Massenspektrometrie

Einsatz der Massenspektrometrie

Die Massenspektrometrie ist eine sehr vielfältige Analysemethode. Im Bereich der analytischen Chemie ist die Massenspektrometrie ein wichtiges Werkzeug für die Aufklärung der Zusammensetzung und der Struktur von Gemischen oder Verbindungen.

Ein Massenspektrometer besteht aus einer Ionenquelle, einem Analysator sowie einem Detektor. Es ermöglicht das Messen des Masse-zu-Ladung Verhältnisses von geladenen Teilchen. Bei bekannter Ladung lässt sich so die Masse der Teilchen bestimmen.

Massenspektrometer sind in diversen Varianten verfügbar, so dass durch Kombination verschiedener Bauteile anwendungsspezifische Massenspektrometer konstruiert werden können. Die Massenspektrometrie ist eine sehr leistungsfähige analytische Methode und zudem äußerst variabel mit hoher Bedeutung.

Ablauf der Massenspektrometrie

Der Ablauf der Massenspektrometrie wird in vier Phasen unterteilt: Ionisierung, Trennung, Erfassung und Identifikation.

Ionisierung

Abhängig von der Ionenquelle können Gase, verdampfbare Flüssigkeiten oder auch Feststoffe analysiert werden. Die Substanzen der Probe werden innerhalb der Ionenquelle in geladene Atome umgewandelt und auf diese Weise ionisiert.

Trennung

Die Ionen werden meistens durch ein elektrisches Feld aus der Ionenquelle extrahiert und anschließend an den Analysator übergeben. Werden die Ionen durch ein elektromagnetisches Feld in einem definierten Bereich gehalten, ist eine mehrfache Wiederholung von Anregung und Massenselektion möglich. Man spricht in diesem Fall von einer sogenannten Ionenfalle. Die Frequenz, mit der sich die Ionen in der Ionenfalle bewegen, ist vom Verhältnis Masse zu Ladung abhängig.

Erfassung

Nun können die Ionen auf verschiedene Weise detektiert werden. Durch eine Änderung des Feldes kann die Kreislaufbahn der Ionen mit einem definierten Masse-zu-Ladung-Verhältnis destabilisiert werden. Die Ionen verlassen somit die Ionenfalle und können am Detektor erfasst werden. Da die Feldänderung bekannt ist, kann das Masse-zu-Ladung-Verhältnis der Ionen ermittelt und ihre Häufigkeit am Detektor gemessen werden.

Identifikation

Unterschiedliche Moleküle, die sich nicht ähnlich sind, jedoch die gleiche Masse besitzen, werden Isomere genannt. Zerlegt man diese Isomere, so zerfallen sie molekülspezifisch in kleinere Moleküle oder Atome, welche sich in ihrer Masse und Ladung unterscheiden. Auf diese Weise ist eine Identifikation von Substanzen möglich.

Anwendungsbereiche der Massenspektrometrie

Die Massenspektrometrie (MS) ist ein extrem empfindliches Analysenverfahren, das häufig in Kombination mit anderen Verfahren eingesetzt wird (zum Beispiel ICP-MS, GC-MS, IR-MS, CE-MS oder EI-MS). Das sehr breite Anwendungsspektrum reicht von der Steuerung technischer Produktionsprozesse in der Industrie über die Forschung in diversen naturwissenschaftlichen Disziplinen bis hin zur Spurenanalyse von Schwermetallen oder der Bestimmung komplexer organischer Moleküle – zum Beispiel in der Umweltanalytik.