Modern Methods in Mass Spectrometry - Cheatsheet

Elektronenstoßionisation (EI) und ihre Anwendungen

Definition:

EI (Elektronenstoßionisation) nutzt energiereiche Elektronen, um Moleküle zu ionisieren. Erzeugt hauptsächlich positive Ionen durch Entfernung eines Elektrons.

Details:

• Elektronenenergie: 70 eV üblich
• Ionisierungsprozess: M + e^- → M^+ + 2e^-
• Erzeugung von Fragmentionen, nützlich für Strukturanalyse
• Anwendung: weit verbreitet in GC-MS
• Geeignet für kleine, stabile Moleküle
• Limitierung: nicht geeignet für thermisch instabile oder große Biomoleküle

Flugzeitmassenspektrometer (TOF): Funktionsweise und Vorteile

Definition:

TOF-MS misst die Zeit, die ein Ion benötigt, um eine feste Strecke zurückzulegen, um die Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z) zu bestimmen.

Details:

• Laufzeit: \[ t = \frac{d}{v} = \frac{d}{\sqrt{\frac{2Uq}{m}}} = d \sqrt{\frac{m}{2Uq}} \]
• Detektion erfolgt über Flugzeit \(t\), Strecke \(d\), Spannung \(U\), Ladung \(q\) und Masse \(m\).
• Hochaufgelöste Spektren durch lange Flugstrecken.
• Vorteile: Hohe Genauigkeit und Sensitivität, schnelle Analyse, großes Massenbereich.
• Anwendungen: Proteomik, Metabolomik, Materialanalyse.

Orbitrap-Analysatoren: Prinzipien und Einsatzgebiete

Definition:

Orbitrap-Analysatoren: Hochauflösende Massenspektrometer basierend auf der Ionenfalle und Orbitalelektrostatischen Prinzipen.

Details:

• Funktionsweise: Ionen werden in einer Orbitrap gefangen und bewegen sich auf einer spiralförmigen Bahn.
• Detektion: Frequenz der Ionenbewegung wird zur Massenspektrenanalyse verwendet.
• Formel: Frequenz der Ionenbewegung ist gegeben durch \( f \propto \sqrt{m/z} \).
• Auflösung: Sehr hohe Massenauflösung (\textgreater 100.000).
• Anwendung: Proteomik, Metabolomik, Umweltanalytik.

Peakanalyse und -identifikation in der Datenauswertung

Definition:

Identifikation und Analyse von Peaks in Massenspektren zur Bestimmung von Analyten und deren Mengen.

Details:

• Peak Detektion: Bestimmung der Position und Intensität von Peaks.
• Basislinie: Subtraktion der Basislinie zur Korrektur des Signals.
• Peak-Integration: Berechnung der Fläche unter den Peaks zur Quantifizierung der Analyten.
• Peakanalyse bei Isotopen: berücksichtigt natürliches Vorkommen von Isotopen.
• Rauschunterdrückung: Eliminierung von zufälligen Fluktuationen.
• Mathematische Modelle zur Spitzenerkennung (z.B. Gaussian, Lorentzian).
• Softwareunterstützung: Tools wie Xcalibur, Skyline.

Quantitative Analyse und Fehlerquellen in der Massenspektrometrie

Definition:

Quantitative Analyse und Fehlerquellen in der Massenspektrometrie: Bestimmen der Konzentration von Verbindungen; Fehlerquellen beeinflussen Genauigkeit.

Details:

• Internal Standard (IS): Zugabe einer Substanz mit bekannter Konzentration zur Probenkalibrierung.
• Standard-Kurven: Einsatz zur Bestimmung der unbekannten Probenkonzentrationen durch Vergleich.
• Matrixeffekte: Beeinflussung der Signalintensität durch unterschiedliche Probenmatrizes.
• Signalrauschen: Rauschen beeinflusst die Präzision der Quantifizierung.
• Massenspektrum-Auflösung: Hohe Auflösung reduziert Überlappung und verbessert Genauigkeit.
• Probenvorbereitung: Fehler bei der Probenaufbereitung können zu ungenauen Ergebnissen führen.
• Ionensuppression: Konkurrenz um Ionisierungsquellen, die zu einer geringeren Erkennung führt.
• Instrumentenkalibrierung: Regelmäßige Wartung und Kalibrierung vermindern systematische Fehler.

MALDI (Matrix-Unterstützte Laser-Desorption/Ionisation): Techniken und Vorteile

Definition:

Weiche Ionisationstechnik zur Analyse großer Biomoleküle.

Details:

• Probenvorbereitung: Probe mit Matrix in einem kristallinen Festkörper eingebettet
• Laserstrahl vaporisiert Matrix, Moleküle ionisiert durch Protonentransfer
• Anwendung: Proteine, Peptide, Zucker, Polymere
• Geringe Fragmentierung, weiche Ionisation
• Häufige Matrices: Sinapinsäure, α-Cyano-4-hydroxyzimtsäure
• Vorteile: Empfindlichkeit, Schnelligkeit, geringe Menge an Probenmaterial

Chemische Ionisation (CI): Vor- und Nachteile

Definition:

Chemische Ionisation (CI) ist eine weiche Ionisationsmethode in der Massenspektrometrie, bei der ionisierende Reagenzien-Gase verwendet werden, um Moleküle schonend zu ionisieren.

Details:

• Erzeugt hauptsächlich Protonen-addukt-Ionen \textit{(M+H)}\textsuperscript{+}
• Anwendbar für polare und thermisch stabile Verbindungen
• Höhere Sensitivität gegenüber EI für niedrige Massenbereiche
• Geringere Fragmentierung als Elektronenionisation (EI), wodurch das Molekülion besser erkannt wird
• Nutzen von Reagenzien wie Methan, Ammoniak oder Isobutan
• Vorteile: Weichere Ionisation, besseres Molekül-Ion-Signal
• Nachteile: Komplexere Spektren wegen Adduktbildung, weniger strukturelle Information im Vergleich zu EI

Massenspektren-Bibliotheken: Nutzung und Bedeutung

Definition:

Massenspektren-Bibliotheken speichern und organisieren Massenspektren von bekannten Verbindungen zur Identifizierung unbekannter Proben.

Details:

• Ermöglicht schnellen Vergleich von gemessenen Massenspektren mit vorhandenen Daten.
• Unterstützt quantitative und qualitative Analyse in der Massenspektrometrie.
• Wichtige Datenbanken: NIST, Wiley, und HMDB.
• Anwendung in Umweltchemie, Biochemie und pharmazeutischer Forschung.
• Ermöglicht Identifizierung und Strukturaufklärung von Verbindungen, z.B. Proteine, Peptide, Metaboliten.