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Die
Erfindung betrifft die Ionisierung von desorbierten Analytmolekülen nahe
Atmosphärendruck
als Ionenquelle für
Massenspektrometer.
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Die
Erfindung verwendet einen Sprühnebel aus
einer Elektrosprüh-Einrichtung
für die
Ionisierung der desorbierten Analytmoleküle, zum Beispiel einen Sprühnebel aus
dem Versprühen
von Reinstwasser, wobei es gelingt, vorwiegend mehrfach geladene
Ionen der Analytmoleküle
zu erzeugen, die sich gut für Fragmentierungen
eignen.
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Stand der Technik
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Die
Ionisierung großer
Biomoleküle
durch matrixunterstützte
Laserdesorption ins Hochvakuum (abgekürzt MALDI = Matrix Assisted
Laser Desorption and Ionization) für massenspektrometrische Analysen
ist seit Ende der 80er Jahre bekannt. Diese Art der Desorbierung
von Analytmolekülen
arbeitet aber auch in Gasen bei Atmosphärendruck. In
DE 196 08 963 C2 (Franzen
1995) wird beschrieben, wie Analytmoleküle bei Atmosphärendruck
durch die Verwendung besonderer Matrixsubstanzen günstig desorbiert
werden können,
um einer Nachionisierung mit protonierenden Ionen zugeführt zu werden.
Dadurch wird eine sehr hohe Ausbeute an Analytionen erreicht. Die
Nachionisierung erfolgt durch protonierende Ionen, die durch Elektronenstrahlen,
beispielsweise Betastrahlen, durch Corona-Entladungen oder durch
UV-Photolampen erzeugt
werden. In
US 2003/0
111 600 A1 (Thomson) werden Analytmoleküle, die in einer Matrix auf
einen Träger
präpariert
sind, mittels eines Laserstrahls desorbiert und durch Ionen aus
einer Corona-Entladung ionisiert, wobei die Ionen aus der Corona-Entladung über einen
Gasstrahl zugeführt
werden. Die Analytionen sind wie bei originalem Vakuum-MALDI überwiegend
einfach geladen. Wie schon bei dem bekannten Verfahren des Elektrosprühens werden
die entstehenden Ionen durch eine Kapillare in das Vakuum des Massenspektrometers überführt.
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In
den beiden praktisch identischen Erfindungen
US 5 965 884 A (V. V. Laiko
and A. L. Burlingame, Prioritätsdatum
4.6.1998) und
EP 0
964 427 A2 (J. Bai, S. M. Fischer, and J. M. Flanagan,
Prioritätsdatum
12.6.1998) wird das aus dem Hochvakuum bekannte MALDI-Verfahren
einschließlich
der Ionisierung der Analytmoleküle
als solches bei Atmosphärendruck
ausgeführt.
Die Analytionen sind auch hier, wie bei Vakuum-MALDI, ganz überwiegend
einfach geladen.
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Die
Offenlegungsschrift
WO
02/097 857 A1 (C. M. Whitehouse 25.5.2001) schlägt unter
anderem vor, Analytionen ebenfalls durch MALDI an Atmosphärendruck
zu erzeugen, jedoch innerhalb eines Hochfrequenz-Ionenführungssystems.
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Für die Aufklärung der
Sequenz von Biopolymeren wie beispielsweise Proteinen ist es gängig, die kettenförmigen Analytionen
einem geeigneten Fragmentierungsprozess zu unterziehen, um mit den
so entstehenden Tochterionenspektren Bruchstellen geringerer Bindung
aufzufinden und so die Sequenz der Einzelbausteine der Kette ablesen
zu können. Überraschend
hat es sich als schwierig erwiesen, die durch den MALDI-Prozess
erzeugten einfach geladenen Ionen zu fragmentieren. Das betrifft
insbesondere bei Atmosphärendruck
erzeugte MALDI-Ionen, die im Umgebungsgas sofort gekühlt werden
und daher keine überschüssige innere
Energie mit in den Fragmentierungsprozess einbringen. Eine weiche
Fragmentierung, wie sie durch Vielstoßprozesse in Ionenfallen, aber
auch durch Vielphotonenprozesse (IRMPD = Intrarot-Multiphotonen-Dissoziation)
gegeben sind, versagt hier weitgehend.
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Im
Gegensatz dazu lassen sich doppelt (und höher) geladene Analytionen,
wie sie durch Elektrosprühen
in großer
Zahl erzeugt werden, wesentlich besser fragmentieren, obwohl sie
ebenfalls bei Atmosphärendruck
entstehen. Bereits die Stoßfragmentierung
(CID = Collisional Ion Dissociation) liefert Tochterionenspektren,
die einigermaßen
gut auf die Sequenz hin interpretiert werden können. Noch viel besser können Tochterionenspektren,
die durch Elektroneneinfang-Dissoziation
(ECD = Electron Capture Dissoziation) aus doppelt geladenen Biomolekülionen fragmentiert
werden, für
die Strukturaufklärung und
Sequenzermittlung verwendet werden, da hier besonders einfach zu
interpretierende Tochterionenspektren erzeugt werden.
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Für mehrfach
negativ geladenen Ionen kann in ähnlicher
Weise der EDD-Prozess zur Erzeugung von aussagekräftigen Tochterionenspektren
verwendet werden (EDD = Electron Detachment Dissociation). Dieser
schießt
aus mehrfach negativ geladenen Ionen ein Elektron heraus und führt ebenfalls
zu einer Fragmentierung.
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Aufgabe der Erfindung
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Die
Erfindung hat die Aufgabe, Verfahren und Einrichtungen zu finden,
mit denen durch Desorption an Atmosphärendruck gewonnene Analytmoleküle durch
mehrfache Protonierung oder mehrfache Deprotonierung ionisiert werden
können.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung stellt Verfahren und Geräte bereit, mit denen desorbierte
Analytmoleküle
dem Sprühnebel
einer Einrichtung zum Elektrosprühen zugeführt werden,
wobei die Analytmoleküle
durch die hohe Anzahl von Protonen, die in den Sprühnebeltröpfchen oder
als freie, aus den Nebeltröpfchen verdampfte
Protonen-Wasser-Komplexe vorhanden sind, mit Protonen versehen und
so ionisiert werden. Die Protonierung kann dabei durch das schiere Überangebot
an protonierenden Komplexen bis zur Sättigungsgrenze des Analytmoleküls für die Aufnahme von
Protonen durch ihre Protonenaffinität gehen, aber auch, je nach
Ladungsstärke
des Sprühnebels, bereits
vorher aufhören.
Es entstehen ähnliche
Spektren der Analytsubstanzen, wie sie auch durch das Elektrosprühen gelöster Analytsubstanzen
erhalten werden.
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Der
Sprühnebel
einer Elektrosprüheinrichtung
bildet einen Sprühnebelkegel,
der durch den starken Zug auf die geladenen Tröpfchen zur Ziehelektrode einerseits
und durch die Coulombsche Abstoßung
der geladenen Tröpfchen
untereinander andererseits erzeugt wird. Die Coulomb sche Abstoßung bewirkt
die Bewegung der Tröpfchen
quer zur Sprührichtung.
Dabei dringen die Tröpfchen
(und verdampfte Protonen, vorwiegend an Wasserkomplexe gebunden)
in das umgebende Gas ein. Wird beispielsweise Reinstwasser versprüht, so befinden sich
auch außerhalb
des sichtbaren Sprühnebelkegels
viele Proton-Wasser-Komplexe, die durch die Coulombsche Abstoßung aus
dem Sprühnebelkegel austreten
und dabei eine höhere
Wanderungsgeschwindigkeit als die im Gas stärker gebremsten Tröpfchen besitzen.
Enthält
das Umgebungsgas Analytmoleküle
mit geeigneter Protonenaffinität,
so werden diese Analytmoleküle
durch Protonierung ionisiert. Es ist daher nur notwendig, die Desorptionswolke
mit den Analytmolekülen
in der Nähe
des Sprühnebels
zu erzeugen oder in die Nähe
des Sprühnebels
zu bringen.
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Das
Elektrosprühen
kann in üblicher
Weise durch ein scharf koaxial zugeblasenes Gas durch Zerstäubung gestützt werden,
wobei dieser Gasstrahl auch Gas aus der Umgebung mitreißt. Enthält das Gas
aus der Umgebung desorbierte Analytmoleküle, so werden diese automatisch
dem Sprühkegel zugeführt. Als
Zerstäubungsgas
wird sehr sauberer, erhitzter Stickstoff verwendet. Aus
DE 101 34 427 A1 und
EP 0 860 858 B1 sind
gasunterstützte
Elektrosprüheinrichtungen
bekannt. Allerdings befinden sich hier die Analytmoleküle, wie üblich bei
der herkömmlichen
Ionisierung durch Elektrosprühen,
in der Sprühflüssigkeit
selber.
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In
der Regel wird dem Sprühnebel
ein heißes Trocknungsgas
entgegenströmen
gelassen. Die Desorption der Analytmoleküle kann auch in dieses Trocknungsgas
hinein erfolgen.
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Die
Ionenquelle mit Elektrosprühvorrichtung und
Desorptionsvorrichtung kann insbesondere auch für normales Elektrosprühen verwendet
werden. Auch ein kombinierter Betrieb, beispielsweise für die Zugabe
einer Massenkalibriersubstanz, ist möglich.
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Für die Erzeugung
mehrfach negativ geladener Ionen kann eine mehrfache Deprotonierung durch
einen Überschuss
an OH–-Ionen
aus einem negativen Sprühnebel
verwendet werden. Die OH Ionen aus entsprechend negativ geladenen
Wasserkomplexen verbinden sich mit je einem Proton des Analytmoleküls und verlassen
das Molekül
als neutrales Wassermolekül
unter Deprotonierung des Analymoleküls, wobei einfach bis mehrfach
negativ geladene Ionen der Analytsubstanz zurückbleiben.
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Kurze Beschreibung der Abbildungen
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1 zeigt
schematisch eine Anordnung, in der die Probenträgerplatte 8 neben
dem Sprühnebel 3 angeordnet
ist, wobei sich die Probenträgerplatte 8 auf
einem Potential befindet, das zwischen dem Potential der Gegenelektrode 4 und
der Sprühkapillare 1 liegt.
Die Erzeugung einer Desorptionswolke 7 erfolgt durch den
Laser 13. Das Elektrosprühen wird durch eine Hochspannung
zwischen Sprühkapillare 1 einerseits
und Gegenelektrode 4 und der Trägerplatte 8 andererseits
erzeugt. Durch den Sprühnebel 3 gebildete
Analytionen der Desorptionswolke 7 wandern zur Gegenelektrode 4.
Ein Potentialdurchgriff durch die Öffnung in der Gegenelektrode 4 zieht
die Analytionen zur Einlasskapillare 5, durch die die Ionen in das Vakuumsystem gesogen werden.
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2 führt schematisch
eine weitere Elektrode 18 vor der Probenträgerplatte 8 ein,
um die Desorptionswolke 7 durch einen Stickstoffstrom 17 zur Elektrosprühwolke 3 zu
führen.
Außerdem
ist eine Beleuchtung 19 und eine Videokamera 20 eingeführt, um
den Fokus des Laserstrahls 10 durch eine Bewegung des Probenträgers 8 genau
auf die Probe ausrichten zu können.
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3 zeigt
schematisch eine Anordnung, in der die Probenträgerplatte 8 neben
der Sprühkapillare 1 angeordnet
ist, sodass die Desorptionswolke 7 in den Sprühnebel 3 aufsteigen
kann.
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4 gibt
eine schematische Anordnung wieder, bei der die Analytmoleküle von der
Probenträgerplatte 8 in
das heiße
Trocknungsgas desorbiert werden, das durch den Einlass 14 um
die Einlasskapillare 5 herum durch die Gegenelektrode 4 in
einem Gasstrom 15 dem Sprühnebel 3 zugeführt wird.
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Besonders bevorzugte Ausführungsformen
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Eine
Desorption von Analytmolekülen,
die auf feste Trägeroberflächen aufgebracht
sind, kann durch eine pulsförmige
Energiezuführung
bewirkt werden. Die Desorption kann beispielsweise durch eine blitzförmige Erhitzung
eines Trägerbändchens erzeugt
werden, bekannter ist aber die Desorption durch energiereiche Lichtblitze,
insbesondere Laserlichtblitze. Die Desorption durch Lichtblitze
kann dabei durch eine Energieabsorption des Trägers mit einem nachfolgenden „Abschütteln" der Analytmoleküle erfolgen,
aber auch durch eine Energieaufnahme der Analytmoleküle selbst,
die dann allerdings der Gefahr einer sofortigen Zersetzung ausgesetzt
sind.
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Eine
besonders schonende Art der Desorption wurde Ende der 80er Jahre
durch Karas und Hillenkamp gefunden: die matrixunterstützte Laserdesorption.
Dabei werden die Analytmoleküle
möglichst verdünnt und
daher vereinzelt in eine meist kristalline, manchmal aber auch flüssige Matrixsubstanz
eingebettet. Die Matrixsubstanz wird dabei so ausgewählt, dass
sie die Energie des Laserlichtpulses aufnehmen kann und dabei explosionsartig
zu einer Dampfwolke (englisch „plume") verdampft, wobei auch
die Analytmoleküle
in den freien, gasförmigen Zustand übergehen.
Die Vereinzelung der Analytmoleküle
in der Matrixsubstanz bewirkt, dass der Anteil der Dimere und Multimere
der Analytmoleküle
in der Desorptionswolke außerordentlich
klein ist. Die Matrixsubstanzen werden dabei zusätzlich so ausgewählt, dass
sie zum Teil im Plasma der Wolke ionisiert werden und die Analytmoleküle durch
eine Protonierung ionisieren können.
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Diese
Art der Ionisierung durch matrixunterstützte Desorption durch Laserlichtpulse
wurde zunächst
nur im Hochvakuum, dann aber in Grobvakuum, später bei Atmosphärendruck
angewandt. Da diese Ionisierung aber im Wesentlich nur einfach geladene
Ionen erzeugt, ist hier nur der desorbierende Teil des Verfahrens,
nicht der ionisierende Teil von Interesse.
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Neben
der normalen Desorption reiner Analytmoleküle von einer Oberfläche, insbesondere
der Laserdesorption, die immer auch eine teilweise Fragmentierung
der Analytmoleküle
mit sich bringt, ist also die matrixunterstützte Laserdesorption eine sehr substanzschonende
und damit eine hier bevorzugte Desorptionsmethode für die nachfolgende
Ionisierung durch einen Elektrosprühnebel im Sinne der Erfindung.
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Da
diese Desorptionsmethode nicht auch die Ionisierung mit übernehmen
muss, kann die Matrixsubstanz nach ganz anderen Gesichtspunkten
ausgewählt
werden als für
den bisher bekannten MALDI-Prozess. Die Aufgabe der Matrixsubstanz
ist die Energieaufnahme und die schonende Verdampfung der Analytmoleküle. Hinzu
kommt allenfalls, dass die Matrixsubstanz gut geeignet sein sollte
für die
Aufnahme der Analytsubstanzen, sei es durch die Bildung einer festen
Lösung
oder durch oberflächliche Adsorption.
Wie bereits in
DE
196 08 963 C2 ausgeführt,
ist es besonders günstig,
eine Matrixsubstanz auszuwählen,
die sich durch den Laserlichtblitz in kleinmolekulare Bestandteile
zersetzt, die in der Desorptionswolke gasförmig sind. Als Beispiel werde hier
Zellulosedinitrat genannt (häufig
als Dinitrozellulose bezeichnet), das sich in Wasser, Kohlendioxid und
Stickstoff zersetzt.
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Eine
solche Desorptionswolke mit den gasförmig enthaltenen Analytmolekülen soll
nun nach der Erfindung dem Sprühnebel
einer Elektrosprüheinrichtung
zugeführt
werden.
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Eine
Elektrosprüheinrichtung
besteht aus einer feinen Spitze einer Kapillare 1, in dem
die Sprühflüssigkeit
zugeführt
wird, und einer Gegenelektrode 4, mit der sich durch Anlegen
einer Hochspannung von einigen Kilovolt ein elektrisches Feld zwischen Gegenelektrode 4 und
der Spitze der Kapillaren 1 aufbauen lässt, das um die Spitze der
Kapillare 1 herum eine besonders hohe Feldstärke besitzt.
Die Kapillarenspitze kann ein einfaches Kapillarenende, es kann
aber auch besonders zugespitzt sein. Die Sprühflüssigkeit wird durch das elektrische
Feld an der Kapillarenspitze oberflächlich polarisiert und bildet
durch die Kraft des Feldes einen so genannten Taylor-Konus aus,
aus dessen Spitze bei richtiger Einstellung von Spannungen und Entfernungen
ein Flüssigkeitsstrahl 2 herausgezogen
wird, der sich sofort oder nach kurzem Flug in winzige, stark geladene Tröpfchen auflöst, die
einen Sprühnebel 3 bilden.
Die Tröpfchen
verdampfen unter Abdampfung von Flüssigkeitsmolekülen und
Protonen (oder OH–-Ionen im Fall negativen
Sprühens).
Für das
erstrebte Verdampfen der Tröpfchen
ist es günstig,
dem Sprühnebel 3 einen
Strom heißen
Trocknungsgases 16 von 80° bis 300° Celsius entgegenzublasen. Als
Trocknungsgas dient vorzugsweise Reinststickstoff.
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Beim
Verdampfen der Tröpfchen
entstehen dabei keineswegs nur reine Protonen, vielmehr sind die
Protonen im Umgebungsgas überwiegend
an Wasserkomplexe der Form (H2O)nH+ gebunden. Diese
Wasserkomplexe, beispielsweise H5O2 + oder H7O3 +,
können
besonders gut durch Protonenabgabe ionisieren, wobei die freiwerdende
Protonenaffinitätsenergie
weitgehend durch den Wasserkomplex aufgenommen wird. Substanzschonende
(„weiche") Ionisierungsprozesse
dieser Art sind seit langer Zeit unter dem Namen „chemische
Ionisierung" bekannt.
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Es
kann der Sprühflüssigkeit
aber auch eine Substanz beigegeben werden, die zunächst ioniert wird
und sich besonders gut für
eine protonierende Ionisierung der Analytmoleküle eignet. Als Beispiel seien
hier Alkohole, Ketone oder organische Säuren genannt, die günstigerweise
Molekülmassen
im Bereich von etwa 70 bis 130 atomaren Masseneinheiten haben sollten.
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Das
Sprühen
kann durch einen koaxial zugeführten
Sprühgasstrahl
wie bei einem Zerstäuber
unterstützt
werden, um besonders feine Tröpfchen
zu erzeugen. Dieser Zerstäubergasstrahl,
vorzugsweise sauberer Stickstoff, kann ähnlich wie das Trocknungsgas
ebenfalls erhitzt sein.
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Anordnungen
des Probenträgers
mit Analytmolekülen
und Matrixsubstanz in Bezug auf die Stellung der Sprühkapillare
sind für
den erfindungsgemäßen Zweck
in den 1 bis 3 gegeben.
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In 1 ist
ein metallischer Träger 8 für die Analytsubstanzen
direkt neben dem Sprühnebel 3 positioniert,
wobei er sich auf einem elektrischen Potential befindet, das sich
zwischen dem der Gegenelektrode 4 und der Kapillarenspitze 1 befindet,
jedoch näher
am Potential der Gegenelektrode 4. Das Elektrosprühen von
Reinstwasser geschieht durch die Hochspannung von einigen Kilovolt
zwischen dem kombinierten Potential der Gegenelektrode 4 und dem
Probenträger 8 einerseits
und dem Potential der Kapillarenspitze 1 andererseits.
Es entsteht ein feiner Sprühstrahl 2,
der sich zu einem Sprühnebel 3 auffächert. Ein
Laserlichtpuls aus dem Pulslaser 13 wird über Spiegel 9 und 12 und
Linse 11 auf den Probenträger 8 fokussiert und
erzeugt aus der oberflächlich auf
dem Probenträger 8 aufgebrachten
Probe mit Matrix- und Analytmaterial die Desorptionswolke 7. Die
Analytmoleküle
der Desorptionswolke 7 werden durch die geladenen Tröpfchen und
die Protonen-Wasser-Komplexe der Sprühnebelwolke 3 ionisiert.
Sie wandern dann unter dem Einfluss der Potentialdifferenz zwischen
Probenplatte 8 und der Gegenelektrode 4 zur Gegenelektrode 4.
Hier greift das Potential an der Einlasskapillare 5 durch
die Öffnung der
Gegenelektrode 4 hindurch und zieht die Ionen zur Öffnung der
Einlasskapillare 5. Sie werden hier durch das einströmende Umgebungsgas,
vorzugsweise Stickstoff, durch die nur angedeutete Wand 6 in
das Vakuumsystem des Massenspektrometers gesogen.
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In 2 ist
zusätzlich
eine Elektrode 18 vor der Probenträgerplatte 8 eingeführt, um
die Desorptionswolke 7 durch einen zusätzlichen Strom 17 reinen Stickstoffs
dem Sprühnebel 3 zuführen zu
können. Die
Elektrode 18 dient auch zur Formung des elektrischen Feldes
zum Elektrosprühen
und zur Führung der
Ionen zur Einlasskapillare 5 hinter der Gegenelektrode 4.
Die Ionen wandern durch ihre Ionenmobilität genau längs der elektrischen Feldlinien,
und werden dabei nur geringfügig
durch relativ langsame Gasströme
beeinflusst. In dieser 2 ist auch eine Videokamera 20 mit
Beleuchtungslampe 19 eingeführt, um die Lage der Probe
auf dem Probenträger 8 überwachen
zu können.
Der Probenträger 8 kann
parallel zu seiner Oberfläche
in zwei Richtungen bewegt werden, um die Proben dem Fokus des Laserlichtstrahls 10 zuführen zu
können.
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3 zeigt
schematisch eine Anordnung, in der die Probenträgerplatte 8 neben
der Sprühkapillare 1 angeordnet
ist, so dass die Desorptionswolke 7 in den Sprühnebel 3 aufsteigen
kann. Durch das senkrechte Sprühen
kann die Desorptionswolke 7 wegen ihres thermischen Auftriebs
nach oben wandern und dann in den Sprühnebelkegel 3 eintreten. Statt
des Auftriebs (oder zusätzlich
zu ihm) kann auch eine künstlich
erzeugte Gasströmung, ähnlich der
Gasströmung 17 aus 2,
die Desorptionswolke 7 zum Sprühnebel 3 transportieren.
Bei Verwendung eines zerstäubenden
Sprühgases,
das üblicherweise
durch eine zur Sprühkapillare
koaxiale Hüllkapillare
(nicht in den Abbildungen gezeigt) zugeblasen wird, können Analytmoleküle mit ihrem
Umgebungsgas in den Gasstrahl hineingesogen und dem Sprühnebel zugeführt werden.
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Eine
weitere Anordnung desorbiert die Analytmoleküle in das heiße Trocknungsgas,
das dem Sprühkegel 3 als
heißer
Gasstrom 16 entgegengeblasen wird, wie in 4 schematisch
gezeigt. In 4 werden die gleichen Bezeichnungsziffern
verwendet wie in den 1 bis 3; hinzu
kommt lediglich die Einleitungsröhre 14 für ein erhitztes
Trocknungsgas 15 in den Raum, der die Einlasskapillare 5 umgibt.
Das Trocknungsgas tritt aus der Öffnung
in der Gegenelektrode 4 in Form einer heißen Gasströmung 16 aus
und wird so dem Sprühnebel 3 entgegengeblasen.
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Die
Einrichtungen können
bei Atmosphärendruck
betrieben werden, aber auch bei Drucken nahe Atmosphärendruck
im Druckbereich von 100 bis 1200 Hektopascal, wenn dies für die Herstellung
von Gasströmungen
oder aus anderen Gründen
zweckmäßig ist.
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Durch
diese Art der Ionisierung desorbierter Analytmoleküle gelingt
es, vorwiegend mehrfach geladene Analytionen zu erzeugen. Im Molekularmassenbereich
von 1000 bis 5000 atomaren Masseneinheiten sind dabei die doppelt
geladenen Ionen am häufigsten.
Diese Ionen lassen sich mit den üblichen Mitteln
in Tandem-Massenspektrometern fragmentieren; es können damit
Tochterionenmassenspektren aufgenommen werden, die für die Sequenzbestimmung
aussagekräftig
sind.
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Eine
Vorrichtung für
die Ionisierung von desorbierten Analytmolekülen nach dieser Erfindung enthält somit
eine Einrichtung zum Elektrosprühen mit
Sprühkapillare,
Gegenelektrode und Spannungsversorgung, und eine Einrichtung mit
Probenträger und
Pulslaser zur Desorption der Analytionen, wobei der Probenträger so angeordnet
ist, dass die desorbierten Moleküle
eigenständig
oder mit Hilfe von Gasströmen
in die Nähe
des Sprühnebelkegels
gelangen. Beispiele für
eine solche Vorrichtung sind schematisch in den 1 bis 4 gezeigt.
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Für die massenspektrometrische
Analyse ist eine Einrichtung zum Absaugen der ionisierten Analytmoleküle mit der
Elektrode 4 und der Einlasskapillare 5 vorhanden,
die die Analytionen dem Massenspektrometer zur Aufnahme eines Massenspektrums und
besonders auch von Tochterionenspektren zuführt.
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Für ein überwachtes
Arbeiten mit dem Desorptionsbetrieb kann die Probe durch eine Videokamera 20 mit
Beleuchtungseinrichtung 19 beobachtet werden. Sie kann
so mit Hilfe der Bewegungseinrichtung für die Probenträgerplatte 8 in
optimaler Weise dem Fokus des Laserlichtpulses 10 zugeführt werden.
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Die
Einrichtung zum Elektrosprühen
kann zusätzlich
mit einer Zuführung
für Zerstäubungsgas, und/oder
mit einer Zuführung
von heißem
Trocknungsgas versehen sein, wobei die Desorption in das Zerstäubungsgas
oder in das Trocknungsgas hinein erfolgen kann.
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Für die Zuführung der
Sprühflüssigkeit
zur Sprühkapillare
kann eine besondere Einrichtung, beispielsweise eine Spritzenpumpe,
vorhanden sein. Eine Doppelspritzenpumpe mit Versorgungsgefäß zum automatischen
Wiederbefüllen
kann dabei einen langandauernden Betrieb gewährleisten.
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Die
Einrichtung zum Elektrosprühen
kann auch unabhängig
von der Einrichtung zur Desorption von Analytmolekülen verwendet
werden, indem die Analytmoleküle
der Sprühflüssigkeit
in gelöster
Form beigegeben werden. Es lassen dann auch Kopplungen mit chromatographischen
oder elektrophoretischen Separationsverfahren herstellen. Es handelt sich
dann um eine Kombinationsionenquelle, die sich leicht vom Desorptionsbetrieb
auf einen reinen Elektrosprühbetrieb
und wieder zurück
umstellen lässt. Es
braucht dazu lediglich die Zuleitungskapillare zur Sprühkapillare
von der Separationseinheit auf die Doppelspritzenpumpe umgesteckt
zu werden. Es kann auch ein Betrieb eingestellt werden, der sowohl desorbierte
Substanzen als auch durch die Sprühflüssigkeit zuführte Substanzen
ionisiert. So können beispielsweise
besondere Substanzen für
eine interne Massenkalibrierung zugeführt werden.
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Wenn
vertikal nach oben gesprüht
wird, und die Probe nicht allzu weit unterhalb des Sprühnebels 3 desorbiert,
dann die Desorptionswolke 7 durch ihren Auftrieb im umgebenden
Gas entlang der Sprühkapillare
leicht in den Bereich des Sprühnebels 3 gelangen.
Der Auftrieb kann aber auch durch eine besonders erzeugte Gasströmung unterstützt oder
sogar ersetzt werden.
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Die
besonderen Vorteile einer solchen Art der Ionisierung von aus fester
Form desorbierten Proben liegen darin, dass die Analytmoleküle nicht wie
beim reinen Elektrosprühen
in flüssiger
Form zugeführt
werden müssen.
Die Zuführung
in flüssiger Form
ist immer auch langsam. Es kann zwar durch die Zuführung in
flüssiger
Form eine direkte Kopplung mit chromatographischen oder elektrophoretischen
Trennverfahren hergestellt werden, die Analyse ist aber immer an
die Zeitfenster der chromatographischen oder elektrophoretischen
Peaks gebunden. Bei der Verwendung von festen Probenpräparationen auf
festen Probenträgern
ist dies ganz anders. Zum Einen können die Proben unmittelbar
hintereinander ohne jeden zeitlichen Verzug analysiert werden, zum Anderen
kann für
die Analyse einer Probe, die gegebenenfalls ein Umschalten auf einen
Tochterionenbetrieb erfordert, alle notwendige Zeit verwendet werden.
Das Verschieben der Probenträgerplatte
von einem Probenort zum anderen verläuft in Bruchteilen einer Sekunde.
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Somit
wird ein Probendurchsatz möglich,
wie er durch Kopplung mit Trennverfahren nicht erreicht werden kann.
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Es
gibt viele weitere Vorteile einer Desorption von einem festen Träger wie
beispielsweise eine ortsaufgelöste
Analyse von organischem Material oder die Analyse von nativen (unverdauten)
Proteinen, die sich häufig
einer chromatographischen Separation entziehen, doch soll auf diese
dem Fachmann bekannten Vorteile hier nicht im Einzelnen eingegangen
werden.
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Die
Empfindlichkeit des Verfahrens ist dabei nicht geringer als die
des reinen Elektrosprühens,
da ebenso wie dort praktisch alle Analytmoleküle ionisiert werden. Ionenverluste
treten allerdings, wie auch bei Elektrosprühen, bei der Einführung der
Ionen in das Vakuumsystem des Massenspektrometers und bei der Abtrennung
der Ionen von dem mitströmenden
Gas im Vakuum auf.
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Als
Probenträger
lassen sich alle Arten von Festkörpern
verwenden. Sie brauchen, anders als bei MALDI in Flugzeitspektrometern,
nicht leitend oder besonders eben zu sein. Es können beispielsweise dünne Bänder, wie
sie in Tonbandkassetten verwendet werden, eingesetzt werden. Vorteilhaft sind
aber auch Probenträger
in der Umrissform von Mikrotiterplatten, da sie sich in kommerziell
erhältlichen
Pipettierrobotern einfach belegen lassen. Besondere Ausführungsformen
lassen dabei ein automatisches Auswechseln von Probenträgerplatten
zu, beispielsweise durch kommerziell erhältliche Plattenzuführungsroboter.