Massenspektrometrie (MS) ist eine Analysetechnik, die chemische Spezies ionisiert und die resultierenden Ionen nach ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis (m/z) sortiert. Es liefert Informationen über Molekulargewicht, Elementzusammensetzung und Strukturfragmente und ist daher in der Chemie, Biochemie und Medizin unverzichtbar.

Grundlegender Arbeitsablauf

Der Arbeitsablauf der Massenspektrometrie umfasst drei Hauptphasen. Zunächst werden Probenmoleküle mithilfe von Methoden wie Elektronenionisation (EI), Elektrospray-Ionisation (ESI) oder Matrix-unterstützter Laserdesorption/-ionisation (MALDI) in Gasphasenionen umgewandelt. Anschließend werden die Ionen anhand ihres m/z-Verhältnisses in einem Massenanalysator, beispielsweise einem Quadrupol, einem Time-of-Flight (TOF), einer Ionenfalle oder einem Orbitrap, getrennt. Schließlich misst ein Detektor (z. B. ein Elektronenvervielfacher) die Häufigkeit jedes Ions und erzeugt ein Massenspektrum der Intensität gegenüber m/z.

Ionisationstechniken

Es stehen mehrere Ionisationstechniken zur Verfügung. Elektronenionisation (EI) ist eine harte Ionisationsmethode, die eine umfassende Fragmentierung erzeugt und reproduzierbare Fingerabdruckspektren für den Bibliotheksabgleich liefert. Elektrospray-Ionisation (ESI) ist eine sanfte Ionisationstechnik, die hauptsächlich molekulare Ionen erzeugt, ideal für Proteine, Peptide und polare Verbindungen. MALDI verwendet einen Laser und eine Matrix, um große Biomoleküle mit minimaler Fragmentierung zu ionisieren, während die chemische Ionisation (CI) Reagenzgas verwendet, um Ionen mit geringerer Fragmentierung als EI zu erzeugen.

Massenanalysatoren

Bei der MS kommen mehrere Massenanalysatoren zum Einsatz. Der Quadrupol besteht aus vier parallelen Stäben, die Ionen durch stabile Schwingungspfade filtern und wird häufig in GC-MS und LC-MS verwendet. Flugzeitanalysatoren (TOF) messen die Zeit, die Ionen benötigen, um eine bestimmte Distanz zurückzulegen, und bieten eine hohe Massengenauigkeit und Auflösung. Ionenfallen fangen Ionen in einem dreidimensionalen elektrischen Feld ein und werfen sie nacheinander aus, während die Orbitrap Ionen in einem elektrostatischen Feld einfängt und ihre axiale Schwingungsfrequenz für eine ultrahohe Auflösung misst.

Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS)

Tandem-MS umfasst die Auswahl der Vorläuferionen im ersten Analysator, die Fragmentierung in einer Kollisionszelle und die Fragmentionenanalyse im zweiten Analysator. Es wird zur Peptidsequenzierung, zur Metabolitenidentifizierung und zur Strukturaufklärung von Unbekannten verwendet.

Anwendungen

Massenspektrometrie wird zur Identifizierung organischer Verbindungen und Reaktionsprodukte, Proteomik zur Proteinidentifizierung und posttranslationalen Modifikationsanalyse, Studien zum Arzneimittelstoffwechsel und zur Pharmakokinetik sowie zur Umweltüberwachung von Schadstoffen und Kontaminanten in Lebensmitteln und Wasser eingesetzt.