Arten der Massenspektrometrie
Die Massenspektrometrie ist eine Analysetechnik zur Berechnung des Masse-zu-Ladung-Verhältnisses (m/z) von Molekülen in einer Probe. Dies kann oft nützlich sein, um das genaue Molekulargewicht einer Verbindung zu bestimmen und die Identität von Isotopen nachzuweisen.
Die Massenspektrometrie hat sowohl qualitative als auch quantitative Anwendungen. Sie kann zur Identifizierung unbekannter Verbindungen, zur Bestimmung der Isotopenzusammensetzung und auch zur Bestimmung der Struktur einer Verbindung anhand ihrer Fragmentierung eingesetzt werden. Diese breite Palette von Anwendungen macht die Massenspektrometrie zu einem großartigen Werkzeug in analytischen Labors, die die physikalischen, biologischen und chemischen Eigenschaften einer großen Vielfalt von Verbindungen untersuchen.
Bei der Wahl der richtigen Methode der Massenspektrometrie sind einige Faktoren zu berücksichtigen. Zunächst ist es wichtig, den Grad der Probenvorbereitung und den möglichen Durchsatz zu bestimmen. Manchmal kann es vorteilhafter sein, mehrere Proben mit einer einzigen Matrix laufen zu lassen.
Die MALDI-MS-Methode (Matrix-assisted Laser Desorption Mass Spectrometry) wäre beispielsweise ideal für mehrere Proben, da eine einzige Matrix bis zu 96 Proben in einer Stunde analysieren kann. Andere Testsysteme sind möglicherweise nur in der Lage, eine einzige Probe pro Stunde zu analysieren.
Umgekehrt erfordert die Durchführung eines MALDI-MS-Tests erhebliche Vorbereitungen für die Handhabung einer Probe. Dies ist mühsamer als bei der Probenvorbereitung für andere Formen der Massenspektrometrie. Letztlich hat jede Methode ihre Vor- und Nachteile.
In diesem Artikel werden wir die Vorteile der gängigsten Massenspektrometrie-Systeme betrachten.
Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS)
Die Tandem-Massenspektrometrie, auch bekannt als MS/MS oder MS2, ist eine Methode der Massenspektrometrie, bei der zwei oder mehr Massenanalysatoren miteinander gekoppelt werden. Dieser Prozess beinhaltet einen zusätzlichen Reaktionsschritt, der die Fähigkeit zur Analyse der Probe erhöht.
Die MS/MS bietet zusätzliche Informationen über spezifische Ionen. Bei dieser Methode werden die Zielionen in der ersten Runde der MS durch einen Quadrupolfilter geleitet und dann durch eine Reihe von Dissoziationsmethoden fragmentiert. Für die Dissoziation gibt es einige Optionen:
- Collision-Induced dissociation (CID)
- High Energy Collision Dissociation (HCD)
- Ionenfragmentierung einschließlich Electron-Transfer-Dissociation (ETD)
- Electron-Capture Dissociation (ECD)
Nach der Fragmentierung werden die Partikel in der zweiten MS-Runde anhand ihrer individuellen m/z-Verhältnisse getrennt. Die Tandem-MS wird häufig zur Sequenzierung von Proteinen verwendet, da die Fragmente mit vorhergesagten Peptid- oder Nukleinsäuresequenzen aus Datenbanken abgeglichen werden können. Die Fragmente können dann in silico zu Sequenzvorhersagen in voller Länge weiterverarbeitet werden.
Diese Art der Sequenzvorhersage kann bei biomedizinischen Anwendungen von großem Nutzen sein. Die MS/MS wurde beim Neugeborenen-Screening eingesetzt, um das Vorhandensein von behandelbaren genetischen und metabolischen Krankheiten festzustellen.
Gaschromatographie (GC) und Flüssigkeitschromatographie (LC)
Gaschromatographie (GC) und Flüssigkeitschromatographie (LC) sind hervorragende Trennmethoden, die für die Analyse komplexer Gas- oder Flüssigkeitsproben mittels Massenspektrometrie eingesetzt werden. Jede Methode hat dabei ihre eigenen Vorteile.
Die Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS) wird für die Analyse thermisch instabiler und nicht flüchtiger Moleküle, wie z. B. empfindliche biologische Flüssigkeiten, verwendet. Dazu gehören häufig polare Verbindungen wie organische Säuren und Nukleotide.
Die Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) wird hingegen für die Analyse flüchtiger Verbindungen wie Petrochemikalien, Flavonoide, Lipide oder ätherische Öle eingesetzt.
Es gibt jedoch einige Überschneidungen zwischen den beiden Verfahren, da Verbindungen wie Alkaloide, Aminosäuren und Steroide oft entweder mit GC-MS oder LC-MS getestet werden können.
LC-MS und GC-MS verwenden unterschiedliche Methoden zur Ionisierung, wenn die Verbindung in das Massenspektrometer gegeben wird. Die LC-MS erfordert oft Elektrospray-Ionisierung (ESI), was zur Produktion von aerosolisierten Ionen führt. GC-MS-Proben hingegen können direkt oder indirekt über ESI ionisiert werden.
Was die Genauigkeit anbelangt, versprechen sowohl LC als auch GC gute Ergebnisse. Diese Formen der Massenspektrometrie bieten ein Maß an Genauigkeit bei der Erkennung von Verbindungen, das andere biochemische Analysetechniken möglicherweise nicht erreichen. Mit der MS-Technologie können kleine Abbauprodukte, Prozessverunreinigungen und verschiedene Proteoformen des gewünschten Produkts erkannt werden.
Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC)
Die Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) ist eine weitere Technik, die zur Trennung, Identifizierung und Quantifizierung von Komponenten in einer bestimmten Probe eingesetzt wird. Bei der HPLC wird ein unter Druck stehendes flüssiges Lösungsmittel zusammen mit der Probenmischung durch eine Säule geleitet, die mit einem festen, absorbierenden Material gefüllt ist. Da die Probe mit der Adsorptionsschicht interagiert, hat jede einzelne Verbindung eine andere Fließgeschwindigkeit, was zur Trennung der Komponenten in der Probe führt.
Die HPLC ist die gängigste Trennmethode zur Untersuchung biologischer Proben. Sie wird in der Produktion, im Rechtswesen und in der Forensik sowie für medizinische und Forschungszwecke eingesetzt. Die Proben müssen in der Regel flüssig und nicht flüchtig sein und mit relativ geringen Flussraten (z. B. 200 nL/min) durch die Säulen fließen können.
Da sich die HPLC nicht auf die Schwerkraft verlässt, sondern ein Pumpensystem verwendet, ist sie eines der effizienteren Systeme, wobei der Prozess in der Regel 10 bis 30 Minuten dauert. HPLC-Systeme sind automatisiert und liefern schnell hochauflösende Ergebnisse, was Zeit spart und nur minimalen Schulungsaufwand erfordert.
Präzision und Vielseitigkeit
Als Analysetechnik bietet die Massenspektrometrie mit ihrer hohen Empfindlichkeit und der Genauigkeit der Ergebnisse deutliche Vorteile. Dies liegt daran, dass das Analysegerät als Massenladungsfilter die Hintergrundstörungen, die bei anderen Systemen auftreten können, erheblich reduziert.
Die Massenspektrometrie ist ein Analysewerkzeug, mit dem sich Merkmale über Fragmentierungsmuster spezifizieren lassen, um sowohl bekannte als auch unbekannte Verbindungen zu identifizieren. Sie kann Details über das Molekulargewicht und die Häufigkeit von Elementen aufdecken, um Ihr Verständnis für Ihre Probe und ihre einzigartigen Eigenschaften zu vertiefen.
Ganz gleich, ob Sie Flüssigkeiten, Gase oder Feststoffe, stabile oder sogar flüchtige Moleküle untersuchen möchten, es gibt ein Massenspektrometriesystem, das für Sie geeignet ist. Weitere Informationen zur Massenspektrometrie finden Sie in unseren Ressourcen unter Massenspektrometrie und Chromatographie. Avantor unterstützt Ihr Labor oder Ihr Produktionsteam in allen Belangen der analytischen Chemie.