Massenspektrometrie in der pharmazeutischen Analytik (Teil 1)

Die Massenspektrometrie (MS) ist eine analytische Methode, die sowohl im Europäischen Arzneibuch (Ph. Eur.) als auch in der United States Pharmacopeia (USP) beschrieben ist. Die Methode ermöglicht mit kleinster Substanzmenge die Bestimmung der relativen Molekülmasse und der Elementarzusammensetzung einer Verbindung. Darüber hinaus sind aus den beobachteten Bruchstücken Aussagen über die Struktur möglich. Massenspektrometrische Untersuchungen können daher zum Strukturbeweis bzw. zur Strukturaufklärung dienen. Ein Massenspektrum kann jedoch auch durch Verwendung interner oder externer Referenzsubstanzen für quantitative Aussagen herangezogen werden. Durch Kopplung mit anderen Verfahren, z. B. der Gaschromatographie (GC/MS) oder der Flüssigchromatographie (LC/MS bzw. HPLC/MS), ist eine Quantifizierung von Substanzen möglich.

Grundlagen der Methode

Die Massenspektrometrie beruht auf dem Verhalten geladener Materie in elektrischen bzw. magnetischen Feldern. Geladene Teilchen werden in einem elektrischen Feld beschleunigt und in einem magnetischen Feld abgelenkt.

Ein Massenspektrometer lässt sich in mehrere Funktionsabschnitte unterteilen:

• Einlass: Probenzuführung und Verdampfen der Probe
• Ionenquelle: Erzeugung von Ionen und evtl. Fragmentierung
• Ionenanalysator (Massenfilter): Trennung der Ionen nach dem Masse/Ladungs-Verhältnis (m/z)
• Ionendetektor: Nachweis der Ionen und Registrierung
• Datenverarbeitung

In der Massenspektrometrie werden die zu untersuchenden Verbindungen zunächst verdampft und mit geeigneten Methoden ionisiert.

Sind die gebildeten Molekülionen instabil, so zerfallen sie weiter in geladene Bruchstücke (Fragmente). Die Bildung solcher Fragmente verläuft nicht zufällig, sondern nach ganz bestimmten Mechanismen. Bei Kenntnis des Ablaufs bestimmter Fragmentierungen ist es möglich, aus den Massen bestimmter Bruchstücke auf die Struktur des Gesamtmoleküls zu schließen.

Nach der Trennung der geladenen Bruchstücke aufgrund ihres Masse/Ladungs-Verhältnisses (m/z) erfolgen der Nachweis der getrennten Bruchstücke und die Registrierung der Detektorsignale.

Die einzelnen Ionisationsverfahren und die verschiedenen Analysatoren werden in einem separaten Beitrag Massenspektrometrie in der pharmazeutischen Analytik (Teil 2) näher beschrieben.

Massenspektrum

Ein Massenspektrum ist eine zweidimensionale Darstellung der durch die Messung im Massenspektrometer detektierten Ionenhäufigkeit. Aufgetragen werden die Intensität der Signale auf der Y-Achse gegen das Masse/Ladungs-Verhältnis der nachgewiesenen Ionen auf der X-Achse.

Vereinfacht gesagt gilt:

• Registriert wird der Quotient aus Masse zur Ladung (m/z).
• Das größte Signal wird als Basispeak bezeichnet und gleich 100% gesetzt.
• Die Intensitäten aller anderen Signale werden prozentual auf den Basispeak bezogen.
• Der Peak bei der größten Massenzahl ist meist der Molekülpeak.
• Die Signalhöhe ist proportional zur Menge der Ionen.

Massenspektroskopie in Ph. Eur. und USP

Das Europäische Arzneibuch (Ph. Eur.) beschreibt die Methode im Detail im Kapitel 2.2.43 Massenspektrometrie. Das Kapitel unterteilt sich in folgende Abschnitte:

• Einführen der Proben
• Ionisationsverfahren
• Analysatoren
• Signalerfassung
• Kalibrierung
• Registrierung der Signale und Datenverarbeitung

Die ICP-MS (inductively coupled plasma-mass spectrometry), also eine Methode, die ein induktiv gekoppeltes Plasma als Ionisationsquelle nutzt, wird in einem eigenen Kapitel 2.2.58 Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma beschrieben.

In der United States Pharmacopeia (USP) wird die Massenspektrometrie in den Kapiteln <736> Mass Spectrometry und <1736> Applications of Mass Spectrometry beschrieben. Kapitel, die unter 1000 nummeriert sind, gelten in den USA als verbindlich anwendbar, wenn sie in einer Monographie, einem anderen anwendbaren allgemeinen Kapitel oder in allgemeinen Hinweisen referenziert sind. Allgemeine Kapitel der USP mit Nummern größer 1000 sind hingegen nicht verpflichtend. Sie gelten als erläuternde Texte und enthalten Informationen, Definitionen und Beschreibungen.