Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS)

Die Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS) ist eine Analysetechnik, die die Eigenschaften der Flüssigkeitschromatographie (oder HPLC) und der Massenspektrometrie (MS) kombiniert. Die LC-MS-Technik ist in der chemischen Analyse weit verbreitet, da sie vielseitig, robust und empfindlich ist und die Möglichkeiten der Flüssigkeitschromatografie (LC) und der Massenspektroskopie (MS) synergetisch erweitert.

 

Die Flüssigkeitschromatografie (LC) dient der Trennung der Komponenten in einem chemischen Gemisch und ist eine weit verbreitete Analysetechnik, z. B. HPLC. Die LC trennt die Moleküle in einem chemischen Gemisch aufgrund der Wechselwirkungen der Moleküle mit der stationären Phase der Säule und der mobilen Phase. Der Grad der Trennung der Moleküle hängt von der Affinität für die stationäre Phase und die mobile Phase ab. Es stehen verschiedene Arten von mobilen Phasen und stationären Phasen zur Verfügung, die für verschiedene Arten von Gemischen geeignet sind und den Trennungsprozess individuell gestalten können.

 

Nach der flüssigkeitschromatographischen Trennung gelangen die Moleküle im Eluenten in das Massenspektrometer (MS) und werden in die Gasphase desolvatisiert. Anschließend werden diese Moleküle mit einer Ionenquelle ionisiert, und die ionisierten geladenen Teilchen durchlaufen den Quadrupol-Massenanalysator zur Bestimmung des Masse-Ladungs-Verhältnisses (m/z). Die Quadrupol-Massenanalysatoren können auch so eingestellt werden, dass sie einen oder mehrere bestimmte m/z-Werte überwachen, anstatt alle m/z-Werte zu scannen. Es gibt verschiedene Arten von LC-MS-Geräten, die für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind.

 

LC-MS hat viele Vorteile bei der chemischen Analyse und wird in verschiedenen Branchen eingesetzt, z. B. in der Pharmazie, Biopharmazie, Forensik, Industrie, Lebensmittel- und Umweltforschung. Darüber hinaus wird LC-MS auch in der klinischen Forschung zur Analyse von Medikamenten, Vitaminen, Mineralien, Blut, Serum, Plasma usw. eingesetzt.

 

Nonylphenolethoxylate (NPEO) können zu Nonylphenol (NP) abgebaut werden, das beim Menschen Störungen des Hormonsystems und andere Gesundheitsprobleme verursachen kann2. Diese Alkylphenolethoxylate (APEO) und Alkylphenole (AP) in Textilien wurden mit LC-MS-Techniken analysiert.

 

Aromatische Amine: LC-MS kann die gefährlichen aromatischen Amine wie 2,4,5-Trimethylanilin, 4,4'-Oxydianilin und 20 andere bis zu einer Konzentration von 30 mg/kg (0,003 Gew.-%) nachweisen, die von der ECHA in Anhang 8 (ECHA)3 in Textilien, Spielzeug, Lederartikeln, Schuhen, Handschuhen, Armbändern, Handtaschen, Geldbörsen, Aktentaschen, Stuhlbezügen, Lederspielzeug und anderen Stoffen beschränkt wurden5.

 

Die ECHA hat die Verwendung von 27 Azofarbstoffen auf 0,1 Gewichtsprozent beschränkt (2009/567/EG), die für den Menschen giftig, allergen und krebserregend sind. Diese eingeschränkten Azofarbstoffe können in Textilien, Spielzeug, Lederartikeln, Schuhen, Handschuhen, Armbändern, Handtaschen, Geldbörsen, Aktenkoffern und Stuhlbezügen mittels LC-MS-Technik nachgewiesen werden4,5.

 

Perfluorverbindungen wie Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) und Perfluoroctansäure (PFOA) sind für den Menschen gefährlich. Die Verwendung von PFOS und PFPA wurde von der ECHA eingeschränkt, und diese Stoffe können durch LC-MS-Analyse nachgewiesen werden6.

 

LC-MS wurde zum Nachweis von Bioziden (Fungizide, Pestizide, Konservierungsmittel und andere) wie Climbazol, Clotrimazol, Ketoconazol, Miconazol, Fluconazol, Itraconazol, Thiabendazol und Carbendazim in Boden, Wasser und Schlamm verwendet7.

 

Pestizidrückstände in Obst und Gemüse wurden mittels LC-MS-Technik analysiert. Mit dieser Methode wurden etwa 60 Pestizidrückstände bestimmt, die meisten davon sind Fungizide und Insektizide. Carbendazim und Acetamiprid waren die an den häufigsten nachgewiesenen Pestiziden in Gemüse und Obst.

 

Darüber hinaus wird LC-MS auch für die Analyse von Cannabinoiden verwendet.16 Cannabinoide, einschließlich Δ9-Tetrahydrocannabinol (Δ9-THC), Δ8-Tetrahydrocannabinol (Δ8-THC), Cannabidiol (CBD), Cannabigerol (CBG) und Cannabinol (CBN), wurden mit der LC-MS-Technik analysiert. Mit dieser Technik ist es möglich, die kommerziellen Cannabisprodukte nachzuweisen.

 

In pharmazeutische Formulierungen ausgelaugte Phthalate wurden mit Hilfe von LC-MS-Analysetechniken identifiziert. Phthalate wie Dimethylphthalat (DMP), Diethylphthalat (DEP) und Dibutylphthalat (DBP) wurden in pharmazeutischen Formulierungen, d. h. Parenteralia, Lotionen und ophthalmischen Präparaten, nachgewiesen10.

 

Lebensmittelzusatzstoffe wie Farbstoffe, Konservierungsmittel, Süßstoffe und Antioxidantien werden von der ECHA durch die Verordnung (EG) Nr. 1333/2008 reguliert, die ihre Verwendung einschränkt. Diese Lebensmittelzusatzstoffe wie Brillantblau FCF, Azorubin, Tartrazin, Sunset Yellow, Ponceau 4R, Sorbinsäure und andere wurden mit einer einfachen LC-MS-Methode gemessen.

 

 

References:

1. James J Pitt, Principles and Applications of Liquid Chromatography- Mass Spectrometry in Clinical Biochemistry. Clin Biochem Rev 2009, 30, 19.

2. LC/MS/MS Analysis of Alkylphenol Ethoxylates (APEO) and Alkylphenols (AP), link: https://www.shimadzu.com/an/sites/shimadzu.com.an/files/pim/pim_document_file/applications/application_note/10865/c187.pdf

3. https://echa.europa.eu/appendix-8-list-of-aromatic-amines

4. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/HTML/?uri=CELEX:32009D0567&from=EN

5. https://echa.europa.eu/documents/10162/bd51087b-9917-b018-69ac-d7594315e2a9

6. https://echa.europa.eu/hot-topics/perfluoroalkyl-chemicals-pfas

7. Zhi-Feng Chen et. al, Determination of biocides in different environmental matrices by use of ultra-high-performance liquid chromatography–tandem mass spectrometry. Anal Bioanal Chem 2012, 404(10). DOI:10.1007/s00216-012-6444-2

8. https://www.shimadzu.com/an/products/liquid-chromatograph-mass-spectrometry/lc-ms-system/lcmsms-method-package-for-restricted-chemicals-in-textiles/index.html

9. https://analyticalscience.wiley.com/do/10.1002/was.00050046

10. Kashyap Thumar et, al, Determination of Extractable and Leachable Phthalates from Pharmaceutical Packaging by LC-MS/MS, 2020, Analytical Chemistry Letters 10(1):93-103.

11. Oliver Baars and David H. Perlman (July 7th 2016). Small Molecule LC-MS/MS Fragmentation Data Analysis and Application to Siderophore Identification, Applications from Engineering with MATLAB Concepts, Jan Valdman, IntechOpen, DOI: 10.5772/63018