Ein Massenspektrometer (MS) ist ein elektronisches Instrument zur Identifizierung chemischer Strukturen. Bei den meisten massenspektrometrischen Verfahren werden Moleküle elektrisch beschossen, was zu einer Ionisierung mit Fragmentierung führt. Die Fragmente werden dann magnetisch in Richtung Detektions- und Aufzeichnungsgeräte beschleunigt, was zu spezifischen Peaks und Intensitäten führt, die Forscher als eine Art „molekularer Fingerabdruck“ untersuchen können. Das Elektrospray-Massenspektrometer (EMS) funktioniert anders – führt nicht zu einer Fragmentierung. Dies macht es für die Untersuchung großer Arten oder Makromoleküle von unschätzbarem Wert.
Wenn nur eine einfache chemische Bindung bestimmt werden muss, ist die Verwendung eines Elektrospray-Massenspektrometers wahrscheinlich nicht erforderlich. Bei größeren Molekülen wie Peptiden sind jedoch die molekulare Form und die molekulare Faltung – sogar die molekulare Interaktion mit umgebenden Molekülen – genauso wichtig. In solchen Fällen ist es wesentlich, dass das Molekül unfragmentiert bleibt. Die erforderliche Feinheit erfordert die Verwendung eines Elektrospray-Massenspektrometers, das weder die Verwendung hoher Temperaturen noch eines Vakuums erfordert.
Bei der Verwendung eines Elektrospray-Massenspektrometers wird zunächst eine reine makromolekulare Probe in einem Lösungsmittelsystem gelöst, das anschließend über eine englumige Nadel in ein elektrisches Hochspannungsfeld injiziert wird. Das Lösungsmittel und nicht der gelöste Stoff erhält die Hauptlast des Bombardements. Wenn die Flüssigkeit ein kritisches Ladungsniveau erreicht, zerbricht die Lösung heftig in aerosolgroße Tröpfchen, deren Ladung dazu führt, dass sie sich einzeln abstoßen. Bald verdampfen die Tröpfchen und legen ihre mehrfachen Ladungen auf die noch intakten Moleküle ab, die durch intermolekulare Abstoßung ausgedehnt werden. In diesem Zustand kann ihre Struktur auch bei hoher Komplexität untersucht und bestimmt werden.
Das erste erfolgreiche intakte Proteinspektrum wurde 1989 von Forschern der Yale University in Connecticut hergestellt. Der Fortschritt in der EMS-Technik war rasant, und 1996 entdeckte die Chemikerin Carol Robinson spektrale Peaks, die nicht nur einer einzelnen Struktur, sondern einem Proteinkomplex mit Coenzym zugeordnet werden konnten. Eine wesentliche Verbesserung seither ist die Kopplung des Elektrospray-Massenspektrometers mit der Flugzeitanalyse (TOF). Kollisionskühlung geht sogar noch einen Schritt weiter, indem sie die Fragmentierung riesiger Strukturen, die durch Hitze erzeugt werden, reduziert.
Eine Schwierigkeit bei Elektrospray-Massenspektrometer-Bestimmungen ist die, die durch elementare Isotope eingeführt wird. Dies liegt daran, dass Peaks vom Masse-zu-Ladungs-Verhältnis abhängig sind. Die Masse eines Fragments oder Moleküls dividiert durch die Anzahl der diskreten Ladungen, die es trägt, bestimmt den Ort. Unterschiedliche elementare Isotope tragen unterschiedliche Massen bei, wobei die vielleicht kritischste Varianz die zwischen Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-13 ist. Aus diesem Grund sollten Proben komplexer Moleküle möglichst monoisotopisch sein.