Die Tandem-Massenspektrometrie, auch bekannt als MS/MS oder MS2, umfasst mehrere Schritte der massenspektrometrischen Auswahl, wobei zwischen den einzelnen Schritten eine Art Fragmentierung stattfindet. Die Massenspektrometrie ist eine leistungsstarke Technik für die chemische Analyse, die zur Identifizierung unbekannter Verbindungen, zur Quantifizierung bekannter Verbindungen und zur Aufklärung der Molekularstruktur eingesetzt wird. Um das Funktionsprinzip zu verstehen, muss man wissen, dass ein Massenspektrometer ein „Molekülzertrümmerer“ ist, der die molekularen und atomaren Massen ganzer Moleküle, Molekülfragmente und Atome durch Erzeugung und Nachweis der entsprechenden Ionen in der Gasphase misst, die nach ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis (m/z) getrennt sind. Sie misst die Massen, die der molekularen Struktur und der atomaren Zusammensetzung des Ausgangsmoleküls entsprechen, und ermöglicht so die Bestimmung und Aufklärung der molekularen Struktur.
Jetzt stellt sich die Frage: Warum Massenspektrometrie? Sie kann auch zur Quantifizierung von Molekülspezies verwendet werden. Die Massenspektrometrie gilt als sehr empfindliches Verfahren, das mit sehr kleinen Probenmengen (bis zu 10-12 g, 10-15 mol) arbeitet und leicht mit chromatographischen Trennverfahren zur Identifizierung von Komponenten in einem Gemisch verbunden werden kann. Die Massenspektrometrie liefert auch einem breiten Spektrum von Fachleuten wertvolle Informationen: Chemikern, Biologen, Ärzten, Astronomen und Umweltmedizinern. Sie erzeugt ein Spektrum durch die Trennung von Ionen mit unterschiedlichem Masse-Ladungs-Verhältnis (m/z), wobei m die molekulare oder atomare Masse und z die elektrostatische Ladungseinheit ist. In vielen Fällen (z. B. bei kleinen Molekülen) ist z = 1 gemessen m/z = Masse des Fragments. Dies gilt jedoch nicht immer für große Biomoleküle, die durch Elektrospray (ESI) analysiert werden, z > 1.
Tandem-Massenspektrometer gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen – jede hat unterschiedliche Vorteile, Nachteile und Anwendungen. Alle bestehen aus vier Hauptabschnitten, die miteinander verbunden sind: Einlass – Ionisierungsquelle – Analysator – Detektor. Alle Bereiche werden in der Regel unter Hochvakuum gehalten, und die Funktionen der Gerätesteuerung, der Probenerfassung und der Datenverarbeitung sind computergesteuert. Das Datensystem und die Computersteuerung werden oft übersehen – der bedeutendste Fortschritt in der Massenspektrometrie, der eine Automatisierung rund um die Uhr und die Entwicklung moderner, leistungsfähiger Analysetechniken ermöglicht.
Ein Tandem-Massenspektrometer ist ein einzelnes Gerät, das zwei (oder mehr) Massenanalysatoren verwendet. Die einfachste Form besteht aus zwei in Reihe geschalteten Massenspektrometern (MS/MS), die durch eine als Kollisionszelle bezeichnete Kammer verbunden sind. Die zu untersuchende Probe wird im Wesentlichen im ersten Massenspektrometer sortiert und gewogen, dann in der Kollisionszelle in Stücke gebrochen und ein Stück oder mehrere Stücke im zweiten Massenspektrometer sortiert und gewogen. Das Tandem-Massenspektrometer besteht aus zwei oder mehr Quadrupolen, wobei jedes Quadrupol durch eine Kollisionszelle getrennt ist. Nach der chromatographischen Trennung einer Probe durchlaufen die Substanzen zunächst einen ersten Quadrupol, der das Ionengemisch trennt und nur bestimmte Ionen (Vorläuferionen) in die Kollisionszelle leitet. Der erste Quadrupol dient dazu, benutzerspezifische Probenionen aus einer bestimmten Komponente auszuwählen; in der Regel werden die molekularverwandten Ionen innerhalb der Kollisionszelle, die Vorläufer-Ionen, auch als „Eltern-Ionen“ bezeichnet, dann mit einem Inertgas (Xe, Ar usw.) beschossen und weiter in Ionen unterschiedlicher Ladung und Masse (Produkt-Ionen) zerlegt. Diese Produktionen, die auch als „Tochterionen“ bezeichnet werden, durchlaufen dann einen zusätzlichen Quadrupol, um die Ionen weiter zu trennen, der auf die Überwachung bestimmter Ionenfragmente eingestellt ist. Dieser Vorgang kann mehrmals wiederholt werden, um hochspezifische Messwerte zu erhalten. Es gibt mehrere Anwendungen für Tandem-Massenspektrometer. Klinische Tests und Toxikologie, angeborene Stoffwechselstörungen – Neugeborenenscreening, Krebs, Diabetes, verschiedene Gifte, Drogenmissbrauch usw. Biotechnologie und Pharmazie zur Bestimmung der chemischen Struktur von Arzneimitteln und Arzneimittelmetaboliten, Nachweis/Quantifizierung von Verunreinigungen, Arzneimitteln und ihren Metaboliten in biologischen Flüssigkeiten und Geweben. Drogenscreening mit hohem Durchsatz, Analyse von Flüssigkeitsgemischen, Fingerprinting, Nutrazeutika/Pflanzenarzneimittel/Rückverfolgung der Quelle von Naturprodukten oder Drogen und vieles mehr. Proteinsequenzierung und -identifizierung Proteinidentifizierung über Datenbanksuche (SPC und spektrales Alignment), de novo Peptidsequenzierung (Spektraldiagramm), Hybrid, Identifizierung posttranslational modifizierter (PTM) Peptide, quantitative Proteomik, Identifizierung von Proteinen, die unterschiedlich häufig vorkommen, außerdem spielt sie eine wichtige Rolle in der Proteomik.