Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin, Dr. Klein, Dr. Rost und Kollegen

Massenspektrometrie (LC-MS/MS)

Mit einem Massenspektrometer können Verbindungen, die in Form von Ionen (geladene Moleküle) vorliegen, qualitativ und quantitativ gemessen werden. Anhand des Massenspektrums können sowohl Rückschlüsse auf die Strukturformel als auch auf Häufigkeit der einzelnen Analyt-Ionen gezogen werden.

Zunächst werden die Analyten der aufgearbeiteten Probe mittels Flüssigkeitschromatographie voneinander getrennt.

Anschließend werden die in Lösung vorliegenden neutralen Analyte in der Ionenquelle des Massenspektrometers bei Atmosphärendruck in Ionen umgewandelt.

Hierbei erhalten sie entweder eine positive (Kationen) oder negative (Anionen) Ladung. Die zu einem Strahl gebündelten Ionen werden ins Hochvakuum überführt, wo ein Massenanalysator (hier Quadrupol) die einzelnen Ionen entsprechend ihres Masse-zu-Ladungsverhältnisses bestimmt.

Durch das Anlegen einer variierenden Spannung an die vier Metallstäbe des Quadrupols können ausgewählte Analyt-Ionen diese auf stabilen Flugbahnen passieren. Die übrigen in der Matrix enthaltenen Ionen werden aufgrund ihrer instabilen Flugbahn abgelenkt und verlieren ihre Ladung. Sie gelangen nicht mehr zum Detektor - die Matrix kann effizient abgetrennt werden.

Die Kopplung zweier Quadrupole (Tandem-MS) ermöglicht eine ausgesprochen selektive Gehaltsbestimmung der Analyten: Nach der Selektion der Analyt-Ionen im ersten Quadrupol können diese mittels eines Argonstroms in einer Kollisionszelle fragmentiert werden. Die Molekül-Ionen bilden charakteristische Fragmente und Spaltprodukte, die mit dem zweiten Quadrupol erneut selektiert werden. Aufgrund der Spannungseinstellungen ist gewährleistet, dass nur Ionen, die genau diese Fragmente erzeugen, den Detektor des Massenspektrometers erreichen. Im Detektor werden die Ionen so umgewandelt, dass sie ein elektrisches Messsignal erzeugen. Das elektrische Signal ist proportional zu den Konzentrationen der zu bestimmenden Substanzen.

Mit dem LC-MS/MS Messprinzip ist eine äußerst spezifische Detektion der Analyte möglich, wodurch sich die Empfindlichkeit der Methode erhöht und die Nachweisgrenzen gesenkt werden können. Des Weiteren wird die Probenvorbereitung verkürzt und Störeinflüsse können minimiert werden.

Als Massenanalysatoren werden meist Quadrupole oder Flugzeitanalysatoren verwendet. Da im Bereich der klinischen Chemie vor allem kleine Moleküle bis etwa 2000 g/mol von analytischem Interesse sind, findet hier besonders die Quadrupoltechnik ihre Anwendung.

Im Bereich der medizinischen Analytik werden mit dieser Messtechnik Arzneimittel und deren Metabolite (therapeutisches Drugmonitoring), Drogen, Vitamine, Steroide und weitere endogene Stoffwechselprodukte bestimmt.

Schematischer Aufbau eines Tandem-Quadrupol Massenspektrometers. Bildmaterial mit freundlicher Genehmigung der Fa. Waters (Milford, MA, U.S.A.)