrospray-massaspectrometer?
Een massaspectrometer (MS) is een elektronisch instrument dat wordt gebruikt om de chemische structuur te identificeren. In de meeste massaspectrometrische procedures worden moleculen elektrisch gebombardeerd, wat resulteert in ionisatie met fragmentatie. De fragmenten worden vervolgens magnetisch versneld in de richting van detectie- en opnameapparatuur, wat resulteert in specifieke pieken en intensiteiten die onderzoekers kunnen bestuderen als een soort "moleculaire vingerafdruk". De elektrospray massaspectrometer (EMS) werkt anders - niet leidend tot fragmentatie. Dit maakt het van onschatbare waarde in de studie van grote soorten, of macromoleculen.
Als alleen een eenvoudige chemische binding moet worden bepaald, is het gebruik van een elektrospray-massaspectrometer waarschijnlijk niet nodig. Voor grotere moleculen zoals peptiden zijn moleculaire vorm en moleculaire vouwing - zelfs moleculaire interactie met omringende moleculen - net zo belangrijk. In dergelijke gevallen is het essentieel dat het molecuul niet gefragmenteerd blijft. De benodigde delicatesse vereist het gebruik van een elektrospray-massaspectrometer, waarvoor geen hoge temperaturen of een vacuüm vereist zijn.
Bij gebruik van een elektrospray-massaspectrometer wordt eerst een zuiver macromoleculair monster opgelost in een oplosmiddelsysteem, dat vervolgens via een naald met nauwe boring in een elektrisch veld met hoge spanning wordt geïnjecteerd. Het oplosmiddel in plaats van de opgeloste stof ontvangt het grootste deel van het bombardement. Wanneer de vloeistof een kritisch ladingniveau bereikt, breekt de oplossing heftig uiteen in druppeltjes ter grootte van een aërosol, die door hun lading elkaar afzonderlijk afstoten. Al snel verdampen de druppeltjes en zetten hun meerdere ladingen af op de nog intacte moleculen, die door intermoleculaire afstoting worden uitgebreid. In deze toestand kan hun structuur, zelfs bij hoge niveaus van complexiteit, worden bestudeerd en bepaald.
Het eerste succesvolle intacte eiwitspectrum werd in 1989 geproduceerd door onderzoekers van de Yale University in Connecticut. De vooruitgang in EMS-techniek was snel en in 1996 ontdekte chemicus Carol Robinson spectrale pieken die konden worden geassocieerd, niet alleen met een enkele structuur, maar met een eiwitcomplex met co-enzym. Een belangrijke verbetering sindsdien is de koppeling van de elektrospray massaspectrometer met time-of-flight (TOF) analyse. Collisionele koeling gaat zelfs die verbetering nog een stap verder door de fragmentatie van immense structuren geproduceerd door warmte te verminderen.
Een moeilijkheid ervaren bij elektrospray massaspectrometerbepalingen is die geïntroduceerd door elementaire isotopen. Dit komt omdat pieken afhankelijk zijn van de massa-ladingverhouding. De massa van een fragment of een molecuul, gedeeld door het aantal discrete ladingen dat het draagt, bepaalt de locatie. Verschillende elementaire isotopen dragen bij aan verschillende massa's, misschien wel de meest kritische variantie die is tussen koolstof-12 en koolstof-13. Om deze reden moeten monsters van complexe moleculen indien mogelijk monoisotopisch zijn.