FT-ICR-MS zur Messung gasförmiger, flüssiger und fester Proben
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das beantragte System wurde nach seiner Inbetriebnahme für Anwendungen im Bereich Aerosolforschung, der Untersuchung von fossilen und nachwachsenden Rohstoffen sowie in der Bodenkunde und Proteomanalytik eingesetzt. Für letztere standen die beiden bereits etablierten Ionisierungstechniken MALDI und ESI zur Verfügung. In Erweiterung dieser klassischen Ionisierungstechniken wurden für Fragestellungen der Aerosolforschung grundlegende Experimente durchgeführt, bei denen die MALDI-Quelle als direkte Laserdesorption/Ionisationsquelle (LDI) eingesetzt wurde. Da hierbei Verbrennungspartikelproben mit einem hohen Anteil an aromatischen Verbindungen und Ruß in Fokus standen, war eine zusätzliche Matrixzugabe nicht notwendig. Allerdings mussten kritische Parameter wie die Laserenergie und Geometrie der Proben optimiert werden. Somit war es auch möglich, nicht nur Probenextrakte, sondern auch Abgaspartikel, die größenklassenselektiv auf Impaktorfolien gesammelt wurden, direkt und ohne weitere Aufarbeitung qualitativ zu untersuchen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt lag auf der Kopplung der Gaschromatographie mit der chemischen Ionisierung aus der Gasphase (GC-APCI-FTICR-MS). Hierzu wurden zunächst die nötigen Auswerteroutinen erstellt, die neben der exakten Masseninformation auch die Retentionszeit für die Identifizierung und Validierung der Zusammensetzung komplexer Gemische nutzen. Die Vorteile dieser Kopplungstechnik wurden erstmalig anhand von Diesel- und Schwerölproben sowie von Verbrennungsaerosolen demonstriert. Im Rahmen eines Kooperationsprojektes mit Südafrika wurden die Techniken APCI und ESI FT-ICR-MS mit ESI-TOF-MS verglichen. Drüber hinaus wurden Entwicklungen vorangetrieben, bei denen eine thermisches Analysesystem (Thermowaage) zur direkten Analyse von thermisch gebildeten Produkten an das FTICR gekoppelt wurden. Mit dem neuen System wurden Mineralöle und die Holz (Pyrolyse) untersucht. Diese Grundlagenarbeiten dienten der Einführung in die hochkomplexe Messtechnik, inklusiver der Erstellung und Validierung der Auswerteroutinen und fanden in folgenden Projekten ihre Anwendung: a) DFG-Projekt zur Untersuchungen der Aerosolalterung von Schiffsdieselemissionen und aus der Holzverbrennung (WOOSHI): Analytik der Partikel aus den Abgasen b) Kooperationsprojekt im Rahmen des „Helmholtz Virtual Institute of Complex Molecular Systems in Environmental Health” (HICE): Anwendung der Elektrospray-Ionisation (ESI) zur Untersuchung von polaren Verbindungen aus Schiffsdiesel Emissionen (Diesel und Schweröl); Messung von primären Verbrennungsaerosolen (Holz, Diesel und Schweröl) mittels Gaschromatographie gekoppelt mit chemischer Ionisierung unter Atmosphärendruck (GC-APCI); Applikation von Laserdesoprtion/Ionisation zur molekularen Charakterisierung von Schweröl, Extrakten des primären Aerosols und Impaktorproben c) Kooperationsprojekt zur Analytik von Dieselproben und Belägen gealterter Dieselproben (LKV, Uni Rostock): Entwicklung und Optimierung der Messmethode und grundlegende Messungen mittels Elektrospray-ionisierung für Dieselproben d) Kooperationsprojekte zur Proteinanalytik (Proteomcenter Rostock): Messungen zur Anreicherung von Phosphorpeptiden; Untersuchungen zur Proteolyse-Aktivität in Plasmaproben e) Kooperationsprojekt mit der Bodenkunde (Bodenkunde, Uni Rostock): Untersuchungen zum Abbau von Bisphenol-A in Bodenproben f) Kooperationsprojekt im Rahmen eines DAAD Programmes (Universität Pretoria, SA): Chemische Charakterisierung von Dieselölen und Korrelation mit Daten zur ihrer Schmierfähigkeit g) Kooperationsprojekt mit der Universität Warwick (Prof. O’Connor): Erasmus Stipendium für 3 monatigen Aufenthalt an der Universität Warwick zur Untersuchung von Mineralölproben (Start Jan. 2016) – Kooperation in Methodenentwicklung und Anwendung h) Forschungsprojekt mit dem Öl-Wärmeinstitut (Herzogenrath, AIF Finanzierung): Alterung/ Ablagerungseigenschaften von Heizöl
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Systematic studies on TiO2-based phosphopeptide enrichment procedures upon in-solution and in-gel digestions of proteins. Are there readily applicable protocols suitable for matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry-based phosphopeptide stability estimations? Eur. J. Mass Spectrom. 17, 507– 523 (2011)
Eickner T, Mikkat S, Lorenz P, Sklorz M, Zimmermann R, Thiesen H-J, Glocker MO
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Characterisation of ship diesel primary particulate matter at the molecular level by means of ultra-high resolution mass spectrometry coupled to laser desorption ionisation – Comparison of feed fuel, filter extracts and direct particle measurements. Analytical and Bioanalytical Chemistry 407(20): 5923-5937 (2015)
Rüger CP , Sklorz M, Schwemer T, Zimmermann R
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Decontamination Activity of Ryegrass Exudates Towards Bisphenol A in the Absence and Presence of Dissolved Natural Organic Matter. International Journal of Phytoremediation 17, 1-8 (2015)
Gattullo CE, Kiersch K, Eckhardt K-U, Baum C, Leinweber P, Loffredo E
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Gas chromatography coupled to atmospheric pressure chemical ionization FT-ICR mass spectrometry for improvement of data reliability. Analytical chemistry Nov. 2015
Schwemer T, Rüger CP, Sklorz M, Zimmermann R
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Hyphenation of Thermal Analysis to Ultrahigh-Resolution Mass Spectrometry (Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry) Using Atmospheric Pressure Chemical Ionization For Studying Composition and Thermal Degradation of Complex Materials Analytical chemistry 87, 6493– 6499 (2015)
Rüger CP, Miersch T, Schwemer T, Sklorz M, Zimmermann R
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Mass spectrometric characterization of limited proteolysis activity in human plasma samples under mild acidic conditions. Methods 89, 30-37 (2015)
Yang J-Z, Röwer C, Koy C, Ruß M, Rüger CP, Zimmermann R, von Fritschen U, Bredell M, Finke JC, Glocker MO
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nvestigating the Trace Polar Species Present in Diesel Using High-Resolution Mass Spectrometry and Selective Ionization Techniques Energy Fuels, 5554-5562 (2015)
Smit E, Rüger CP, Sklorz M, De Goede S, Zimmermann R, Rohwer ER
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Particulate Matter from Both Heavy Fuel Oil and Diesel Fuel Shipping Emissions Show Strong Biological Effects on Human Lung Cells at Realistic and Comparable In Vitro Exposure Conditions. PLoS ONE 10(6), 1-17 (2015)
Oeder S, Kanashova T, Sippula O, Sapcariu SC, Streibel T, Arteaga-Salas JM, et al.
