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Die wunderbare Welt der Ionenmobilitäts-Massenspektrometrie: Wie revolutioniert sie die Analyse komplexer Proben?
Die Ionenmobilitäts-Massenspektrometrie (IMS-MS) ist eine fortschrittliche analytische Chemietechnik, die Ionen in der Gasphase anhand ihrer Wechselwirkung mit einem Kollisionsgas und ihrer Masse trennt. Aufgrund ihrer Wirksamkeit bei der Verarbeitung komplexer Proben erfreut sich diese Technik in Bereichen wie der Proteomik und Metabolomik großer Beliebtheit. Die Entwicklung von IMS-MS geht auf die kontinuierliche Weiterentwicklung der Technologie zurück und reicht bis in die 1960er Jahre zurück. Dank einer Reihe von Innovationen und Verbesserungen kann diese Technologie heute eine extrem hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit erreichen.
Aufgrund seiner Leistungsfähigkeit wird IMS-MS häufig zur Analyse komplexer Proben eingesetzt, insbesondere im biomedizinischen Bereich, und liefert wichtige Daten zur Unterstützung der wissenschaftlichen Forschung.
Geschichte
Earl W. McDaniel, einer der Pioniere der Ionenmobilitäts-Massenspektrometrie, kombinierte Anfang der 1960er Jahre eine Niederfeld-Ionenmobilitätsdriftzelle mit einem Massenspektrometer und erschloss damit dieses Feld. Es war der erste seiner Art. Anschließend führten mehrere Forscher, darunter Cohen und sein Team, 1963 bei Bell Labs die Kombination aus Flugzeit-Massenspektrometrie und Ionenmobilitäts-Massenspektrometrie ein. In den darauffolgenden Jahrzehnten wurden diese Technologien kontinuierlich weiterentwickelt, um den Anforderungen der Analyse unterschiedlichster Proben gerecht zu werden.
Die Entwicklung der IMS-MS-Technologie hat den Anwendungsbereich der Massenspektrometrie weiter erweitert und bietet unvergleichliche Vorteile, insbesondere bei einer höheren Probenvielfalt.
Instrumente und Techniken
Die Kernkomponenten eines IMS-MS-Instruments sind ein Ionenmobilitätsspektrometer und ein Massenspektrometer. Das Einbringen der Proben und der Ionisierungsprozess sind die ersten Schritte beim Betrieb des Geräts. Je nach Aggregatzustand der verschiedenen Substanzen kommen unterschiedliche Ionisierungstechniken zum Einsatz. Beispielsweise werden Gasphasenproben häufig für die Radioionisation und Photoionisation verwendet, während Flüssigphasenproben mit Techniken wie der Elektrospray-Ionisation behandelt werden.
Ionenmobilitätstrennung
Die Schlüsseltechnologie von IMS-MS ist die Ionenmobilitätstrennung. Dieser Prozess ähnelt der Bewegung von Molekülen in einer Flüssigkeit. Einer der gebräuchlichsten Typen ist die Driftröhren-Ionenmobilitätsspektrometrie (DTIMS), bei der Ionen auf Grundlage ihrer Driftzeit in einer Röhre getrennt werden. Die Trennleistung dieser Instrumente verbessert die Genauigkeit der Strukturanalyse und sie werden häufig in Verbindung mit Flugzeit-Massenspektrometern (TOF) verwendet.
Mithilfe der Ionenmobilitäts-Massenspektrometrie lässt sich nicht nur die Membranmechanik von Verbindungen analysieren, sondern durch den Vergleich des Kollisionsquerschnitts (CCS) bekannter Proben können auch wichtige Strukturinformationen zwischen Molekülen gewonnen werden.
Massentrennung
Herkömmliche IMS-MS-Instrumente verwenden zur Massentrennung typischerweise ein Flugzeit-Massenspektrometer, das aufgrund seiner schnellen Datenerfassung und guten Empfindlichkeit weit verbreitet ist. Mit der Weiterentwicklung des Instruments begann man auch damit, andere Arten von Massenspektrometern (wie Quadrupol-Massenspektrometer und Ionenfallen-Massenspektrometer) in IMS zu integrieren, um Analyseanforderungen auf höherer Ebene gerecht zu werden.
Anwendungsbereiche
Die Anwendungsszenarien von IMS-MS decken eine große Anzahl wissenschaftlicher Forschungsfelder ab. Insbesondere bei der Analyse komplexer Gemische ist die Spitzenkapazität von IMS-MS von Vorteil. In den Bereichen Biomedizin und chemische Sicherheit kann die IMS-MS-Technologie chemische Kampfstoffe, Sprengstoffe und andere gefährliche Substanzen wirksam erkennen und ist zu einem unverzichtbaren Instrument in der Protein- und Arzneimittelanalyse geworden.
Die technologischen Fortschritte von IMS-MS haben neue Forschungshorizonte eröffnet, insbesondere bei der Erkennung und quantitativen Analyse von Partikeln und Größenisomeren, und bieten beispiellose Vorteile gegenüber der herkömmlichen Massenspektrometrie-Technologie.
Angesichts zunehmend komplexer wissenschaftlicher Probleme hat die kontinuierliche Innovation und Anwendungserweiterung von IMS-MS nicht nur eine Revolution in Laboren ausgelöst, sondern auch zahlreiche wissenschaftliche Forschungsfelder auf der ganzen Welt beeinflusst. Könnte IMS-MS in dieser sich rasch verändernden Welt der zukünftige Standard in der Analysetechnologie werden?
