Es entstehen Molekül-Radikalkationen M+., die aufgrund der schnellen Elektronenstöße Überschuß an Innerer Energie (thermischer Energie) besitzen (M+.*) und zum Zerfall in Neutralteilchen und Tochterionen tendieren. Sowohl die Neutralteilchen als auch die Fragmentionen können Radikalcharakter haben und wenn die Tochterionen noch genug Überschußenergie besitzen, können sie jeweils zu weiteren, kleineren Fragmentionen zerfallen. Das kann dazu führen, daß Verbindungen wie z.B. Alkohole, Ester, etc. so leicht fragmentieren, daß im Spektrum kein Molekülion M+ gefunden wird, sondern nur durch entsprechende charakteristische Zerfälle entstehende Quasi-Molekülionen, z.B. (M - H2O)+, (M - CH3COOH)+, u.a. Da die Temperatur der Ionenquelle und die Elektronenenergie konstant gehalten wird, sind die Zahl und relative Größe der Fragmentionen und damit die Elektronenstoß [EI]-Spektren im allgemeinen vergleichbar und charakteristisch für jede Substanz.
Die Anwendung der EI-Massenspektrometrie ist auf flüchtige, niedermolekulare Verbindungen (bis ca. 1.500 Da) beschränkt und wird, da sie Aussagen zur chemischen Zusammensetzung des Analyten erlaubt, auch üblicherweise zur Identifizierung unbekannter Proben und zur Strukturaufklärung herangezogen. Die klassischen EI-Spektren ermöglichen automatisierte Literatursuche und Interpretation. Auch luft- und feuchtigkeitsempfindliche Substanzen können mit dieser Technik analysiert werden.
Die Matrix wird durch einen Strahl hochenergetischer Cs+-Ionen (- 16 keV) verdampft und ionisiert, aus ihrer Oberfläche werden die Probensubstanzen herausgerissen und durch Ionentransfer geladen. Dadurch ist sowohl die Natur der Matrix als auch die der Probe (z.B. bei biologischen Proben) für die Adduktbildung verantwortlich, es werden Quasi-Molekülionen [M + H]+, [M + Na]+, [M + Cs]+ und Clusterionen wie [M + H + 153]+ (für Nitrobenzylalkohol) gefunden. Einfach geladene, nicht-kovalent gebundene dimere und oligomere Molekülionen werden beobachtet und lassen sich von echten kovalent-gebundenen Dimeren und Oligomeren kaum unterscheiden.Die Molekulargewichte der Probenverbindungen lassen sich nicht immer einfach erkennen und eine Quantifizierung der Substanz ist unmöglich. Die Qualität der Spektren und damit die Empfindlichkeit ist sehr stark lokal von der Oberfläche der Matrix abhängig, ein Problem stellt außerdem das sog. Sputtern der Probe sowie der Matrix in der Ionenquelle dar, das zu starker Kontamination der Quelle führt. Typische Vertreter für FAB-Analysen sind matrixlösliche, hydrolysestabile und nichtflüchtige Substanzen, z.B. auch solche mit MG > 10.000 Da. Dazu zählen vor allem auch Nukleotide, Peptide, und auch salzartige und metallorganische Verbindungen. Bei letzteren wird dir Spektrendeutung oft problematisch, da moleküleigene ionogene Gruppen bzw. deren Verlust zu Quasi-Molekül- und Fragmentionen führen können, deren Genese durch zusätzliche Clusterionen oft schwer zu klären ist.
Elektrospray-Ionisation ESI
Elektrospray-Ionisation [ESI] ist eigentlich die Methode der Wahl für Proteine, Oligonucleotide und Metallkomplexe. Hierbei müssen die Substanzen in einem niedrig-siedenden Lösungsmittel in kleinen Konzentraionen (z.B. 10-2 mol/l) löslich sein (Acetonitril, MeOH, CHCl3, Wasser, ....). Der Teil der Ionenquelle, in der der Sprayprozeß stattfindet, liegt auf Atmosphärendruck, die Probe wird durch eine Metallkapillare mit 3 - 5 kV Potential in die Quelle eingeführt. Durch dieses hydrodynamische und elektrische Vernebeln entstehen kleinste Tröpfchen, aus denen Lösungsmittel-Ionen abgesaugt werden (Elektrotrocknung). Zurück bleiben Probenmoleküle, die mit einem oder mehreren Protonen (oder Na+, K+, NH4+) aus dem Lösungsmittel beladen sind und damit auch eine Abhängigkeit von der Moleküloberfläche und damit der Sekundär- und Tertiärstruktur (z.B. von Proteinen) aufweisen.
ESI-Spektren sind charakterisiert durch das Auftreten von Quasi-Molekülionen wie [M + H]+, [M + Na]+. Größere Probenmolekel (mit größerer Oberfläche) werden bevorzugt mehrfach ionisiert zu [M + 2H]2+, [M + 3H]3+, [M + 4H]4+, etc. Die Signale im Massenspektrum liegen aufgrund der Mehrfachladung dann bei Massenzahlen entsprechend der Hälfte von [M + 2], einem Drittel von [M + 3], einem Viertel von [M + 4], usw. Nur aus einer Serie von Quasi-Molekülionen oder aus der Bestimmung der Isotopenverteilung im Molekülion läßt sich letzteres als solches charakterisieren. ESI ist ebenso wie FAB eine weiche Ionisierungstechnik und damit vor allem für große Biomoleküle oder Bio- und synthetische Polymere sowie für ionische Proben (z.B. Metallkomplexe) geeignet. Die Empfindlichkeit ist stark vom Analyten abhängig, die Lösungsbedingung erlaubt eine elegante Kopplung mit Flüssigchromatographie, wie z.B. HPLC oder Kapillar-Elektrophorese.
MALDI Matrix Assisted Laser Desorption Ionisierung
Matrix Assisted Laser Desorption Ionisierung [MALDI] in Form der mit einem Flugzeitspektrometer gekoppelten MALDI-TOF Massenspektrometrie ist eine Technik, die heute die Bestimmung von Molekulargewichten bis zu 500.000 Da erlaubt. Die Probe muß vorgelöst in Wasser, Methanol, Acetonitril und einer Spur Säure zu einer Matrix in Form von Ferulasäure, Trihydroxyacetophenon, Dihydroxybenzoesäure, u.ä. zugegeben werden. Die Lösung wird dann anschließend getrocknet und in Form von Mischkristallen und Kristallclustern in die Ionenquelle eingeführt. Durch einen UV-Laser (337 nm) werden die Kristalle angeregt und lokal erhitzt und Matrix und Probe in das Vakuum der Quelle gesputtert. Zusätzlich bewirkt der Laser eine Photoionisierung der Matrix-Moleküle, die entstehenden [Mat + H]+-Ionen ionisieren durch Protontransfer die Probenmoleküle im Gasraum über dem Target zu [M + H]+-Quasi-Molekülionen. Im Unterschied zu EI, CI, FAB und ESI ist MALDI eine gepulste Ionisierungstechnik. Als weiche Ionisierungsmethode liefert MALDI Information über das Molekulargewicht, ergibt wenig oder keine Fragmentierung und ist für besonders große Biomoleküle und Polymere geeignet. Die Empfindlichkeit ist stark von der Art der Probensubstanz abhängig, geeignete polare und ionische Verbindungen (z.B. Metallkomplexe) können mittels MALDITOF detektiert werden.
Oktober 1998.