Metabolomanalyse zur Untersuchung der Dynamik im ...

3.3. Analytische Grundlagen
primär die Aufgabe, das analytische Trennproblem zu lösen, sondern dient eher als Probenvorbereitung
für den MS–Detektor. Diese Aufgabe der LC ist nicht zu unterschätzen,
da die Ionisierung der Analyten bei API–Verfahren sehr sensibel auf Verunreinigungen
und Bestandteile der Probenmatrix reagiert. In ungünstigen Fällen kann das Signal des
Analyten nahezu vollständig von der Matrix unterdrückt werden, dieses Ereignis wird
als Ionensuppression bezeichnet und unterstreicht die Notwendigkeit einer vernünftigen
chromatographischen Aufbereitung der Probe. Gelingt es mit der LC Methode nicht, die
Analyten von störenden Teilen der Probenmatrix zu separieren, so wird keine zuverlässige
und empfindliche MS–Detektion möglich sein.
In der Praxis haben sich zwei API–Verfahren für die LC–MS durchgesetzt, die Elektrosprayionisation
(ESI) [29, 164] und die Atmosphärendruck Chemische Ionisierung (APCI)
[164]. Obwohl die Grenzen zwischen beiden Verfahren fließend sind, gilt die Faustregel, dass
ESI in der Regel für sehr polare Verbindungen gut geeignet ist, die bereits in Lösung leicht
Ionen bilden oder bereits ionisch vorliegen (z.B. Proteine, Aminosäuren, Zuckerphosphate,
Karbonsäuren) und APCI in der Regel bei den weniger ionischen schwach polaren Analyten
eingesetzt wird. Bei den Messungen zu dieser Arbeit wurde die ESI in Kombination
mit zwei unterschiedlichen MS–Detektor Varianten verwendet. Das erste MS besitzt eine Ionenfalle
(Ionenfallen MS) als massenselektiven Filter, das zweite benutzt einen dreistufigen
Quadrupol–Massenfilter (Triple Quadrupol MS) für die Messung.
3.3.2. Elektrosprayionisation (ESI)
Die ersten Experimente mit dieser Technik wurden von Chapman in den späten dreißiger
Jahren des 20. Jahrhunderts unternommen [32]. Die Umsetzung in eine praktikable Ionisationsmethode
basiert auf Arbeiten von Dole [50], und der Begriff Elektrosprayionisation
wurde letztlich durch Fenn 1984 etabliert [60, 188], dem für seine Arbeiten an weichen
Ionisationsmethoden zur massenspektrometrischen Analyse im Jahr 2002 der Nobelpreis für
Chemie 4 verliehen wurde [59].
Beim Elektrospray–Verfahren wird eine Lösung des Analyten bei Atmosphärendruck aus
einer Kapillare mit einem Durchmesser von ca. 0,1 mm in ein starkes elektrisches Feld versprüht
(Abb. 3.6). Die zwischen der Kapillarspitze und einer Gegenelektrode angelegte Spannung
von einigen Kilovolt sorgt für eine Zerstäubung der aus der Kapillare austretenden
Lösung, wobei je nach Polarität positive oder negative Ionen gebildet werden. Zur Unterstützung
der Vernebelung und zur Desolvatisierung der geladenen Tröpfchen wird ein coaxialer,
trockener Stickstoffstrom eingesetzt. Zur vollständigen Desolvatation der ladungstragenden
Flüssigkeitstropfen und zur effektiven Ionenbildung wird in den in dieser Arbeit verwendeten
ESI–Quellen eine beheizte Transferkapillare eingesetzt.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Stickstoffstrom selbst zu beheizen und/oder ein
dem Spray entgegengerichteten beheizten Stickstoffstrom einzusetzen. Je nach LC Flussrate
und Lösungsmittelzusammensetzung müssen die ESI–Parameter optimiert werden, um ein
stabiles und effizientes Elektrospray zu erhalten. Im Vergleich zu EI–Ionisationstechniken
kann unter ESI–Bedingungen eine höhere Ionenbildungseffizienz von ca. 0.01 bis 0.1 %
(vergl. EI ca. 10 −4 ) erzielt werden. Die gebildeten Ionen werden durch eine Öffnung im
4
John B. Fenn – Nobel Vortrag ”Electrospray Wings for Molecular Elephants”, Dezember 2002, Aula Magna,
Universität von Stockholm.
23