Die quantitative Massenspektrometrie ist eine Methode zur Bestimmung sowohl der Molekülmasse einer Verbindung als auch der daraus hergestellten. Massenspektrometrie funktioniert, indem eine Probe extremen Bedingungen von Hitze und Elektrizität ausgesetzt wird, wodurch sie in geladene Molekülfragmente zerfällt. Die Zusammensetzung und Häufigkeit dieser Fragmente wird analysiert, um die Masse und die Zusammensetzung aufzudecken.
Es gibt viele Arten der quantitativen Massenspektrometrie, aber jede Methode verwendet die gleichen Prozesse. Eine Probe wird zuerst erhitzt, um einen Dampf zu bilden, dann ionisiert und unter Verwendung eines elektrischen Feldes beschleunigt. Die Ionen haben jeweils eine einzelne positive Ladung, und diese geladenen Teilchen werden abgelenkt, indem sie durch ein Magnetfeld geleitet werden. Leichtere Ionen werden durch ein Magnetfeld stärker abgelenkt als schwerere Ionen, so dass die Stärke des Feldes Ionen unterschiedlicher Masse in die Detektionsvorrichtung leitet.
Die Analyse von Methan, dem einfachsten Kohlenwasserstoff – oder einer Verbindung aus Wasserstoff (H) und Kohlenstoff (C) – zeigt das Vorhandensein von Fragmenten mit Atommassen von 1, 12, 13, 14, 15 und 16 Atommasseneinheiten (amu ). Methan hat die Formel CH4 und eine Probenanalyse von Methan zeigt das Vorhandensein von H+, C+, CH+,CH2+, CH3+ bzw. CH4+. Die Häufigkeit dieser Fragmente wird ebenfalls gemessen, wobei der höchste Wert bei 16 amu liegt, was der Masse des unfragmentierten Ions entspricht. Dies liegt daran, dass es extrem viel Energie erfordert, die Wasserstoffe vom zentralen Kohlenstoff zu entfernen, was bedeutet, dass das am häufigsten vorkommende Ion das energetisch günstigste ist.
Es gibt eine sehr geringe Häufigkeit eines Fragments mit einem Gewicht von 17 amu im Massenspektrum für Methan. Diese Ablesung ist auf das Vorhandensein eines Isotops von entweder Kohlenstoff oder Wasserstoff zurückzuführen. Isotope sind Elemente mit gleichen chemischen Eigenschaften, aber unterschiedlichen Atomgewichten, weil sie unterschiedliche Neutronenzahlen in ihren Kernen haben. Der Kohlenstoff-12-Kern enthält sechs Neutronen und sechs Protonen, aber das viel seltenere Isotop Kohlenstoff-13 enthält sieben Protonen. In ähnlicher Weise ist eine kleine Menge des vorhandenen Wasserstoffs Wasserstoff-2, auch Deuterium genannt, der einen Kern aus einem Proton und einem Neutron hat.
Neben der Analyse der Zusammensetzung organischer Verbindungen und der relativen Häufigkeiten von Isotopen in einer Probe wird die quantitative Massenspektrometrie auch verwendet, um die Zusammensetzung biologischer Moleküle wie Proteine aufzuklären. Proteine bestehen aus einer Kette oder Sequenz von Aminosäuren, und die Massenspektrometrie kann verwendet werden, um die Sequenz zu bestimmen, in der diese Aminosäurereste vorkommen. Die Molekülmasse eines Proteins kann auch mit quantitativer Massenspektrometrie bestimmt werden.