Quantitative Analyse von Protein-Massenspektren

Ein Massenspektrometer besteht aus einer Ionenquelle, einem Massenanalysator und einem
Detektor (vgl. Abb. 2.1.1). Organische oder anorganische Moleküle werden ionisiert, um anschließend
nach ihrem Verhältnis von Masse zu Ladung (m/z) getrennt zu werden. Ein Detektor
misst die Treffer (Intensität) zu jedem m/z Wert. Für die Ionisierung existieren verschiedene
Methoden. Je nach Wahl erhält man niedrig bis hoch ionisierte Moleküle. Bei den Massenanalysatoren
existiert ebenfalls eine große Zahl an Varianten. [Gross04]
Als Resultat der Messung erhält man ein Spektrum, welches einen zweidimensionalen Abdruck
der Intensität gegen die m/z Werte enthält.
Die Elektrospray-Ionisation ist wegen ihrer besonderen Eigenschaften häufig das Verfahren
der Wahl, wenn es um die Ionisierung von Proteinen geht. Das Elektrospray-
Ionisierungsverfahren wurde von John B. Fenn et al. entwickelt und 1989 publiziert [Fenn89].
Er wurde 2002 dafür mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Beim ESI-Verfahren
(vgl. Abb. 2.1.2) wird die Lösung, welche die Analyten enthält, durch eine dünne Kapillare
versprüht. Die zwischen der Kapillarspitze und der Gegenelektrode anliegende Potentialdifferenz
von bis zu einigen kV bewirkt, dass die versprühten Tröpfchen beim Austritt aus der Kapillare
geladen werden. Durch die nun folgende Evaporation der Tröpfchen, verringert sich
das Volumen und die Ladungsdichte steigt. Sobald die Coulomb-Abstoßung der Ladungen eine
größere Kraft ausübt als die Oberflächenspannung des Tröpfchens, zerfällt es in noch kleinere
Tröpfchen. Dieser kritische Punkt wird auch als Rayleigh-Limit bezeichnet. Der Verlauf
wiederholt sich so lange, bis nur noch die Analyt-Ionen bzw. die hoch solvatisierten Analyt-
Ionen übrig bleiben. Ein Teil der Ionen gelangt durch einen Spalt in der Gegenelektrode zum
Analysator, in dem sie nach dem Verhältnis von Masse zu Ladung (m/z) getrennt werden. Ob
die Ionen negativ oder positiv geladen werden, hängt von ihren chemischen Eigenschaften und
der Polarität der anliegenden Potentialdifferenz ab.
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Abb. 2.1.1: Schematischer
Aufbau eines Massenspektrometers.
Nach
[Gross04 S.4]
Abb. 2.1.2: Die Tröpfchen werden
beim Austritt aus der Kapillare aufgrund
der hohen Potentialdifferenz
elektrisch geladen. Anschließend
findet eine Coulomb-Explosion der
Tröpfchen statt, so dass sie immer
kleiner werden, bis nur noch die
Analyt-Ionen in der Gasphase übrig
bleiben. Ein Teil der so gebildeten
Ionen gelangen durch einen Spalt in
der Gegenelektrode zum Analysator.
Nach [Lehmann96 S.100]