Modellierung von differentieller Mobilität von grundlegenden Prinzipien

• Antragsteller: Dr. Alexander Haack
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449651261

In diesem Forschungsvorhaben soll untersucht werden, wie schnell sich Ionen mittels elektrischer Felder durch ein Gas bewegen können - anhängig davon, welches Ion betrachtet wird, wie dieses Gas beschaffen ist und welche elektrische Feldstärke angelegt wird. Die Feldabhängigkeit dieser sogenannten Ionenmobilität findet in der Differentiellen Mobilitätsspektrometrie (DMS), ein Verfahren in der analytischen Chemie, wichtige Anwendung um komplexe Mischungen von Analyten zu trennen. Ein fundamentales Verständnis der Einflüsse auf die Trennleistung ist von hohem Interesse.In Vorarbeiten (vor allem J. Am. Soc. Mass Spectrom. 30, 2711 (2019)) konnten schon viele dieser Parameter identifiziert werden. Die Wechselwirkungen zwischen dem Ion und dem Hintergrundgas zeigt eine charakteristische Feldabhängigkeit. Ebenso können die Ionen mit manchen Hintergrundgasteilchen feste Bindungen (Cluster) eingehen, wobei sich der Anteil an gebundenen Ionen ebenfalls mit der Feldstärke ändert. Mittels Modellrechnungen, die dieses Verhalten berücksichtigen, war es möglich, experimentelle Daten qualitativ vorher zu sagen. Dies vertiefte das fundamentale Verständnis von differentieller Mobilität. Jedoch wurden dabei noch viele Vereinfachungen eingeführt und eine quantitative Übereinstimmung blieb aus.Es ist Ziel dieses Vorhabens, die gemachten Vereinfachungen näher zu untersuchen und durch möglichst bessere Methoden zu ersetzen. Am Ende soll damit ein quantitatives Vorhersagevermögen erreicht werden. Dazu soll 1) ein besseres Modell zur Beschreibung des Cluster-Anteils entwickelt werden, 2) die Dynamik dieser Prozesse für schnell wechselnde elektrische Felder (wie sie in der DMS verwendet werden) mit berücksichtigt werden und 3) das Modell auf kompliziertere, aber in der Anwendung sehr übliche Ionen, wie etwa Peptide und Proteine angewendet werden.Diese Arbeiten werden dann nicht nur dazu dienen, das fundamentale Verständnis der ablaufenden Prozesse zu verbessern und somit experimentelle Daten, die bislang unklar waren, besser erklären zu können, sondern es soll auch dem Anwender dazu dienen, Experimente so zu designen, wie es die Aufgabe erfordert. Entsprechend soll das entwickelte Modell als Programm der Community zur Verfügung gestellt werden, sodass jeder es verwenden kann.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Kanada
• Gastgeber: Professor W. Scott Hopkins, Ph.D.