Deuteriumlabeling helpt bij de analyse van massaspectra door inzicht te geven in hoe moleculen fragmenteren en welke specifieke delen van een molecuul in bepaalde fragmenten aanwezig zijn. Deuterium (D) is een zwaardere variant (isotoop) van waterstof (H), met een massa van 2 u in plaats van 1 u. Door waterstofatomen op specifieke plaatsen in een molecuul te vervangen door deuteriumatomen, verandert de massa van dat specifieke deel van het molecuul.
Wanneer een gelabeld molecuul in een massaspectrometer wordt geanalyseerd, zullen de fragmenten die de gelabelde groep bevatten een hogere massa hebben dan hun ongelabelde tegenhangers. Dit massaverschil helpt om de fragmentatiepatronen te identificeren.
Voorbeeld met MTBE en MTBE-d3:
Stel, je hebt het molecuul MTBE (methyl-tert-butylether), dat een CH3-groep aan een zuurstofatoom heeft en drie andere CH3-groepen aan een centraal koolstofatoom. In het massaspectrum van MTBE zie je een piek bij 73 u. Je wilt weten of deze piek ontstaat doordat de CH3-groep die direct aan het zuurstofatoom vastzit, afsplitst.
Om dit te achterhalen, wordt MTBE-d3 gebruikt. Dit is een variant van MTBE waarbij de CH3-groep aan het zuurstofatoom is vervangen door een CD3-groep (waarbij D staat voor deuterium). Een CD3-groep is 3 u zwaarder dan een CH3-groep (3 x 2 u voor D versus 3 x 1 u voor H).
- Hypothese 1: Als de piek van 73 u in MTBE zou ontstaan door het afsplitsen van de O-CH3 groep, dan zou in MTBE-d3, na het afsplitsen van de O-CD3 groep, het overgebleven fragment nog steeds 73 u wegen. Dit komt omdat de gelabelde groep dan is afgesplitst en niet meer in het fragment zit.
- Wat we waarnemen: In het massaspectrum van MTBE-d3 zie je echter geen piek bij 73 u, maar wel een piek bij 76 u.
Dit verschil van 3 u (76 u - 73 u) geeft aan dat de CD3-groep (die 3 u zwaarder is) nog steeds aanwezig is in het fragment dat de piek veroorzaakt. Dit betekent dat de CH3-groep die afsplitst om de 73 u piek in MTBE te vormen, niet de CH3-groep is die aan het zuurstofatoom vastzit, maar een van de andere CH3-groepen die aan het centrale koolstofatoom vastzitten.
Deuteriumlabeling fungeert dus als een 'label' of 'spoor' dat helpt te bepalen welke delen van het molecuul in een specifiek fragment aanwezig zijn, waardoor de exacte fragmentatieroute kan worden vastgesteld.
Scheikunde