Wavelength dependence of UV-MALDI mass spectrometry and of direct UV-LDI-MS without matrix
Final Report Abstract
Trotz inzwischen einiger Jahrzehnte an intensiver Forschung zum Thema gelten die Materialabtrags- und Ionisationsprozesse in der MALDI als nach wie vor nicht vollständig verstanden. Ein „Eingangsparameter“ von herausragender Bedeutung stellt die Anregungswellenlänge des Lasers dar. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden umfangreiche Studien zur systematischen Erforschung und Charakterisierung des Einflusses der Laserwellenlänge in der MALDI und der direkten Laserdesorption ohne Matrix durchgeführt. Dazu wurden vier Massenspektrometer und drei wellenlängendurchstimmbare OPO-Laser eingesetzt. Um tiefere Einblicke in die Mechanismen zu erhalten erwies es sich als essentiell, für ausgewählte Matrix-Analyt-Systeme volle Wellenlängen-Fluenz-Scans in einem quasimehrdimensionalen Datenraum durchzuführen. Um die notwendigen exakt kontrollierten Bestrahlungsbedingungen zu schaffen, wurden zunächst optische Aufbauten entworfen und mit Monitoren für die Bestrahlungsparameter ausgestattet. Die umfangreichen Experimente bestätigten grundsätzlich die Arbeitshypothese, dass sich bei Anpassung der Wellenlänge für viele Matrizes der Standard-MALDI-MS eine Verbesserung der Leistungsdaten (Nachweisempfindlichkeiten) erreichen lassen. Für einige Matrizes wurden jedoch auch völlig überraschende Befunde ermittelt, z. B. für 6-Aza-2-thiothymine (ATT) bei der Analyse von nichtkovalenten Peptid-Peptid-Komplexen, die besonders gut bei mittleren Absorptionswerten gelingt, und bei 2-(4-Hydroxyphenylazo)benzoesäure (HABA), mit der erstmals eine leistungsfähige Verbindung für den sichtbaren Bereich (VIS-MALDI) zur Verfügung steht. Ein überraschend anderes Bild als für Standard-MALDI-MS-Präparationen zeigte sich allerdings für die hochauflösende bildgebende MALDI-Massenspektrometrie. Hier dominieren offensichtlich weitere Faktoren, so dass der Einfluss der Anregungslaserwellenlänge auf das Gesamtergebnis schwächer ausfällt. Auch Studien zur wellenlängenabhängigen inneren Energie der desorbierten Ionen wiesen auf die hohe Komplexität der MALDI-Prozesse hin. Im Rahmen des Projektes wurden auch neue Technologien/Methodiken (weiter-) entwickelt. So konnte gezeigt werden, wie sich die Ausbeute an mehrfach geladenen Peptidionen in einer Atmosphärendruck-Ionenquelle verbessern lassen, wenn man Laserwellenlängen einsetzt, bei denen das Licht erst durch das Substrat absorbiert wird, auf dem die flüssige Glycerolbasierte Probe präpariert ist. Mit der MALDI-2-Imaging-Technik, deren Grundlagen durch das Wellenlängenprojekt gelegt wurden, können für viele Lipide und Metabolite deutlich verbesserte Ionenausbeute erzielen. Dies gelingt durch resonante Zweiphotonen- Ionisation der Matrixmoleküle in einer Ionenquelle mit effizienter Stoßgaskühlung. Insgesamt konnten die durchgeführten Forschungsarbeiten den Kenntnisstand zu den MALDI-Mechanismen erweitern, neue methodische Ansätze mit hohem analytischen Potential aufzeigen und nicht zuletzt zur Qualifikation einer ganzen Reihe von Nachwuchswissenschaftlern beitragen.
Publications
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Color matters-material ejection and ion yields in UV-MALDI mass spectrometry as a function of laser wavelength and laser fluence. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2013, 24, 1477-1488
Soltwisch, J.; Jaskolla, T. W.; Dreisewerd, K.
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Recent methodological advances in MALDI mass spectrometry. Anal. Bioanal. Chem. 2014, 406, 2261-2278
Dreisewerd, K.
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Mass spectrometry imaging with laser-induced postionization. Science 2015, 348, 211-215
Soltwisch, J.; Kettling, H.; Vens-Cappell, S.; Wiegelmann, M.; Müthing, J.; Dreisewerd, K.
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Generation of multiply charged peptides and proteins from glycerol-based matrices using lasers with ultraviolet, visible and near-infrared wavelengths and an atmospheric pressure ion source. Int. J. Mass Spectrom. 2017, 416, 61-70
Koch, A.; Schnapp, A.; Soltwisch, J.; Dreisewerd, K.
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Laser post-ionisation combined with a high resolving power orbitrap mass spectrometer for enhanced MALDI-MS imaging of lipids. Chem. Commun. 2017, 53, 7246-7249
Ellis, S. R.; Soltwisch, J.; Paine, M. R. L.; Dreisewerd, K.; Heeren, R. M. A.
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New insights into the wavelength dependence of MALDI mass spectrometry. Anal. Chem. 2017, 14, 7734-7741
Niehaus, M.; Schnapp, A.; Koch, A.; Soltwisch, J.; Dreisewerd, K.
