Massen von Atomen und Molekuelen messen

Massenspektrometrie

Massen von Atomen und Molekülen in einer Probe messen

Die Massenspektrometrie (MS) ist ein Analyseverfahren, bei dem chemische Stoffe ionisiert und nach ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis (m/q) sortiert werden. Vereinfacht ausgedrückt, misst ein Massenspektrum die Massen von Atomen und Molekülen in einer Probe. Nach Desorption (Überführung der Analyten in die Gasphase) werden die Moleküle ionisiert. Diese Anregung kann mit einem Laser durchgeführt werden. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes werden die Ionen beschleunigt und zu einem sortierenden Analysator / Detektor geführt. Laserbasierte Massenspektroskopie-Anwendungen sind zumeist sogenannte Flugzeitmassenspektrometer. In diesem Fall wird sich zunutze gemacht, dass die Ionen bei Eintreffen auf dem Detektor alle die gleiche Energie haben und die Flugzeit – von der Beschleunigung bis zur Ankunft auf der Detektorfläche – maßgeblich von der Masse der Teilchen abhängt: je schwerer, desto länger die Flugzeit. Es bedarf zur TOF (time of flight) Analyse sehr schnelle Detektoren. Ein Vorteil dieser Methodik ist die relativ geringe Datenmenge der Analyseergebnisse.

MALDI-TOF-Massenspektrometrie

MALDI-TOF, kurz MALDI oder auch MALDI-TOF-Massenspektrometrie, ist die Bezeichnung für eine gesonderte Art der Massenspektrometrie. Übersetzt bedeutet MALDI-TOF „matrix-assisted laser desorption time-of-flight mass spectrometry“. Besonders geeignet ist sie für die Analyse großer Moleküle, Aerosole, Polymere und Biopolymere (Proteine) sowie Lipide und Pigmente. Der Unterschied bei einer Matrix assistierten Analyse ist, dass der anregende Laserstrahl nicht direkt auf die Moleküle wirkt, da diese zerstört werden würden. Die Moleküle sind in eine kristalline Matrix „eingebaut“ und werden so vor der, der Analytik nicht zuträglichen, Zerstörung geschützt. Diese Matrixsubstanzen sind oftmals kleine organische Moleküle, die bei der entsprechend gewählten Anregungswellenlänge stark absorbieren, wie Sinapinsäure. Üblich für MALDI-TOF sind N2 Stickstofflaser (337.1 nm) oder DPSS Laser auf Nd:YAG Basis mit Frequenzvervielfachung (355 nm). Es werden hochenergetische, kurze Laserpulse auf die Matrix gestrahlt, was nach Relaxation im Kristallgitter zur Ablösung von Teilchen an der Oberfläche führt.

MALDI-TOF Massenspektrometrie
Ionisierung von komplexen Molekülstrukturen

Ionisierung von komplexen Molekülstrukturen

Die Entwicklung neuer Methoden zur Ionisierung von komplexen Molekülstrukturen ist aufgrund der breiten Anwendung der Massenspektrometrie stets präsent. UVPD (Ultraviolett-Photodissoziation) regt Ionen durch Absorption hochenergetischer Photonen an, was im Vergleich zu konventionellen Methoden der Ionenaktivierung neue Dissoziationswege eröffnet. Konkret heißt das, dass kürzere Wellenlängen zum Einsatz kommen, z. B. 266 nm (4.6 eV) oder 213 nm (5.8 eV), deren Einzelphotonen höhere Energien als 355 nm (3.5 eV) aufweisen.

Die Massenspektrometrie wird in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt, z. B. in der Pharmakologie und zur Charakterisierung von Proteinen oder Aerosolen und wird sowohl bei reinen Proben als auch bei komplexen Gemischen angewandt. Die lasergestützte Erzeugung von Ionen wurde jahrzehntelang von Excimer- und Stickstofflasern dominiert und gewinnt immer mehr Bedeutung in der Medizin, Lebensmitteltechnik und Pharmazeutik. Die Gaslaser werden allmählich und teilweise durch diodengepumpte Festkörperlaser ersetzt.

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