Ionisierungsmethoden

Ionisierungsmethoden wandeln neutrale Analyten in Gasphasenionen um, und die Wahl der Methode bestimmt, welche Moleküle ein Massenspektrometer analysieren kann.

Definition

Ionisierungsmethoden sind die Techniken, die in der Ionenquelle eines Massenspektrometers verwendet werden, um Probenmoleküle oder -atome in die für die Massenanalyse erforderlichen Gasphasenionen umzuwandeln.

Scope

Dieses Thema behandelt die in der Massenspektrometrie verwendeten Ionenquellen: harte Methoden wie die Elektronenionisation, die Moleküle reproduzierbar fragmentiert, und weiche Methoden wie die chemische Ionisation, Elektrospray, chemische Ionisation bei Atmosphärendruck und Matrix-unterstützte Laserdesorption, die intakte Molekülionen erzeugen. Es wird erläutert, wie jede Methode funktioniert, für welche Analyten sie geeignet ist und welche Konsequenzen sich für die resultierenden Spektren ergeben.

Core questions

• Wie unterscheiden sich harte und weiche Ionisation in den von ihnen erzeugten Spektren?
• Durch welchen Mechanismus erzeugt Elektrospray mehrfach geladene Ionen aus der Lösung?
• Wie ionisiert die Matrix-unterstützte Laserdesorption große, fragile Moleküle?
• Wie wird eine Ionisierungsmethode an die Flüchtigkeit, Polarität und Größe des Analyten angepasst?

Key theories

Elektrospray-Ionisation

Das Sprühen einer Analytlösung durch eine geladene Nadel erzeugt feine geladene Tröpfchen, die durch Verdampfung schrumpfen, bis intakte, oft mehrfach geladene Analytionen in die Gasphase freigesetzt werden, wodurch sehr große Moleküle in den Masse-zu-Ladung-Bereich eines Analysators fallen können.

Matrix-unterstützte Laserdesorptionsionisation

Die Co-Kristallisation des Analyten mit einer lichtabsorbierenden Matrix und das Abfeuern eines Laserpulses ablatiert die Matrix und überführt große Moleküle sanft als überwiegend einfach geladene Ionen in die Gasphase, was die Massenanalyse von Proteinen und anderen Biopolymeren ermöglicht.

Mechanisms

Bei der harten Ionisierung treffen energiereiche Elektronen auf verdampfte Moleküle, entfernen ein Elektron und induzieren eine reproduzierbare Fragmentierung, die für die Bibliotheksidentifizierung nützlich ist. Bei der weichen Ionisierung ist die Energieübertragung sanft: Elektrospray desolvatiert geladene Tröpfchen, um intakte Ionen aus der Lösung freizusetzen, während die Matrix-unterstützte Laserdesorption eine Matrix verwendet, um Laserenergie zu absorbieren und große Moleküle in die Gasphase zu überführen. Die gebildeten Ionen gelangen dann zum Massenanalysator.

Clinical relevance

Weiche Ionisationsquellen sind der Grund, warum die Massenspektrometrie für die Proteomik, Metabolomik sowie die klinische und pharmazeutische Analyse intakter Biomoleküle und Medikamente von zentraler Bedeutung ist, während die Elektronenionisation die Grundlage der reproduzierbaren Bibliotheksidentifizierung in der Umwelt- und forensischen Gaschromatographie-Massenspektrometrie bleibt.

History

Die Elektronenionisation dominierte die frühe organische Massenspektrometrie. Die 1980er Jahre brachten praktische weiche Ionisationsmethoden hervor: Fenn und Kollegen entwickelten Elektrospray für große Biomoleküle, während Karas und Hillenkamp die Matrix-unterstützte Laserdesorption einführten und Tanaka die Laserdesorption intakter Proteine demonstrierte. Diese Fortschritte, die 2002 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurden, revolutionierten das Feld.

Key figures

• John Fenn
• Franz Hillenkamp
• Michael Karas
• Koichi Tanaka

Seminal works

• fenn1989
• karas1988
• gross2017

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen harter und weicher Ionisation?

Harte Ionisation, wie die Elektronenionisation, lagert genügend Energie ab, um Moleküle in reproduzierbare Fragmente zu zerlegen, die für die Identifizierung nützlich sind, während weiche Ionisation wenig Energie hinzufügt und intakte Molekülionen liefert, was für große oder fragile Analyten unerlässlich ist.

Warum erzeugt Elektrospray mehrfach geladene Ionen?

Wenn geladene Tröpfchen verdampfen, können große Moleküle mehrere Ladungen tragen, was ihr Masse-zu-Ladung-Verhältnis in den messbaren Bereich senkt und es gewöhnlichen Analysatoren ermöglicht, die Massen sehr großer Moleküle zu bestimmen.