La espectrometría de masas cuantitativa es un método para determinar tanto la masa molecular de un compuesto como de qué está hecho. La espectrometría de masas funciona al exponer una muestra a condiciones extremas de calor y electricidad, lo que hace que se rompa en fragmentos moleculares cargados. Se analiza la composición y abundancia de estos fragmentos para revelar la masa y la composición.
Hay muchos tipos de espectrometría de masas cuantitativa, pero cada método emplea el mismo conjunto de procesos. Primero se calienta una muestra para formar un vapor, luego se ioniza y se acelera mediante un campo eléctrico. Cada uno de los iones tiene una sola carga positiva, y estas partículas cargadas se desvían al pasarlas a través de un campo magnético. Los iones más ligeros son desviados más por un campo magnético que los iones más pesados, por lo que al variar la fuerza del campo, los iones de diferente masa se canalizan hacia el aparato de detección.
El análisis del metano, el hidrocarburo más simple – o compuesto formado por hidrógeno (H) y carbono (C) – revela la presencia de fragmentos que tienen masas atómicas de 1, 12, 13, 14, 15 y 16 unidades de masa atómica (uma ). El metano tiene la fórmula CH4, y el análisis de muestras de metano revela la presencia, respectivamente, de H +, C +, CH +, CH2 +, CH3 + y CH4 +. También se mide la abundancia de estos fragmentos, siendo el más alto a 16 amu, que se corresponde con la masa del ion no fragmentado. Esto se debe a que se necesita una cantidad extrema de energía para eliminar los hidrógenos del carbono central, lo que significa que el ion más abundante será el más favorable energéticamente.
Hay una abundancia muy pequeña de un fragmento que pesa 17 uma en el espectro de masas del metano. Esta lectura se debe a la presencia de un isótopo de carbono o hidrógeno. Los isótopos son elementos que tienen las mismas propiedades químicas pero diferentes pesos atómicos porque tienen diferentes números de neutrones en sus núcleos. El núcleo de carbono 12 contiene seis neutrones y seis protones, pero el isótopo de carbono 13, mucho más raro, contiene siete protones. De manera similar, una pequeña cantidad del hidrógeno presente será hidrógeno-2, también llamado deuterio, que tiene un núcleo de un protón y un neutrón.
Además de analizar la composición de compuestos orgánicos y la abundancia relativa de isótopos en una muestra, la espectrometría de masas cuantitativa también se utiliza para dilucidar la composición de moléculas biológicas como las proteínas. Las proteínas están formadas por una cadena o secuencia de aminoácidos, y se puede utilizar la espectrometría de masas para determinar la secuencia en la que se encuentran estos residuos de aminoácidos. La masa molecular de una proteína también se puede encontrar usando espectrometría de masas cuantitativa.