Cos'è spettrometria di massa?

Spettrometria di Massa

La spettrometria di massa (MS) è una tecnica analitica utilizzata per identificare e quantificare molecole basandosi sul loro rapporto massa/carica (m/z). In sintesi, un analita viene ionizzato, i suoi ioni vengono separati in base al loro m/z e la loro abbondanza relativa viene misurata. Queste informazioni possono essere usate per determinare la composizione elementare, la struttura molecolare, e l'abbondanza isotopica di un campione.

Principi Fondamentali:

Il processo di spettrometria di massa tipicamente comporta i seguenti passaggi:

1. Ionizzazione: Le molecole del campione vengono ionizzate per formare ioni gassosi. Esistono diverse tecniche di ionizzazione, ciascuna adatta a differenti tipi di molecole, tra cui:

   • Ionizzazione Elettronica (EI): Un fascio di elettroni ad alta energia colpisce le molecole, causando la perdita di un elettrone e la formazione di ioni radicali. È una tecnica "hard ionization" che spesso frammenta la molecola.
   • Ionizzazione Chimica (CI): Un gas reagente (es. metano, ammoniaca) viene ionizzato e quindi reagisce con le molecole del campione, trasferendo protoni o formando ioni addotti. È una tecnica "soft ionization" che produce meno frammentazione rispetto a EI.
   • Electrospray Ionization (ESI): Una soluzione contenente il campione viene nebulizzata e spruzzata attraverso un capillare caricato ad alta tensione. Le goccioline cariche si restringono e rilasciano ioni in fase gassosa. Adatta per molecole grandi e polari, come proteine e peptidi.
   • Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization (MALDI): Il campione viene miscelato con una matrice che assorbe l'energia di un laser. L'energia laser vaporizza e ionizza le molecole del campione. Ideale per biomolecole di grandi dimensioni.

2. Analisi di Massa: Gli ioni vengono separati in base al loro rapporto massa/carica (m/z) attraverso un analizzatore di massa. Esistono diversi tipi di analizzatori di massa:

   • Quadrupolo: Utilizza campi elettrici oscillanti per filtrare gli ioni in base al loro m/z. È un analizzatore di massa relativamente economico e robusto.
   • Tempo di Volo (TOF): Gli ioni vengono accelerati attraverso un tubo di volo; il tempo impiegato per raggiungere il detector è correlato al loro m/z. Offre alta risoluzione e ampia gamma di massa.
   • Settore Magnetico: Utilizza un campo magnetico per deflettere gli ioni; il raggio di curvatura è proporzionale al m/z.
   • Trappola Ionica: Intrappola gli ioni utilizzando campi elettrici o magnetici. Gli ioni vengono quindi espulsi in base al loro m/z per essere rilevati.
   • Orbitrap: Intrappola gli ioni in un campo elettrostatico che li fa orbitare attorno a un elettrodo centrale. La frequenza di questa orbita è legata al rapporto massa/carica degli ioni, e viene misurata per determinare il m/z. Offre altissima risoluzione e accuratezza di massa.

3. Rilevamento (Detection): Gli ioni separati vengono rilevati e la loro abbondanza viene misurata. I detector più comuni includono i moltiplicatori di elettroni e le coppe di Faraday.

4. Analisi dei Dati: I dati ottenuti vengono elaborati per generare uno spettro di massa, che è un grafico dell'abbondanza relativa degli ioni rispetto al loro rapporto massa/carica (m/z). L'analisi dello spettro permette di identificare e quantificare le molecole presenti nel campione.

Applicazioni:

La spettrometria di massa ha una vasta gamma di applicazioni in diverse discipline:

• Chimica: Identificazione di composti, determinazione della struttura molecolare, analisi quantitativa.
• Biologia: Proteomica, metabolomica, analisi di DNA e RNA, identificazione di biomarcatori.
• Medicina: Diagnosi di malattie, monitoraggio di farmaci, analisi tossicologica.
• Scienza Ambientale: Monitoraggio di contaminanti, analisi della qualità dell'aria e dell'acqua.
• Scienza dei Materiali: Caratterizzazione di polimeri, analisi di superfici.
• Sicurezza Alimentare: Rilevamento di pesticidi, antibiotici e altre sostanze indesiderate negli alimenti.

Vantaggi:

• Alta sensibilità: Permette di rilevare e quantificare piccole quantità di analiti.
• Alta specificità: Fornisce informazioni sulla massa e sulla struttura delle molecole, consentendo una precisa identificazione.
• Versatilità: Applicabile a un'ampia gamma di molecole e matrici.

Limitazioni:

• Costo elevato della strumentazione.
• Richiede una preparazione del campione appropriata.
• Interpretazione complessa degli spettri.
• Potenziale frammentazione delle molecole durante la ionizzazione.