A tandem tömegspektrometria, más néven MS/MS vagy MS2, a tömegspektrometriás kiválasztás több lépését foglalja magában, a szakaszok között pedig valamilyen fragmentáció történik. A tömegspektrometria a kémiai analízis nagy teljesítményű technikája, amelyet ismeretlen vegyületek azonosítására, ismert vegyületek mennyiségi meghatározására és a molekulaszerkezet tisztázására használnak. A működési elv megértéséhez megállapítjuk, hogy a tömegspektrométer egy “molekulatömörítő”, amely egész molekulák, molekulatöredékek és atomok molekuláris és atomi tömegét méri a megfelelő gázfázisú ionok előállításával és kimutatásával, amelyek a tömeg-töltés arányuk (m/z) szerint elkülönülnek. Az alapmolekula molekuláris szerkezetének és atomi összetételének megfelelő tömegeket mér, és így lehetővé teszi a molekulaszerkezet meghatározását és tisztázását.
Most felmerül a kérdés, hogy miért tömegspektrometria? A molekuláris fajok mennyiségi meghatározására is használható. Nagyon érzékeny technikának számít, és nagyon kis mintamennyiségekkel (akár 10-12 g, 10-15 mol) is működik, és könnyen összekapcsolható a kromatográfiás elválasztási módszerekkel az elegyben lévő komponensek azonosítására. A tömegspektrometria a szakemberek széles köre számára is értékes információkkal szolgál: vegyészek, biológusok, orvosok, csillagászok, környezet-egészségügyi szakemberek számára. Működése során spektrumot hoz létre a különböző tömeg-töltés arányú (m/z) ionok elválasztásával, ahol m a molekuláris vagy atomi tömeg, z az elektrosztatikus töltésegység. Sok esetben (például kis molekulák esetében) z = 1 mért m/z = a fragmentum tömege. De ez nem mindig igaz a nagy biomolekulákra, amelyeket elektrospray-vel (ESI) elemeznek, z > 1 .
A tandem tömegspektrométereknek sokféle típusa van – mindegyiknek más-más előnyei, hátrányai és alkalmazásai vannak. Mindegyik négy fő részből áll, amelyek összekapcsolódnak inlet-ionizációs forrás-analizátor-detektor. Az összes szekciót általában nagy vákuum alatt tartják, és a műszer vezérlésének, a mintagyűjtésnek és az adatfeldolgozásnak a funkciói számítógépes vezérlés alatt állnak. Az adatrendszer és a számítógépes vezérlés gyakran figyelmen kívül hagyott – a tömegspektrometria legjelentősebb előrelépése – lehetővé teszi a 24/7 automatizálást és a modern, nagy teljesítményű analitikai technikák kifejlesztését .
A tandem tömegspektrométer egyetlen műszer, amely két (vagy több) tömegelemzőt használ. Legegyszerűbb formája két tömegspektrométerből (MS/MS) áll, amelyeket egy ütközési cellának nevezett kamra kapcsol egymáshoz. A vizsgálandó mintát lényegében az első tömegspektrométerben válogatják és mérik, majd az ütközőcellában darabokra törik, és egy darabot vagy darabokat a második tömegspektrométerben válogatják és mérik. A tandem tömegspektrométer két vagy több kvadrupolból épül fel, az egyes kvadrupolokat ütközési cella választja el egymástól. Miután a mintát kromatográfiával szétválasztották, az anyagok először egy első kvadrupolon mennek keresztül, amely az ionok keverékét szétválasztja, és csak bizonyos ionokat (prekurzorionokat) juttat át az ütközőcellába. Az első kvadrupol a felhasználó által meghatározott mintaionok kiválasztására szolgál egy adott komponensből; általában a molekulárisan kapcsolódó ionokat az ütközőcellában a prekurzor-ionok, más néven “szülőionok” ezután inert gázzal (Xe, Ar stb.) bombázzák, és tovább bomlanak különböző töltésű és tömegű ionokra (termékionokra). Ezeket a “leányionokként” is ismert termékionokat ezután egy további kvadrupolon vezetik át az ionok további szétválasztása érdekében, amely úgy van beállítva, hogy meghatározott ionfragmentumokat figyeljen. Ez a folyamat többször is megismételhető, hogy nagyon specifikus mérési eredményeket kapjunk. A tandem tömegspektrométernek számos alkalmazása van. Klinikai vizsgálatok és toxikológia, veleszületett anyagcsere-hibák – újszülöttkori szűrés, rák, cukorbetegség, különböző mérgek, visszaélés kábítószerek stb. Biotechnológia és gyógyszeripar a gyógyszerek és a gyógyszer-metabolitok kémiai szerkezetének meghatározására, szennyeződések, gyógyszerek és metabolitjaik kimutatására/mennyiségének meghatározására biológiai folyadékokban és szövetekben. Nagy áteresztőképességű kábítószer-szűrés, folyékony keverékek elemzése, ujjlenyomatok, nutraceutikai/növényi gyógyszerek/természetes termékek vagy gyógyszerek forrásának nyomon követése és még sok más. Fehérje szekvenálás és azonosítás fehérje Azonosítás adatbázis keresés (SPC és spektrális illesztés), de novo peptid szekvenálás (spektrum grafikon), hibrid, poszt transzlációsan módosított (PTM) peptidek azonosítása kvantitatív proteomika, differenciálisan gyakori fehérjék azonosítása, emellett jelentős szerepe van a proteomikában.