Referenzmaterialien für die Massenspektrometrie – Erhöhen Sie Ihre Standards mit Cayman Chemical | Biomol Blog | Ressourcen

Verfasst von Emily Locke

Koks im Fingerabdruck aufspüren? Ja, das geht! Tatsächlich verraten Fingerabdrücke Forschenden nicht nur, wer der Täter war, sondern sogar, was dieser zuletzt berührt hat. Dank moderner Technik ist es möglich, die chemische Zusammensetzung des Abdrucks exakt abzubilden und so beispielsweise Spuren von Sprengstoff oder Rauschgift nachzuweisen. Außerdem können sich überlagernde Fingerabdrücke mit dieser Methode leicht unterschieden werden, was bei anderen herkömmlichen Verfahren ein großes Problem darstellt. Kein Wunder also, dass das Bundeskriminalamt die Forschung um solche Prüfverfahren mit großem Interesse verfolgt [1]!

Doch um was für eine Methode handelt es sich hier genau? Sie trägt den etwas sperrigen Namen „Desorptions-Elektrospray-Ionisation-Massenspektrometrie“ – oder kurz DESI-MS und ist eine der vielen verschiedenen Varianten der Massenspektrometrie (MS). MS ist eine äußerst wandelbare und gleichzeitig sehr leistungsfähige analytische Methode, die in unterschiedlichsten Bereichen Anwendung findet – unter anderem eben auch in kriminaltechnischen Untersuchungen. Aufgrund ihrer hohen Relevanz wurde sie vom Fachjournal Nature Methods sogar zur Methode des Jahres 2012 gekürt [2]. Im Allgemeinen handelt es sich bei der MS um ein Verfahren zur Messung der Masse von Ionen, Atomen oder Molekülen, wodurch die eindeutige Identifizierung von Substanzen möglich wird [3]. Klingt spannend? Unser Hersteller Cayman Chemical bietet Ihnen mehr als 2000 Referenzstandards sowie die eigens für MS entwickelte MaxSpec®-Produktreihe, in der Sie eine breite Auswahl an hochwertigen Analysekits und Standards für unterschiedlichste MS-Anwendungen finden!

Diese Themen warten auf Sie:

1) Eine technologisch fortschrittliche Waage: Wie funktioniert Massenspektrometrie?

2) Vielfältigkeit in der Variation – die große Stärke der Massenspektrometrie

3) „All about Patterns“: Was sagt ein Massenspektrum aus?

4) Beschleunigte MS-Analysen mit Cayman Chemical

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Eine technologisch fortschrittliche Waage: Wie funktioniert Massenspektrometrie?

Wie der Name schon sagt, geht es bei Massenspektrometrie um das Ermitteln der Masse eines bestimmten Ions. Dafür wird die zu untersuchende Substanz, der Analyt, zunächst in die Gasphase überführt (Desorption) und ionisiert. Die Ionen werden daraufhin durch ein elektrisches Feld beschleunigt und einem Analysator zugeführt, der sie nach ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis m/z bzw. m/q sortiert (Abb. 1). Hierbei kann auch eine Fragmentierung der Teilchen erfolgen, was insbesondere bei komplexen Biopolymeren oftmals erwünscht ist, da Fragmente leichter in die Gasphase überführt werden können. Massenspektrometrie wird in der Biochemie zur Untersuchung von Biomolekülen, wie beispielsweise Proteinen, eingesetzt, aber auch bei der Charakterisierung von chemischen Verbindungen, in der medizinischen Chemie zur Identifizierung von Substanzen in Körperflüssigkeiten oder Organen, in der Umweltanalytik und sogar bei Dopingkontrollen [4].

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Abbildung 1: Aufbau eines Massenspektrometers. Der Analyt wird zunächst in der Verdampfungskammer in die Gasphase überführt und daraufhin in der Ionenquelle ionisiert (hier durch den Beschuss mit einem Elektronenstrahl). Die Ionen werden nun mithilfe eines elektrischen Feldes extrahiert, beschleunigt und dem Analysator zugeführt. Dieser trennt die Ionen nach ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis auf, z.B. durch die Nutzung eines Plattenkondensators und eines magnetischen Felds. Schließlich treffen die separierten Ionen auf den Detektor. Mit den erfassten Daten kann die Masse der einzelnen Teilchen bestimmt werden (Abbildung mit biorender.com erstellt).

Für jedes Bauteil eines Massenspektrometers sind viele verschiedene Varianten verfügbar, so dass durch die Kombination verschiedener Bauteile anwendungsspezifische Massenspektrometer konstruiert werden können [3]. Im Wesentlichen besteht ein Massenspektrometer aber immer aus einer Ionenquelle, einem Analysator und einem Detektor (Abb. 1). In der Ionenquelle wird der Analyt durch verschiedene Methoden ionisiert. Die Ionen werden meist mit einem elektrischen Feld aus der Ionenquelle extrahiert und dem Analysator zugeführt. Hier werden die Ionen nun nach ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis getrennt, wobei dies durch sehr unterschiedliche technische Varianten erreicht werden kann. Schließlich dient der Detektor zur Erfassung der zuvor sortierten Ionen, wobei es ebenfalls verschiedenste Arten und Funktionsweisen von Detektoren gibt [5].

Vielfältigkeit in der Variation – die große Stärke der Massenspektrometrie

Wie bereits erwähnt, gibt es eine Fülle an unterschiedlichen MS-Varianten. Dabei hat man nicht nur die Auswahl zwischen verschiedensten Arten von Ionenquellen, Analysatoren und Detektoren – zusätzlich ist es möglich, Massenspektrometer mit Chromatographieverfahren zu koppeln, um so nacheinander die verschiedenen Massenspektren der einzelnen Fraktionen zu erhalten [4]. Beliebt ist insbesondere die Kombination mit Gaschromatographie (GC-MS) oder Flüssigchromatographie (LC-MS). Hier werden die Vorteile zweier Analysegeräte vereinigt, nämlich das Trennvermögen des Gas- bzw. Flüssigchromatographen mit der Empfindlichkeit und Spezifität des Massenspektrometers [6].

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Abbildung 2: Ablauf der Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS). Die Probe wird zunächst durch ESI oder MALDI ionisiert und die Ionen werden im ersten Analysator nach ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) selektiert. Die selektierten Ionen werden daraufhin durch kollisionsinduzierte Dissoziation (CID) weiter fragmentiert, um kleinere und eindeutig identifizierbare Fragmente zu erhalten. Diese werden in einem zweiten Analysator erfasst und analysiert [9].

Doch nicht nur die Kopplung an Chromatographieverfahren ist üblich – gerne wird Massenspektrometrie auch an sich selbst gekoppelt! Die sogenannte Tandem-Massenspektrometrie, oder kurz MS/MS, ist tatsächlich eine der gängigsten Weiterentwicklungen der herkömmlichen Massenspektrometrie (Abb. 2). Dabei werden zwei Analysatoren mit einer dazwischengeschalteten Reaktion kombiniert, um die Selektivität und Sensitivität der Quantifizierungsmethode zu verbessern. Im ersten Analysator werden zunächst die Ionen gescannt und nach ihrem m/z-Verhältnis selektiert. Oft wird die Elektrospray-Ionisation (ESI) oder die Matrix-unterstütze Laser-Desorption/Ionisation (MALDI) für die Ionisation eingesetzt [7]. Nach der Selektion im ersten Analysator werden die uneindeutig identifizierten Ionen in einer Stoßkammer durch sogenannte kollisionsinduzierte Dissoziation (CID) weiter fragmentiert. Diese leichteren Fragment-Ionen gelangen daraufhin in den zweiten Analysator, der sie nach m/z analysiert und durch die Erfassung aller Fragmente genaue Informationen über die Struktur des Moleküls liefert [8].

„All about Patterns“: Was sagt ein Massenspektrum aus?

Massenspektrometrie ist eine ziemlich komplexe Technologie – da mag sich manch einer fragen, wofür das alles gut sein soll. Kann man nicht stattdessen einfach zum Immunassay greifen? Weniger aufwändig und deutlich günstiger wäre das auf jeden Fall. Trotzdem übertrifft MS einen Immunassay leistungsmäßig in vielen Aspekten. Stellen Sie sich einmal folgendes Szenario vor: Ein Mann ist mit seinem Auto in einen Verkehrsunfall verwickelt, bei dem ein Fußgänger schwer verletzt wird. Es wird vermutet, dass der Mann unter dem Einfluss von Heroin stand. Um diese Vermutung zu überprüfen, wird dem Fahrer eine Blutprobe zur Analyse entnommen. Sie greifen nun zum Immunassay – doch was sagt Ihnen hier ein positives Testergebnis? Mit dem Assay können Sie lediglich die Drogengruppe (Opiate) identifizieren, nicht aber die spezifische Verbindung. Dies reicht nicht aus, um einen Heroinmissbrauch und somit eine Straftat nachzuweisen, da der Mann auch einfach nur Opiat-haltige Medikamente eingenommen haben könnte.

Im Gegensatz dazu ermöglicht Ihnen eine MS-Analyse die eindeutige Identifizierung und Messung jeder einzelnen Verbindung: Der Nachweis von 6-Acetylmorphin, einem Stoffwechselprodukt von Heroin, deckt den Drogenmissbrauch und damit die begangene Straftat auf. Die Informationen erhält man durch das Ergebnis der MS-Messung, das sogenannte Massenspektrum. Bei einem Massenspektrum dreht sich alles um Muster, und jedes dieser spezifischen Muster ist einzigartig für eine bestimmte Verbindung (Abb. 3). Es gibt Aufschluss über die Masse und Struktur des Moleküls. Ein Massenspektrum wird als zweidimensionale Information von Ionenhäufigkeit versus m/z dargestellt, wobei die Peaks die Intensität der zugehörigen Signale anzeigen. Normalerweise handelt es sich bei dem Ion höchster Masse im Massenspektrum um das Molekül-Ion, das entsprechende Signal wird als Molpeak bezeichnet. Die übrigen Ionen sind daraus direkt oder mehrstufig gebildete Fragment-Ionen, sogenannte Primär- und Sekundärfragment-Ionen (Abb. 3) [10].

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Abbildung 3: Stark fragmentiertes Massenspektrum. Die Probe wurde durch Elektronenstoß-Ionisation (EI) ionisiert [11].

Um die Präzision und Genauigkeit einer MS-Analyse gewährleisten zu können, ist der Einsatz von entsprechenden Referenzmaterialien, sogenannten Standards, unerlässlich. Diese Standards ermöglichen es, die Messergebnisse zu kalibrieren und die Identifizierung und Quantifizierung von Analyten zu validieren. Durch die Verwendung hochreiner und zertifizierter Standards kann sichergestellt werden, dass die Messergebnisse konsistent und reproduzierbar sind. Es gibt verschiedene Arten von Standards, darunter interne Standards, die zu den Proben hinzugefügt werden, um Verluste während der Probenvorbereitung zu kompensieren, und externe Standards, die für die Kalibrierung der Massenspektrometer verwendet werden. Interne Standards sind meistens eine isotopenmarkierte Version des Moleküls von Interesse. Hochwertige Standards sind daher ein unverzichtbares Werkzeug, um verlässliche und genaue MS-Daten zu erhalten, insbesondere bei der Analyse komplexer Proben oder der Validierung von Messergebnissen in der Forschung und Entwicklung.

Beschleunigte MS-Analysen mit Cayman Chemical

Unser Hersteller Cayman Chemical unterstützt Sie bei Ihren MS-Analysen mit seinen hochwertigen Chemikalien. Grundsätzlich können alle Biochemikalien und forensischen Artikel von Cayman in einem Massenspektrometer verwendet werden. Besonders hervorzuheben sind jedoch die große Auswahl an Referenzstandards sowie die MaxSpec®-Produktreihe mit gebrauchsfertigen Standards und Analysekits zur Optimierung Ihrer Massenspektrometrie-Workflows. Das MaxSpec®-Sortiment erfüllt dabei äußerst strenge Qualitätsstandards und gewährleistet quantitative Genauigkeit und Reproduzierbarkeit [12].

Die Auswahl der hochreinen MS-Standards reicht von Prostaglandinen und Eicosanoiden über Leukotriene, Lipoxine und Thromboxane bis hin zu Fettsäuren und Fettsäureamiden [13].

Die Vorteile der MaxSpec®-Standards auf einen Blick:

Sofort einsatzbereit
Geprüfte Konzentration
Chargenspezifische LC-MS-Inhaltsanalyse
HPLC-Reinheit getestet
Hohe Stabilität
Lieferung in einer deaktivierten Glasampulle und Versiegelung unter Argon
Detailliertes Analysenzertifikat enthalten

Produktnummer	Produktname	Größe
Cay10007269-10	20-HETE MaxSpec® Standard	10 µg
Cay10007270-100	Arachidonoyl Ethanolamide MaxSpec® Standard	100 µg
Cay10007211-100	Prostaglandin E2 MaxSpec® Standard	100 µg
Cay10007268-1	Arachidonic Acid MaxSpec® Standard	1 mg
Cay26415-1	Eicosapentaenoic Acid MaxSpec® Standard	1 mg
Cay18702-1	SPM D-series MaxSpec® LC-MS Mixture	1 each
Cay19412-1	Lipoxin MaxSpec® LC-MS Mixture	1 each
Cay19101-1	Primary COX and LOX MaxSpec® LC-MS Mixture	1 each

Alle MaxSpec®-Standards und -Mixturen von Cayman Chemical

Cayman Chemical bietet außerdem die MaxSpec®-Analysekits als Komplettlösungen zur Optimierung der Proben- und Standardvorbereitung bei Massenspektrometrie-Anwendungen an. Diese Kits enthalten alle erforderlichen Reagenzien einschließlich eines detaillierten Protokolls, um Arbeitsabläufe zu vereinfachen und die Reproduzierbarkeit zu verbessern. Caymans Angebot umfasst Kits für die Quantifizierung der lysosomalen sauren Lipase- oder Biotinidase-Aktivität in getrockneten Blutproben, für die empfindliche Detektion von Dienen wie Vitamin D oder Vitamin D-Metaboliten sowie für den Nachweis von Eicosanoiden und Lipiden durch eine neuartige Derivatisierungsmethode [14].

Die Vorteile der MaxSpec®-Analysekits auf einen Blick:

Speziell für die Massenspektrometrie entwickelt
Rationalisierung der Proben- und Standardvorbereitung
Sorgfältige Prüfung jeder Charge
Konsistente Leistung und Reproduzierbarkeit
Alle erforderlichen Reagenzien enthalten

Produktnummer	Produktname	Größe
Cay601510-100	Dienes Derivatization MaxSpec® Kit	100 Tests
Cay601540-50	Oxysterol Derivatization MaxSpec® Kit	50 Tests
Cay601460-1	Hydrogen Peroxide Ratiometric MaxSpec™ Kit	1 each
Cay24854-1	Lysosomal Acid Lipase Activity MaxSpec® Assay Kit	1 each
Cay710000	AMP+ MaxSpec® Kit	15/50/100 Tests