Uno spettrometro di massa (MS) è uno strumento elettronico utilizzato per identificare la struttura chimica. Nella maggior parte delle procedure di spettrometria di massa, le molecole sono bombardate elettricamente, con conseguente ionizzazione con frammentazione. I frammenti vengono quindi accelerati magneticamente verso dispositivi di rilevamento e registrazione, risultando in picchi e intensità specifici che i ricercatori possono studiare come una sorta di “impronta digitale 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 il 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, anche 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 del vuoto.
Quando si utilizza uno spettrometro di massa a elettrospray, un campione macromolecolare puro viene prima dissolto in un sistema di solventi, che viene poi iniettato tramite un ago a foro stretto in un campo elettrico ad alta tensione. Il solvente piuttosto che il soluto riceve l’urto del bombardamento. Quando il liquido raggiunge un livello di carica critico, la soluzione si rompe violentemente in goccioline delle dimensioni di un aerosol, la cui carica le fa respingere individualmente l’una con l’altra. Presto le goccioline evaporano, depositando le loro molteplici cariche sulle molecole ancora intatte, che per repulsione intermolecolare si allungano. 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 della Yale University nel Connecticut. Il progresso nella tecnica EMS è stato rapido e nel 1996 il chimico Carol Robinson ha rilevato picchi spettrali che potrebbero essere associati non solo a una singola struttura, ma a 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 per collisione fa compiere un ulteriore passo avanti anche a questo miglioramento, riducendo la frammentazione di immense strutture prodotte dal calore.
Una difficoltà riscontrata nelle determinazioni dello spettrometro di massa con l’elettrospray è quella introdotta dagli isotopi elementari. 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 con 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, se possibile, monoisotopici.