¿Qué es un espectrómetro de masas con electrospray?

Un espectrómetro de masas (MS) es un instrumento electrónico utilizado para identificar la estructura química. En la mayoría de los procedimientos de espectrometría de masas, las moléculas son bombardeadas eléctricamente, lo que resulta en ionización con fragmentación. Luego, los fragmentos se aceleran magnéticamente hacia dispositivos de detección y registro, lo que da como resultado picos e intensidades específicos que los investigadores pueden estudiar como una especie de "huella digital molecular". El espectrómetro de masas con electrospray (EMS) funciona de manera diferente, sin generar fragmentación. Esto lo hace invaluable en el estudio de especies grandes, o macromoléculas.

Si todo lo que necesita determinarse es un enlace químico simple, probablemente no se requerirá el uso de un espectrómetro de masas con electrospray. Sin embargo, para moléculas más grandes como los péptidos, la forma molecular y el plegamiento molecular, incluso la interacción molecular con las moléculas circundantes, son igualmente importantes. En tales casos, es esencial que la molécula permanezca sin fragmentar. La delicadeza necesaria exige el uso de un espectrómetro de masas con electrospray, que no requiere el uso de altas temperaturas ni de vacío.

Cuando se usa un espectrómetro de masas con electrospray, una muestra macromolecular pura se disuelve primero en un sistema solvente, que luego se inyecta a través de una aguja de agujero estrecho en un campo eléctrico de alto voltaje. El solvente en lugar del soluto recibe la peor parte del bombardeo. A medida que el líquido alcanza un nivel crítico de carga, la solución se rompe violentamente en gotas del tamaño de un aerosol, y su carga hace que se repelen individualmente. Pronto las gotas se evaporan, depositando sus múltiples cargas sobre las moléculas aún intactas, que a través de la repulsión intermolecular se extienden. En este estado, su estructura, incluso a altos niveles de complejidad, puede estudiarse y determinarse.

El primer espectro exitoso de proteína intacta fue producido en 1989 por investigadores de la Universidad de Yale en Connecticut. El avance en la técnica de EMS fue rápido, y en 1996 la química Carol Robinson detectó picos espectrales que podrían estar asociados, no solo con una sola estructura, sino con un complejo de proteína con coenzima. Una mejora importante desde entonces es el acoplamiento del espectrómetro de masas con electrospray con el análisis de tiempo de vuelo (TOF). El enfriamiento por colisión lleva incluso esa mejora un paso más allá al reducir la fragmentación de las inmensas estructuras producidas por el calor.

Una dificultad experimentada en las determinaciones del espectrómetro de masas con electrospray es la introducida por los isótopos elementales. Esto se debe a que los picos dependen de la relación masa-carga. La masa de un fragmento o una molécula, dividida por el número de cargas discretas que lleva, determina la ubicación. Los diferentes isótopos elementales contribuyen con diferentes masas, quizás la variación más crítica es la que existe entre el carbono 12 y el carbono 13. Por esta razón, las muestras de moléculas complejas deben ser monoisotópicas si es posible.