Kopplungstechniken kombinieren eine Trennmethode (Chromatographie oder Elektrophorese) mit einem spektroskopischen oder massenspektrometrischen Detektor und bieten sowohl Trennleistung als auch strukturelle Identifizierung in einem einzigen Analyselauf. Die am weitesten verbreiteten Kopplungsplattformen sind die Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) und die Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS), die gemeinsam die Mehrheit der organischen Analyten über Flüchtigkeits- und Polaritätsbereiche hinweg abdecken.
GC-MS ist die Methode der Wahl für flüchtige und schwerflüchtige organische Verbindungen. Der GC-Effluent gelangt über eine beheizte Transferleitung in das Massenspektrometer. Die Elektronenionisation (EI) bei 70 eV erzeugt reproduzierbare Fragmentierungsmuster (bibliothekssuchbare Spektren) und liefert Molekülionen für viele Verbindungen, wobei das Molekülion jedoch schwach oder abwesend sein kann. Die Chemische Ionisation (CI) verwendet ein Reaktandgas (Methan, Ammoniak) zur weicheren Ionisation, erzeugt typischerweise [M+H]⁺-Ionen mit minimaler Fragmentierung und unterstützt so die Molekulargewichtsbestimmung. Zu den Massenanalysatoren gehören Quadrupol (robust, unitäre Massenauflösung), Ionenfalle (MSⁿ-Fähigkeit) und Flugzeit (TOF) (hochauflösend, genaue Masse). Zu den Aufnahmemodi gehören Full Scan (nicht zielgerichtet, 50–500 m/z-Bereich) und Selected Ion Monitoring (SIM) (zielgerichtet, höhere Empfindlichkeit für bekannte Analyten).
LC-MS behandelt nichtflüchtige, thermisch labile und polare Verbindungen, die für die GC nicht geeignet sind. Ionisationsschnittstellen bei Atmosphärendruck dominieren: Die Elektrospray-Ionisation (ESI) erzeugt mehrfach geladene Ionen [M+nH]ⁿ⁺ für Proteine und Peptide, während die Chemische Ionisation bei Atmosphärendruck (APCI) für weniger polare, kleinere Moleküle geeignet ist. MALDI (matrixunterstützte Laserdesorption/Ionisation) wird typischerweise offline für hochmolekulare Biomoleküle verwendet. ESI und APCI können je nach Protonenaffinität und saurem/ basischem Charakter des Analyten im positiven oder negativen Ionenmodus betrieben werden.
Die Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS) bietet eine zusätzliche Dimension der Selektivität, indem sie ein Vorläuferion isoliert, fragmentiert und die Produktionen analysiert. Der Produktionen-Scan (MS²) identifiziert Fragmente eines ausgewählten Vorläufers und wird für die Strukturcharakterisierung verwendet. Der Vorläuferionen-Scan erfasst alle Vorläufer, die ein bestimmtes Fragment erzeugen, und ist nützlich für klassenspezifisches Screening (z. B. alle Verbindungen, die eine Phosphatgruppe abspalten). Das Multiple Reaction Monitoring (MRM) überwacht einen spezifischen Vorläufer→Produkt-Übergang und bietet die höchste Empfindlichkeit und Selektivität für die quantitative Analyse. MRM-Experimente bilden das Rückgrat der datenabhängigen Akquisition (DDA), bei der die intensivsten Ionen eines Übersichtsscans automatisch für die MS/MS-Fragmentierung ausgewählt werden.
Kopplungstechniken treiben die moderne analytische Wissenschaft an. Die Metabolomik stützt sich auf LC-MS und GC-MS für die umfassende Profilierung von niedermolekularen Metaboliten. Die Proteomik nutzt LC-MS/MS für die Peptidesequenzierung und Proteinidentifizierung. Die forensische Toxikologie verwendet GC-MS für das Drogenscreening und die Bestätigung, während LC-MS/MS die Empfindlichkeit für den Nachweis von Arzneimitteln, Pestiziden und Mykotoxinen in Spurenkonzentrationen in komplexen biologischen Matrices bietet. Die Umweltanalytik verwendet beide Plattformen zur Überwachung persistenter organischer Schadstoffe, Pestizide und neu auftretender Kontaminanten in Wasser, Boden und Luft an regulatorischen Grenzwerten.
