MALDI-TOF: UV-Laserpulse für die Massenspektrometrie
Mit kurzen UV-Laserpulsen lassen sich Moleküle aus einer präparierten Probe in die Gasphase überführen und ionisieren. Ein Flugzeit-Massenspektrometer trennt die entstandenen Ionen nach ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis. Die Laserquelle liefert dafür den zeitlich definierten Anregungsimpuls.
Erfahren Sie, wie MALDI-TOF funktioniert, welche Laserparameter die Messung beeinflussen und worauf es bei der Auswahl einer UV-Laserquelle ankommt.
Wie funktioniert MALDI-TOF?
Der Name verbindet zwei Schritte: MALDI steht für Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization – die matrixunterstützte Laserdesorption und -ionisation. TOF bedeutet Time of Flight: Die Flugzeit der Ionen ermöglicht die Bestimmung ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses m/z.
Probe präparieren
Analyt und geeignete Matrix werden auf einen Probenträger aufgebracht. Bei vielen Präparationsverfahren entsteht nach dem Trocknen eine kristalline Mischung.
Ionen erzeugen
Die Matrix absorbiert Energie aus einem kurzen Laserpuls. Material wird desorbiert und ein Teil der Analytmoleküle ionisiert. Geeignete Bedingungen ermöglichen eine vergleichsweise schonende Analyse großer Moleküle.
Flugzeit messen
Ein elektrisches Feld beschleunigt die Ionen. Auf der Flugstrecke im Vakuum werden sie nach m/z getrennt. Der Detektor erfasst das zeitabhängige Ionensignal.
Was wird tatsächlich bestimmt?
Das Gerät misst zunächst Flugzeiten. Eine Kalibrierung ordnet diese dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis zu. MALDI erzeugt häufig einfach geladene Ionen; Addukte und andere Ladungszustände müssen bei der Interpretation berücksichtigt werden.
Welche Rolle spielt der UV-Laser?
Der Laser bringt Energie räumlich und zeitlich definiert in die Probe ein. Bei vielen MALDI-Anwendungen wird UV-Licht eingesetzt, weil geeignete Matrizes in diesem Spektralbereich absorbieren. Die Auswahl der Wellenlänge hängt deshalb auch von Matrix, Analyt und Messverfahren ab.
Energie gezielt einbringen
Entscheidend ist die Fluenz auf der Probe – also die Pulsenergie pro bestrahlter Fläche. Zusammen mit dem Strahlprofil bestimmt sie, welche Bereiche der Präparation angeregt werden.
Messungen reproduzierbar anregen
Stabile Pulse und eine definierte Triggerung unterstützen vergleichbare Anregungsbedingungen. Die Qualität des Spektrums hängt zusätzlich von Präparation, Ionenoptik, Detektor und Auswertung ab.
Welche Laserparameter sind entscheidend?
Eine passende Laserquelle wird gemeinsam mit Strahlführung, Fokussierung und Messablauf ausgewählt. Die Pulsenergie am Laserausgang allein beschreibt die Anregungsbedingungen auf der Probe noch nicht vollständig.
| Parameter | Bedeutung für MALDI-TOF | Bei der Auswahl prüfen |
|---|---|---|
| Wellenlänge | Beeinflusst die Energieaufnahme der Matrix. | Absorption der eingesetzten Matrizes und Transmission der Optik. |
| Pulsenergie und Fluenz | Bestimmen die Energieeinbringung pro Puls bzw. Fläche. | Energie auf der Probe, Spotgröße, Regelbereich und optische Verluste. |
| Pulsdauer | Bestimmt den zeitlichen Verlauf der Anregung. | Abstimmung mit Desorption, Ionisation und zeitlicher Messsteuerung. |
| Pulsstabilität | Unterstützt reproduzierbare Anregungsbedingungen. | Schwankungen über Pulse, Messreihen und Betriebsdauer. |
| Strahlprofil und Spotgröße | Bestimmen die räumliche Verteilung der Fluenz. | Homogenität, Fokussierung und Anforderungen an die Ortsauflösung. |
| Pulsfolgefrequenz | Beeinflusst die Zahl möglicher Anregungen pro Zeit. | Abgleich mit Probenscan, Datenerfassung und Probenverbrauch. |
| Triggerung und Timing | Ermöglichen die Synchronisation mit der Messsequenz. | Trigger-Schnittstellen, Verzögerung und zeitlicher Jitter. |
Was zeigt ein MALDI-TOF-Spektrum?
Das Massenspektrum stellt das Ionensignal über m/z dar. Peakpositionen geben Hinweise auf die detektierten Ionen. Die relativen Intensitäten hängen unter anderem von Ionisationsverhalten, Präparation und Geräteeinstellungen ab; sie entsprechen nicht unmittelbar der Stoffkonzentration.
Schematisches Massenspektrum mit frei gewählten Peaks; keine Messdaten und keine Stoffzuordnung.
Identifikation braucht Kontext.
Ein Spektrum kann beispielsweise mit Referenzdaten verglichen werden. Die Zuordnung von Molekülen oder Mikroorganismen erfordert eine geeignete Auswertung und passende Referenzen.
Wo wird MALDI-TOF eingesetzt?
Proteine und Peptide
Massenbestimmung und Charakterisierung von Biomolekülen, beispielsweise anhand charakteristischer Peptidmuster.
Mikroorganismen
Identifikation von Mikroorganismen durch den Vergleich charakteristischer Spektren mit geeigneten Referenzdatenbanken.
Polymere und Materialien
Untersuchung von Massenverteilungen, Oligomeren und Endgruppen bei geeigneten Proben und Präparationen.
MALDI Imaging
Ortsaufgelöste Darstellung von Molekülverteilungen, beispielsweise in Gewebeschnitten. Dafür werden Massenspektren Punkt für Punkt aufgenommen.
UV-Laser von LTB für MALDI-TOF
LTB entwickelt kompakte UV-Pulslaser für analytische Geräte. Für MALDI-TOF stehen Stickstofflaser und diodengepumpte Festkörperlaser zur Verfügung. Die passende Ausführung richtet sich nach der Matrix, den benötigten Anregungsbedingungen und der Geräteintegration.
Stickstofflaser · 337 nm
MNL 100
Kompakte Stickstofflaser als UV-Pulsquellen für MALDI-TOF-Aufbauten. Eine Option für Instrumente, deren Optik und Messablauf auf die Anregung bei 337 nm ausgelegt sind.
Die passende Laserquelle für Ihr Instrument
Sie entwickeln ein MALDI-TOF-System oder möchten eine vorhandene Laserquelle ersetzen? Besprechen Sie mit uns Wellenlänge, Pulsenergie auf der Probe, Wiederholrate, Triggerung und die mechanischen Schnittstellen.
Häufige Fragen
Warum wird eine Matrix verwendet?
Eine geeignete Matrix nimmt Laserenergie auf, unterstützt den Übergang des Analyten in die Gasphase und wirkt an der Ionisation mit. Matrix und Präparation werden auf den Analyten und die Fragestellung abgestimmt.
Ist eine höhere Laserenergie immer besser?
Nein. Zu hohe Fluenz kann unter anderem Fragmentierung und stärkeren Probenabtrag begünstigen. Ziel sind geeignete und reproduzierbare Anregungsbedingungen für das gewünschte Ionensignal.
Können 337 nm, 336 nm und 355 nm direkt gegeneinander ausgetauscht werden?
Ein Austausch erfordert die Prüfung des gesamten Systems: Matrixabsorption, optische Beschichtungen, Strahlprofil, Pulsdauer, Fluenz und Triggerung. Eine ähnliche Wellenlänge allein garantiert keine identischen Messbedingungen.
Welche Angaben helfen bei einer OEM-Anfrage?
Hilfreich sind die gewünschte Wellenlänge, Pulsenergie und Spotgröße auf der Probe, Wiederholrate, Stabilitätsanforderungen sowie Angaben zu Triggerung, Bauraum, Strahlführung und Schnittstellen.
Alle Grafiken sind eigens erstellte, vereinfachte Erläuterungen.