La Spettrometria di Massa

LA SPETTROMETRIA DI MASSA:

La spettrometria di massa e’ una tecnica analitica di delucidazione strutturale basata sulla ionizzazione di una molecola e sulla sua successiva frammentazione in ioni di diverso rapporto Carica/massa (M/z). A differenza delle tecniche spettroscopiche, però, questo è un metodo d’analisi distruttivo (la molecola non rimane intatta dopo l’analisi), e soprattutto non si basa sull’interazione tra radiazioni e materia. Il risultato di un esperimento di Spettrometria di massa è lo Spettro di massa, che rappresenta la concentrazione relativa degli ioni in funzione del loro rapporto carica/ massa. L'unità di massa usata dai chimici e biochimici è il Dalton pari a 1/12 della massa del carbonio-12. Invece l'unità di carica usata è pari alla carica dell'elettrone. In gran parte dei casi gli ioni hanno una sola carica e quindi il rapporto m/z è numericamente uguale alla massa espressa in Da. L’interpretazione dello spettro di massa consiste nello studio dei segnali dovuti agli ioni generati nell'esperimento, dai quali si può ricostruire a ritroso la struttura molecolare originale. Lo spettrometro di massa è lo strumento che serve a misurare la massa degli ioni. Esso separa gli ioni aventi la stessa carica e massa diversa, o, più in generale aventi rapporto di massa/carica diverso.

Da notare che il vuoto è necessario per poter ottenere uno spettro con buona risoluzione in quanto l'analizzatore dello spettrometro di massa separa in base alla quantità di moto,per cui la presenza di eventuali molecole di gas atmosferico potrebbero interferire con gli ioni, variandone l'energia cinetica. L’introduzione del campione nella camera di ionizzazione può essere fatta sia allo stato solido, usando una sonda, sia allo stato liquido o gassoso, usando un sistema di valvole che permettono di accedere alla camera di ionizzazione senza che questa venga a contatto con l’esterno. La quantità di prodotto necessario per registrare uno spettro è dell’ordine dei microgrammi/nanogrammi. Inoltre è possibile utilizzare l'uscita di un sistema GC o HPLC come ingresso dello spettrometro di massa. Queste tecniche, note come GC-MS e HPLC-MS, sono estremamente utili nell'analisi di miscele di prodotti. Il campione viene ionizzato in un’apposita camera di ionizzazione, in cui il fascio di elettroni viene prodotto da una sorgente ionica che varia a seconda della tecnica utilizzata. L'analita può venire ionizzato secondo varie tecniche: l'espulsione di elettroni, la protonazione, la deprotonazione, la cationizzazione. Con l'espulsione di elettroni si genera un catione radicalico (ione molecolare) molto instabile che in parte si frammenta dando origine a molecole e/o radicali neutri (che lo strumento non rileva) e in parte genera cationi e/o radicali cationici (ioni frammento) che vengono invece discriminati sulla base del loro rapporto massa/carica e rivelati da un detector. Il campione viene ionizzato in un’apposita camera di ionizzazione, in cui il fascio di elettroni viene prodotto da una sorgente ionica che varia a seconda della tecnica utilizzata. Difatti se una molecola è investita in fase vapore da un fascio di elettroni di notevole energia cinetica si può avere per urto la sua ionizzazione a ione positivo o negativo. In genere gli strumenti sono regolati per lavorare unicamente con ioni positivi, i quali possono spontaneamente o per urto decomporsi in una serie di frammenti di massa inferiore e questi a loro volta in altri di massa ancora inferiore. Ogni molecola avrà quindi una sua frammentazione caratteristica e specifica che dipenderà sia dalla natura delle molecole sia dalle condizioni operative di ionizzazione. Il sistema di ionizzazione svolge un ruolo essenziale nella spettrometria di massa, perché da esso dipende anche il numero, la natura e l’abbondanza dei frammenti molecolari che compaiono nello spettro di massa. Per questo motivo le tecniche utilizzate sono numerose e alcune di esse danno origine a particolari varianti nella spettrometria di massa. Tra i vari dispositivi alcuni consentono di analizzare solo frammenti positivi, altri invece, permettono la rivelazione anche di ioni negativi. Inoltre alcune tecniche di ionizzazione sono decisamente potenti, operano cioè ad alta energia e portano ad una frammentazione spinta (TECNICHE HARD), altre invece operano a bassa energia producendo un numero inferiore di ioni (TECNICHE SOFT). A questo punto gli ioni sono accelerati verso l'analizzatore da un intenso potenziale elettrostatico. L'analizzatore non è altro che un tubo curvo, attraversato da un campo magnetico perpendicolare al piano di curvatura,in grado di deviare le particelle cariche in movimento, per cui gli ioni provenienti dalla sorgente possono seguire la curvatura del tubo. L’entità della deviazione non è uguale per tutti gli ioni, ma dipende dall’intensità del campo magnetico, dall’energia fornita dal potenziale elettrostatico e dal rapporto m/z dello ione. In particolare per ogni valore di potenziale elettrostatico e campo magnetico, solo ioni con un ben preciso rapporto m/z riusciranno ad attraversare la fenditura posta alla fine dell’analizzatore, ed arrivare quindi al collettore di ioni, che genera un segnale elettrico dipendente dall’intensità della corrente ionica (numero di ioni per unità di tempo) che lo colpisce. In particolare gli ioni prodotti dalla sorgente passano attraverso una coppia di fenditure strette che ne definiscono la traiettoria e tra le quali è applicata una differenza di potenziale; all'uscita dalla seconda fenditura tutti gli ioni, a parità di carica e indipendentemente dalla loro massa possiedono l'energia cinetica:

E = ½ mv^2 = qV
Si ottiene così un fascio di ioni isoenergetici sottile e collimato che entra in una regione in cui agisce soltanto un campo magnetico B uniforme. Tali ioni sono in questo modo sottoposti ad una forza, detta Forza di Lorentz data dalla relazione:
F= q (E+v x B)
Poiché il campo elettrico E in questo caso è nullo, la forza è dovuta al solo campo magnetico. Il rggio di curvatura della traiettoria, che si ricava eguagliando la forza di Lorentz alla forza centripeta è dato da:
R = mv/qB
Poiché la massa m, il campo B e la carica q sono costanti, e la velocità v non cambia in modulo essendo la forza esclusivamente centripeta, anche il raggio di curvatura è costante, dunque la traiettoria descritta dalla particella è un arco di circonferenza. Tutto questo per dire che a parità di energia cinetica e di carica, a masse diverse corrispondono velocità diverse, e quindi raggi diversi. Il rapporto massa/carica risulta quindi determinato dalla misura di r, una volta noti il campo magnetico e la differenza di potenziale acceleratrice.

Le diverse tecniche di spettrometria di massa differiscono tra loro principalmente per due fattori:

1. Il modo in cui la molecola è ionizzata:

• Sorgente EI (impatto elettronico)
• Sorgente CI (ionizzazione chimica)
• Sorgente FAB (fast atom bombarment)
• Sorgente electrospray
• Sorgente MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption and Ionization).

2. Il modo in cui è misurato il rapporto massa/carica:

• Analizzatore magnetico
• Analizzatore a quadrupolo
• Analizzatore TOF (time of flight)

IONIZZAZIONE ELETTRONICA:
La Ionizzazione elettronica è la più vecchia e la più diffusa tecnica di ionizzazione. Il secondo nome è via via meno utilizzato. Le molecole, in fase gassosa, entrano nella fase di ionizzazione nella quale è mantenuto il vuoto. Nella camera c'è un filamento, di solito in Tungsteno o Renio sottoposto a una Differenza di potenziale, regolabile dall'operatore a seconda del grado di ionizzaione desiderato. Le molecole in soluzione vengono bombardate dagli elettroni emessi dal filamento per cui si ionizzano. Si tratta di una tecnica di ionizzazione hard cioè che provoca una notevole frammentazione per cui lo ione molecolare può non essere visibile; inoltre la sostanza da analizzare deve essere volatilizzata.

IONIZZAZIONE CHIMICA:

La Ionizzazione chimica può essere considerata come una variante della EI nella quale gli “agenti ionizzanti” sono costituiti da molecole di metano o di etano ionizzate per impatto elettronico. Dalla ionizzazione di questi gas si forma un plasma che ionizza le molecole del campione (ionizzazione secondaria). La ionizzazione chimica ha il vantaggio di essere molto più soft della ionizzazione elettronica, quindi in genere si ottengono spettri nei quali lo ione molecolare è sempre visibile ed intenso. La Ionizzazione chimica risulta particolarmente utile per l’analisi di molecole dotate di gruppi basici (ad esempio ammine o eteri).

SORGENTE FAB (Fast Atom Bombarment):

La Spettrometria di massa FAB(Fast Atom Bombarment) consiste nel disperdere il campione in una matrice solida su cui vengono sparati atomi pesanti neutri ad elevata velocità. Gli atomi veloci sono prodotti dal cosiddetto cannone atomico in cui viene introdotto un gas(generalmente Argon o Xeno),le cui particelle,per effetto di una sorgente elettronica, vengono ionizzate(Ar+ oppure Xe+). Questi ioni vengono fatti entrare in una camera di collisione in cui è presente Argon o Xeno gassoso; gli ioni, urtando gli atomi cedono la loro energia cinetica generando così un flusso di atomi neutri che escono dalla camera di collisione ad elevata velocità ed impattano contro

la matrice che contiene disperso il campione da analizzare. Le matrici FAB più utilizzate sono:

• Glicerolo:

􀂾 La matrice più usata nel FAB

􀂾 Scelta migliore per i composti polari

􀂾 Problemi per la formazione di addotti che complicano la lettura degli spettri

• Tioglicerolo:

􀂾 maggiore acidità

􀂾 più volatile del glicerolo

􀂾 Problemi per la formazione di addotti che complicano la lettura degli spettri

• Alcol 3-nitrobenzilico

􀂾 ottimo per FAB +

􀂾formazione di addotti

• Tri-etanolammina

􀂾ottimo per FAB -

􀂾formazione di addotti

VANTAGGI:

• Permette l'analisi di molecole poco volatili e di molecole molto polari

SVANTAGGI:

• Bassa sensibilità(limite di massa registrabile: 2000-3000 Dalton)
• Interferenza della matrice

SPETTROMETRIA MALDI-TOF:

La sorgente MALDI (dall’inglese Matrix Assisted Laser Desorption Ionization) funziona in maniera piuttosto diversa da tutte le sorgenti viste finora. In questo caso la ionizzazione della molecola da analizzare è indotta da un brevissimo(nell’ordine dei nanosecondi) ma intenso impulso di luce laser

ultravioletta. La sorgente MALDI prevede l’irradiazione con luce laser (λ 337 nm) di una piccola superficie (100 μm di diametro) sulla quale viene posto il campione co-cristallizzato con una matrice. La matrice ha il compito di “proteggere” il campione dalla luce laser ad alta energia e di assorbire la radiazione determinando il surriscaldamento dell’area di irradiazione, la vaporizzazione delle molecole organiche (matrice+campione) e la ionizzazione del campione. Difatti la matrice assorbe l'energia della luce laser, si riscalda e di conseguenza può agire da donatore di protoni formando ioni pseudomolecolari di tipo [M+H]+. Naturalmente affinchè una molecola possa essere utilizzata come matrice MALDI è necessario che contenga un cromoforo in grado di assorbire la radiazione elettromagnetica emessa dalla sorgente laser.

La Spettrometria MALDI-TOF rappresenta la tecnica di elezione per lo studio di molecole polari ad elevato peso molecolare come peptidi, proteine, acidi nucleici ed oligonucleotidi. Essa fornisce informazioni cruciali quali:

• Determinazione del peso molecolare
• Sequenziamento di peptidi
• Controllo della purezza

Inoltre se la sorgente MALDI viene accoppiata ad un analizzatore a tempo di volo (Time Of Flight) essa consente di analizzare anche molecole con massa compresa tra i 100 ed i 1x106 Dalton(NESSUN LIMITE TEORICO AL RANGE DI MASSA).

VANTAGGI:

• Ionizzaznione soft
• Ampio range di massa osservabile
• Analisi di miscele non complesse
• Buona tolleranza verso buffer e sali
• Alta sensibilità
• Acquisizione rapida dei dati
• Semplicità nell’uso e nella manutenzione degli strumenti

SVANTAGGI:

• Problemi nella deposizione della matrice e del campione
• Bassa risoluzione(ioni con lo stesso rapporto m/z partono dalla sorgente in tempi diversi;ioni con lo stesso rapporto m/z acquistano diversa energia cinetica in sorgente; generazione di ioni metastabili che frammentano durante il volo)

ELECTROSPRAY:

Nella sorgente electrospray (ES) il campione è introdotto come soluzione in un solvente volatile, come acqua, metanolo, acetonitrile, cloroformio o loro miscele, contenente un po’ di acido organico come acido acetico. Questa soluzione è spinta ad alta pressione attraverso un ago capillare,caricato ad un potenziale positivo di qualche migliaio di volt, e ne esce sottoforma di tante piccole (1-2 μm) goccioline, generando uno spray. Dato l’elevato potenziale dell’ago, ogni gocciolina ha un eccesso di carica positiva. A causa delle loro ridotte dimensioni, il solvente evapora rapidamente da ogni gocciolina. La densità di carica della gocciolina quindi aumenta, finché diventa così alta che gli ioni positivi del soluto possono essere espulsi dalla gocciolina. Questi ioni sono poi spinti da un campo elettrico attraverso una serie di fenditure fino ad entrare nella zona a bassa pressione dello spettrometro di massa, dove sono accelerate ed inviate all’analizzatore. È anche possibile ottenere ioni negativi (deprotonati) se l’ago è caricato ad un potenziale negativo dello stesso ordine di grandezza. Una caratteristica fondamentale dell’electrospray è che, per molecole di massa piuttosto elevata, gli ioni che vengono espulsi dalle goccioline hanno carica multipla. Questo riduce il rapporto massa/carica degli ioni, permettendo l’analisi di molecole molto pesanti come intere proteine.

Qualunque sia il metodo impiegato per ionizzare il campione, il flusso di ioni prodotto entra nell'analizzatore, cioè in un dispositivo capace di separare gli ioni in funzione del loro rapporto massa/carica (m/z), in maniera analoga a come un monocromatore separa le diverse lunghezze d'onda. Esistono diversi tipi di analizzatore:

• Analizzatore magnetico: insieme al settore elettrico forma la Doppia focalizzazione( cioè che mettono a fuoco i fasci di ioni, sia in direzione e velocità)
• Analizzatore quadruplo
• Analizzatore TOF (Time of flight)
• Trappola ionica

• FT-Orbitrap
• Risonanza ionica ciclotronica a trasformata di Fourier (FT-ICR: Fourier transform-ion cyclotron resonance)
  

L'ANALIZZATORE MAGNETICO:

E' l'analizzatore più usato, perchè consente di ottenere le risoluzioni migliori. L'analizzatore magnetico è costituito da un tubo ricurvo immerso in un campo magnetico ad esso perpendicolare. Il campo magnetico fa percorrere agli ioni una traiettoria curva. Il raggio di curvatura dipende dal rapporto m/z degli ioni (ioni più leggeri curvano di più) e dal campo magnetico B (se B è maggiore gli ioni curvano di più). Solo se la traiettoria dello ione corrisponde alla curvatura del tubo lo ione esce dall'analizzatore, se curva di più o di meno si scontra con le pareti del tubo e viene distrutto. Quindi, per ogni valore del campo magnetico solo ioni con un certo rapporto m/z attraversano l'analizzatore, mentre gli altri vengono eliminati. Se al settore magnetico viene accoppiato un settore elettrico si formerà un analizzatore a doppia focalizzazione. Gli spettrometri di massa a doppia focalizzazione utilizzano una combinazione di campi magnetici ed elettrici per separare gli ioni. Lo scopo del settore elettrico è quello di focalizzare gli ioni aventi lo stesso valore di m/z, ma con una distribuzione non omogenea di energia cinetica Questa combinazione di focalizzazione “direzionale” e “di energia”, consente una risoluzione abbastanza elevata per separare ioni aventi la stessa massa nominale.

ANALIZZATORE QUADRUPLO:

È il più utilizzato negli spettrometri di massa per analisi di routine. Un quadrupolo è composto da quattro barre parallele di metallo due caricate elettricamente a potenziale positivo e due a potenziale negativo. Tale potenziale è la risultante della somma di una Tensione continua e di una Tensione alternata con frequenza nell'ordine dei MegaHertz. Il campo elettrico risultante costringe gli ioni a percorrere una traiettoria oscillante diversa per ogni valore di m/z. Difatti regolando questo campo si può selezionare il valore di m/z degli ioni che attraversano il quadrupolo, per cui gli ioni con m/z superiore o inferiore al valore prescelto saranno costretti a percorrere traiettorie che portano fuori dal campo elettrico e quindi non raggiungeranno il rivelatore.



TRAPPOLA IONICA:

Le trappole ioniche sono strumenti in grado di intrappolare ed accumulare gli ioni in una cavità di volume ristretto allo scopo di ottenere una elevata sensibilità.

ANALIZZATORE TOF(Time of Flight):

Il TOF è un tubo non sottoposto a campo elettrico e magnetico ed al cui interno è stato creato il vuoto e si basa sul principio che ioni con carica e massa diversi, accelerati dallo stesso potenziale, percorreranno uno spazio uguale in tempi diversi: ioni più leggeri hanno tempi più brevi, ioni più pesanti hanno tempi più lunghi. Gli ioni devono però partire tutti insieme per cui questo analizzatore può essere accoppiato solo con alcune sorgenti, quelle pulsate, come ad esempio il MALDI. Tuttavia l'analizzatore a tempo di volo può essere anche messo ortogonalmente al cammino degli ioni e in questo modo può essere accoppiato a tutti i tipi di sorgente. Dopo il cammino dell'analizzatore gli ioni entrano in una zona chiamata riflettore elettrostatico(TOF reflector) che li fa tornare indietro, più gli ioni sono veloci, più in profondità entrano in questa zona e quindi percorrono un cammino maggiore. In questo modo ioni di massa uguale ma velocità diversa arrivano al rivelatore allo stesso tempo. Il metodo ha una risoluzione modesta ed un'elevata sensibilità,per cui si presta molto bene allo studio di polimeri sintetici e di macromolecole biologiche.

ANALIZZATORE FC-ORBITRAP:

È un analizzatore ad altissima risoluzione,costituito da un elettrodo centrale a forma di fuso e da un altro elettrodo esterno cilindrico. Un rapido aumento di voltaggio dell'elettrodo centrale attrae lo ione verso lo stesso. Se lo ione entra con un certo angolo, viene spinto dalle radiofrequenze a ruotare avanti e indietro lungo l'elettrodo centrale. Può essere utilizzato come un analizzatore non distruttivo; il rivelatore è collegato all'elettrodo esterno e registra il segnale periodico dovuto all'oscillazione assiale degli ioni. La frequenza delle oscillazioni assiali viene misurata ed i segnali risultanti vengono convertiti in uno spettro massa/carica attraverso un algoritmo in trasformata di Fourier.

RISONANZA IONICA COCLOTRONICA A TRASFORMATA DI FOURIER:

L'analizzatore a risonanza ionica ciclotronica a trasformata di Fourier è un analizzatore basato sul fatto che uno ione eccitato con radiofrequenze emette energia; richiede un vuoto spinto, dell'ordine di 10^-9-10^-10 Torr ed è un analizzatore estremamente sensibile. In una cella cubica immersa in un campo magnetico,applicando un potenziale opportuno a due delle facce del cubo, si possono tenere gli ioni in rotazione intorno a traiettorie circolari ,perpendicolari al campo applicato. In questo modo gli ioni rimangono intrappolati nella cella. A questo punto irradiando gli ioni con radiofrequenze, essi aumenteranno la propria energia cinetica; la frequenza di risonanza è la frequenza di ciclotrone data dalla relazione:

Ωc= zeB/m

dove ω_c è la frequenza di ciclotrone, z la carica dello ione e la carica dell'elettrone, B il campo magnetico ed m la massa dello ione. Da notare come ω_c risulti inversamente proporzionale al rapporto m/z. Se nella cella c'è uno solo tipo di ione, questo emette alla sua frequenza di ciclotrone (con intensità che decresce nel tempo), che può essere misurata. Se nella cella ci sono due o più tipi di ioni (come succede quasi sempre) ogni tipo di ione emette alla sua frequenza di ciclotrone. Il segnale emesso è perciò la somma di più radiofrequenze a frequenze diverse. Esiste una procedura matematica, detta Trasformata di Fourier (FT) che permette di ricavare le frequenze di ognuna delle radiofrequenze. Ricavare le frequenze equivale a ricavare i rapporti m/z, per cui la trasformata di Fourier del segnale emesso dagli ioni dà lo spettro di massa degli ioni presenti nella cella.

ALTRE TECNICHE DI SPETTROMETRIA DI MASSA:

• SPETTROMETRIA DI MASSA TANDEM: questa tecnica racchiude in sé tutte le tecniche successive di ri-frammentazione effettuate su frammenti di ioni già analizzati. Si tratta in pratica di ripetere più volte la frammentazione e l'analisi sugli stessi ioni. È utile accoppiare questa tecnica con tecniche di ionizzazione soft, che danno cioè poca frammentazione. La spettrometria di massa Tandem si basa sull'accoppiamento di diversi spettrometri di massa collegati in serie. Difatti una spettrometro di massa tandem ha due analizzatori, e una camera di collisione.

• Il primo analizzatore seleziona un certo ione molecolare (ione genitore).
• La camera di collisione serve a provocare la frammentazione dello ione.
• Il secondo analizzatore misura la massa dei frammenti prodotti.
  

Per frammentare gli ioni che non si decompongono in tempi accettabili, si ricorre alla CID (Collision induced dissociation), ovvero si inserisce tra i due analizzatori una cella di collisione che contenente un gas inerte e sottoposta ad un certo potenziale; a causa della collisione con le molecole del gas gli ioni selezionati si frammenteranno e vengono poi indirizzati verso il secondo analizzatore.

• ION MOBILITY SPETTROMETRY: si tratta di una tecnica basata sulla separazione degli ioni in fase gassosa in base al tempo che ci mettono a passare attraverso un gas inerte(in base cioè alla mobilità degli ioni nel mezzo scelto). Gli ioni emessi dalla sorgente sono fatti passare attraverso un Drift tube, al cui interno è presente un gas spinto controcorrente,e al cui è applicato un campo elettrico uniforme. Qui il tempo di arrivo al rivelatore non dipende solo dalla massa dello ione ma anche dalla sua conformazione, in base alla quale gli ioni potranno essere più o meno rallentati. Ioni con massa più piccola arrivano prima,mentre a parità di massa arrivano prima quelli più compatti, in quanto urtano meno contro le molecole del gas.
  

RIVELATORI:

Si tratta generalmente di Dinodi, cioè moltiplicatori elettronici capaci di amplificare la debolissima corrente prodotta dagli ioni che hanno superato l'analizzatore. I segnali ottenuti in questo modo vengono poi trasmessi ad un calcolatore in grado, con l'opportuno software, di rappresentare l'abbondanza di ogni ione in funzione della sua massa, cioè lo spettro di massa finale. Il potere risolutivo dello strumento determina la capacità di separare tra di loro ioni di uguale massa nominale ma diversa massa esatta. I dati di potere risolutivo sono per convenzione misurati su coppie di segnali separati tra di loro da una valle (h) alta il 10% dell'altezza (H). Il livello di informazione che possiamo ottenere da uno spettrometro di massa dipende dal suo potere risolutivo. Strumenti a bassa risoluzione (es. a quadrupolo) forniscono solo la massa nominale degli ioni,mentre strumenti ad alta risoluzione (es. FT ICR, doppia focalizzazione,etc..) forniscono la massa esatta degli ioni, che in genere definisce univocamente la composizione elementare degli i ioni corrispondenti.
ANALISI DI UNO SPETTRO DI MASSA:

In uno spettro di massa, l’asse delle X riporta valori di rapporto m/z e l’asse delle Y valori di abbondanza relativa degli ioni analizzati. Dallo spettro di massa si può risalire alla struttura di un composto incognito, attribuendo ai singoli ioni una composizione elementare e ricostruendo i

meccanismi di frammentazione seguendo schemi tipi ci per le varie classi di composti.

Poiché la massa è in grado di rilevare ioni n base al rapporto m /z, sarà possibile distinguere ioni di diversi isotopi. Gli ioni isotopici sono dovuti alla presenza in natura di vari isotopi per i vari atomi. Ad es. il carbonio presenta 2 isotopi ( 12 C, 98.983 % e 13 C 1.107 %), quindi in tutti i composti organici saranno presenti ioni dovuti a molecole contenenti 13 C, l’intensità di questi ioni sarà funzione del numero di atomi di carbonio della molecola.

Nell’interpretazione di uno spettro si segue una procedura abbastanza semplice:

• Identificazione dello ione molecolare.
• Identificazione di ioni caratteristici.
• Identificazione dei processi caratteristici di frammentazione
• Ricostruzione della struttura della molecola sulla base della conoscenza di meccanismi di frammentazione standard.

FRAMMENTAZIONI E RIARRANGIAMENTI:
In uno spettro di massa l'intensità dello ione molecolare è correlata alla sua stabilità correlata a sua volta alla capacità di stabilizzare la corica positiva. Lo ione molecolare può decomporsi in un’ampia varietà di modi ed i frammenti prodotti possono subire un ulteriore processo di scissione. Esistono due grandi classi di frammentazioni:

• Frammentazioni semplici. dovute alla rottura di un legame semplice.
• Riarrangiamenti (si rompono dei legami, ma se ne formano anche di nuovi)
  

In tutti i casi, solo uno dei due frammenti conserva la carica positiva. Questo è chiamato ione frammento, e dà luogo ad un picco nello spettro di massa. L'altro frammento è neutro, per cui non dà luogo ad un picco nello spettro di massa. Questo è chiamato frammento perso, e la sua massa può essere dedotta dalla differenza tra massa dello ione molecolare e quella dello ione frammento. I prodotti di scissioni semplici e riarrangiamenti sono diversi; in particolare le frammentazioni semplici portano alla formazione di un catione e di un catione e di un radicale libero,mentre i riarrangiamenti portano alla formazione di un catione e di una molecola neutra. Le frammentazioni semplici possono essere di vario tipo:

• Scissioni in α attivate:i legami carbonio-carbonio adiacenti al gruppo carbonilico di un’aldeide o di un chetone si rompono con relativa facilità formando ioni acilio stabilizzati per risonanza.

• Scissione benzilica: si verifica la perdita di un atomo di idrogeno o di un radicale metilico con formazione dello ione tropilio (ione estremamente stabile).
• Scissione allilica: frequentemente la frammentazione degli alcheni produce carbocationi allilici.
• Scissioni in α non attivate: : frammentazioni che avvengono in composti che non hanno eteroatomi e non hanno particolari insaturazioni (idrocarburi alifatici).

I riarrangiamenti sono frammentazioni più complesse in cui si formano anche nuovi legami. Tra questi:

• Retro-Diels-Alder: Il cicloesene, mediante questa frammentazione porta ad un frammento dienico e ad un alchene. La carica positiva e l'elettrone spaiato possono trovarsi sia sul frammento dienico che sull'olefina. La formazione di uno o dell‘altro radicale catione dipende dai sostituenti presenti sui due frammenti, infatti la carica positiva sarà sul frammento che meglio riesce a stabilizzarla.
• Eliminazione di una molecola neutra
• Riarrangiamento di McLafferty: è una reazione che avviene in fase di gas durante la ionizzazione quando si usa la onizzazione elettronica. Avviene talvolta su molecole contenenti un gruppo cheto ed è una frammentazione β con l'attacco dell'ossigeno sull'idrogeno in posizione γ che porta alla formazione di un gruppo ossidrile