La spettrometria di massa è una tecnica analitica che trasforma molecole o atomi in ioni, li separa in base al rapporto massa/carica e ne misura l’abbondanza relativa. Il risultato è uno spettro in cui l’asse orizzontale riporta:
e l’asse verticale l’intensità del segnale.
In chimica organica e analitica fornisce massa molecolare, composizione isotopica, frammenti strutturali e informazioni sulla formula molecolare. In accoppiamento con cromatografia liquida o gassosa diventa uno strumento molto potente per miscele complesse.
Componenti dello strumento
Uno spettrometro di massa comprende in genere:
- sorgente ionica, che produce ioni dalla specie analizzata;
- analizzatore di massa, che separa gli ioni secondo m/z;
- rivelatore, che misura l’intensità degli ioni;
- sistema di vuoto, necessario per ridurre collisioni indesiderate.
Le sorgenti possono essere dure o morbide. L’impatto elettronico, tipico della GC-MS, produce frammentazione intensa; tecniche come electrospray e MALDI conservano più facilmente ioni molecolari o pseudomolecolari, utili per biomolecole e composti termolabili.
Picchi e frammentazione
Il picco molecolare M^+ indica lo ione molecolare, quando è osservabile. In molte tecniche soft si osservano invece specie come:
Il picco base è quello più intenso e viene normalizzato al 100%. Non coincide necessariamente con il picco molecolare: spesso è un frammento particolarmente stabile.
La frammentazione aiuta a ricostruire la struttura. Rotture vicino a eteroatomi, formazione di carbocationi stabili, perdita di acqua, ammoniaca o anidride carbonica e riarrangiamenti caratteristici producono segnali diagnostici.
Pattern isotopici
I pattern isotopici sono molto informativi. Il cloro dà un picco M+2 circa un terzo di M, mentre il bromo dà M e M+2 quasi uguali. La presenza di più atomi di cloro o bromo produce distribuzioni binomiali riconoscibili.
La regola dell’azoto, per composti organici contenenti C, H, N, O, S e alogeni, afferma che una massa nominale dispari dello ione molecolare indica in genere un numero dispari di atomi di azoto; una massa nominale pari indica zero o un numero pari di atomi di azoto.
Limiti e cautele
La spettrometria di massa misura m/z, non direttamente la massa neutra. Bisogna conoscere lo stato di carica, gli addotti, la calibrazione e il tipo di ionizzazione. Inoltre isomeri strutturali possono avere la stessa massa esatta e richiedere frammentazione tandem, cromatografia o spettroscopia complementare.
Un errore comune è interpretare ogni picco come una molecola neutra distinta. Molti picchi sono frammenti, isotopi, addotti, specie multicarica o contaminanti di fondo.
Vedi anche: Spettroscopia organica, Grado di insaturazione, NMR, Legge di Lambert-Beer.