Dopingsündern auf der Spur - Massenspektrometrie im Vakuum deckt unerlaubte Substanzen auf

Dopingsündern auf der Spur - Massenspektrometrie im Vakuum deckt unerlaubte Substanzen auf

Doping ist im Spitzensport verbreitet, der Nachweis jedoch schwierig. Leistungssteigernde Mittel in Blut- und Urinproben aufzuspüren erfordert aufwendige Spurenanalytik. Vakuumpumpen sind dabei unerlässlicher Teil der Technologie.
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Als Ben Johnson 1988 bei den Olympischen Spielen in Seoul in 9,79 Sekunden über die 100-Meter-Distanz sprintete, errang der Kanadier nicht nur eine Goldmedaille. Er lief einen neuen Weltrekord und besiegte endlich seinen Erzrivalen, US-Sprinter Carl Lewis. Kaum 68 Stunden später musste Johnson seine Medaille zurückgeben. Er hatte gedopt, in seinem Urin wurde das anabole Steroid Stanozolol nachgewiesen.

Ständige Suche nach Unbekanntem

Der Fall Ben Johnson ist nur einer von vielen Dopingfällen im Spitzensport. Damals wie heute lastet ein enormer Leistungsdruck auf den Athleten, und verbotene leistungssteigernde Substanzen gelten manchen als probates Mittel zum Erfolg. Diese Stoffe aufzuspüren und in Blut- und Urinproben nachzuweisen ist eine Herausforderung, trotz regelmäßiger Kontrollen und Hightech-Analytik. Viele werden schnell abgebaut, und die Zeitspanne, in der man sie finden kann, ist kurz. Zudem kommen ständig neue Mittel oder Varianten bereits bekannter Substanzen auf den Markt. So konnte zum Beispiel der siebenmalige Tour-de-France-Sieger Lance Armstrong den Prüfern jahrelang entwischen.

Feinste Analytik im Vakuum

Bei der Suche nach verdächtigen Stoffen setzen die von der Welt-Anti-Doping-Agentur (WADA) zertifizierten Labore weltweit vor allem auf eine Kombination aus Gaschromatographie und Massenspektrometrie. Diese Technologie kann mit Hilfe von Vakuum selbst winzige Spuren von wenigen Piko- oder Femtogramm pro Milliliter Urin nachweisen.

Extrakte aus den Proben werden zunächst im Hochvakuum verdampft und im Gaschromatographen in Einzelsubstanzen aufgetrennt. Anschließend gelangen sie nacheinander in das Massenspektrometer, welches sie nach Masse und Ladung sortiert. Dazu werden die unbekannten Verbindungen als erstes ionisiert, am häufigsten per Elektronenstoßionisation. Dabei zerfällt ein Teil der Moleküle in ebenfalls geladene Fragmente. Die so entstandenen Ionen werden nun beschleunigt, passieren ein elektrisches und ein Magnetfeld und treffen schließlich auf dem Detektor auf.

Das Ganze findet im Hochvakuum statt, damit die Ionen nicht durch den Zusammenstoß mit Luftmolekülen gestreut und von ihrem Weg zum Detektor abgelenkt werden. Vakuumsysteme gewährleisten einen konstanten Unterdruck von höchstens einem Millionstel Millibar bei den Analysen.

Sobald der Detektor Signale registriert, werden Spektren aufgezeichnet, die der spezifischen Masse der Moleküle und Fragmente entsprechen. Spezielle Software und Datenbanken helfen bei der Interpretation. So kann man aus den unterschiedlichen Spitzenwerten (Peaks) Rückschlüsse auf die in der Probe enthaltenen Stoffe ziehen und deren Konzentration errechnen. Daraus lässt sich ableiten, ob ein Grenzwert überschritten wurde.

Dafür gibt es zwei Gründe: Die meisten verbotenen Substanzen, die Sportler verwenden, werden durch die Nieren ausgeschieden, weshalb sie in Urinproben in relativ hoher Konzentration vorliegen. Das erleichtert den Nachweis, denn auch die modernsten Analysegeräte mit höchster Auflösung können nur Stoffmengen bis zu einer gewissen Untergrenze bestimmen.

Zum anderen sind viele Doping-Substanzen im Urin länger nachzuweisen als im Blut. Manche Stoffe sind schon nach einem Tag aus dem Blut verschwunden, können im Urin aber noch sieben bis zehn Tage später aufgespürt werden. Die Einnahme von anabolen Steroiden ist mittlerweile sogar bis zu vier Wochen nach dem Absetzen nachweisbar. Bluttests werden vor allem durchgeführt, um zu prüfen, ob ein Sportler durch Transfusionen oder Wachstumsfaktoren wie EPO (Erythropoietin) die Sauerstofftransportkapazität seines Blutes manipuliert hat.


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