Lexikon

Massenspektrometrie

Bei der Massenspektrometrie handelt es sich um ein Analyseverfahren, mit dem Stoffgemische in ihre einzelnen Ausgangsstoffe zerlegt und deren einzelne Molekülmassen bestimmt werden können. Da die Molekülmasse für jeden Stoff charakteristisch, sprich einzigartig ist, ermöglicht das Verfahren eine qualitative Aussage der untersuchten Substanz. Es kann also festgestellt werden, was in der zu untersuchenden Stoffprobe enthalten ist. Darüber hinaus lassen sich mit diesem Verfahren auch quantitative Aussagen treffen - es kann also bestimmt werden, in welcher Konzentration die einzelnen Stoffe in einer Probe enthalten sind.
Hierzu wird ein Massenspektrometer genutzt. Dieses setzt sich aus einer Probenzuführung, einer Ionenquelle, einem Analysator und einem Detektor zusammen.

In der Probenzuführung wird der zu untersuchende Stoff in einem Probenbehälter durch ein angelegtes Hochvakuum verdampft und somit gasförmig gemacht. Das Gas gelangt dann in die Ionenquelle, wo es durch den Beschuss mit Elektronen ionisiert wird. Bei diesem Vorgang werden meist Elektronen aus der Hülle der Atome herausgeschleudert, so dass Ionen entstehen.
(Zum besseren Verständnis: Ein Atom besteht im Kern aus positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen sowie aus einer Hülle von negativ geladenen Elektronen. Dabei ist die Anzahl der Protonen und der Elektronen gleich, so dass ein Ladungsgleichgewicht vorliegt. Wird nun ein Elektron entfernt, hat das Atom eine positive Ladung und wird als Kation bezeichnet.)
 
Da bei diesem Vorgang sehr viel Energie auf die Atome wirkt, kann es neben der Ionisierung auch zum Zerfall einiger Atome kommen. Die Atome unterschiedlicher Stoffe weisen jeweils charakteristische Zerfallsmuster auf. An dieser Stelle lässt sich mittels der verschiedenen Zerfallsmuster schon auf die in der Probe enthaltenen Stoffe schließen. Allerdings ermöglicht dieses Verfahren nur eine qualitative Aussage.
 
Um die Massen der enthaltenen Stoffe (= Quantität) bestimmen zu können, werden die Ionen dann mit Hilfe einer so genannten Beschleunigungsspannung in den Analysator geschossen. Dort befindet sich ein Magnetfeld, durch das die Ionen in ihrer Bewegungsrichtung unterschiedlich stark abgelenkt werden. Je nach Molekülmasse kreisen die Ionen nun in unterschiedlichen Abständen um das Magnetfeld. Ionen mit einer niedrigeren Molekülmasse kreisen mit einem geringeren Abstand um das Magnetfeld als Ionen mit einer größeren Molekülmasse.
 
Die Positionen der Ionen im Analysator werden durch den Detektor bestimmt. Zudem kann dieser Detektor auch die Anzahl der Ionen bestimmen, wodurch eine quantitative Aussage über die enthaltenen Stoffe möglich wird.
 
Da sich mit Hilfe dieses Verfahrens sehr genaue Aussagen über die Art und Reinheit von Substanzen treffen lassen, stellt die Massenspektrometrie eine gute Möglichkeit dar, um Drogen zu testen (Drug Checking), die auf dem Markt angeboten werden. Für die Untersuchung reicht eine sehr geringe Menge der Substanz aus (z.B. ein Stück einer Pille). Außerdem findet das Verfahren in Kombination mit der Gaschromatographie bei der Haaranalyse Anwendung.