La spectrométrie de masse quantitative est une méthode permettant de déterminer à la fois la masse moléculaire d’un composé et à partir de ce qu’il est fabriqué. La spectrométrie de masse fonctionne en exposant un échantillon à des conditions extrêmes de chaleur et d’électricité, le faisant se briser en fragments moléculaires chargés. La composition et l’abondance de ces fragments sont analysées pour révéler la masse et la composition.
Il existe de nombreux types de spectrométrie de masse quantitative, mais chaque méthode utilise le même ensemble de processus. Un échantillon est d’abord chauffé pour former une vapeur, puis ionisé et accéléré à l’aide d’un champ électrique. Les ions ont chacun une seule charge positive, et ces particules chargées sont déviées en les faisant passer à travers un champ magnétique. Les ions plus légers sont davantage déviés par un champ magnétique que les ions plus lourds, ce qui fait varier l’intensité des ions de canaux de champ de masse différente dans l’appareil de détection.
L’analyse du méthane, l’hydrocarbure le plus simple – ou composé composé d’hydrogène (H) et de carbone (C) – révèle la présence de fragments qui ont des masses atomiques de 1, 12, 13, 14, 15 et 16 unités de masse atomique (amu ). Le méthane a la formule CH4, et l’analyse d’échantillons de méthane révèle la présence, respectivement, de H+, C+, CH+,CH2+, CH3+ et CH4+. L’abondance de ces fragments est également mesurée, la plus élevée étant à 16 amu, ce qui correspond à la masse de l’ion non fragmenté. En effet, il faut une quantité extrême d’énergie pour éliminer les hydrogènes du carbone central, ce qui signifie que l’ion le plus abondant sera le plus énergétiquement favorable.
Il existe une très faible abondance d’un fragment pesant 17 uma sur le spectre de masse du méthane. Cette lecture est due à la présence d’un isotope du carbone ou de l’hydrogène. Les isotopes sont des éléments qui ont les mêmes propriétés chimiques mais des poids atomiques différents car ils ont un nombre différent de neutrons dans leur noyau. Le noyau du carbone 12 contient six neutrons et six protons, mais l’isotope carbone 13, beaucoup plus rare, contient sept protons. De même, une petite quantité de l’hydrogène présent sera de l’hydrogène-2, également appelé deutérium, qui possède un noyau d’un proton et d’un neutron.
En plus d’analyser la composition des composés organiques et les abondances relatives des isotopes dans un échantillon, la spectrométrie de masse quantitative est également utilisée pour élucider la composition de molécules biologiques telles que les protéines. Les protéines sont constituées d’une chaîne ou d’une séquence d’acides aminés, et la spectrométrie de masse peut être utilisée pour déterminer la séquence dans laquelle ces résidus d’acides aminés se produisent. La masse moléculaire d’une protéine peut également être trouvée en utilisant la spectrométrie de masse quantitative.