La spettrometria di massa quantitativa è un metodo per determinare sia la massa molecolare di un composto che da cosa è fatto. La spettrometria di massa funziona esponendo un campione a condizioni estreme di calore ed elettricità, provocandone la rottura in frammenti molecolari carichi. La composizione e l’abbondanza di questi frammenti viene analizzata per rivelare la massa e la composizione.
Esistono molti tipi di spettrometria di massa quantitativa, ma ogni metodo impiega lo stesso insieme di processi. Un campione viene prima riscaldato per formare un vapore, quindi ionizzato e accelerato utilizzando un campo elettrico. Gli ioni hanno ciascuno una singola carica positiva e queste particelle cariche vengono deviate facendole passare attraverso un campo magnetico. Gli ioni più leggeri vengono deviati più da un campo magnetico rispetto agli ioni più pesanti, quindi variando la forza degli ioni di canali di campo di massa diversa nell’apparato di rilevamento.
L’analisi del metano, l’idrocarburo più semplice — o composto costituito da idrogeno (H) e carbonio (C) — rivela la presenza di frammenti che hanno masse atomiche di 1, 12, 13, 14, 15 e 16 unità di massa atomica (amu ). Il metano ha la formula CH4 e l’analisi del campione del metano rivela la presenza, rispettivamente, di H+, C+, CH+,CH2+, CH3+ e CH4+. Viene anche misurata l’abbondanza di questi frammenti, con il valore più alto a 16 amu, che corrisponde alla massa dello ione non frammentato. Questo perché ci vuole una quantità estrema di energia per togliere gli idrogeni dal carbonio centrale, il che significa che lo ione più abbondante sarà il più energeticamente favorevole.
C’è un’abbondanza molto piccola di un frammento del peso di 17 amu nello spettro di massa del metano. Questa lettura è dovuta alla presenza di un isotopo di carbonio o idrogeno. Gli isotopi sono elementi che hanno le stesse proprietà chimiche ma pesi atomici diversi perché hanno un diverso numero di neutroni nei loro nuclei. Il nucleo di carbonio-12 contiene sei neutroni e sei protoni, ma l’isotopo carbonio-13, molto più raro, contiene sette protoni. Allo stesso modo, una piccola quantità dell’idrogeno presente sarà idrogeno-2, chiamato anche deuterio, che ha un nucleo di un protone e un neutrone.
Oltre ad analizzare la composizione dei composti organici e la relativa abbondanza di isotopi in un campione, la spettrometria di massa quantitativa viene utilizzata anche per chiarire la composizione di molecole biologiche come le proteine. Le proteine sono costituite da una catena o sequenza di amminoacidi e la spettrometria di massa può essere utilizzata per determinare la sequenza in cui si trovano questi residui di amminoacidi. La massa molecolare di una proteina può anche essere trovata usando la spettrometria di massa quantitativa.