die Hochspannung für das Elektrospray bei ESI bzw. bei APCI zusätzlich über die Ladungsdichte an der Koronarentladungsnadel sowie über die Beschleunigungsspannungen entlang des Ionentransferpfades in den Hochvakuumbereich. Leider sind die Quellenparameter nicht voneinander unabhängig. Eine mehrdimensionale Überprüfung der optimalen Einstellungen ist im Laboralltag aus Zeitgründen oft nicht möglich. Mit der hier beschriebenen Optimierungsreihenfolge kommt man in der Regel allerdings rasch zu einem stabilen und völlig ausreichenden Arbeitsbereich. Die Reihenfolge der Optimierungsparameter orientiert sich dabei an den physikalischen Abläufen, die zur Eluatentfernung und zum Ladungstransfer auf die Analyten führen: Trocknung des Eluats (Zerstäubung und Verdampfung, bestimmt durch Aerosolgröße, -eigenschaften und Temperatur) sowie Ladungsübertragung in der Gasphase. Davon ausgehend empfiehlt es sich, die Quelleneinstellungen in folgender Reihenfolge auf optimale Signalausbeute und minimiertes Rauschen hin zu optimieren; man beachte, dass je nach Gerätehersteller nicht alle Parameter an jedem Massenspektrometer zugänglich sind:
• Quellentemperatur; bei APCI: auch APCI-Heizblocktemperatur
• Druck des Vernebelungsgases
• Volumendurchsatz des Trocknungsgases
• Ionisierungsspannung; bei APCI: auch Koronarnadelstrom
• Transferkapillarspannung
Im Fall von nano-LC-Quellen und gelegentlich bei Ionenquellen für analytische Flussraten hat man auch die Möglichkeit, die räumliche Position der Sprayeinheit relativ zum Vakuumeinlass des Massenspektrometers sowie die Austrittslänge der Spraykapillare aus der Sprayeinheit zu optimieren. Erfahrungsgemäß hat dies bei nano-ESI-Quellen einen großen Einfluss auf die Signalqualität und -stärke, insbesondere auf die Ionenausbeute im Massenspektrometer, während die Werkseinstellung der Ionenquelle bei analytischen Flussraten kaum noch Optimierungspotenzial bietet. Da auch die Position der Spraykapillare in der Sprayeinheit die Ionenausbeute stark beeinflusst, wird eine regelmäßige Kontrolle des Sprayers auf korrekte Justage und mögliche Beschädigungen sehr empfohlen.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass Massenspektrometer meist die Möglichkeit bieten, periodisch zwischen negativer und positiver Polarität hin- und herzuschalten, um in einem LC-MS-Lauf quasi-simultan kationisch und anionisch zu ladende Analytmoleküle zu detektieren. Für einen Screeninglauf, zum Beispiel innerhalb der Prozesskontrolle, kann dies ein nützliches Werkzeug sein, das es erlaubt, einen zusätzlichen LC-MS-Lauf einzusparen. Allerdings sind die Möglichkeiten dieses Verfahrens begrenzt: Zum einen ist die zu erwartende Ausbeute an „alternativ geladenen“ Analytionen in der Regel recht gering. LC-MS-Läufe werden meist an den Rändern des pH-Bereichs durchgeführt, z. B. ameisensauer oder ammoniakalisch. Bei pH-Werten unter 2,5 oder über 9 werden nur noch stark saure oder basische Verbindungen überhaupt als Ion im entgegengesetzt geladenen Modus detektiert. Zum anderen muss nicht allein die Polarität der Ionenquelle, sondern die des gesamten Ionenpfades im Massenspektrometer zyklisch umgepolt werden. Je nach MS-Bautyp vergehen dabei Sekunden, bis das Gerät stabilisiert ist, in denen das Massenspektrometer aber blind ist für Analytmoleküle und keine Daten aufzeichnet. Sollte das jeweilige LC-MS-System solche Moduswechsel flink genug unterstützen, ist dies eine reizvolle Zusatzoption für Screening-Experimente. Solide Quantifizierungen sollten allerdings der höheren Robustheit wegen stets in einem Modus durchgeführt werden.
Empfehlungen
• Lösen der Probe im LC-Laufmittel – Konzentration soll ca. 1/10 der Konzentration der injizierten Probe betragen
• Direkte Infusion bei der Flussrate, die später in der LC-Trennung angewandt wird
• Einstellung der Gasflüsse und Trocknungstemperatur (bei APCI zusätzlich: APCI- Heizblocktemperatur) für ein stabiles Spray (im Routinefall eher selten nötig: Einstellung der ESI-Spraykapillarposition)
• Optimierung der Ionisierungsspannung (ESI/APCI; bei APCI zusätzlich: Koronarnadelstrom): höhere Spannung führt zu größerer Ionenausbeute, jenseits eines Optimums Gefahr der Glimmentladung und Probenfragmentierung
• Optimierung der Spannung der Ionentransferkapillare: höhere Spannung erhöht die Zahl an Ionen im Massenanalysator, jenseits eines Optimums jedoch Anstieg von Fragmentbildung durch exzessive Kollision mit Restgasmolekülen (In-Source-Fragmentation)
3.2.3 Optimierung der MS-Detektion
Nach der erfolgreichen Optimierung der Ionenquelleneinstellungen, die die höchste Ausbeute an gewünschten Ionenaddukten zum Ziel hat, steht als nächstes die Einstellung des Massenselektors und -detektors auf höchste Empfindlichkeit an. Die genauen Einstellparameter variieren dabei je nach Bautyp des Massenspektrometers und nach Hersteller. Allen gemein ist die Aufgabe der elektrischen Optik im Mittel- und Hochvakuumbereich des Massenspektrometers. Vor dem eigentlichen Massenanalysator befindet sich eine Ionenoptik, die zwei Ziele verfolgt: die möglichst vollständige Abtrennung von Neutralmolekülen, Lösemittelresten und Restgas sowie die konvergente Bündelung des Analytionenstrahls. Die Ionenoptik besteht meist aus diversen Multipolen (Quadrupol, Hexapol, Oktapol u. a.), alternativ aus einem Ionentrichter (engl. Ion Funnel) als gestaffelte Folge von Fokussierungslinsen, diversen Umlenkeinrichtungen (z. B. gekrümmte Multipole) und Beschleunigungselektroden in der Form von Prallplatten mit schmaler mittiger Durchlassöffnung (Skimmer). Angesichts der Vielfalt von Bautypen ist es nicht sinnvoll, hier eine allgemeine Optimierungsreihenfolge zu beschreiben, zumal die Optimierungen von der Art des Bauteils und seiner Position entlang der Ionenflugstrecke abhängen. Gleiches gilt für den Massenanalysator selbst; gestaffelte Quadrupole erfordern nachvollziehbarerweise andere Einstellungen als Ionenfallen, Orbitraps oder Flugrohre. Änderungen an den Parametern des Massenanalysators und des dahinter befindlichen Ionendetektors (sofern vorhanden) bestimmen die Massengenauigkeit (sie wird im Rahmen der Kalibrierung optimiert) mehr als die Empfindlichkeit. Daher werden diese Einstellungen meist universell für einen bestimmten Massenbereich optimiert, nicht aber für jedes individuelle LC-MS-Analysenproblem. Zur bestmöglichen Ionenfokussierung und für einen maximalen, selektiven Ionentransfer in den Massenanalysator geben die Herstellerhandbücher in der Regel ausführlich Auskunft und geeignete Hilfestellung. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass es sich nur in wenigen Fällen diese MS-intrinsischen Parameter zu optimieren lohnt, z. B. wenn im Forschungsumfeld die Nachweisgrenze eines Expertensystems auf das Letzte ausgereizt werden muss. Im industriellen Routineeinsatz lohnt der Zeitaufwand der Optimierung oft den Gewinn an Empfindlichkeit nicht.
Zum Abschluss der MS-Optimierung empfiehlt es sich, die Infusion der Tuninglösung mit den optimierten Einstellungen für 1–5 min kontinuierlich als einen Referenzdatensatz aufzuzeichnen. Diesen begutachtet man anschließend bezüglich der Spray- bzw. Signalstabilität und ermittelt sowohl aus der LC-MS-Datenspur das Basislinienrauschen als auch aus einem repräsentativ gemittelten Satz an MS-Spektren die Qualität des Spektrums hinsichtlich Verunreinigungen und Form der Massensignale, das Signal-zu-Rauschen für die charakteristischen Isotopensignale, die Verteilung der Isotopenintensitäten sowie die erzielte Massenauflösung. Bei HR/AM- Messungen sollte zudem die Massengenauigkeit als Maß der Abweichung zwischen theoretischer und experimentell gemessener Masse in ppm bestimmt werden.
Empfehlungen
• Durch sequenzielle Optimierung der lonenoptikeinstellungen innerhalb des Mittel- und Hochvakuumbereichs des Massenspektrometers kann die Empfindlichkeit weiter gesteigert werden.
• Herstellerangaben helfen bei der Identifikation der wirkmächtigsten Einstellungen.
• Eine Optimierung des Massenanalysators (Kalibrierung) ist nur für bestimmte
