Étudier les mélanges formés par les machines moléculaires au sein des cellules, ou les mélanges trouvés dans un panache d'eau souterraine exigent des instruments puissants. Les scientifiques utilisent l'un des plus puissants spectromètres de masse à résonance cyclotron ionique à transformée de Fourier de 21 Tesla (21T FTICR MS) pour obtenir des réponses. L'instrument est à l'EMSL, le Laboratoire des sciences moléculaires de l'environnement, une installation utilisateur de l'Office of Science du département de l'Énergie des États-Unis. Deux études montrent le potentiel de l'instrument. Dans une étude, Les scientifiques de l'EMSL en ont créé plus de 8, 000 affectations de formules moléculaires à partir de mélanges de matières organiques dissoutes. En autre, les scientifiques ont rapidement identifié et découvert de nouveaux types de molécules de liaison aux métaux appelées sidérophores, fabriqués par des cellules bactériennes.

L'instrument permettra aux scientifiques du monde entier de s'attaquer à des questions auparavant insolubles sur la façon dont les mélanges de produits chimiques et d'autres constituants interagissent, se transformer au fil du temps, et conduisent à des phénomènes à plus grande échelle et à des défis quotidiens. Ces défis incluent le comportement des cellules dans un bioréacteur, le mouvement des contaminants dans le sous-sol, et la formation et la transformation de particules d'aérosol qui contribuent aux polluants atmosphériques.

En tant que technique de spectrométrie de masse la plus performante, le FTICR MS est devenu de plus en plus précieux ces dernières années pour les applications de recherche. Le FTICR MS détermine le rapport masse/charge des ions en mesurant la fréquence à laquelle les ions tournent dans un champ magnétique, fournissant une résolution ultra-élevée et une précision de mesure de masse. Le 21T FTICR MS, qui est l'un des deux seuls au monde avec cette intensité de champ magnétique élevée, a été mis en ligne à l'EMSL en 2015. Dans une étude récente, une équipe de scientifiques de l'EMSL a évalué les gains de performance produits par cette intensité de champ magnétique élevée. Ils ont découvert que cet instrument de nouvelle génération permet l'analyse de routine de grandes protéines intactes, mesure précisément la structure fine des isotopes, et obtient plus d'informations que jamais à partir de mélanges complexes de matières organiques naturelles. La caractérisation initiale des performances du 21T FTICR MS démontre un énorme potentiel pour des applications futures à des mélanges moléculaires extrêmement complexes et des systèmes fréquemment rencontrés dans le domaine environnemental, biologique, atmosphérique, et la recherche énergétique. De plus, ce niveau sans précédent de résolution de masse et de précision contribuera à promouvoir l'utilisation généralisée de la protéomique descendante, une approche qui permet une caractérisation précise de différentes variantes de protéines avec une activité biologique différente.

Par conséquent, cet instrument transformateur permettra aux utilisateurs du monde entier d'aborder des questions auparavant insolubles liées à l'atmosphère, terrestre, et les processus souterrains; communautés microbiennes; développement de biocarburants; et l'assainissement de l'environnement.