Un spectromètre de masse (MS) est un instrument électronique utilisé pour identifier la structure chimique. Dans la plupart des procédures de spectrométrie de masse, les molécules sont bombardées électriquement, ce qui entraîne une ionisation avec fragmentation. Les fragments sont ensuite accélérés magnétiquement vers des dispositifs de détection et d’enregistrement, ce qui entraîne des pics et des intensités spécifiques que les chercheurs peuvent étudier comme une sorte d’empreinte moléculaire. Le spectromètre de masse à électrospray (EMS) fonctionne différemment, sans provoquer de fragmentation. Cela le rend inestimable dans l’étude des grandes espèces, ou macromolécules.
Si une simple liaison chimique est tout ce qui doit être déterminé, l’utilisation d’un spectromètre de masse à électrospray ne sera probablement pas nécessaire. Pour les molécules plus grosses telles que les peptides, cependant, la forme moléculaire et le repliement moléculaire – même l’interaction moléculaire avec les molécules environnantes – sont tout aussi importants. Dans de tels cas, il est essentiel que la molécule reste non fragmentée. La délicatesse requise exige l’utilisation d’un spectromètre de masse à électrospray, qui ne nécessite ni l’utilisation de températures élevées ni de vide.
Lors de l’utilisation d’un spectromètre de masse à électrospray, un échantillon macromoléculaire pur est d’abord dissous dans un système de solvant, qui est ensuite injecté via une aiguille à alésage étroit dans un champ électrique à haute tension. Le solvant plutôt que le soluté reçoit le plus gros du bombardement. Lorsque le liquide atteint un niveau de charge critique, la solution se brise violemment en gouttelettes de la taille d’un aérosol, leur charge les obligeant individuellement à se repousser. Bientôt les gouttelettes s’évaporent, déposant leurs multiples charges sur les molécules encore intactes, qui par répulsion intermoléculaire s’étendent. Dans cet état, leur structure, même à des niveaux élevés de complexité, peut être étudiée et déterminée.
Le premier spectre de protéines intactes réussi a été produit en 1989 par des chercheurs de l’Université de Yale dans le Connecticut. Les progrès de la technique EMS ont été rapides et, en 1996, la chimiste Carol Robinson a détecté des pics spectraux qui pouvaient être associés, non seulement à une structure unique, mais à un complexe de protéines avec une coenzyme. Une amélioration majeure depuis lors est le couplage du spectromètre de masse à électrospray avec l’analyse du temps de vol (TOF). Le refroidissement par collision va encore plus loin dans cette amélioration en réduisant la fragmentation d’immenses structures produites par la chaleur.
Une difficulté rencontrée dans les déterminations par spectromètre de masse électrospray est celle introduite par les isotopes élémentaires. En effet, les pics dépendent du rapport masse/charge. La masse d’un fragment ou d’une molécule, divisée par le nombre de charges discrètes qu’il porte, détermine sa localisation. Différents isotopes élémentaires contribuent à des masses différentes, la variance peut-être la plus critique étant celle entre le carbone-12 et le carbone-13. Pour cette raison, les échantillons de molécules complexes doivent être si possible monoisotopiques.