Massenspektrometer

Massenspektrometer, auch Massenspektrograph, Gerät, welches z. B. Moleküle oder andere elektrisch neutrale Teilchen in Ionen umwandelt (Ionisierung und nachfolgende Fragmentierung) und diese anschließend entsprechend ihres Masse-Ladungs-Verhältnisses trennt (Ionentrennung) sowie registriert. Die getrennten Ionen lassen sich dabei entweder auf einer Photoplatte festhalten (Massenspektroskopie) oder als Ionenstrom elektrisch aufzeichnen (Massenspektrometrie). Die heutzutage verwendeten Massenspektrometer setzt man u. a. zur Bestimmung von Atomen und Isotopen sowie der chemischen Zusammensetzung von Proben ein.

Alle Massenspektrometer haben im Prinzip drei Kennzeichen gemeinsam: (1) ein System zur Ionisierung der Probensubstanz, (2) eine Trennvorrichtung (Analysator) und (3) eine Einrichtung zur Registrierung der Ionen (u. a. den Detektor).

Beim ältesten Massenspektrometertyp, dem Sektorgerät (siehe Abbildung) werden die Moleküle einer Probe nach unterschiedlichen Methoden in Ionen zerlegt und diese Bruchstücke in einem elektrischen Feld beschleunigt. Im anschließenden Magnetfeld (magnetisches Sektorfeld) kommt es entsprechend der Masse und Ladung zur unterschiedlichen Ablenkung der Ionen. Bei vorgegebenem elektrischen und magnetischen Feld gelangen nur Ionen eines bestimmten Masse-Ladungs-Verhältnisses durch das im Sektorfeld befindliche Trennrohr. Das Massenspektrum, also alle bei der Ionisierung und Fragmentierung entstehenden Ionen, gewinnt man entweder durch Änderung des Magnetfeldes bei konstant gehaltener Spannung des Beschleunigungsfeldes oder genau umgekehrt – also konstantes Magnetfeld und Variation der Beschleunigungsfeldspannung. Die Ionen gelangen von dem Trennrohr weiter zum Detektor. Dieser ist häufig mit einem Computer verbunden, der die registrierten Daten verarbeitet.

Massenspektrometer eignen sich besonders für die Analyse von komplexen Stoffgemischen. Produkte, welche z. B. bei der Raffinierung und Verarbeitung von Petroleum entstehen und gewöhnlich verschiedene, eng verwandte Kohlenwasserstoffe enthalten, sind schwer durch herkömmliche Methoden der chemischen Analyse zu trennen, können jedoch durch Verwendung eines Massenspektrometers isoliert und untersucht werden. Ein Tandem-Massenspektrometer besteht aus mehreren miteinander verbundenen Massenspektrometern. Im Bereich der Molekularbiologie ermöglicht das Tandem-Massenspektrometer, lineare Sequenzen von Aminosäuren in einem Proteinmolekül in wenigen Minuten zu erkennen.