Was ist ein Elektrospray-Massenspektrometer?
Ein Massenspektrometer (MS) ist ein elektronisches Instrument zur Identifizierung der chemischen Struktur. Bei den meisten massenspektrometrischen Verfahren werden Moleküle elektrisch beschossen, was zu einer Ionisierung mit Fragmentierung führt. Die Fragmente werden dann magnetisch in Richtung Detektions- und Aufzeichnungsgeräte beschleunigt, was zu spezifischen Peaks und Intensitäten führt, die Forscher als eine Art "molekularer Fingerabdruck" untersuchen können. Das Elektrospray-Massenspektrometer (EMS) funktioniert anders und führt nicht zur Fragmentierung. Dies macht es für die Untersuchung großer Arten oder Makromoleküle von unschätzbarem Wert.
Wenn nur eine einfache chemische Bindung bestimmt werden muss, ist der Einsatz eines Elektrospray-Massenspektrometers wahrscheinlich nicht erforderlich. Für größere Moleküle wie Peptide sind jedoch die Molekülform und die Molekülfaltung - sogar die Wechselwirkung mit umgebenden Molekülen - ebenso wichtig. In solchen Fällen ist es wichtig, dass das Molekül unfragmentiert bleibt. Die erforderliche Empfindlichkeit erfordert die Verwendung eines Elektrospray-Massenspektrometers, für das weder hohe Temperaturen noch Vakuum erforderlich sind.
Bei Verwendung eines Elektrospray-Massenspektrometers wird eine reine makromolekulare Probe zunächst in einem Lösungsmittelsystem gelöst, das anschließend über eine Nadel mit enger Bohrung in ein elektrisches Hochspannungsfeld injiziert wird. Das Lösungsmittel und nicht der gelöste Stoff erhält die Hauptlast des Bombardements. Wenn die Flüssigkeit ein kritisches Ladungsniveau erreicht, zerfällt die Lösung heftig in Tröpfchen in Aerosolgröße, wobei ihre Ladung bewirkt, dass sie sich individuell abstoßen. Bald verdampfen die Tröpfchen und lagern ihre vielfältigen Ladungen auf den noch intakten Molekülen ab, die sich durch intermolekulare Abstoßung ausdehnen. In diesem Zustand kann ihre Struktur auch bei hoher Komplexität untersucht und bestimmt werden.
Das erste erfolgreiche intakte Proteinspektrum wurde 1989 von Forschern der Yale University in Connecticut hergestellt. Die Fortschritte in der EMS-Technik waren schnell und 1996 entdeckte die Chemikerin Carol Robinson spektrale Peaks, die nicht nur mit einer einzigen Struktur, sondern auch mit einem Proteinkomplex mit Coenzym in Verbindung gebracht werden konnten. Eine wesentliche Verbesserung seitdem ist die Kopplung des Elektrospray-Massenspektrometers mit der Flugzeitanalyse (TOF). Die Kollisionskühlung geht sogar noch einen Schritt weiter, indem sie die Fragmentierung von enormen Strukturen, die durch Wärme erzeugt werden, verringert.
Eine Schwierigkeit, die bei der Bestimmung von Elektrospray-Massenspektrometern auftritt, ist die durch Elementisotope eingeführte. Dies liegt daran, dass die Peaks vom Masse-Ladungs-Verhältnis abhängen. Die Masse eines Fragments oder Moleküls, dividiert durch die Anzahl der diskreten Ladungen, bestimmt den Ort. Unterschiedliche Elementisotope tragen unterschiedliche Massen bei, wobei die vielleicht kritischste Varianz die zwischen Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-13 ist. Aus diesem Grund sollten Proben komplexer Moleküle möglichst monoisotop sein.