DE102008048085B4 - Unterscheidung von Enantiomeren mit Hilfe der breitbandigen Femtosekunden-Circulardichroismus-Massenspektrometrie - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Laserionisationsmassenspektrometrie mittels zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung umfassend – eine fs-Laserstrahlungsquelle (1), bei der es sich um ein Lasersystem zur Erzeugung von Laserpulsen im Femtosekundenbereich handelt, dessen Laserpulsdauer bezogen auf einen Puls kleiner oder gleich 200 fs und dessen Zentralwellenlänge 200 nm bis 1.100 nm beträgt, – einen Probeneinlass (9), – eine Ionenquelle (10), wobei hierunter derjenige Ort verstanden wird, an dem die Analyten der Probe durch Wechselwirkung mit der fokussierten Femtosekundenlaserstrahlung ionisiert werden, – einen Flugzeit-Massenanalysator – einen Ionendetektor (13), wobei sich Probeneinlass (9), Ionenquelle (10), Massenanalysator und Ionendetektor (13) in der evakuierten Hauptkammer eines Massenspektrometers befinden; – einem elektronischen Messgerät (14) zur Aufzeichnung der vom Ionendetektor (13) generierten Signale, – einem Computer (15) zur Auswertung und Speicherung der empfangenen Signale, dadurch gekennzeichnet, dass – die spektrale Bandbreite der zur Ionisation eingesetzten Femtosekundenlaserpulse größer als 40 nm ist, – die Laserpulse zur Erzeugung zirkularer Polarisation durch Viertelwellenplättchen geleitet werden, die ein Wechseln zwischen rechts- und links-zirkular polarisiertem Licht gestatten, wobei die Viertelwellenplättchen derart gelagert sind, dass sie von einem computergesteuerten Schrittmotor drehbar sind, – die so erhaltene zirkular polarisierte Femtosekundenlaserstrahlung mit Hilfe einer Strahlführungsoptik über ein Laserfenster in die Hauptkammer des Massenspektrometers gelenkt und mit Hilfe einer Fokussierungsoptik fokussiert wird, wobei ein Polarisator zur Überprüfung des Polarisationszustandes vorgesehen ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Unterscheidung von Enantiomeren mit Hilfe der breitbandigen Femtosekunden-Circulardichroismus-Laserionisations-Massenspektrometrie bereit. Es werden Laserpulse mit einer Zentralwellenlänge zwischen 200 nm und 1.100 nm eingesetzt, um die zu untersuchende Probe zu ionisieren. Die auf diese Weise erzeugten Ionen werden unmittelbar massenspektrometrisch analysiert. Da die Enantiomerenspezifische Licht-Materie-Wechselwirkung direkt zur Ionisation genutzt wird, ist eine vorherige Trennung von Substanzgemischen nicht mehr erforderlich. Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren auch in zuvor unbekannten Substanzgemischen anwendbar.
• Beschreibung und Einleitung des allgemeinen Gebietes der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft die Gebiete Chemie, Biologie und Biochemie, Physik und instrumentelle Analytik.
• Stand der Technik
• Die Unterscheidung von Enantiomeren – besonders in unbekannten Substanzgemischen – gestaltet sich heute noch sehr aufwändig. Derzeit erfordert die Kombination von chemischer Analyse einerseits und Bestimmung der Enantiomerenreinheit andererseits getrennte Arbeitsschritte: Zunächst muss das Substanzgemisch getrennt werden, beispielsweise mittels Gaschromatographie (GC) oder Hochleistungs-Flüssigchromatographie (HPLC), dann wird die Enantiomerenreinheit bestimmt und, falls nötig, anschließend eine chemische Analyse durchgeführt, beispielsweise mittels Massenspektrometrie.
• Dem Fachmann ist bekannt, dass sich die Enantiomerenreinheit eines Gemisches beispielsweise mit Hilfe der CD-Spektroskopie (Circulardichroismus-Spektroskopie) bestimmen lässt. Die konventionelle CD-Spektroskopie beruht auf Einphotonen-Absorption, und eine Information über die Masse der untersuchten Probe ist intrinsisch nicht möglich. Mit dieser Methode können nur für zuvor identifizierte chemische Substanzen R- und S-Enantiomer unterschieden werden. Ebenso wird keine spektral hochauflösende Information erhalten, die eine Unterscheidung chemisch ähnlicher Substanzen ermöglichte. Konventionelle CD-Spektrometer arbeiten üblicherweise im Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 1.100 nm. Während der Messung mit konventionellen CD-Spektrometern wird ständig zwischen RCPL und LCPL gewechselt, d. h. zwischen rechts- und linkszirkular polarisiertem Licht (right/left circularly polarized light).
• Auch die Mehrphotonenionisation (MPI) in der CD-Spektroskopie ist bekannt. So wird beispielsweise in U Boesl von Grafenstein, A Bornschlegl: „Circular Dichroism Laser Mass Spectrometry: Differentiation of 3-Methylcyclopentanone Enantiomers.” ChemPhysChem 2006, 7, 2085–2087 die Verwendung der circulardichroischen Laser-Massenspektrometrie (CD-LAMS) zur Unterscheidung von Enantiomeren beschrieben. Die Anregung der Methylcyclopentanone erfolgt mit einem schmalbandigen Nanosekunden-Laser, wobei – wie üblich – die Laserwellenlänge genau passend zu dem anzuregenden Übergang eingestellt wird.
• Bisher bekannte CD-Spektrometer basieren auf einer Einphotonenanregung der zu untersuchenden Probe. Die spektrale Auflösung liegt im Wesentlichen in der Größenordnung von einem Nanometer. Da als Lichtquelle in der Regel zeitlich kontinuierliche UV-VIS-NIR-Lampen eingesetzt werden, ist eine Ionisation der Probenmoleküle auf Grund zu geringer Lichtintensität nicht möglich. Die chemische Identität der Probe muss in einem separaten Verfahren bestimmt werden. Bei Substanzgemischen ist hier eine vorherige Separation erforderlich.
• Bekannt ist des Weiteren ein Verfahren zur Laserionisations-Massenspektrometrie, in dem zirkular polarisierte Nanosekundenlaserpulse verwendet werden, deren Bandbreite im Bereich von Bruchteilen von Nanometern liegt; und zwar im Allgemeinen im Bereich von 0,01 nm. Sie werden üblicherweise zum Zweck hoher spektraler Auflösung eingesetzt. Die mit derartigen Lasern erreichbaren Spitzenintensitäten (peak intensities) liegen im Bereich von 10⁸ bis 10¹⁰ W/cm². Eine Ionisation der Probe ist unter diesen Bedingungen nur über eine Resonanzverstärkung möglich, d. h. wenn die eingestellte Wellenlänge exakt zum Molekül passt.
• Die WO 2007/064703 A2 zeigt eine Vorrichtung zur Laserionisationsmassenspektrometrie, beispielsweise für die Analyse eines Enantiomerengemischs einer Verbindung, wobei Laserpulse mit Bandbreiten zwischen 5 nm und 33 nm eingesetzt werden. Die Vorrichtung verwendet ein Viertelwellenplättchen zur zirkularen Polarisation des Lichtes, das zur Überprüfung der linearen Polarisation entweder mechanisch oder durch eine elektromagnetische Steuerung gedreht werden kann. Vor dem Viertelwellenplättchen ist zur Korrektur der Phase und der Amplitude des Laserpulses ein Pulsshaper vorgesehen. Nachteilig hierbei ist, dass die Analyse eines unbekannten Substanzgemisches aus Substanzen, die sich nicht nur in ihrem räumlichen Aufbau unterscheiden, sondern die für eine Ionisation aufgrund ihrer verschiedenartigen molekularen Struktur gänzlich unterschiedliche Wellenlängen erfordern, nicht möglich ist. Hinzu kommt, dass mit Laserpulsen geringer Bandbreite üblicherweise keine unterschiedlichen Fragmentierungen der jeweiligen Verbindungen erzeugt werden. Dies hat zur Folge, dass zur Analyse einer Substanz bzw. ihrer Enantiomere nur eine bestimmte Fragmentierungsart untersucht werden kann.
• Aufgabe
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Laserionisationsmassenspektrometrie mittels zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung sowie ein Verfahren zur Unterscheidung von Enantiomeren mit Hilfe dieser Vorrichtung bereitzustellen, welches auch zur Anwendung in zuvor unbekannten Substanzgemischen geeignet ist und ohne vorgeschaltete Trennverfahren auskommt.
• Lösung der Aufgabe
• Die Aufgabe der Bereitstellung einer neuen Vorrichtung zur Laserionisationsmassenspektrometrie mittels zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung umfassend
• – eine fs-Laserstrahlungsquelle, bei der es sich um ein Lasersystem zur Erzeugung von Laserpulsen im Femtosekundenbereich handelt, dessen Laserpulsdauer (τ) bezogen auf einen bandbreitenbegrenzten (Fourier-transformlimited) Puls kleiner oder gleich 200 fs und dessen Zentralwellenlänge (λ) 200 nm bis 1.100 nm beträgt,
• – einen Probeneinlass,
• – eine Ionenquelle, wobei hierunter derjenige Ort innerhalb der Hauptkammer des Massenspektrometers verstanden wird, an dem die Analyten der Probe durch Wechselwirkung mit der fokussierten Femtosekundenlaserstrahlung ionisiert werden,
• – einen Flugzeit-Massenanalysator,
• – einen Ionendetektor, wobei sich Probeneinlass, Ionenquelle, Massenanalysator und Ionendetektor in der evakuierten Hauptkammer eines Massenspektrometers befinden;
• – einem elektronischen Messgerät zur Aufzeichnung der vom Ionendetektor generierten Signale,
• – einem Computer zur Auswertung und Speicherung der empfangenen Signale, wobei
• – die spektrale Bandbreite der zur Ionisation eingesetzten Femtosekundenlaserpulse größer als 40 nm ist,
• – die Laserpulse zur Erzeugung zirkularer Polarisation durch Viertelwellenplättchen geleitet werden, die ein Wechseln zwischen rechts- und links-zirkular polarisiertem Licht gestatten, wobei die Viertelwellenplättchen derart gelagert sind, dass sie von einem computergesteuerten Schrittmotor drehbar sind,
• – die so erhaltene zirkular polarisierte Femtosekundenlaserstrahlung mit Hilfe einer Strahlführungsoptik über ein Laserfenster in die Hauptkammer des Massenspektrometers gelenkt und mit Hilfe einer Fokussierungsoptik fokussiert wird, wobei ein Polarisator zur Überprüfung des Polarisationszustandes vorgesehen ist.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das damit durchführbare Verfahren überwinden die Nachteile des Standes der Technik, indem erstmals spektral breitbandige Circulardichroismus-Spektroskopie (CD-Spektroskopie) und Massenspektrometrie dergestalt miteinander kombiniert werden, dass eine Trennung von Substanzgemischen nicht mehr erforderlich ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren werden fs-Laserpulse eingesetzt, deren zeitliche Pulsdauer bezogen auf einen bandbreitenbegrenzten Puls kürzer als 200 fs ist und deren spektrale Bandbreite dementsprechend groß ist. Die Pulsdauer ist beim Femtosekundenlaser etwa um einen Faktor 10⁶ kleiner als bei einem Nanosekundenlaser. Es ergeben sich erreichbare Spitzenintensitäten von 10¹² W/cm² und größer. Dies ermöglicht eine sehr effiziente Ionisation der Probe. Die so erzeugten Ionen werden unmittelbar massenspektrometrisch analysiert. Die Enantiomeren-spezifische Licht-Materie-Wechselwirkung wird direkt zur Ionisation genutzt, so dass eine Trennung von Substanzgemischen nicht mehr erforderlich ist.
• Die vorliegende Erfindung stellt erstmals eine Kombination zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung mit der Laserionisationsmassenspektrometrie (LIMS) in einer circulardichroischen Anwendung bereit.
• Bisher bekannte CD-Spektrometer betrachten Einphotonenanregungen der zu untersuchenden Probe und verwenden als Lichtquelle im Allgemeinen zeitlich kontinuierliche UV-VIS-NIR-Lampen. Wegen der zu geringen Lichtintensität ist eine Ionisation der Probenmoleküle nicht möglich. Daher ist hier ein separates Verfahren notwendig, um die chemische Identität der Probe zu bestimmen. Im Falle von Substanzgemischen ist zudem vorher eine Trennung des Gemisches in Einzelsubstanzen erforderlich.
• Dagegen werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren fs-Laserpulse eingesetzt. Dabei ist die Laserpulsdauer (τ), bezogen auf einen bandbreitenbegrenzten (Fourier-transform-limited) Puls kleiner oder gleich 200 fs. Bei Annahme eines zeitlich Gauss-förmigen Pulsprofils entspricht dies einer Frequenzunschärfe von 2,2 THz. Bei einer Zentralwellenlänge (λ) von 800 nm entspricht dies einer spektralen Bandbreite (BB, volle Breite bei der Hälfte des Maximums) in der Wellenlängendomäne von größer oder gleich 5 nm, bei 200 nm einer BB von größer oder gleich 0,3 nm und bei 1.100 nm einer BB von größer oder gleich 9 nm. Dem Fachmann ist bekannt, dass kürzest mögliche Pulsdauer (τ) und zugehörige spektrale Bandbreite eines Lasers einander umgekehrt proportional sind. Ihm ist auch bekannt, wie bei gegebener spektraler Bandbreite die zugehörige kürzest mögliche Pulsdauer ermittelt werden kann.
• Diese Pulse dienen als Grundlage zur Erzeugung von Laserstrahlung in dem für die eigentliche Messung benötigten Spektralbereich, der im Allgemeinen nicht dem Spektralbereich der Pulse entspricht.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Laserionisationsmassenspektrometrie mittels zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Unterscheidung von Enantiomeren mit Hilfe dieser Vorrichtung sind nachfolgend erläutert, wobei die Erfindung alle nachfolgend aufgeführten bevorzugten Ausführungsformen einzeln und in Kombination miteinander umfasst.
• Überraschend wurde gefunden, dass die Licht-Materie-Wechselwirkung auch bei Verwendung von Femtosekundenlaserpulsen, die sich direkt zur Ionisation nutzen lassen, Enantiomeren-spezifisch ist. Dadurch ist es erstmalig möglich, Enantiomeren zu unterscheiden und zu identifizieren, ohne dass eine Trennung von Substanzgemischen erforderlich ist.
• Hierbei werden zirkular polarisierte ultrakurze Femtosekundenlaserpulse (fs-Laserpulse) eingesetzt, deren Zentralwellenlängen im Bereich zwischen 200 nm und 1.100 nm liegen.
• Die zur Ionisierung eines bestimmten Analyten passende Wellenlänge muss jedoch nicht vorab bekannt sein.
• Erfindungsgemäß wird die zu untersuchende Probe mit zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung ionisiert, deren spektrale Bandbreite größer als 40 nm ist. Femtosekundenlaserstrahlung, deren spektrale Bandbreite größer als 40 nm ist, wird nachfolgend als „breitbandige Femtosekundenlaserstrahlung” oder „Laserstrahlung mit großer spektraler Bandbreite” bezeichnet. Diese breitbandige Strahlung wird verwendet, um die zu untersuchende Probe zu ionisieren. In dieser Ausführungsform ist es nicht erforderlich, dass die zur Ionisierung eines bestimmten Analyten passende Wellenlänge vorab bekannt ist, da auf Grund der großen spektralen Bandbreite die für das jeweilige zu untersuchende Molekül passenden Wellenlängen intrinsisch enthalten sind. Dies gilt insbesondere für spektrale Bandbreiten größer als 100 nm, die nachfolgend im Einklang mit der im Stand der Technik üblichen Bezeichnung als „Weißlichtkontinuum” bezeichnet werden.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die zu untersuchende Probe mit zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung ionisiert, bei deren spektraler Bandbreite es sich um ein Weißlichtkontinuum handelt, d. h. bei dem die Bandbreite größer als 100 nm ist.
• Unabhängig davon, ob die zirkular polarisierte Femtosekundenlaserstrahlung, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem zugehörigen, nachfolgend erläuterten Verfahren verwendet wird, große oder kleine Bandbreiten aufweist, liegen die Zentralwellenlängen dieser Femtosekundenlaserpulse im Bereich zwischen 200 nm und 1.100 nm.
• Weißlicht-Laserstrahlung in einem breiten Spektralbereich zwischen 200 nm und 1.100 nm kann beispielsweise – wie nachfolgend erläutert – durch die Wechselwirkung der Strahlung mit Edelgas („Filamentbildung”, „Selbst-Phasenmodulation”) erzeugt werden.
• Soll dagegen mit Laserpulsen einer Bandbreite kleiner oder gleich 40 nm gemessen werden, so lassen sich mit den Femtosekundenlaserpulsen weitere Lasersysteme optisch pumpen, wobei in den weiteren Lasersystemen durch optisch parametrische Prozesse Licht anderer Wellenlänge entsteht und verstärkt wird (Optische parametrische Verstärker).
• In der vorliegenden Erfindung bezeichnet „Analyt” eine einzelne zu untersuchende Substanz. Dabei kann jeder dieser Analyten unabhängig von den anderen chemischer, biologischer oder biochemischer Natur sein.
• Bei der zu untersuchenden Probe kann es sich um einen einzigen Analyten oder um ein Gemisch mehrerer Analyten handeln, wobei jeder in der Probe enthaltene Analyt enantiomerenrein oder als Enantiomerengemisch vorliegen kann.
• Bei allen Ausführungsformen wird die Probe mit Hilfe von zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung ionisiert. Die so erhaltenen Ionen werden unmittelbar massenspektrometrisch analysiert.
• Bei der hier vorgestellten Vorrichtung und dem damit durchführbaren Verfahren garantiert der Femtosekundenlaserpuls die Intensität, die zur Ionisation und Fragmentierung der zu untersuchenden Substanzen notwendig ist. Während der Bestrahlung mit den Femtosekundenlaserpulsen wird zwischen RCPL und LCPL gewechselt, d. h. zwischen rechts- und links-zirkular polarisiertem Licht (right/left circularly polarized light), und die jeweilige Ionenausbeute gemessen.
• Es ist bekannt, dass alle optisch aktiven Substanzen unterschiedliche Absorptionskoeffizienten für rechts- bzw. links-zirkular polarisiertes Licht besitzen. Der Einfluss des Circulardichroismus macht sich in der Intensität des Ionensignals bemerkbar, da der CD-Effekt zu unterschiedlichen Ionenausbeuten der Enantiomeren führt und sich daher unterschiedliche CD-Werte bestimmen lassen. Zudem besitzt jedes Fragmention einer Substanz einen spezifischen CD-Wert.
• Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich Massentrennung und CD-Effekt gleichzeitig, so dass eine Trennung von Substanzgemischen nicht notwendig ist.
• Erfindungsgemäß handelt es sich bei der Strahlungsquelle um ein Lasersystem zur Erzeugung von Laserpulsen im Femtosekundenbereich. Hierfür werden solche Lasersysteme ausgewählt, deren Pulsdauer kleiner oder gleich 200 Femtosekunden bezogen auf einen bandbreitenbegrenzten (Fourier-transform-limited) Puls beträgt. Geeignet sind beispielsweise, aber nicht erschöpfend, Ti:Saphir-Laser.
• Die Mittel zur Erzeugung von Femtosekundenlaserstrahlung im Bereich der Wellenlängen von 200 nm bis 1100 nm werden ausgewählt aus nichtlinearen optischen Wechselwirkungsprozessen, mit denen die spektrale Lage verschoben und die spektrale Breite der Ausgangspulse vergrößert werden kann, wie der Wechselwirkung innerhalb eines Plasma-Filaments, gasgefüllten Hohlfasern oder der Weißlichterzeugung durch Selbstphasenmodulation in Flüssigkeiten oder Festkörpern.
• In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Mitteln zur Erzeugung breitbandiger Femtosekundenlaserstrahlung um ein oder mehrere Plasma-Filamente.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Mitteln zur Erzeugung breitbandiger Femtosekundenlaserstrahlung um gasgefüllte Hohlfasern. Bei den Hohlfasern handelt es sich um eine einzige Hohlfaser oder um zwei nacheinander durchlaufene Hohlfasern. Das Füllgas in diesen gasgefüllten Hohlfasern ist ein Edelgas.
• Erfindungsgemäß wird die zirkulare Polarisation der Laserpulse beispielsweise mit Hilfe eines Fresnelrhombus, eines K-Prismas, einer Viertelwellenplatte, eines photoelastischen Modulators, zweier Pockelszellen oder einer Pockelszelle in Verbindung mit einer Viertelwellenplatte erzeugt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform wird die zirkulare Polarisation der Laserpulse mit Hilfe einer Pockelszelle in Verbindung mit einer Viertelwellenplatte erzeugt.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die zirkulare Polarisation der Laserpulse mit Hilfe eines Fresnelrhombus erzeugt. Die Verwendung eines Fresnelrhombus führt zu einem Strahlversatz, der durch Umlenkoptik kompensiert werden muss. Diese Kompensation des Strahlversatzes bei Verwendung eines Fresnelrhombus ist dem Fachmann bekannt und kann ohne den Schutzbereich der Patentansprüche zu verlassen angewendet werden.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die zirkulare Polarisation der Laserpulse mit Hilfe eines photoelastischen Modulators erzeugt. Dem Fachmann ist bekannt, dass photoelastische Modulatoren eine Synchronisation von Laserpulszug und Modulatorfrequenz bzw. Phasenlage der Modulation erfordern. Dies geschieht dadurch das die Injektion des zu verstärkenden Pulses aus dem Oszillatorlaser des Lasersystems in den Verstärkerlaser nicht über die Teilerschaltung des Verstärkerlasers sondern über eine Tor-Schaltung gesteuert durch den photoelastischen Modulator erfolgt, und der Fachmann kann diese Methoden der Synchronisation anwenden, ohne den Schutzbereich der Patentansprüche zu verlassen.
• Besonders bevorzugt wird die zirkulare Polarisation des Femtosekundenlaserstrahls durch Transmission der Pulse durch ein Viertelwellenplättchen erreicht. Abhängig vom Winkel zwischen der eingehenden linearen Polarisationsrichtung und der schnellen Achse des Viertelwellenplättchens entsteht so rechts- oder links-zirkular polarisiertes Licht. Das Viertelwellenplättchen wird dabei so gelagert, dass es beispielsweise mit Hilfe einer computergesteuerten mechanischen Vorrichtung gedreht werden kann, um zwischen rechts- und. links-polarisiertem Licht umschalten zu können. Der Polarisationszustand des transmittierten Lichts wird mit Hilfe eines Polarisators überprüft. Die so erzeugten zirkular polarisierten Laserpulse werden innerhalb einer Vakuumapparatur fokussiert, beispielsweise mit Hilfe eines Hohlspiegels.
• Probeneinlass, Ionenquelle, Massenanalysator und Ionendetektor befinden sich in der Hauptkammer des Massenspektrometers.
• Beim Probeneinlass kann es sich beispielsweise, aber nicht erschöpfend, um eine Kapillare oder eine Molekularstrahldüse handeln. Dem Fachmann ist bekannt, durch welche Vorrichtung man die zu analysierende Probe in die Hauptkammer eines Massenspektrometers einführen kann. Er kann diese Vorrichtungen verwenden, ohne den Schutzbereich der Patentansprüche zu verlassen.
• Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter Ionenquelle derjenige Ort innerhalb der Hauptkammer des Massenspektrometers verstanden, an dem die Analyten durch Wechselwirkung mit der fokussierten Femtosekundenlaserstrahlung ionisiert werden.
• Es können dem Fachmann bekannte Massenanalysatoren verwendet werden, beispielsweise Flugzeit-Massenanalysatoren (Time-of-Flight Mass Spectrometer, TOF-MS) und Quadrupol-Massenanalysatoren.
• Dabei ist der TOF-Massenanalysator bevorzugt, da dort im Wesentlichen mit einem Laserpuls das gesamte Flugzeitmassenspektrum gemessen werden kann. Dagegen ist beim Quadrupol-Massenanalysator für jede Masse mindestens ein Laserpuls notwendig, denn im Wechselfeld zwischen den Quadrupol-Stäben findet eine m/z-Selektierung statt, so dass intrinsisch jeweils nur Ionen mit einem definierten Verhältnis m/z von Masse (m) zu Ladung (z) das Feld durchlaufen können. In der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden im Falle des Verhältnisses von Masse zu Ladung auch verkürzend von „Masse” gesprochen.
• Der Ionendetektor wird beispielsweise, aber nicht erschöpfend, ausgewählt aus Mikrokanalplatten (MCP, Micro-Channel Plate), Channeltron, Sekundärelektronenvervielfacher, Daly-type Detektoren, Szintillationszähler. Dabei sind im Falle eines TOF-MS Mikrokanalplatten bevorzugt.
• Das elektronische Messgerät zur Messung und Aufzeichnung der vom Ionendetektor generierten Signale wird beispielsweise, aber nicht erschöpfend, ausgewählt aus einem digitalen Oszilloskop, einem Transientenrekorder, einem Box-Car-Integrator oder einem Digitizer.
• Dabei ist das digitale Oszilloskop bevorzugt.
• Die empfangenen und gemessenen Signale werden mit Hilfe eines Computers gespeichert und ausgewertet.
• Dem Fachmann ist bekannt, dass die Intensität von Laserpulsen gegebenenfalls schwanken kann.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden daher die Flugzeitmassenspektren über mehrere Laserpulse gemittelt, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Weiterhin wird mit einem Strahlteiler ein Teil des Laserpulses auf einen Detektor geführt, der die Intensität des Pulses misst. Im Auswertungsprogramm des Computers werden die zugehörigen Ionenzählraten mit der vorliegenden Pulsintensität korreliert.
• Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass man die empfangenen und gemessenen Signale mit bekannten Signalen vergleichen kann. Die bekannten Signale lassen sich vorteilhaft in einer Datenbank abspeichern. Diese Datenbank enthält CD-Werte und Fragmentierungsmuster bekannter Substanzen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn nicht nur zum jeweiligen Mutterion der bekannten Substanzen ein CD-Wert vorliegt, sondern auch zu den Fragmentionen. Gibt es zu den aktuell empfangenen und gemessenen Signalen unbekannter Substanzen bereits entsprechende Daten in der Datenbank, so lassen sich die unbekannten Substanzen auf diese Weise identifizieren.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Unterscheidung von Enantiomeren mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Femtosekunden-Circulardichroismus-Laserionisationsmassenspektrometrie umfasst folgende Schritte:
• – Erzeugung zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung, wobei die Laserpulse eine Zentralwellenlänge (λ) zwischen 200 nm und 1.100 nm und eine Laserpulsdauer (τ) kleiner oder gleich 200 fs, bezogen auf einen bandbreitenbegrenzten (Fourier-transform-limited) Puls, aufweisen, und wobei zwischen rechts- und links-zirkular polarisiertem Licht gewechselt wird,
• – Einbringen einer zu untersuchenden Probe in die Gasphase,
• – Einführen der zu untersuchenden Probe in die Hauptkammer eines Flugzeit-Massenspektrometers,
• – Bestrahlung der zu untersuchenden Probe und einer oder mehrerer achiraler Referenzsubstanzen mit der zirkular polarisierten Femtosekundenlaserstrahlung, wodurch die in der Probe enthaltenen Substanzen ionisiert werden,
• – Massenanalyse der gebildeten Ionen;
• – Detektion der Ionenausbeuten und der Massen pro Ladung der gebildeten Ionen und Berechnung ihrer CD-Werte,
• – Speicherung der Massenspektren und der zugehörigen CD-Werte,
• – Auswertung der gemessenen Daten, wobei die zu untersuchende Probe zusammen mit einer oder mehreren achiralen Referenzsubstanzen zunächst in die Gasphase eingebracht und anschließend in die Hauptkammmer des Massenspektrometers eingeführt wird, und dass zu den in dem Substanzgemisch enthaltenen Substanzen jeweils der Mutter-Ion-Peak und verschiedene Fragment-Ionen-Peaks detektiert werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Flugzeitmassenspektren wie oben beschrieben über mehrere Laserpulse gemittelt, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.
• Die Auswertung der gemessenen Daten umfasst die folgenden Schritte:
• a) Umrechnung der Flugzeitspektren in Masse-pro-Ladung-Spektren (m/z-Spektren), wobei die Zählrate des Mutterionensignals bei der bekannten Masse als Integral unter dem Flugzeitmassenspektrum und die Flächen unter dem Maximum jeweils für rechts- und links-zirkular polarisiertes Licht berechnet werden,
• b) Ermittlung der aufgezeichneten Massen und der Massenausbeuten der untersuchten Probe für jede untersuchte Wellenlänge sowie für links- und rechts-zirkular polarisiertes Licht, beginnend bei den größten und endend bei den kleinsten Massen,
• c) Identifizierung der zu diesen Massen gehörenden Substanzen durch Vergleich mit Werten aus einer Datenbank,
• d) Wiederholung der Schritte b) und c) für die gleichzeitig in der Apparatur gemessenen achiralen Referenzsubstanzen,
• e) Berechnung des CD-Wertes bezüglich der Ionenausbeuten gemäß CD = 2 (Y_L – Y_R)/(Y_L + Y_R), worin Y_L und Y_R die Ionenausbeuten für links- bzw. rechts-zirkular polarisiertes Licht sind, für den Analyten und die Referenzsubstanzen.
• Bei der Messung werden Flugzeitmassenspektren der zu untersuchenden Probe und einer achiralen Referenzsubstanz für die beiden zirkularen Polarisationen gemessen.
• Im Falle einer chemisch reinen Substanz (zu untersuchende Probe) enthält das Massenspektrum einen Mutter-Ionen-Peak sowie in der Regel Fragment-Ionen-Peaks. Bei einem Substanzgemisch ergibt sich eine Überlagerung von Massenspektren. In den Flugzeitmassenspektren wird über die detektierten Massenpeaks (Mutter-Ionen-Peak plus Fragmentierungsmuster) eine Zuordnung zu einer Substanz möglich. Die Massenpeaks einer optisch aktiven Substanz zeigen unterschiedliche Ionenausbeuten für links- und rechts-zirkular polarisiertes Licht. Aus diesem Unterschied lässt sich ein CD-Wert berechnen. Bestandteil des erfindungsgemäßen Auswertungsverfahrens ist die Ermittlung des CD-Wertes für sämtliche beobachtete Ionen.
• Der CD-Wert einer Substanz berechnet sich nach
  CD = 2(Y_L – Y_R)/(Y_L + Y_R), wobei Y_L und Y_R die Ionenausbeuten für links- bzw. rechts-zirkular polarisiertes Licht sind.
• Die Auswertung, d. h. die Zuordnung von Substanzen zu bestimmten Massenpeaks, beginnt bei der größten beobachteten Masse. Die zu dieser Masse gehörende Substanz wird durch Vergleich mit entsprechenden Werten aus einer Datenbank identifiziert. Die Auswertung arbeitet sich iterativ zu kleineren Massen vor.
• Flugzeit (t) und Masse pro Ladung (m/z) sind durch eine Beziehung miteinander verknüpft: t ~ (m/z)^1/2. Das Flugzeitenspektrum lässt sich damit in ein Masse-pro-Ladung-Spektrum umrechnen. Die Zählrate des Mutterionensignals wird bei der bekannten Masse als Integral unter dem Flugzeitmassenspektrum numerisch berechnet. Die Integrationsgrenzen werden dabei entweder automatisch oder auf Grund der bekannten untersuchten Probensubstanzen manuell gesetzt. Das Auswerteprogramm berechnet die Flächen unter dem Maximum des Mutterionensignals für links- und rechts-zirkular polarisiertes Licht und gibt den CD-Wert bezüglich der Ionenausbeuten CD = 2(Y_L – Y_R)/(Y_L + Y_R) aus.
• Genauso wird für das Mutterionensignal einer gleichzeitig in der Apparatur befindlichen achiralen Referenzsubstanz vorgegangen. Weist diese Substanz einen CD-Wert ungleich Null auf, muss dieser von Intensitäts- und Qualitätsunterschieden des links- und rechts-zirkular polarisierten Lichtes hervorgerufen sein. Dieser CD Wert wird deshalb von dem CD-Wert der chiralen Substanz als Korrektur subtrahiert.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Femtosekundenlaserstrahlung durchgeführt, deren Bandbreite größer als 40 nm ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Zusammensetzung der zu untersuchenden Probe vorab nicht bekannt ist. Im Falle von Proben unbekannter Zusammensetzung ist die Verwendung von Weißlicht-Laserstrahlung ganz besonders bevorzugt.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können zur Identifizierung und Unterscheidung von Enantiomeren verwendet werden. Dabei können R- und S-Enantiomere auch in zuvor unbekannten Substanzgemischen identifiziert und der Anteil jedes Enantiomeren in diesem Gemisch ermittelt werden, ohne dass ein Trennverfahren notwendig wäre. Vorrichtung und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gestatten es, die Aufnahme von Massenspektren und die Bestimmung von CD-Werten simultan durchzuführen.
• Ausführungsbeispiele
• Ausführungsbeispiel 1:
• Laserpulse mit einer Zentralwellenlänge von 800 nm und einer Dauer von 45 Femtosekunden wurden mit Hilfe eines kommerziellen Femtosekundenlaser-Verstärkersystems (ODIN, Fa. Quantronix) erzeugt. Diese Pulse dienten als Grundlage zur Erzeugung von Laserstrahlung in dem für die eigentliche Messung benötigten Spektralbereich. Mit den Verstärkerpulsen wurde ein weiteres Lasersystem (Optischer parametrischer Verstärker, TOPAS, Fa. Light Conversion) optisch gepumpt. Durch zweimalige Frequenzverdoppelung der austretenden sogenannten Signal-Pulse wurden Femtosekundenpulse mit einer Zentralwellenlänge im nahen UV-Bereich von 311 nm und 324 nm sowie durch nur einmalige Frequenzverdopplung Femtosekundenpulse mit einer Zentralwellenlänge von 650. nm erzeugt und verstärkt. Diese Pulse waren für die Untersuchung der Beispielsubstanz Methylcyclopentanon geeignet.
• Die Laserpulse wurden durch Transmission durch ein achromatisches Viertelwellenplättchen zirkular polarisiert. Abhängig vom Winkel zwischen der eingehenden linearen Polarisationsrichtung und der schnellen Achse des Viertelwellenplättchens entsteht so rechts- oder links-zirkular polarisiertes Licht. Das Viertelwellenplättchen wurde so gelagert, dass es mit Hilfe eines Schrittmotors gedreht werden konnte. Das erlaubte ein Umschalten zwischen links- und rechts-zirkular polarisiertem Licht. Die Ausrichtung des Viertelwellenplättchen und der Polarisationszustandes des transmittierten Lichtes wurde mit Hilfe eines Polarisators überprüft. Die so erzeugten zirkular polarisierten Laserpulse wurden mittels einer Strahlführungsoptik durch ein Fenster in eine Vakuumapparatur geführt und innerhalb der Vakuumapparatur mit Hilfe eines Hohlspiegels der Brennweite von 75 mm fokussiert. In der Vakuumapparatur befanden sich ein Flugzeitmassenspektrometer (TOF-Spektrometer) und die gasförmige Probe mit einem Druck von 4 × 10^–6 mbar. Während der eigentlichen Messung wechselwirkte die Laserstrahlung im Fokusbereich des Hohlspiegels mit den Molekülen der gasförmigen Probe, wobei entstehende Ionen mit dem Flugzeitmassenspektrometer detektiert wurden.
• Das Flugzeitmassenspektrum kann über eine quadratische Beziehung in ein Massenspektrum umgerechnet werden. Das bei einer Laserzentralwellenlänge von 650 nm gemessene Massenspektrum von Methylcyclopentanon ist in gezeigt.
• Ausführungsbeispiel 2:
• Laserpulse mit einer Zentralwellenlänge von 800 nm und einer Dauer von 45 Femtosekunden wurden mit Hilfe eines kommerziellen Femtosekundenlaser-Verstärkersystems (ODIN, Fa. Quantronix) erzeugt. Diese Pulse dienten als Grundlage zur Erzeugung von Laserstrahlung in dem für die eigentliche Messung benötigten Spektralbereich. Mit den Verstärkerpulsen wurde ein weiteres Lasersystem (Optischer parametrischer Verstärker, TOPAS, Fa. Light Conversion) optisch gepumpt. Durch zweimalige Frequenzverdoppelung der austretenden sogenannten Signal-Pulse wurden Femtosekundenpulse mit einer Zentralwellenlänge im nahen UV-Bereich von 311 nm und 324 nm sowie durch nur einmalige Frequenzverdopplung Femtosekundenpulse mit einer Zentralwellenlänge von 650 nm erzeugt und verstärkt. Diese Pulse waren für die Untersuchung der Beispielsubstanz Methylcyclopentanon geeignet.
• Die Laserpulse wurden durch Transmission durch ein achromatisches Viertelwellenplättchen zirkular polarisiert. Abhängig vom Winkel zwischen der eingehenden linearen Polarisationsrichtung und der schnellen Achse des Viertelwellenplättchens entsteht so rechts- oder links-zirkular polarisiertes Licht. Das Viertelwellenplättchen wurde so gelagert, dass es mit Hilfe eines Schrittmotors gedreht werden konnte. Das erlaubte ein Umschalten zwischen links- und rechts-zirkular polarisierten Licht. Die Ausrichtung des Viertelwellenplättchen und der Polarisationszustandes des transmittierten Lichtes wurde mit Hilfe eines Polarisators überprüft. Die so erzeugten zirkular polarisierten Laserpulse wurden mittels einer Strahlführungsoptik durch ein Fenster in eine Vakuumapparatur geführt und innerhalb der Vakuumapparatur mit Hilfe eines Hohlspiegels der Brennweite von 75 mm fokussiert. In der Vakuumapparatur befanden sich ein Flugzeitmassenspektrometer (TOF-Spektrometer), die gasförmige Probe und als Referenzsubstanz Xylol mit einem Gesamtdruck von 4 × 10^–6 mbar. Während der eigentlichen Messung wechselwirkte die Laserstrahlung im Fokusbereich des Hohlspiegels mit den Molekülen der Gasphase, wobei entstehende Ionen mit dem Flugzeitmassenspektrometer detektiert wurden.
• Die Ionenausbeuten der Mutterionen von Methylcyclopentanon und Xylol wurden für links- und rechts-zirkular polarisierte Laserstrahlung gemessen. Zur Verbesserung der Genauigkeit der Methode und zur Minimierung von Messartefakten, die sich aus leicht unterschiedlichen linearen Anteilen in den links- und rechts-zirkular polarisierten Pulsen ergeben können wurde die optisch nicht aktive Substanz Xylol simultan gemessen und als Referenz verwendet. Aufgrund der massenselektiven Messung ist die Aufnahme von Ionensignalen mehrerer Substanzen unterschiedlicher Masse möglich. Der Wellenlängen abhängige resultierende oben definierte Circulardichroismus der Ionenausbeuten der Enantiomere des Methylcyclopentanons wurde berechnet und ist in dargestellt.
• Ausführungsbeispiel 3:
• Laserpulse mit einer Zentralwellenlänge von 800 nm und einer Dauer von 45 Femtosekunden wurden mit Hilfe eines kommerziellen Femtosekundenlaser-Verstärkersystems (ODIN, Fa. Quantronix) erzeugt. Diese Pulse dienten als Grundlage zur Erzeugung von Laserstrahlung mittels Filamentbildung.
• Zur Filamentbildung wurden die ursprünglichen Laserpulse der Zentralwellenlänge von 800 nm mit einer Linse der Brennweite von 1 m in eine mit Argon gefüllte Kammer fokussiert. In der 150 cm langen Kammer verbreiterte sich das Spektrum der Pulse aufgrund von Selbstphasenmodulation in einem Filament. Die mit einem Spektrometer gemessene Verbreiterung des Pulsspektrums in Abhängigkeit des Druckes des Argons in der Kammer ist in dargestellt. Ebenfalls dargestellt ist das Spektrum der ursprünglichen Laserpulse mit einer Zentralwellenlänge von 800 nm.
• Bezugszeichenliste

1

Femtosekundenlaser

2

Mittel zur Erzeugung breitbandiger Femtosekunden-Laserstrahlung

3

Mittel zur Erzeugung der zirkularen Polarisation

4

Strahlführungsoptik

5

Fokussierungsoptik

6

Laserstrahl (fokussierter breitbandiger zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahl)

7

Laserfenster

8

Hauptkammer des Massenspektrometers

9

Probeneinlass

10

Ionenquelle

11

Beschleunigungssystem

12

Ionen auf dem Weg zum Ionendetektor

13

Ionendetektor

14

elektronisches Messgerät zur Messung der vom Ionendetektor generierten Signale

15

Computer

16

zur Vakuumpumpe

17

Flugrohr des Flugzeit-Massenspektrometers (TOF)

18

Beschleunigungsstrecke

19

Zugstrecke

20

Linsensystem

21

Driftstrecke

• Abbildungslegenden
• Abb. 1:
• zeigt schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei es sich beim Massenspektrometer um ein Flugzeit-Massenspektrometer (Time of Flight-Mass Spectrometer, TOF-MS) handelt.
• Mit Hilfe des Lasersystems (1) werden Laserpulse im Femtosekundenbereich erzeugt. Die Laserpulse werden durch Mittel zur Erzeugung breitbandiger Femtosekunden-Laserstrahlung (2) und durch Mittel zur zirkularen Polarisation (3) geleitet. Die so erhaltene breitbandige zirkular polarisierte Femtosekunden-Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Strahlführungsoptik (4) in Richtung des Laserfensters (7) gelenkt und mit Hilfe einer Fokussierungsoptik (5) fokussiert. Der fokussierte breitbandige zirkular polarisierte Laserstrahl (6) tritt über das Laserfenster (7) in die Hauptkammer (8) des Massenspektrometers ein. Die Probe gelangt über den Probeneinlass (9) in die Hauptkammer (8) und wird durch den Laserstrahl (6) ionisiert. Mit Hilfe des Beschleunigungssystems (11) werden die Ionen (12) zum Ionendetektor (13) hin beschleunigt. Die vom Ionendetektor (13) erzeugten Signale werden über ein elektronisches Messgerät (14) registriert und mit Hilfe eines Computers (15) ausgewertet.
• Abb. 2
• zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Flugzeit-Massenspektrometer, wie es in den Ausführungsbeispielen 1 bis 2 verwendet wurde. Das Linsensystem (20) bestand aus drei Linsen L1, L2 und L3. Die Zugstrecke (19) zwischen L1 und L2 hatte eine Länge von 1,5 cm, die Spannungsdifferenz ΔU zwischen L1 und L2 betrug 500 V. Die Beschleunigungsstrecke (18) zwischen L2 und L3 hatte ebenfalls eine Länge von 1,5 cm; die Spannungsdifferenz ΔU zwischen L2 und L3 betrug 2 kV. Die Ionenquelle (10) befand sich zwischen L1 und L2. Das Flugrohr (Driftstrecke) (17) hatte eine Länge von 57 cm.
• Beim Ionendetektor (13) handelt es sich um Mikrokanalplatten-Detektoren (MCPs).
• Abb. 3
• zeigt ein mit 650 nm Zentralwellenlänge aufgenommenes Massenspektrum von Methylcyclopentanon. Dabei wurde die Ionenausbeute jedes Fragmentions gegen m/z aufgetragen. Es sind sowohl das Mutterion als auch die Fragmentionen sichtbar.
• Abb. 4
• zeigt den wellenlängig abhängigen resultierenden Circulardichroismus der Ionenausbeuten von Methylcyclopentanon in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
• Es ist
• 
  (R)-(+)-3-Methylcyclopentanon
• 
  racemisches 3-Methylcyclopentanon
• 
  (S)-(+)-3-Methylcyclopentanon
• a: Δε: linearer Circulardichroismus
• Abb. 5
• zeigt die mit einem Spektrometer gemessene Verbreiterung des Pulsspektrums in Abhängigkeit des Druckes des Argons in der Filamentkammer. Ebenfalls dargestellt ist das Spektrum der ursprünglichen Laserpulse mit einer Zentralwellenlänge von 800 nm.
• Es ist

a:

Spektrum des Ausgangspulses

b:

Verbreitertes Spektrum des Pulses für einen Argondruck von 1 bar

c:

Verbreitertes Spektrum des Pulses für einen Argondruck von 2 bar

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Laserionisationsmassenspektrometrie mittels zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung umfassend – eine fs-Laserstrahlungsquelle (1), bei der es sich um ein Lasersystem zur Erzeugung von Laserpulsen im Femtosekundenbereich handelt, dessen Laserpulsdauer bezogen auf einen Puls kleiner oder gleich 200 fs und dessen Zentralwellenlänge 200 nm bis 1.100 nm beträgt, – einen Probeneinlass (9), – eine Ionenquelle (10), wobei hierunter derjenige Ort verstanden wird, an dem die Analyten der Probe durch Wechselwirkung mit der fokussierten Femtosekundenlaserstrahlung ionisiert werden, – einen Flugzeit-Massenanalysator – einen Ionendetektor (13), wobei sich Probeneinlass (9), Ionenquelle (10), Massenanalysator und Ionendetektor (13) in der evakuierten Hauptkammer eines Massenspektrometers befinden; – einem elektronischen Messgerät (14) zur Aufzeichnung der vom Ionendetektor (13) generierten Signale, – einem Computer (15) zur Auswertung und Speicherung der empfangenen Signale, dadurch gekennzeichnet, dass – die spektrale Bandbreite der zur Ionisation eingesetzten Femtosekundenlaserpulse größer als 40 nm ist, – die Laserpulse zur Erzeugung zirkularer Polarisation durch Viertelwellenplättchen geleitet werden, die ein Wechseln zwischen rechts- und links-zirkular polarisiertem Licht gestatten, wobei die Viertelwellenplättchen derart gelagert sind, dass sie von einem computergesteuerten Schrittmotor drehbar sind, – die so erhaltene zirkular polarisierte Femtosekundenlaserstrahlung mit Hilfe einer Strahlführungsoptik über ein Laserfenster in die Hauptkammer des Massenspektrometers gelenkt und mit Hilfe einer Fokussierungsoptik fokussiert wird, wobei ein Polarisator zur Überprüfung des Polarisationszustandes vorgesehen ist.
2. Vorrichtung zur Laserionisationsmassenspektrometrie mittels zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Bandbreite der zur Ionisation eingesetzten Femtosekundenlaserpulse größer als 100 nm ist, so dass es sich dabei um ein Weißlichtkontinuum handelt.
3. Vorrichtung zur Laserionisationsmassenspektrometrie mittels zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugzeitmassenspektren über mehrere Laserpulse gemittelt werden und weiterhin mit Hilfe eines Strahlteilers ein Teil des Laserpulses auf einen Detektor geführt wird, der die Intensität dieses Pulses misst, und im Auswertungsprogramm des Computers die zugehörigen Ionenzählraten mit der vorliegenden Pulsintensität korreliert werden.
4. Verfahren zur Unterscheidung von Enantiomeren mit Hilfe der Femtosekunden-Circulardichroismus-Laserionisationsmassenspektrometrie umfassend folgende Schritte: – Erzeugung zirkular polarisierter Femtosekundenlaserstrahlung, wobei die Laserpulse eine Zentralwellenlänge zwischen 200 nm und 1.100 nm und eine Laserpulsdauer kleiner oder gleich 200 fs, bezogen auf einen bandbreitenbegrenzten Puls, aufweisen, und wobei zwischen rechts- und links-zirkular polarisiertem Licht gewechselt wird, – Einbringen einer zu untersuchenden Probe in die Gasphase, – Einführen der zu untersuchenden Probe in die Hauptkammer eines Flugzeit-Massenspektrometers, – Bestrahlung der zu untersuchenden Probe mit der zirkular polarisierten Femtosekundenlaserstrahlung, wodurch die in der Probe enthaltenen Substanzen ionisiert werden, – Massenanalyse der gebildeten Ionen, – Detektion der Ionenausbeuten und der Massen pro Ladung der gebildeten Ionen und Berechnung ihrer CD-Werte, – Speicherung der Massenspektren und der zugehörigen CD-Werte, – Auswertung der gemessenen Daten, dadurch gekennzeichnet, dass die zu untersuchende Probe zusammen mit einer oder mehreren achiralen Referenzsubstanzen zunächst in die Gasphase eingebracht und anschließend in die Hauptkammer des Massenspektrometers eingeführt und mit zirkular polarisiertem Licht bestrahlt wird, und dass zu den in dem Substanzgemisch enthaltenen Substanzen jeweils der Mutter-Ion-Peak und verschiedene Fragment-Ionen-Peaks detektiert werden.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zirkular polarisierte Femtosekundenlaserstrahlung eine Bandbreite größer als 40 nm aufweist.
6. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2 sowie des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 4 bis 5 zur Identifizierung und Unterscheidung von Enantiomeren.

Images