Schonende Ionisierungsmethoden

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1 Schonende Ionisierungsmethoden Warum? Zersetzung des Moleküls beim Erhitzen Instabiles Molekülion nicht verdampfbare Probensubstanz Zielsetzung/Möglichkeiten: Geringerer Energieeintrag in das entstehende Ion Umkehrung von Transfer in die Gasphase und Ionisation 1

2 Zersetzung des Moleküls vor der Ionisierung:

3 Instabiles Molekülion: M = 356 3

4 Ionisierungstechniken Technik Ionisierungsort Probenart Elektronenstoßionisation (EI) Chemische Ionisation (CI) Gasphase verdampfbare Proben Feldionisation (FI) Felddesorption (FD) Fast Atom Bombardment (FAB) Elektrospray-Ionisation (ESI) Matrix-unterstützte Laser- Desorption/Ionisation (MALDI) Atmospheric Pressure Chemical Ionisation (APCI) kondensierte Phase nicht verdampfbare Proben schonende Ionisierungsmethoden 4

5 Ionisierungstechniken Technik Ionisierungsort Probenart Elektronenstoßionisation (EI) Chemische Ionisation (CI) Gasphase verdampfbare Proben Feldionisation (FI) Felddesorption (FD) Fast Atom Bombardment (FAB) Elektrospray-Ionisation (ESI) Matrix-unterstützte Laser- Desorption/Ionisation (MALDI) Atmospheric Pressure Chemical Ionisation (APCI) kondensierte Phase nicht verdampfbare Proben schonende Ionisierungsmethoden 5

6 Ionenquelle für Chemische Ionisation (CI) p 10-1 mbar 6

7 Ionisationsprozesse bei Chemischer Ionisation: a) Protonenübertragung: positiv: RH + e - RH + + e - RH + + RH RH + + R RH + + M [M + H] + + RH negativ: RH + e - RH - RH - R - + H R - + MH [M - H] - + RH b) Ionenanlagerung: positiv: RH + e - RH + + e - RH + + RH RH + + R RH + + M [M + RH ] + RH + : z.b. NH + 4 negativ: M + A - [M + A] - A - : z.b. Cl -, Br -, I - (ubiquitär) c) Elektronentransfer (von geringer Bedeutung): positiv: RH + e - RH + + e - RH + + M M + + RH negativ: RH + e - RH - RH - + M M - + RH 7

8 EI-Spektrum eines Dilactons Intensity (%age) M = ? Low Resolution m/z 8

9 CI positiv, Reaktandgas NH [M + NH 4 ] M = 170 Intensity [%] [M + H] [M + NH 3 + NH 4 ] + 05 [M + NH 4 ] (*) m/z 9

10 CI negativ, Reaktandgas NH [M - H] M = 170 Intensity [%] [M + Cl] - [M + Br] - 05 [M - H] m/z 10

11 Ionisierungstechniken Technik Ionisierungsort Probenart Elektronenstoßionisation (EI) Chemische Ionisation (CI) Gasphase verdampfbare Proben Feldionisation (FI) Felddesorption (FD) Fast Atom Bombardment (FAB) Elektrospray-Ionisation (ESI) Matrix-unterstützte Laser- Desorption/Ionisation (MALDI) Atmospheric Pressure Chemical Ionisation (APCI) kondensierte Phase nicht verdampfbare Proben schonende Ionisierungsmethoden 11

12 Elektrospray-Ionisation Nozzle ~150 V Skimmer ~100 V ~0 V Metallkapillare, ID µm ±-5 kv Massenanalysator 1000 mbar ~1 mbar ~10-3 mbar ~10-5 mbar Probenflüssigkeit: Lösungsmittel: polar, elektrolythaltig, verdampfbar Analytkonzentrationen: 10-8 bis 10-5 mol/l Flußraten: 1-10 µl/min 1

13 Einlasssysteme für ESI a) Spritzenpumpe PEEK-Kapillare Schlitten Gewindestange mit Motor Mikroliterspritze mit Probenlösung Spraynadel Ionenquelle

14 Einlasssysteme für ESI b) HPLC-Anlage (High Performance Liquid Chromatography) Pumpe Trennsäule Probengeber (Autosampler) Detektor (optional) zum MS 14

15 Mechanismus der Elektrospray-Ionisation 1. Elektrochemische Aufladung der Probenlösung durch Entladung von Gegenionen Versprühen zu einem Aerosol geladener Tröpfchen (Ø ca. 1 µm). Verdampfung des Lösungsmittels Erzeugung von Tochtertröpfchen ( Coulomb-Explosion ) 3. Nach 3-4 Generationen von Tochtertröpfchen Freisetzung von Ionen in die Gasphase 4. Transfer der Ionen ins Hochvakuum 5. Massenanalyse 15

16 Intens. x10 5 ESI positiv [M + Na] + Guanosin, M = N NH H N N NH H H 1.0 H H H H [M + H] [M + K] + [M + H] + [M + Na] m/z 16

17 Intens. x ESI negativ [M - H] Guanosin, M = 83 N NH 3 H N N NH H H H H H H 1 36 [M + Cl] [M - H] - [M + Cl] m/z 17

18 Zum Vergleich: EI-Spektrum von Guanosin 18

19 Mehrfach geladene Ionen bei ESI: 19

20 0 Deconvolution von Spektren mehrfach geladener Ionen n n M m + = n n M m + = 1 1 n n m m > > 1) ( : 1 : 1 : = = + = m n M and m m m n then n n if (assuming the ions are adducts of the neutral molecule and protons) Algorithmus: m i - measured m/z n i - charge state M - molecular mass

21 Ionisierungstechniken Technik Ionisierungsort Probenart Elektronenstoßionisation (EI) Chemische Ionisation (CI) Gasphase verdampfbare Proben Feldionisation (FI) Felddesorption (FD) Fast Atom Bombardment (FAB) Elektrospray-Ionisation (ESI) Matrix-unterstützte Laser- Desorption/Ionisation (MALDI) Atmospheric Pressure Chemical Ionisation (APCI) kondensierte Phase nicht verdampfbare Proben schonende Ionisierungsmethoden 1

22 Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation (MALDI)

23 Matrices für MALDI UV-Absorptionsspektren in Acetonitril-Lösung α-cyano-4-hydroxy-zimtsäure (HCCA),5-Dihydroxy-benzoesäure (,5-DHB) 3,5-Dimethoxy-4-hydroxy-zimtsäure (Sinapinsäure) 3

24 Probenpräparation bei MALDI ( dried droplet-methode ) 4

25 MALDI-Massenspektrum 5

26 Ionisierungsprozesse und Molekülionentypen bei allen schonenden Ionisierungsmethoden: positiv: - e - - Elektronentransfer: [M] [M] + + H + - Protonentransfer: [M] [M + H] + + Cat + - Kationenanlagerung: [M] [M + Cat] + (Cat + : z.b. NH4 +, Na +, K +,...) negativ: + e - - Elektronentransfer: [M] [M] - Quasi-Molekülionen - H + - Protonentransfer: [M] [M H] - - A - - Anionenanlagerung: [M] [M + A] - (A - : z.b. Cl -, Br -, HC -,...) 6