DE102020120394B4

DE102020120394B4 - Desorptions-Ionenquelle mit Dotiergas-unterstützter Ionisierung

Info

Publication number: DE102020120394B4
Application number: DE102020120394.2A
Authority: DE
Inventors: Christoph Bookmeyer; Jens Soltwisch; Klaus Dreisewerd
Original assignee: Bruker Daltonics GmbH and Co KG
Current assignee: Bruker Daltonics GmbH and Co KG
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2040-08-04
Also published as: GB202110747D0; US20220037142A1; GB2603224A; US11527397B2; DE102020120394A1; CN114068288A; GB2603224B

Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen aus einer deponierten Probe, aufweisend:
- eine Kammer, die angeordnet und ausgelegt ist, die deponierte Probe in einer konditionierten Umgebung zu bewahren, wobei die konditionierte Umgebung ein Dotiergas aufweist,
- eine Desorptionseinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, die deponierte Probe mittels eines Energieschubs in der Kammer zu desorbieren,
- eine Ionisierungseinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, die desorbierte Probe in der Kammer zwecks Ionisierung mittels kohärenter elektromagnetischer Wellen zu durchstrahlen, die so gewählt sind, dass das Dotiergas für sie empfänglich ist, und
- eine Abziehvorrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, Ionen aus der desorbierten Probe herauszuziehen und in einen Analysator zu überführen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen aus einer deponierten Probe, insbesondere für analytische Systeme (z.B. Mobilitätsspektrometer, Massenspektrometer und kombinierte Mobilitäts-Massenspektrometer) und Anwendungen zur weiteren Untersuchung der erzeugten Ionen.
Hintergrund der Erfindung
Der Stand der Technik wird im Folgenden mit Bezug auf einen speziellen Aspekt erläutert. Dies soll jedoch nicht als Einschränkung verstanden werden. Nützliche Fortentwicklungen und Änderungen vom aus dem Stand der Technik Bekannten können auch über den vergleichsweise engen Rahmen dieser Einleitung hinaus anwendbar sein und werden sich geübten Praktikern auf diesem Gebiet nach der Lektüre der nachfolgenden Offenbarung umstandslos erschließen.
Die Lasermassenspektrometrie ist eine vielfältig eingesetzte Nachweismethode in der chemischen, biochemischen und biomedizinischen Analytik. Wie in Literatur und vielfältigen Applikationsbeispielen gut dokumentiert ist, lassen sich bspw. mittels Laserdesoptions/ionisations-Massenspektrometrie (LDI-MS)-Techniken insbesondere Biomoleküle aus einer Vielzahl von Molekülklassen (wie Peptide, Lipide, Oligosaccharide) markierungsfrei nachweisen. Auch der Nachweis von z.B. Pharmazeutika und technischen Polymeren wird häufig mittels LDI-MS durchgeführt, was hier am Beispiel der Matrix-unterstützten LDI-MS (MALDI-MS) näher erläutert werden soll:
Eine besonders wichtige Anwendung der MALDI (neben anderen) stellt der räumlich aufgelöste Nachweis der Biomoleküle (oder Pharmazeutika) aus Gewebeschnitten dar. Die bildgebende MALDI-Massenspektrometrie wird häufig als MALDI-MSI (für MS Imaging) bezeichnet. Wegen der eingeschränkten Probenmengen pro bestrahltem Pixel kommt in der MALDI-MSI einer hohen Nachweisempfindlichkeit (Sensitivität) besondere Bedeutung zu.
Um die Ausbeuten an ionisierten Molekülen zu steigern, d.h. möglichst viele der mittels des Lasers abgetragenen Biomoleküle mit Ladung zu versehen, wurde von einer Arbeitsgruppe an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster in 2015 die sogenannte MALDI-2-Technik (oder MALDI mit laserinduzierter Nachionisation) eingeführt (Soltwisch et al., Science 348, 211-215). In der MALDI-2 werden sekundäre MALDI-artige Ionisationsprozesse in der Gasphase (d.h. in einer speziell konstruierten Ionenquelle, die bei einem Restgasdruck von einigen Hektopascal an Stickstoff betrieben wird) durch einen zweiten Laserstrahl initiiert. Hierdurch können die Nachweisgrenzen der hochauflösenden bildgebenden Massenspektrometrie für eine Vielzahl wichtiger Biomoleküle (insbesondere Phospho- und Glykolipide, Sterole, Glykane, sekundäre Metabolite, fettlösliche Vitamine) um zwei Größenordnungen und mehr verbessert werden.
Inzwischen wurden laserbasierte MALDI-2-Ionenquellen an den Ionenquellen von hybriden Massenspektrometern dreier Hersteller erfolgreich etabliert: Synapt G2-S (Waters/Micromass, Manchester, UK), Orbitrap® (Thermo Fisher Scientific, Bremen, Deutschland, mit dual-Ionentrichterquellen der Fa. Spectroglyph, Kennewick, WA, USA) und timsTOF fleX (Bruker Daltonik GmbH, Bremen, Deutschland).
Es konnte gezeigt werden, dass eine laserbasierte Nachionisation in einigen Fällen auch durch matrix-freie Desorption möglich ist, z.B. bei Verwendung eines Infrarotlasers (Brockmann et al., Vortrag auf der OurCon VII Tagung , St. Malo, Frankreich, 28.-31. Oktober 2019).
In weiteren Studien der Münsteraner Arbeitsgruppe wurden weitere (Nach-)Ionisationsmodule erfolgreich getestet, insbesondere die mittels eines dielektrisch behinderten Plasmas in Kombination mit MALDI-MSI (Soltwisch et al., Vortrag auf der 22sten International Mass Spectrometry Conference, Florenz, Italien, 26.-31. August 2018). Außerdem konnte durch initiale Anregung der Materialwolke einer ohne Laserdesorption ausgegasten Probe durch hochenergetische Photonen aus Krypton-Entladungslampen, die bei Wellenlängen von knapp unter 124 Nanometern abstrahlen (eine Linie bei 123,9 Nanometern, -80%, und eine Linie bei 116,9 Nanometern, -20%) und daher Einzelphotonenionisation von Molekülen in der Gasphase erzielen, Ionisation in der Gasphase hervorgerufen werden (Bookmeyer et al., Posterpräsentation auf der 52sten Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Massenspektrometrie (DGMS), Rostock, Deutschland, 10.-13. März 2019).
In einer weiteren Studie wurde kürzlich die Kombination von MALDI-MSI und dieser Single-Photon Induced Chemical Ionization (SPICI) genannten Technik gezeigt (Bookmeyer et al., Vortrag auf der 67sten Jahrestagung der American Society for Mass Spectrometry (ASMS), Atlanta, GA, USA, 2.-6. Juni 2019). Die hochenergetischen Vakuumultraviolett-(VUV)-Photonen wurden dabei von drei Krypton-Entladungslampen über einen weiten Raumwinkelbereich auf den Ablationsort gerichtet. Diese an einer Spectroglyph-Orbitrap®-Kombination durchgeführten Experimente erbrachten Verbesserungen für die bildgebende MALDI-MS in einer ähnlichen Größenordnung wie für die MALDI-2 mit gepulsten UV-Nachionisationslasern.
Erheblich verbessert werden konnten die durch SPICI generierten Ionenausbeuten sowohl für volatile organische Verbindungen (volatile organic compounds, VOC) und semivolatile Verbindungen (sVOC), als auch für laserdesorbierte Moleküle durch Einleitung eines Dopantgases (z.B.: Aceton, Toluol, Anisol, Chlorbenzol, Isopropanol). Diese Dopanten sind aus der Photo-Ionisation bei Atmosphärendruck (Atmospheric Pressure Photolonization, APPI) bekannt, auch in Kombination mit einer vorherigen Laserdesorption, siehe US 2011/0049352 A1 . Photonen mit etwa zehn Elektronenvolt, wie sie in Krypton-Entladungslampen entstehen, reichen energetisch dabei bereits für die Einzelphotonenionisierung derartiger Dopanten aus. Auch bspw. in Studien zur Plasma-basierten Ionisation wurden Dopanten zur Signalverbesserung bereits gezeigt (W. Chen et al., Analyst, 2015, 140, 6025).
Aus der Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS), wo ein Primärionenstrahl auf eine abgelagerte Probe gerichtet wird und durch den Aufprall gesputterte Sekundärionen erzeugt, die dann untersucht werden, ist überdies bekannt, gesputterte Neutralatome und - moleküle mittels eines Laserstrahls nachzuionisieren, um die Ionisierungsausbeute zu erhöhen, siehe beispielsweise JP H1114571 A (Hitachi). Allerdings wirken die Photonen des Nachionisierungs-Laserstrahls unmittelbar auf die gesputterten Neutralatome und -moleküle ein. Ferner ist die Ausführung von SIMS auf eine Hochvakuumumgebung (< 10^-3 Hektopascal) angewiesen.
Auch wenn mittels Nachionisierung in einem MALDI-2-Experiment, einem Laser-SIMS-Aufbau oder mittels MALDI-SPICI bereits deutlich verbesserte Nachweisgrenzen erzielt werden können, steht zu vermuten, dass für viele Molekülklassen immer noch nur ein Bruchteil des abgetragenen Materials auch ionisiert wird und damit nachgewiesen werden kann.
Die Patentveröffentlichung US 2013/0026359 A1 betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen und Analysieren von Ionen, um Proben direkt ohne Probenvorbereitung zu analysieren. Die gasförmigen neutralen Moleküle werden unter Atmosphärendruck durch ein Desorptionsverfahren desorbiert. Die desorbierten Neutralmoleküle werden dann in einen Niederdruckbereich überführt, wo sie durch einen Strom aus einer Elektrosprüh-Sondenspitze oder durch Photonen aus einer Vakuum-UV-Quelle nachionisiert werden. Die erzeugten Ionen werden dann in einem zeitlich variierenden elektrischen Feld in der Niederdruckkammer fokussiert, bevor sie zur weiteren Analyse in ein Massenspektrometer oder Ionenmobilitätsspektrometer transferiert werden.
Es besteht daher ein Bedarf an einer substantiellen weiteren Sensitivitätssteigerung der LDI-MS und LDI-MSI, etwa durch MALDI-2-MSI sowie weiterer Nachionisationsmodalitäten. Weitere von der Erfindung zu lösende Aufgaben ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres bei der Lektüre der nachfolgenden Offenbarung.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen aus einer deponierten Probe, aufweisend: - eine Kammer, die angeordnet und ausgelegt ist, die deponierte Probe in einer konditionierten Umgebung zu bewahren (insbesondere bei einem Druck höher als Hochvakuum, > 10^-3 Hektopascal, z.B. Feinvakuum bis zu Atmosphärendruck), wobei die konditionierte Umgebung ein Dotiergas aufweist, - eine Desorptionseinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, die deponierte Probe mittels eines Energieschubs in der Kammer zu desorbieren, - eine Ionisierungseinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, die desorbierte Probe in der Kammer zwecks Ionisierung mittels kohärenter elektromagnetischer Wellen zu durchstrahlen, die so gewählt sind, dass das Dotiergas für sie empfänglich ist, insbesondere um die Ionisierung über eine photochemische Anregung der Dotiergasmoleküle und anschließendem Ladungsträgerübertrag auf desorbierte Probenmoleküle herbeizuführen, und - eine (mit elektrischen Spannungen unterstützte) Abziehvorrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, Ionen aus der desorbierten Probe herauszuziehen und in einen Analysator zu überführen.
Der Analysator kann ein mittelbar über zwischengeschaltete Ionenführungen oder unmittelbar mit der Vorrichtung verbundener Mobilitätsanalysator, Massenanalysator oder kombinierter Mobilitäts-Massenanalysator sein. Als Massenanalysatoren kommen z.B. Flugzeit-Analysatoren (mit axialem oder orthogonalem Einschuss, mit linearer oder Reflektorgewendeter Flugstrecke), Quadrupol-Filter, Quadrupol-Ionenfallen (2D oder 3D), Zyklotronresonanz-Analysatoren oder Analysatoren des Kingdon-Typs wie die Orbitrap® in Frage. Mögliche Mobilitätsanalysatoren sind beispielsweise Driftröhren-Analysatoren mit linearem Gleichspannungsgradient bei (weitgehend) ruhendem Gas, Wanderwellen-Mobilitätsanalysatoren („TWIMS“) der Waters Corporation oder Speicher-Ionenmobilitäts-Analysatoren („TIMS“) der Bruker Daltonik GmbH.
Bei der deponierten Probe kann es sich um eine flächige Probe wie einen Gewebedünnschnitt handeln, deren Molekülgehalt ortsaufgelöst vermessen wird, um eine Verteilungskarte von interessierenden Molekülen, z.B. Biomolekülen wie Peptiden, Lipiden (Phospho- und Glykolipiden), Oligosacchariden, Sterolen, Glykanen, sekundären Metaboliten oder fettlöslichen Vitaminen aber auch anderen, gegebenenfalls gewebefremden Molekülen wie medizinischen Wirkstoffen (Pharmazeutika), zu erstellen. Ebenso ist es möglich, vereinzelte Proben oder Präparationen zu untersuchen, wie sie beispielsweise auf den für MALDI bekannten AnchorChip-Platten vorbereitet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Dotiergas gewählt sein aus den Gruppen: (i) polar aprotische Lösungsmittel wie Aceton, Anisol und Chlorbenzol, (ii) polar protische Lösungsmittel wie Isopropanol und/oder (iii) unpolare Lösungsmittel wie Toluol. Der dem Dotiergas zu Grunde liegende Dotierstoff ist bei den gewählten Druckbedingungen, z.B. im Feinvakuum oder bei/nahe Atmosphärendruck, bevorzugt flüchtig. Das Dotiergas lässt sich dadurch erzeugen, dass der Dampf (die Gasphase) über einer Flüssigkeitsoberfläche des Dotierstoffs im flüssigen Zustand aus einem Behälter abgesaugt und in die konditionierte Umgebung, vorzugsweise durch geheizte Leitungen, eingeführt wird, z.B. mittels einer Spritzenpumpe, oder dorthin einem Konzentrationsgradienten folgend diffundieren kann.
Eine photochemische Anregung des Dotiergases könnte beispielsweise durch eine initiale Einphotonenanregung in Form eines n→π*-Übergangs einer Carbonylgruppe erfolgen, z.B. bei Aceton, dessen UV-Absorptionsspektrum bei etwa 270 Nanometern ein Maximum aufweist, auf den dann durch noch ungeklärte Prozesse Ionisierung mittelbar folgt. Dies würde die nach der Erfindung vorgesehenen Ionisationsprozesse mit elektromagnetischen Wellen von Prozessen der Einphotonenionisierung abgrenzen, bei der die Absorption eines Photons unmittelbar zu einer Überschussladung am Molekül führt, wie es z.B. bei sehr hochenergetischem Licht der Emissionslinien von Krypton-Entladungslampen (Wellenlänge < 124 Nanometer) der Fall ist.
Die Kombination einer Nachionisationsmodalität wie dem Durchstrahlen der desorbierten Probe mit kohärenten elektromagnetischen Wellen (z.B. mit gepulster intensiver Laserstrahlung wie bei MALDI-2) mit einem chemischen, gasförmig in eine Desorptions-Ionenquelle eingebrachten Dotiergas führt zur Anregung des Dotiergases durch die Nachionisationsmodalität, so dass zusätzliche Ladungsträger für eine Ionisierung der neutralen Moleküle in der desorbierten Probe zur Verfügung stehen. Diese können dann zusätzlich zu etwaig bereits vorhandenen Ladungsträgern (z.B. protonierte Matrixmoleküle bei MALDI-Desorption) auf die Analytmoleküle übertragen werden und führen so zu einer Signalsteigerung. Es ist bevorzugt, eine Wellenlänge der (kohärenten) elektromagnetischen Wellen jenseits des VUV-Bereichs (-5 bis 190 Nanometer) zu wählen, so dass keine Einphotonenionisation des Dotiergases stattfindet; vorzugsweise ist sie größer als 140 Nanometer, beispielsweise 266 Nanometer wie sie durch Frequenzvervierfachung einer nah-infraroten Ausgangswellenlänge von 1064 Nanometern erzeugt werden kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kammer eine Zuführeinrichtung aufweisen, die angeordnet und ausgelegt ist, ein reaktionsträges Gas, wie z.B. molekularen Stickstoff N₂, als Puffergas für die konditionierte Umgebung einzutragen. Grundsätzlich kann die Kammer auf einem Druck gehalten werden, der Atmosphärendruck entspricht oder nahekommt. Vorzugsweise ist die Zuführeinrichtung angeordnet und ausgelegt, dem Puffergas das Dotiergas beizumengen. Die Beimengung kann vor dem Eintritt in die Kammer erfolgen, so dass ein Gemisch aus Puffergas und Dotiergas eintritt, oder auch über einen separaten Einlass, so dass sich die Mischung aus Puffergas und Dotiergas erst in der Kammer einstellt. In beiden Fällen können die entsprechenden Gasleitungen (moderat) geheizt sein, um Kondensation und/oder Resublimation zu erschweren oder ganz zu verhindern.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kammer an eine Unterdruckquelle zum Evakuieren der Umgebung der deponierten Probe angeschlossen sein. Die Unterdruckquelle kann angeordnet und ausgelegt sein, einen Druck aufrechtzuerhalten, der substantiell größer als ein Hochvakuum (> 10^-3 Hektopascal) und geringer als etwa 10² Hektopascal ist. Eine in diesem Druckbereich betriebene Ionenquelle lässt sich insbesondere bezüglich der Ionenübertragung sehr einfach und effizient mit einem Mobilitätsanalysator koppeln, der sich in einem ähnlichen Druckregime gut betreiben lässt. Ein Partialdruck des Dotiergases im Verhältnis zum Gesamtdruck kann zwischen 0,2% und 50%, insbesondere zwischen 2% und 20%, liegen, beispielsweise zwei Hektopascal Dotiergas-Partialdruck in Relation zu zwanzig Hektopascal Gesamtdruck bzw. zwei Hektopascal Dotiergas-Partialdruck in Relation zu vier Hektopascal Gesamtdruck. Je nach Anordnung in der Ionenquelle kann der Dotiergas-Partialdruck jedoch auch jenseits dieser Grenzen liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Desorptionseinrichtung angeordnet und ausgelegt sein, einen energetischen Strahl auf die deponierte Probe zu richten, um den Energieschub auszulösen. Vorzugsweise ist der energetische Strahl ein gepulster Laserstrahl, um die deponierte Probe zu ablatieren. Dabei bietet sich die Aufbereitung der Probe mit einer MALDI-Matrixsubstanz an, da diese durch ihre Absorptionseigenschaften, insbesondere im ultravioletten Spektralbereich (z.B. bei 349 Nanometern Wellenlänge), die Ablation fördert. Beispiele für UV-empfängliche MALDI-Matrixsubstanzen sind 2,5-Dihydroxyacetophenon (DHAP), 2,5-Dihydroxybenzoesäure (DHB), α-Cyano-4-hydroxyzimtsäure (HCCA) oder Sinapinsäure (SA). Der gepulste Desorptions-Laserstrahl hat eine Wellenlänge, die bevorzugterweise größer ist als die Wellenlänge der (kohärenten) elektromagnetischen Wellen für die photochemische Anregung, die zu Ionisierung führt. Weiter ist es bevorzugt, wenn die kohärenten elektromagnetischen Wellen, z.B. eines MALDI-2-Lasers, eine Wellenlänge haben, die unterhalb einer Zweiphotonenionisationsschwelle von UV-empfänglichen MALDI-Matrixmolekülen liegt (< etwa 310 Nanometer). Es ist neben dem MALDI-Prinzip auch denkbar, eine matrixfreie Probe zu ablatieren (z.B. mittels LDI). Der energetische Strahl und die (kohärenten) elektromagnetischen Wellen sind bevorzugter Weise nicht gleichgerichtet, sondern weisen zueinander gewinkelte Ausbreitungsrichtungen auf. Der Winkel kann 45° oder mehr betragen, wobei ein Winkel von 0° der Gleichrichtung und 180° der frontalen Gegenrichtung entspricht.
Die üblicherweise auf einem Objektträger deponierte (also abgelegte, ggfs. präparierte) Probe kann den energetischen Strahl auf der Probenseite oder von der Seite des Objektträgers, die der Probenseite abgewandt ist, durch den Objektträger hindurch (in Transmission) empfangen, beispielsweise per Transmissions-MALDI oder t-MALDI, siehe insbesondere M. Niehaus et al., Nature Methods, Volume 16, Seiten 925 bis 931 (2019). Es versteht sich, dass das Einwirken eines energetischen Strahls in Transmission erfordert, dass der Objektträger entsprechend transparent ist. Andere Arten von Energieschüben, die zwecks Desorption auf die deponierte Probe einwirken können, sind zum Beispiel kurzzeitige und lokal beschränkte Erhitzung, z.B. auf einer widerstandsgeheizten Unterlage, oder Schallwellen mit ultrakurzer Pulsdauer, z.B. auf einem Schallwandler-Substrat.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Ionisierungseinrichtung angeordnet und ausgelegt sein, die desorbierte Probe mit einem zeitlich auf den Energieschub abgestimmten Puls (kohärenter) elektromagnetischer Wellen zu durchstrahlen. Die Ionisierungseinrichtung kann zu diesem Zweck einen Laser umfassen, der Pulse kohärenter elektromagnetischer Wellen mit Pulsdauern im Piko- oder Nanosekundenbereich aussendet. Dies ermöglicht die Anregung des Dotiergases zur Erhöhung des Ladungsträgerangebots in genau den Zeiträumen, in denen sich neutrale Moleküle, ggfs. zusammen mit bereits beim Desorptionsprozess selbst ionisierten Molekülen (wie bei MALDI), vom Desorptionsort durch den Energieschub getrieben in der konditionierten Umgebung ausbreiten. Vorzugsweise bilden das Puffergas und die Beimengung des Dotiergases einen allgegenwärtigen Gashintergrund in der Kammer, was den Betrieb und die Regelung der Gaszuführung bedeutend vereinfacht. In weiteren Alternativen, sofern die Taktrate der Energieschübe es zulässt, kann es aber auch vorgesehen sein, Schübe des Dotiergases in die Kammer zu injizieren, in zeitlicher Abstimmung mit den Desorptions-Energieschüben auf die deponierte Probe und mit den Pulsen der (kohärenten) elektromagnetischen Wellen, die die desorbierte Probe anschließend durchstrahlen (oder anderer Nachionisationsmodalitäten wie elektrische Entladung, Plasma oder Licht einer Leuchtbogen-Entladungslampe mit breitbandigem Emissionsspektrum), um so das Angebot an angeregten Dotiergasmolekülen örtlich und kurzzeitig zu erhöhen, wo bzw. wenn es benötigt wird.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Abzieheinrichtung an einer Schnittstelle zu einer Ionenanalysevorrichtung eine Anordnung aus Elektroden umfassen, an die elektrische Spannungen angelegt werden können, um Ionen aus der desorbierten Probe abzuziehen und in den Bereich der Analysevorrichtung, die unter anderen Druckbedingungen als die Kammer betrieben werden kann, z.B. im Hochvakuum (< 10^-3 Hektopascal), zu überführen. Die Spannungen können beispielsweise einen permanenten Potentialgradienten erzeugen, der Ionen beschleunigt, oder in zeitlicher Abstimmung mit der Erzeugung von Ionen pulsweise aufgeschaltet werden. Pulsweises Aufschalten der Spannung erlaubt hohe Flexibilität z.B. bei einem Polaritätswechsel der erzeugten Ionen.
Die Erfindung betrifft gemäß einem zweiten Aspekt auch eine Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen aus einer deponierten Probe, aufweisend: - eine Kammer, die angeordnet und ausgelegt ist, die deponierte Probe in einer konditionierten Umgebung zu bewahren, wobei die konditionierte Umgebung ein Dotiergas aufweist, - eine Desorptionseinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, die deponierte Probe mittels eines Energieschubs in der Kammer zu desorbieren, - eine Ionisierungseinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, die desorbierte Probe in der Kammer zwecks Ionisierung einer elektrischen Entladung, einem Plasma oder (gegebenenfalls gepulstem) Licht einer Leuchtbogen-Entladungslampe mit intensiver breitbandiger Photonenemission (z.B. einer UV-Blitzröhre wie einer Xenon-Blitzröhre oder Wasserstoff/Deuterium-Entladungslampe oder dergleichen) auszusetzen, die so gewählt sind, dass das Dotiergas für sie empfänglich ist, und - eine Abziehvorrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, Ionen aus der desorbierten Probe herauszuziehen und in einen Analysator zu überführen.
Sämtliche Ausgestaltungen und Details, die zuvor im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert wurden, sind auch auf den zweiten Aspekt anwendbar, sofern es sinnvoll und technisch machbar ist.
Die Erfindung betrifft gemäß einem dritten Aspekt ein Verfahren zum Erzeugen von Ionen aus einer deponierten Probe, aufweisend: - Bewahren der deponierten Probe in einer konditionierten Umgebung, die ein Dotiergas aufweist, - Desorbieren der deponierten Probe mittels eines Energieschubs, - Ionisieren von Teilchen in der desorbierten Probe mittels Einstrahlen kohärenter elektromagnetischer Wellen oder Einwirken einer elektrischen Entladung, eines Plasmas oder (gegebenenfalls gepulsten) Lichts einer Leuchtbogen-Entladungslampe mit intensiver Photonenemission (mit breitbandigem Emissionsspektrum), wobei die kohärenten elektromagnetischen Wellen, die elektrische Entladung, das Plasma oder das Licht der Leuchtbogenentladungslampe so gewählt sind, dass das Dotiergas für sie empfänglich ist, und - Herausziehen von Ionen aus der desorbierten Probe und Überführen der Ionen in einen Analysator.
Vorzugsweise wird das Verfahren auf einer wie zuvor erläuterten Vorrichtung ausgeführt, sofern es sinnvoll und technisch machbar ist.
Massenspektrometrische Analysemethoden sind im Allgemeinen sehr kostenintensiv. Nicht zuletzt gilt dies für Geräte der Lasermassenspektrometrie (für MALDI-2-MSI werden in Kürze zwei kommerziell angebotene Systeme der Hersteller Spectroglyph und Bruker verfügbar sein). Mit der vorgestellten Technik können die Leistungsdaten dieser Plattformen noch einmal deutlich verbessert werden, ohne dass dies mit einer hohen finanziellen Investition einherginge. Die Technik lässt sich für alle bisher bekannten Plattformen ohne größeren Aufwand nachrüsten. Biomedizinische Forschungsprojekte können so bei annähernd gleichem zeitlichen Messaufwand deutlich umfassendere Ergebnisse generieren, wodurch zuvor unbemerkt gebliebene Effekte erkannt und zu weniger spezifischen Vergleichsstudien herangezogen werden können.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die folgenden Abbildungen verwiesen. Die Elemente in den Abbildungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu dargestellt, sondern sollen in erster Linie die Prinzipien der Erfindung (größtenteils schematisch) veranschaulichen. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche Elemente in den verschiedenen Darstellungen.

zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen aus einer deponierten Probe mit Kammer, Desorptionseinrichtung, Ionisierungseinrichtung und Abziehvorrichtung.
, und illustrieren Messergebnisse der verbesserten Nachweisempfindlichkeit, die mit einem Spectroglyph-Orbitrap®-MS; Q Exactive Plus Orbitrap®, Thermo Fisher Scientific (Bremen, Deutschland) erhalten wurden.
zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen aus einer deponierten Probe mit abgewandelter Kammer, Desorptionseinrichtung, Ionisierungseinrichtung und abgewandelter Abziehvorrichtung.
zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen aus einer deponierten Probe mit Kammer, abgewandelter Desorptionseinrichtung, Ionisierungseinrichtung und Abziehvorrichtung.

Detaillierte Beschreibung
Während die Erfindung anhand einer Anzahl von Ausführungsformen dargestellt und erläutert wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet anerkennen, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der in den beigefügten Patentansprüchen definierten technischen Lehre abzuweichen.
Durch die Erfindung werden die in der Massenspektrometrie (insbesondere in der Lasermassenspektrometrie wie MALDI-Massenspektrometrie; MALDI für Matrixunterstützte Laserdesorption/Ionisation), Mobilitätsspektrometrie oder kombinierte Mobilitäts-Massenspektrometrie für viele Biomoleküle nur geringen Ausbeuten an molekularen Ionen gesteigert - dies ist das Verhältnis von ionisierten, und dadurch mittels eines Massenspektrometers nachweisbaren, zu den insgesamt aus einer deponierten Probe abgetragenen Molekülen.
Weiterhin werden Matrixeffekte wie Ionensuppressionseffekte, d.h. die Unterdrückung von bestimmten Molekülklassen durch andere, besonders gut ionisierbare Molekülklassen in der Probe, verringert.
Die Erfindung wurde bereits durch entsprechende Modifikation zweier kommerziell erhältlicher Massenspektrometer mit grundlegend unterschiedlichen Funktionsprinzipien erfolgreich im Versuch belegt.
Beispiel 1 (Spectroglyph-Orbitrap®-MS; Q Exactive Plus Orbitrap®, Thermo Fisher Scientific):
zeigt schematisch eine Unterdruckkammer (10), in der Ionen erzeugt werden können. Durch bestmögliche Versiegelung der Unterdruckkammer (10) gibt es nur zwei Möglichkeiten, wie Gas aus der Kammer (10) entweichen kann: einmal über eine Schnittstelle zu einem Massenanalysator (MS), über die Ionen aber auch wenige Gasteilchen herausgeführt werden, und zum zweiten über einen Stutzen mit angeschlossener Pumpe (nicht gezeigt), die das generelle Druckniveau in der Kammer (10) aufrechterhält. Der Eintrag von Gas in die Kammer (10) geschieht in der gezeigten Ausformung lediglich über einen Gaseinlass (12) über den sowohl molekularer Stickstoff als Puffergas, das Restmengen von sauerstoffhaltiger Luft verdrängt und somit zur Reaktionsträgheit der Unterdruckumgebung beiträgt, sowie beigemengtes Dotiergas wie Aceton in die Kammer (12) geleitet werden. Ein Druckmesser (14) zeigt das herrschende Druckniveau an, so dass die Gasströme in die Kammer (10) hinein und aus ihr heraus im Fall einer Abweichung vom Sollwert angepasst werden können. Eingestellte Parameterbereiche können umfassen: Gesamtdruck: 2 bis 20 Hektopascal; Partialdruck (Aceton) bis zu 2 Hektopascal.
An der Schnittstelle zum Massenanalysator (MS), der niedrigere Druckniveaus als Feinvakuum erfordert, befindet sich eine Hochfrequenzspannungs-betriebene Ionenführung (16) aus einer Vielzahl hintereinander angeordneter Ring- oder Lochplattenelektroden, von denen einige einen konstanten Innendurchmesser aufweisen und dadurch einen kurzen Tunnelbereich (16a) bilden, wohingegen andere einen sich in Richtung auf den Analysator stetig verringernden Innendurchmesser aufweisen und dadurch einen Trichterbereich (16b) bilden, der hindurchgeleitete Ionen in einen recht engen Raumbereich um die Achse der Ionenführung (16) einschnürt, um sie kompakter und damit effizienter an nachfolgende Komponenten weiterleiten zu können. Ein Gleichspannungsgradient vom Eingang des Tunnelbereichs (16a) bis zum Ausgang des Trichterbereichs (16b), der gegebenenfalls in zeitlicher Abstimmung mit der Ionenerzeugung in der Kammer (10) gepulst sein kann, sorgt für einen Vortrieb der Ionen, um sie aus der Kammer (10) herauszuführen.
Im unteren Bereich der ist eine Verschiebeeinrichtung (18) angeordnet, auf der sich ein massenspektrometrischer Objektträger (20) befindet. Ein Ablationslaser (22) ist im oberen Bereich der angeordnet und so ausgerichtet, dass sein gepulster Strahl (24) durch separate Öffnungen (nicht gezeigt) in den Ringelektroden im Trichterbereich (16b) der Ionenführung geführt und auf den Objektträger (20) an einem vorbestimmten Ort auftreffen kann. Die Verschiebeeinrichtung (18), z.B. ein unterdrucktauglicher x/y-Verschiebetisch mit geringem mechanischen Abrieb, kann den auf ihr abgelegten Objektträger (20) in der zum Ablationslaserstrahl (24) nahezu senkrechten Ebene in zwei Raumrichtungen bewegen und dadurch jeweils andere Oberflächenpunkte in den Fokus des Ablationslasers (22) bringen, wie es zum Beispiel beim Abrastern eines Gewebeschnitts oder einer regelmäßigen Anordnung aus Einzelpräparationen, z.B. auf AnchorChip™-Platten, systematisch gemacht wird.
In einer Seitenwand der Kammer (10) ist ein transparentes Fenster (26) eingelassen, durch das ein Nachionisierungs-Laserpuls (28) seitlich in die Kammer (10) hineingestrahlt und an einer Stelle unmittelbar über dem Objektträger (20) fokussiert werden kann, um mit den bei der Desorption der deponierten Probe entstandenen desorbierten Neutralmolekülen (30) sowie mit dem im Hintergrund allgegenwärtigen Dotiergas in Wechselwirkung treten zu können. An der gegenüberliegenden Seitenwand der Kammer (10) kann ein Strahlfänger (nicht gezeigt) angebracht sein, um Schädigungen der Kammerwand und unerwünschte Streuphotonen zu vermeiden.
Das Dotiergas, z.B. Aceton, wird dem Dampfraum in einem Behälter (32) über der Flüssigkeitsoberfläche entnommen („Headspace-Technik“) und über einen separaten Einlass in die Unterdruckkammer (10) bei etwa 3 bis 15 Hektopascal eingeführt. Die Zufuhr des Dotiergases sowie der Gesamtquelldruck mit molekularem Stickstoff N₂ als Puffergas können dabei durch ein Nadelventil (34) händisch geregelt werden. Als Probe kann beispielsweise ein Schweinehirn-Homogenisat nach standardmäßigem Protokoll mit der MALDI-Matrixsubstanz 2,5-Dihydroxyacetophenon (DHAP) beschichtet und mit dem standardmäßigen Nd:YLF-Laser (Wellenlänge 349 Nanometer) ablatiert werden. Die Nachionisierung kann durch einen frequenzvervierfachten Nd:YAG-Laser (Wellenlänge 266 Nanometer, Ekspla, bei 28 Pikosekunden Pulsdauer) erreicht werden. Sowohl im positiven wie negativen Ionenmodus lassen sich deutliche Signalsteigerungen einer Vielzahl biochemisch relevanter Analyten wie etwa verschiedener Glycero-Phospholipide zeigen.
Die , und illustrieren Spektren eines Dünnschnitts der gleichen porcinen Hirnhomogenisats-Präparation, die mit der Matrixsubstanz DHAP beschichtet wurde. Gemessen wurde mit einer wie in skizzierten Spectroglyph-Orbitrap®-Kopplung unter jeweils optimierten Bedingungen im positiven Ionenmodus (MALDI-2) unter Verwendung des Dotiergases Aceton (jeweils obere Diagramme) und zum Vergleich ohne Dotiergas (jeweils untere Diagramme). Wie aus den unterschiedlichen Massenausschnitten m/z in den Spektren ersichtlich erhöht sich die Intensität der Massensignale um etwa eine Größenordnung (Faktor x10), wohingegen die Signatur oder das Profil der Massensignale weitgehend erhalten bleibt, die Sensitivitätssteigerung also auch über einen breiten Massenbereich erzielt wird.
Beispiel 2 (Quadrupol-Flugzeit-MS; Synapt G2-S, Waters Corporation):
zeigt schematisch eine zweigeteilte Unterdruckkammer (10a, 10b), in deren unteren Teil (10a) Ionen erzeugt werden können. Durch bestmögliche Versiegelung der Unterdruckkammer (10a, 10b) gibt es nur zwei Möglichkeiten, wie Gas aus der Kammer (10a, 10b) entweichen kann: einmal über eine Schnittstelle zu einem Flugzeitanalysator (nicht gezeigt), über die Ionen aber auch Gasteilchen herausgeführt werden, und zum zweiten über einen Stutzen mit angeschlossener Pumpe (nicht gezeigt), die das generelle Druckniveau in der Kammer (10a, 10b) aufrechterhält. Der Eintrag von Gas in die Kammer (10a, 10b) geschieht in der gezeigten Ausformung lediglich über einen Gaseinlass (12) über den sowohl molekularer Stickstoff als Puffergas, das Restmengen von sauerstoffhaltiger Luft verdrängt und somit zur Reaktionsträgheit der Unterdruckumgebung beiträgt, sowie beigemengtes Dotiergas wie Aceton in den unteren Teil der Kammer (10a) geleitet werden. Ein Druckmesser (14) überwacht das eingestellte Druckniveau und kommuniziert mit einer Gaszuführeinrichtung (36), so dass der Puffergasstrom in den unteren Kammerteil (10a) hinein und aus ihm heraus im Fall einer Abweichung vom Sollwert automatisiert angepasst werden kann. Eingestellte Parameterbereiche können umfassen: Gesamtdruck: 0,2 bis 4 Hektopascal; Partialdruck (Aceton) bis zu 2 Hektopascal.
An der Schnittstelle zum Unterdruckbereich des Flugzeitanalysators, der ein niedrigeres Druckniveau als Feinvakuum erfordert (die Grenze zwischen dem unteren und oberen Teil der Kammer), befindet sich eine Anordnung aus mit elektrischen Spannungen betriebenen Abziehelektroden (38). Eine sich kegelförmig öffnende Abziehelektrode (38a) erstreckt sich in beide Kammerteile (10a, 10b) und ist mit einem abgeschnittenen Ende einem Proben-Desorptionsbereich im unteren Teil der Kammer (10a) gegenüber angeordnet. Weitere ringförmige Abziehelektroden (38b) im oberen Teil der Kammer (10b) führen zu einer als Hexapol ausgeführten Hochfrequenz-Multipol-Ionenführung (40), die Ionen in weitere angeschlossene Komponenten des Flugzeitanalysators leiten kann. Ein Gleichspannungsgradient von der Kegelstumpf-Elektrode (38a) bis zum Hexapol (40), der gegebenenfalls in zeitlicher Abstimmung mit der Ionenerzeugung im unteren Teil der Kammer (10a) gepulst sein kann, sorgt für einen Vortrieb der Ionen, um sie aus dem unteren Kammerteil (10a) herauszuführen.
Im unteren Teil der Kammer (10a) ist eine Verschiebeeinrichtung (18) angeordnet, auf der sich ein massenspektrometrischer Objektträger (20) befindet. Ein Ablationslaser ist im Bereich oben links der außerhalb des oberen Unterdruckkammerteils (10b) angeordnet und so ausgerichtet, dass sein gepulster Strahl (24) durch ein transparentes Fenster (42) des Unterdrucksystems sowie durch separate Öffnungen (nicht gezeigt) in der Anordnung aus ringförmigen Abziehelektroden (38b) geführt wird und unter einem ausgeprägten Winkel zur Flächennormale auf den Objektträger (20) an einem vorbestimmten Ort auftreffen kann. Die Verschiebeeinrichtung (18), z.B. ein unterdrucktauglicher x/y-Verschiebetisch mit geringem mechanischen Abrieb, kann den auf ihr abgelegten Objektträger (20) in der zur Ausrichtung der Anordnung aus Abziehelektroden (38) und des Hexapols (40) senkrechten Ebene in zwei Raumrichtungen bewegen und dadurch jeweils andere Oberflächenpunkte in den Fokus des Ablationslasers bringen, wie es zum Beispiel beim Abrastern eines Gewebeschnitts oder einer Anordnung aus Einzelpräparationen, z.B. auf AnchorChip™-Platte_n, systematisch gemacht wird.
In einer Seitenwand des unteren Teils der Kammer (10a) ist ein transparentes Fenster (26) eingelassen, durch das ein Nachionisierungs-Laserpuls (28) seitlich in den unteren Kammerteil (10a) hineingestrahlt und an einer Stelle unmittelbar über dem Objektträger (20) fokussiert werden kann, um mit den bei der Desorption der deponierten Probe entstandenen desorbierten Neutralmolekülen sowie mit dem im Hintergrund allgegenwärtigen Dotiergas in Wechselwirkung treten zu können. An der gegenüberliegenden Seitenwand des unteren Teils der Kammer (10a) kann ein Strahlfänger (nicht gezeigt) angebracht sein, um Schädigungen der Kammerwand und unerwünschte Streuphotonen zu vermeiden.
Das Dotiergas, wie z.B. Aceton, wird durch Headspace-Technik über den zentralen Puffergas-Einlass (12) in den unteren Teil der Unterdruckkammer (10a) bei etwa 0,5 bis 4 Hektopascal eingeführt. Die Zufuhr des Dotiergases wird dabei durch ein Nadelventil (34) händisch geregelt; der Gesamtquelldruck wird über pneumatische Ventile (44) automatisiert und in Kommunikation mit dem Druckmesser (14) gesteuert. Als Beispiel für eine Probe kann ein porcines Hirnhomogenisat nach standardmäßigem Protokoll mit 2,5-DHAP-Matrix beschichtet und mit dem standardmäßigem Nd:YLF-Laser (Wellenlänge 349 Nanometer) ablatiert werden. Die Nachionisierung wird durch einen frequenzvervierfachten Nd:YAG-Laser (Wellenlänge 266 Nanometer, Ekspla, bei 28 Pikosekunden Pulsdauer) erreicht. Sowohl im positiven wie negativen Ionenmodus lassen sich deutliche Signalsteigerungen einer Vielzahl biochemisch relevanter Analyten wie etwa verschiedener Glycero-Phospholipide zeigen.
zeigt schematisch eine Kammer (10), in der Ionen erzeugt werden können. Durch bestmögliche Versiegelung der Kammer (10) wird die Aufrechterhaltung einer konditionierten Umgebung gewährleistet. Grundsätzlich gibt es nur zwei Möglichkeiten, wie Gas aus der Kammer (10) entweichen kann: einmal - einem Druckgradienten folgend - über eine Schnittstelle zu einem Massenanalysator (MS), einem Mobilitätsanalysator oder einem kombinierten Mobilitäts-Massenanalysator, über die Ionen aber auch Gasteilchen herausgeführt werden, und zum zweiten über einen Stutzen mit angeschlossener Pumpe (46), die das generelle Druckniveau in der Kammer (10) in Abstimmung mit dem Gaszufluss für die konditionierte Umgebung aufrechterhält. Der Eintrag von Gas in die Kammer (10) geschieht in der gezeigten Ausformung lediglich über einen Gaseinlass (12) über den sowohl ein reaktionsträges Puffergas, das Restmengen von sauerstoffhaltiger Luft verdrängt und somit zur Reaktionsträgheit der konditionierten Umgebung beiträgt, sowie beigemengtes Dotiergas in die Kammer (10) geleitet werden. Ein Druckmesser (nicht gezeigt) überwacht das eingestellte Druckniveau, so dass die Gasströme in die Kammer (10) hinein und aus ihr heraus im Fall einer Abweichung vom Sollwert angepasst werden können, gegebenenfalls automatisch in unmittelbarer Kommunikation mit Ventilen des Gaseinlasses (12). Die Kammer (10) kann grundsätzlich bei oder nahe Atmosphärendruck oder auch im Feinvakuum betrieben werden, je nach Gleichgewicht der Gaszuflüsse und -abflüsse in die Kammer (10) hinein bzw. aus ihr heraus.
An der Schnittstelle zum Analysator, der üblicherweise niedrigere Druckniveaus als Feinvakuum erfordert, z.B. ein Hochvakuum (> 10^-3 Hektopascal), befindet sich eine von elektrischen Spannungen unterstützte Abzieheinrichtung (48) umfassend mehrere Elektroden (nicht gezeigt). Ein Gleichspannungsgradient über die Abzieheinrichtung (48), der gegebenenfalls in zeitlicher Abstimmung mit der Ionenerzeugung in der Kammer (10) gepulst sein kann, sorgt für einen Vortrieb der Ionen, um sie aus der Kammer (10) herauszuführen.
Im unteren Bereich der ist eine Verschiebeeinrichtung (18) mit Mulde angeordnet, in die ein massenspektrometrischer Objektträger (20) eingelegt ist. Ein gepulster Ablationslaserstrahl (24) kann durch entsprechend transparente Ausformung des Kammerbodens sowie des Objektträgers (20) in Transmission an einem vorbestimmten Ort durch den Objektträger (20) hindurch auf die deponierte Probe einwirken und sie desorbieren, z.B. mittels Transmissions-MALDI (t-MALDI). Die Verschiebeeinrichtung (18), z.B. ein gegebenenfalls unterdrucktauglicher x/y-Verschiebetisch mit geringem mechanischen Abrieb, kann den in die Mulde eingelegten Objektträger (20) in der zum Ablationslaserstrahl (24) nahezu senkrechten Ebene entlang des Kammerbodens in zwei Raumrichtungen bewegen und dadurch jeweils andere Oberflächenpunkte in den Fokus des Ablationslasers bringen, wie es zum Beispiel beim Abrastern eines Gewebeschnitts oder einer Anordnung aus Einzelpräparationen systematisch gemacht wird. Als Objektträger (20) kann zum Beispiel ein UVdurchlässiges Glasplättchen verwendet werden, wie es in der Mikroskopie zum Einsatz kommt. Die die Probe tragende Oberfläche des Glasplättchens kann leitfähig ausgeführt sein, z.B. durch eine Beschichtung.
In einer Seitenwand der Kammer (10) ist ein transparentes Fenster (26) eingelassen, durch das ein Nachionisierungs-Laserpuls (28) seitlich in die Kammer (10) hineingestrahlt und an einer Stelle unmittelbar über dem Objektträger (20) fokussiert werden kann, um mit den bei der Desorption der deponierten Probe entstandenen desorbierten Neutralmolekülen (30) sowie mit dem im Hintergrund allgegenwärtigen Dotiergas in Wechselwirkung treten zu können. Im Gegensatz zu den zuvor erläuterten Ausformungen, wo der Energieschub durch probenseitig schräg auftreffende Strahlen (24) bewirkt wird, werden die Neutralmoleküle auf Grund des rückseitig frontalen Auftreffens weitgehend entlang der probenseitigen Flächennormale desorbiert. An der gegenüberliegenden Seitenwand der Kammer (10) ist ein Strahlfänger (50) angebracht, um Schädigungen der Kammerwand und unerwünschte Streuphotonen zu vermeiden.
Das stetig oder schubweise in die Kammer nachgeführte und daher allgegenwärtige Dotiergas, z.B. ein polar aprotisches Lösungsmittel wie Aceton, Anisol und Chlorbenzol, ein polar protisches Lösungsmittel wie Isopropanol, ein unpolares Lösungsmittel wie Toluol oder eine Mischung aus den vorgenannten, unterstützt die Nachionisierung der durch Beschuss mit dem gepulsten Transmissions-Laserstrahl (24) desorbierten Probe unmittelbar über dem Objektträger (20) mittels Erhöhung des örtlich verfügbaren Ladungsträgerangebots, insbesondere durch photochemische Anregung der neutralen Dotiergasmoleküle und anschließendem Übertrag von Ladungsträgern, z.B. Protonen, an desorbierte neutrale Probenmoleküle.
Alle zuvor erläuterten Ausführungsformen haben gemein, dass mithilfe eines Energieschubs aus einer primären Energiequelle, z.B. einem Ablationslaser, aus einer (ggfs. mit Matrix präparierten) Probe ortsaufgelöst Material desorbiert wird (beispielweise per LDI/MALDI). In der entstehenden Desorptionswolke wird ein sekundärer Nachionisationslaser, der kohärente elektromagnetische Wellen aussendet, fokussiert, durch welchen die Ionenausbeute drastisch gesteigert wird (z.B. per MALDI-2).
Zusätzlich wird nun permanent (oder schubweise) ein bei den gewählten Druckbedingungen flüchtiger Dotierstoff, der für die kohärenten elektromagnetischen Wellen empfänglich ist, aus einem Reservoir in die Gasphase eingespeist (z.B. Aceton, Toluol, Anisol, Chlorbenzol, Isopropanol). Die Einspeisung kann durch Druckgradienten vom Dampfraum über der Flüssigkeitsoberfläche („Headspace“) einer mit dem flüssigen Dotierstoff gefüllten Flasche (oder sonstigen Behälters) oder durch Spritzeneintrag unmittelbar in die konditionierte Umgebung der Ionenquelle erfolgen. Ferner lässt sich der flüchtige Dotierstoff durch eine separate Gasleitung (Orbitrap®) oder durch Gasmischer mit Massendurchflussreglung über die Gasleitung des N₂-Puffergases (Synapt) in die Ionenquelle einspeisen.
Der Gasphasenanteil des Dotiergases kann durch ein Feinventil reguliert (händisch per Nadelventil oder mittels elektrisch gesteuerter Ventile) und der Druck über Druckmessgeräte kontrolliert werden. Durch Regulation des Puffergases (im Fall des Synapts, Beispiel 2: automatisiert) können optimaler Dotiergas-Partialdruck und Gesamtquelldruck eingestellt und über mehrere Stunden hinreichend konstant gehalten werden. Eine sekundäre Energiequelle (z.B. in Form eines Plasmas, einer elektrischen Entladung, einer Leuchtbogen-Entladungslampe mit breitbandigem Emissionsspektrum oder in den gezeigten Beispielen ein Nachionisationslaser) regt das omnipräsente Dotiergas in der Gasphase an, wodurch eine effektive Nachionisierung des desorbierten Materials der Probe erzielt wird.
Neben den beispielhaft erläuterten Ausführungen sind noch weitere Ausführungsformen der Erfindung denkbar. In Kenntnis dieser Offenbarung ist es dem Fachmann ohne weiteres möglich, weitere vorteilhafte Ausführungsformen zu entwerfen, die vom Schutzbereich der Patentansprüche unter Einschluss etwaiger Äquivalente umfasst sein sollen.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen aus einer deponierten Probe, aufweisend: - eine Kammer, die angeordnet und ausgelegt ist, die deponierte Probe in einer konditionierten Umgebung zu bewahren, wobei die konditionierte Umgebung ein Dotiergas aufweist, - eine Desorptionseinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, die deponierte Probe mittels eines Energieschubs in der Kammer zu desorbieren, - eine Ionisierungseinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, die desorbierte Probe in der Kammer zwecks Ionisierung mittels kohärenter elektromagnetischer Wellen zu durchstrahlen, die so gewählt sind, dass das Dotiergas für sie empfänglich ist, und - eine Abziehvorrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, Ionen aus der desorbierten Probe herauszuziehen und in einen Analysator zu überführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Dotiergas gewählt ist aus den Gruppen: (i) polar aprotische Lösungsmittel wie Aceton, Anisol und Chlorbenzol, (ii) polar protische Lösungsmittel wie Isopropanol und/oder (iii) unpolare Lösungsmittel wie Toluol.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Kammer eine Zuführeinrichtung aufweist, die angeordnet und ausgelegt ist, ein reaktionsträges Gas als Puffergas für die konditionierte Umgebung einzutragen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Zuführeinrichtung angeordnet und ausgelegt ist, dem Puffergas das Dotiergas beizumengen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Kammer an eine Unterdruckquelle zum Evakuieren der Umgebung der deponierten Probe angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Unterdruckquelle angeordnet und ausgelegt ist, einen Druck aufrechtzuerhalten, der substantiell größer als 10^-3 Hektopascal und geringer als 10² Hektopascal ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Desorptionseinrichtung angeordnet und ausgelegt ist, einen energetischen Strahl auf die deponierte Probe zu richten, um den Energieschub auszulösen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der energetische Strahl ein gepulster Laserstrahl ist, um die deponierte Probe zu ablatieren.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei der der energetische Strahl und die kohärenten elektromagnetischen Wellen nicht gleichgerichtet sind, sondern zueinander gewinkelte Ausbreitungsrichtungen aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die kohärenten elektromagnetischen Wellen eine Wellenlänge größer als etwa 140 Nanometer haben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Ionisierungseinrichtung angeordnet und ausgelegt ist, die desorbierte Probe mit einem zeitlich auf den Energieschub abgestimmten Puls kohärenter elektromagnetischer Wellen zu durchstrahlen.
Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen aus einer deponierten Probe, aufweisend: - eine Kammer, die angeordnet und ausgelegt ist, die deponierte Probe in einer konditionierten Umgebung zu bewahren, wobei die konditionierte Umgebung ein Dotiergas aufweist, - eine Desorptionseinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, die deponierte Probe mittels eines Energieschubs in der Kammer zu desorbieren, - eine Ionisierungseinrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, die desorbierte Probe in der Kammer zwecks Ionisierung einer elektrischen Entladung, einem Plasma oder Licht einer Leuchtbogen-Entladungslampe mit breitbandigem Emissionsspektrum auszusetzen, die so gewählt sind, dass das Dotiergas für sie empfänglich ist, und - eine Abziehvorrichtung, die angeordnet und ausgelegt ist, Ionen aus der desorbierten Probe herauszuziehen und in einen Analysator zu überführen.
Verfahren zum Erzeugen von Ionen aus einer deponierten Probe, aufweisend: - Bewahren der deponierten Probe in einer konditionierten Umgebung, die ein Dotiergas aufweist, - Desorbieren der deponierten Probe mittels eines Energieschubs, - Ionisieren von Teilchen in der desorbierten Probe mittels Einstrahlen kohärenter elektromagnetischer Wellen oder Einwirken einer elektrischen Entladung, eines Plasmas oder Lichts einer Leuchtbogen-Entladungslampe mit breitbandigem Emissionsspektrum, wobei die kohärenten elektromagnetischen Wellen, die elektrische Entladung, das Plasma oder das Licht der Leuchtbogen-Entladungslampe so gewählt sind, dass das Dotiergas für sie empfänglich ist, und - Herausziehen von Ionen aus der desorbierten Probe und Überführen der Ionen in einen Analysator.
Verfahren nach Anspruch 13, das auf einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgeführt wird.