Implementation of multi capillary column ion mobility spectrometry (MCC-IMS) for medical and biological applications
Loading...
Date
2012-08-22
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Die Komplexität der mittels Ionenmobilitätsspektrometern in Kopplung mit Multi-
Kapillarsäulen analysierten Proben hat sich seit Beginn des 21. Jahrhunderts enorm
erhöht. Trotz der zahlreichen Vorteile der Methode, wie die schnelle Trennung, die
hohe Auflösung, die Empfindlichkeit im Femtomol-Bereich u.v.m., steht die MCC-IMS
zwei grundlegenden Problemen gegenüber: zum einen der erforderlichen Identifikation
eines detektierten Analyten aus dem gemessenen Chromatogramm und zum anderen
der Clusterbildung, wie sie bei der Analyse derartiger Proben auftritt.
Erstmalig wurde in dieser Arbeit ein linearer Zusammenhang zwischen der inversen
reduzierten Ionemobilität und der Anzahl der Kohlenstoffatome innerhalb einer homologen
Reihe von Substanzen gezeigt und schließlich zur Vorhersage der reduzierten
Ionenmobilität anderer Substanzen aus der gleichen Reihe genutzt. Die empirische
Prognose, welche mit 18 aliphatischen Komponenten durchgeführt und mittels MCCIMS
Messungen validiert wurde, zeichnet sich durch eine sehr hohe Genauigkeit von
über 99,5 % aus. Diese innovative Technik reduziert den Aufwand für zeitraubende
und kostenintensive Referenzmessungen mittels anderer Methoden, wie der Gaschromatographie
gekoppelt mit Massenspektrometrie, die derzeit verwendet wird um unbekannte
Signale im IMS Chromatogramm zu identifizieren, signifikant.
Die aus der empirischen Vorhersage entwickelten Regressionsgleichungen wurden
anschließend generalisiert in eine einzige Gleichung für die reduzierte Ionenmobilität,
die dann mit der herkömmlichen Mason-Schamp-Gleichung verglichen wurde. Dabei
zeigten sich Unstimmigkeiten in dieser 30 Jahre alten Gleichung. Um diese aufzulösen
wurde der den Stoßquerschnitt beschreibende Term in zwei unterschiedliche, dieMassenund
die Radikalabhängigkeit beschreibende Terme, aufgespalten. Die derart modifizierte
Mason-Schamp-Gleichung beschreibt nun die in der Driftstrecke stattfindenden
Stöße zwischen geladenen und ungeladenen Molekülen vollständig.
Im abschließenden Kapitel dieser Studie wird eine neuartige Driftstrecke vorgestellt,
deren modularer Aufbau eine Variation der Länge erlaubt. Damit konnte die Auflösung
der mittels IMS detektierten Signale um bis zu 40 % gesteigert werden. Zudem konnte
die Clusterbildung in der Driftstrecke, beispielsweise bei medizinisch relevanten
Substanzen, weitgehend vermieden werden. Dieses moderne Design erleichtert die
maßgeschneiderte Anpassung von IMS-Systemen an die jeweilige individuelle Anwendung.
Dies wird noch dadurch verstärkt, dass neben einer Variation der Länge der
Driftstrecke auch die Driftspannung innerhalb eines sehr großen Bereichs eingestellt
werden kann, was neue Forschungsoptionen bezüglich der Bewegung von Ionen im
elektrischen Feld erschließt.
Description
Table of contents
Keywords
Ion mobility spectrometry, Ion neutral collisions, Empirical prediction, Drift tube