Massenspektrum

Ein Massenspektrum ist nach Definition der IUPAC ein Spektrum, welches durch die Trennung bzw. Aufteilung eines Ionenstrahls nach dem Masse-zu-Ladung-Verhältnis der einzelnen Ionen erhalten wird.^[2] Es dient zur Darstellung von Messergebnissen in der Massenspektrometrie und wird als Histogramm der Signalintensität gegen das Masse-zu-Ladung-Verhältnis aufgetragen.

Das Massenspektrum einer bestimmten Substanz ist allerdings keine Konstante, sondern abhängig von der Art des Messgeräts. In manchen Massenspektrometern werden die Analytmoleküle z. B. stark fragmentiert, während andere darauf ausgelegt sind, möglichst intakte Moleküle zu detektieren. Somit kann ein Massenspektrum viele verschiedene Informationen darlegen, je nachdem welches Gerät und welche Methode genutzt wird. Häufige Fragmentierungen sind bei organischen Molekülen die McLafferty-Umlagerung und die Alpha-Spaltung. Unverzweigte Alkane und Alkylgruppen ergeben im Massenspektrum typische, äquidistante Signale, entsprechend der Kettenlänge des Fragments: 29 (CH₃CH₂⁺), 43 (CH₃CH₂CH₂⁺), 57 (CH₃CH₂CH₂CH₂⁺), 71 (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂⁺) etc.^[3]

Anders als der Name vermuten lässt, kann durch einzelne m/z-Werte weder eindeutig auf die Masse noch auf die Ladung eines Ions geschlossen werden. Rückschlüsse sind jedoch aufgrund des gesamten Spektrums möglich, etwa durch Betrachtung des Abstands von Isotopensignalen oder von verschiedenen Ladungszuständen desselben Moleküls. Zum Beispiel haben die Isotopensignale bei einfach geladenen Ionen Abstände von 1 und bei zweifach geladenen Ionen betragen sie nur 0.5. Das IUPAC Gold Book gibt als Beispiel an: "für das Ion C₇H₇²⁺ ist m/z=45.5".^[2]

Es gibt einige Alternativen zur standardmäßigen m/z-Notation in der Fachliteratur, welche allerdings z. Zt. von den meisten Journalen nicht akzeptiert werden. m/e findet man z. B. in historischer Literatur. Ein eher mit den Vorgaben des IUPAC green books und der ISO 31 übereinstimmendes Zeichen wäre m/Q bzw. m/q, mit m für die Masse und Q oder q für die Ladung in der Einheit u/e bzw. Da/e. Diese Schreibweise ist in der Physik teilweise gebräuchlich, wird aber kaum für die Bezeichnung der Abszisse in Massenspektren genutzt. Es wurde auch vorgeschlagen, eine neue Einheit Thomson (Th) als Einheit für die Größe m/z einzuführen, welche u/e entsprechen sollte.^[4] Dementsprechend würden die X-Achsen der Massenspektren mit m/z (Th) beschriftet werden und negative Ionen hätten auch negative m/z-Werte. Diese Schreibweise gilt aber nach der IUPAC als veraltet und soll nicht mehr verwendet werden.

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Die Y-Achse bei Massenspektren zeigt die Signalintensität der gemessenen Ionen. Bei der Nutzung von zählenden Detektoren wird diese oft in counts per second (cps) gemessen; bei analoger Detektionselektronik hingegen in Volt. Bei FTICR und Orbitraps steht das Frequenzdomänensignal in Beziehung zur Energie (Quadrat der Amplitude) der Signal-Sinuswelle, wobei die Y-Achse aus einer Reihe von Gründen in der Regel nicht als solches beschriftet wird. In vielen Arten der Massenspektrometrie gleicht die gemessene Intensität des Ionenstroms nicht der relativen Abundanz, sondern ist nur gewissermaßen damit korreliert. Deswegen ist es allgemein üblich, die y-Achse in einem Massenspektrum mit "a. u." (arbitrary unit) zu beschriften.

• Douglas A. Skoog, F. James Holler, Stanley R. Crouch: Instrumentelle Analytik: Grundlagen - Gerate - Anwendungen, 6. Auflage, Kapitel 10, ISBN 978-3-642-38169-0.
• Stefan Bienz, Laurent Bigler, Thomas Fox, Herbert Meier: Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie, 9. Auflage, Kapitel 4, ISBN 978-3135761091.
• David W. H. Rankin, Norbert W. Mitzel, Carole E. Morrison: Structural Methods in Molecular Inorganic Chemistry, Kapitel 11, ISBN 978-0470972786.
• Karl Hamann (Hrsg.): Instrumentelle Analytische Chemie: Verfahren, Anwendungen, Qualitätssicherung, Kapitel 5.6, ISBN 978-3-8274-2739-7.
• Daniel C. Harris: Lehrbuch der Quantitativen Analyse, 8. Auflage, Kapitel 21, ISBN 978-3642377877.
• Matthias Otto: Analytische Chemie, 5. Auflage, Kapitel 3.5, ISBN 978-3527344659.

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• Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (IUPAC green book)

1. ↑ Holy Smoke in Medieval Funerary Rites: Chemical Fingerprints of Frankincense in Southern Belgian Incense Burners. In: PLOS ONE. Band 9, Nr. 11, 12. November 2014, S. e113142, doi:10.1371/journal.pone.0113142. 
2. ↑ ^{a b} Eintrag zu mass spectrum. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.m03749.
3. ↑ Fred W. McLafferty, Frantis̆ek Turec̆ek: Interpretation of mass spectra. 4. Auflage. University science books, Mill Valley (Calif.) 1993, ISBN 978-0-935702-25-5. 
4. ↑ F. Couderc, J. M. Berjeaud, J. C. Promé, R. Graham Cooks, Alan L. Rockwood: The ‘Thornson’. A Suggested Unit for Mass Spectroscopists. In: Rapid Communications in Mass Spectrometry. Band 5, Nr. 2, Februar 1991, S. 92–93, doi:10.1002/rcm.1290050210.