Was ist MS und Wie Funktioniert es?

Massenspektrometer können kleiner als eine Münze sein, oder sie können sehr große Räume füllen. Obwohl die verschiedenen Instrumententypen in sehr unterschiedlichen Anwendungen dienen, teilen sie dennoch bestimmte Betriebsgrundlagen. Die Maßeinheit ist der Dalton (Da) geworden, der andere Begriffe wie amu verdrängt. 1 Da = 1/12 der Masse eines einzelnen Atoms des Isotops von Kohlenstoff 12 (12C).

Einst streng als qualitative Geräte eingesetzt-Hilfsmittel zur Bestimmung der Verbindungsidentität-wurden Massenspektrometer einst als unfähig zur strengen Quantifizierung angesehen., In jüngerer Zeit haben sie sich jedoch sowohl als qualitative als auch als quantitative Instrumente bewährt.

Ein Massenspektrometer kann die Masse eines Moleküls erst messen, nachdem es das Molekül in ein Gasphasenion umgewandelt hat. Dazu überträgt es Molekülen eine elektrische Ladung und wandelt den resultierenden Fluss elektrisch geladener Ionen in einen proportionalen elektrischen Strom um, den ein Datensystem dann liest. Das Datensystem wandelt den Strom in digitale Informationen um und zeigt sie als Massenspektrum an.,

a) Die zunehmende Häufigkeit des Gesamtionenstroms (TIC) wird dargestellt, wenn er sich im Laufe der Zeit in einer chromatographischen Spur ändert. b) Jede digitale Scheibe eines Peaks repräsentiert die Ionen zu diesem Zeitpunkt, aus denen der Ionenstrom besteht, der häufig als Profil-oder Kontinuumerfassung bezeichnet wird. Die x-oder‘ Zeit ‚ – Achse ist nun das Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) die Fähigkeit, benachbarte Ionen im Spektrum (wie Isotope) aufzulösen, ist leicht zu erkennen., c) Ein Profilspektrum wird häufig auf ein „Stockdiagramm“ reduziert, das durch Zentroide dargestellt wird, die von jedem Peak fallen gelassen werden, wodurch die Größe der gespeicherten Datei zugunsten der Informationen mit erhöhter Auflösung verringert wird.,d in mehrfacher Hinsicht geeignet für den betreffenden Zielanalyten:

• Durch Laserablation einer in einer Matrix gelösten Verbindung auf einer ebenen Oberfläche wie z.B. durch MALDI
• Durch Wechselwirkung mit einem angeregten Teilchen oder Elektron wie z.B. in der Elektronenionisation (EI)
• Ein Teil des Transportprozesses selbst, wie wir electrospray (ESI) kennengelernt haben, wo das Eluent aus einer Flüssigkeit chromatograph erhält eine hohe Spannung, die Ionen aus einem Aerosol

Die Ionen werden getrennt, detektiert und gemessen entsprechend ihrer Masse-zu-Ladung-Verhältnisse (m/z)., Relativer Ionenstrom (Signal) wird gegenüber m/z aufgetragen, wodurch ein Massenspektrum erzeugt wird. Kleine Moleküle weisen typischerweise nur eine einzige Ladung auf: Das m / z ist daher eine Masse (m) über 1. Das‘ 1 ‚ ist ein Proton, das im Ionisationsprozess hinzugefügt wird, oder wenn das Ion durch Verlust eines Elektrons gebildet wird, wird es als Radikalkation dargestellt . Die Genauigkeit eines Massenspektrometers oder wie gut es die tatsächliche wahre Masse messen kann, kann variieren, wie in späteren Abschnitten dieses Primers zu sehen sein wird.

Größere Moleküle erfassen Ladungen an mehr als einer Stelle innerhalb ihrer Struktur., Kleine Peptide können typischerweise zwei Ladungen (M+2H+) haben, während sehr große Moleküle zahlreiche Stellen haben, so dass einfache Algorithmen die Masse des im Spektrum dargestellten Ions ableiten können.

Instrumente mit niedriger Auflösung können bei richtiger Kalibrierung eine außergewöhnlich genaue Masse liefern, aber da mehr Datenmengen vorhanden sind, bietet der begrenzte Auflösungsraum weniger Informationen über das Spektrum., Ein gemeinsames metabolisches Fragment (BK1-5 oder Arg-Pro-Pro-Gly-Phe) von Bradykinin, einem 9-Aminosäurepepeptid, ACE (Angiotensin-Converting-Enzym) – Inhibitor, der zur Erweiterung von Blutgefäßen verwendet wird, kann zwei Ladungen tragen (Einzelladung oder M+H ergibt einen monoisotopen Wert 573.3149, während die doppelt geladene Version oder M+2H 287.1614 anzeigt). Die Isotope sind doppelt geladen und beginnen, den verfügbaren Auflösungsraum zu füllen.

Wie groß ein Molekül kann ich analysieren?

Desorptionsmethoden (beschrieben in diesem Primer) haben die Fähigkeit erweitert, große, nichtflüchtige, fragile Moleküle zu analysieren., Die routinemäßige Erkennung von 40.000 Da innerhalb einer Genauigkeit von 0,01% (oder innerhalb von 4 Da) ermöglicht die Bestimmung geringfügiger Änderungen wie posttranslationaler Modifikationen. Das mehrfache Laden erweitert die Reichweite des Massenspektrometers weit über seine vorgesehene Obergrenze hinaus und umfasst Massen von 1.000.000 Da oder mehr.

Isotop – und Elementmassenspektrometrie

Die natürliche Isotopenfülle ist gut charakterisiert. Obwohl oft als stabil angesehen, kann es dennoch signifikante und charakteristische Abweichungen aufweisen., Isotopenverhältnismessungen werden in Stoffwechselstudien (isotopenangereicherte Elemente dienen als Tracer) und auch in Klimastudien verwendet, die temperaturabhängige Sauerstoff-und Kohlenstoffveränderungen messen. In der Praxis werden komplexe Moleküle auf einfache molekulare Komponenten reduziert, bevor sie mit hochpräzisen Fähigkeiten gemessen werden, wie sie auf magnetischen Sektorinstrumenten zu finden sind (siehe folgenden Abschnitt).

Die Elementaranalyse wird typischerweise an anorganischen Materialien durchgeführt-um die elementare Zusammensetzung und nicht die Struktur zu bestimmen-in einigen Fällen unter Verwendung fester Metallproben., Induktiv gekoppelte Plasma (ICP) – Quellen sind üblich, wenn eine Entladungsvorrichtung (oder eine Entladungsvorrichtung mit geringerer Leistung-Glühentladung) die Probe ionisiert. Die Erkennung mit dedizierten Instrumenten auf Parts-per-Billion-Ebene ist keine Seltenheit.