Massaspectrometrie: het molecuulgewicht meten

Het basisidee: wegen door te laden

Een enkel molecuul kunt u niet op een gewone weegschaal leggen. Massaspectrometrie lost dat op met een slimme omweg. Het molecuul krijgt eerst een elektrische lading, dan wordt het door een veld gestuurd. Hoe zwaar een geladen deeltje is, bepaalt hoe sterk het door dat veld wordt afgebogen of hoe snel het beweegt. Uit die beweging rekent het apparaat de massa terug.

Wat een massaspectrometer eigenlijk meet, is niet de massa alleen, maar de verhouding tussen massa en lading. Die verhouding heet de m/z-waarde. Uit de m/z-waarde en het aantal ladingen leidt men het molecuulgewicht af. Het resultaat is een spectrum: een grafiek met pieken, waarbij elke piek een deeltje met een bepaalde massa vertegenwoordigt.

De drie stappen in elk toestel

Elke massaspectrometer werkt in drie stappen. Eerst de ionisatie, waarbij het molecuul een lading krijgt. Voor peptiden gebruikt men vaak zachte methoden die het molecuul heel laten, zoals electrospray-ionisatie of MALDI. Zacht betekent hier dat het peptide niet in stukjes uit elkaar valt tijdens het laden.

Dan de scheiding, waarbij de geladen deeltjes op massa worden gesorteerd in de analysator. En tot slot de detectie, waarbij een sensor telt hoeveel deeltjes van elke massa aankomen. Die telling wordt het spectrum. De hoogte van een piek zegt iets over hoeveel van dat deeltje aanwezig was.

Wat het over een peptide vertelt

Een peptide heeft een bekende aminozuurvolgorde, en uit die volgorde valt het verwachte molecuulgewicht op te tellen. Massaspectrometrie meet het echte gewicht. Als de gemeten waarde overeenkomt met de berekende waarde, is dat sterk bewijs dat het juiste molecuul in de buis zit. Wijkt het af, dan is er iets mis: een verkeerde volgorde, een ontbrekend stuk of een ongewenste verandering aan het molecuul.

Moderne toestellen meten zo nauwkeurig dat ze het verschil van een enkel waterstofatoom kunnen zien. Daardoor onthullen ze ook kleine veranderingen, zoals oxidatie of een verkeerd gekoppeld aminozuur. Dat maakt de methode tot een fijnmazige controle op de identiteit en zuiverheid van een peptide.

Samenwerking met HPLC

Massaspectrometrie wordt vaak gekoppeld aan HPLC, een techniek die een mengsel eerst in losse componenten scheidt. De combinatie heet LC-MS. HPLC scheidt de stoffen in de tijd, zodat ze een voor een de massaspectrometer binnenkomen. Zo ontstaat van elke component een eigen massameting.

Deze koppeling is nuttig omdat een monster zelden helemaal zuiver is. Met LC-MS ziet u niet alleen het hoofdproduct, maar ook eventuele bijproducten en hun massa. Het geeft dus een completer beeld dan een van de twee technieken alleen.

Grenzen van de methode

Massaspectrometrie vertelt de massa, maar niet direct de driedimensionale vorm van een molecuul. Twee moleculen met dezelfde atoomsamenstelling kunnen dezelfde massa hebben en toch anders gevouwen zijn. Ook zegt de meting niets over biologische werking. Ze bevestigt de moleculaire identiteit, niet de functie of de veiligheid.

Voor een volledig beeld combineren laboratoria de massameting daarom met andere testen, zoals HPLC voor zuiverheid en soms aanvullende analyses voor de structuur. Samen vormen die het analysepakket op een certificaat van analyse.