Metabolomanalyse zur Untersuchung der Dynamik im ...

3.3. Analytische Grundlagen
Ab einer bestimmten Distanz zum Kapillarende erfolgt eine zunehmende Destabilisierung
des Taylor–Konus, und es werden Primärtröpfchen mit positiver Überschussladung in
einem stabilen Spray emittiert [92] und zur Gegenelektrode beschleunigt. Diese Tropfen
verlieren durch Verdampfen Lösungsmittelmoleküle, und bei Erreichen des Rayleigh Limits
(elektrostatische Abstoßung der Oberflächenladungen > Oberflächenspannung) zerfallen sie
in viel kleinere Tropfen, sogenannte Mikrotropfen. Diese kleineren Tropfen bilden sich aus
Ausstülpungen, die durch elastische Oberflächenvibrationen auf den größeren Tröpfchen
entstehen. Sie tragen nur etwa 2 % der Masse des Muttertropfens, jedoch etwa 15 % der
Ladung. Bei solchen Zyklen erhöht sich daher die Zahl der Ladungsträger pro Zahl gepaarter
Ionen im Tropfen sehr stark, und nur diese Mikrotropfen tragen letztendlich zur Bildung
von isolierten Ionen bei, während die größeren weniger stark geladenen Tropfen einen
Großteil der gepaarten Ionen, d.h. der Salzfracht und der Matrixanteile tragen. Das erklärt
auch, weshalb die ESI–Quelle mit orthogonaler Spray Geometrie robuster in Bezug auf
Verschmutzungen ist, denn diese liegen vornehmlich in den größeren Tropfen vor, die wenig
zur Bildung von Ionen beitragen und aufgrund des 90 ◦ Winkels Schwierigkeiten haben, in
die Öffnung des Massenanalysators zu fliegen. Für die isolierten gasförmigen Ionen ist die
90 ◦ Anordnung dagegen kaum ein Hindernis.
Für die Bildung dieser isolierten Ionen werden zwei Modelle diskutiert. Das ältere Modell
des geladenen Rückstandes (charged residue model, CRM) von Dole [50] geht von einem
extrem kleinen Tropfen aus, der nur noch ein Analyt–Ion enthält, von dem die verbleibenden
Moleküle des Eluenten verdampfen. Das Modell der Ionenemission (ion emission model,
IEM) von Iribane und Thomson beschreibt die Bildung gasförmiger Ionen aus hochgeladenen
Mikrotropfen [87]. Die damit verbundene Verringerung der Oberflächenladung stabilisiert
den Mikrotropfen. Die Ionenemission aus den Mikrotropfen ist dabei als Konkurrenzreaktion
zum weiteren Zerfall der Tropfen aufgrund des Rayleigh–Limits zu sehen. Die ESI ist eine
sehr sanfte Variante der Ionisierung, bei der in der Regel die Molekülionen erhalten werden.
Bei negativer Ionisierung beobachtet man [M–H] − Anionen und bei positiver Ionisierung
[M+X] + Kationen. Gerade bei positiver Ionisierung ist die Interpretation der Spektren nicht
immer einfach, da X nicht zwangsläufig ein Proton ist und es auch zur Anlagerung anderer
Kationen wie X = Na, K oder NH4 kommt.
3.3.3. Ionenfallen MS
Der Ionenfallen–Massenfilter arbeitet nach dem Prinzip der Paul´schen Flasche 5 ,inder
geladene Teilchen (Ionen) für kurze Zeit gespeichert werden können (Abb. 3.7) [115]. Der von
der ESI–Quelle erzeugte kontinuierliche Ionenstrom wird durch magnetische Linsensysteme
auf die Öffnung in der Endkappe der Ionenfalle fokussiert. Durch Anlegen einer variablen
Spannung an der Ringelektrode werden die einfliegenden Ionen im Potenzialminimum
in der Mitte der Ionenfalle gesammelt, wobei sie ihre vorhandene kinetische Energie
durch elastische Stöße mit Heliumatomen abgeben, die als Dämpfungsgas durch eine feine
Kapillare in den Bereich der Ionenfalle einströmen. Nach der Sammelphase wird die Falle
magnetisch verschlossen und die Ionen durch Frequenz–Modulation über die Endkappen
ausgelesen. Dabei werden die Ionen entsprechend ihres m/z Verhältnisses (kleine m/z
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Wolfgang Paul – Nobel Vortrag ”Electromagnetic Traps for Charged and Neutral Particles”, Dezember
1990, Aula Magna, Universität von Stockholm.
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