Forschung
Zentrale Einrichtung „Massenspektrometrie“
Wir nutzen modernste Massenspektrometrie-Techniken wie GC-MS, HPLC-HRMS und MALDI-HRMS sowie Tandem-Massenspektrometrie.
Die Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie (GC-MS) ermöglicht die Analyse flüchtiger Moleküle in der Gasphase, indem die Verbindungen zunächst auf einer Kapillarsäule getrennt und anschließend jedes Molekül in ionisierte Fragmente zerlegt wird, die dann anhand ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses nachgewiesen werden. Mithilfe einer Bibliothekssuche werden diese Fragmente der Elektronenstoßionisation (EI) dann ihrem Ausgangsmolekül zugeordnet.
Die in unserer Gruppe am häufigsten verwendete Technik ist die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie in Verbindung mit hochauflösender Massenspektrometrie (HPLC-HRMS). In einer geeigneten flüssigen mobilen Phase lösliche Analyten können unter Verwendung verschiedener chromatographischer Prinzipien (RP, NP, chiral) getrennt werden. Die anschließenden Ionisationsverfahren (ESI, APCI) sind schonender und führen zur Bildung von meist unfragmentierten quasi-molekularen Ionen, die mit unseren Massenanalysatoren mit hoher Massengenauigkeit und Auflösung (HR) nachgewiesen werden können. Wir wenden diesen Ansatz routinemäßig zur Identifizierung und Quantifizierung an, insbesondere in komplexen Matrices und/oder Extrakten aus Umweltproben.
Die Matrix-unterstützte Laserdesorptions-Ionisation (MALDI) ist eine spezielle Technik, die wir zur Identifizierung sehr empfindlicher Analyten einsetzen, da es sich um eine sehr schonende Form der Ionisation handelt. Analyten, die mit einer speziellen, Laserenergie absorbierenden Matrix vermischt sind, werden durch einen Laserimpuls ionisiert. Die Hauptnachteile dieser Methode sind das Fehlen einer Trennung, die zeitaufwändige Probenvorbereitung und die Notwendigkeit einer spezifischen Optimierung der Messparameter. In einigen Fällen war es möglich, die Matrix als semi-inerte Beschichtung zu nutzen, um wasser- und sauerstofflabile Verbindungen, z. B. metallorganische Verbindungen, nachzuweisen.
CMS-Umweltforschung: Untersuchung der Aufnahme und Translokation von Pflanzenschutzmitteln in Kulturpflanzen
Unser Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Verständnis der Aufnahme und Verteilung verschiedener Xenobiotika wie Pestizide oder Antibiotika in Pflanzen. Zu diesem Zweck führen wir hydroponische Pflanzenaufnahmestudien durch, bei denen die Pflanze in direktem Kontakt mit einer Nährlösung steht, die die interessierenden Verbindungen enthält.
Mithilfe von HPLC-HRMS/MS versuchen wir, die Menge an Pestiziden und deren Metaboliten in den Pflanzenkompartimenten (Wurzeln, Triebe) zu quantifizieren, um Einblicke in analytspezifische Translokations- und Stoffwechselwege in der Pflanze zu gewinnen.
Mithilfe der massenspektrometrischen Bildgebung (MSI) können wir die Verteilung von Umweltkontaminanten (Pestizide, Antibiotika) in einzelnen Pflanzenorganen im µm-Bereich aufklären. Der erste Schritt ist die Herstellung dünner Schnitte von Pflanzenorganen im Kryostaten, gefolgt von einer automatisierten Matrixapplikation. Die Laserdesorption der ionisierten Zielverbindungen im Mikrometerbereich erzeugt ein vollständiges Massenspektrum für jede Position der Probe. Dies ermöglicht es uns Bilder zu erstellen, die die Intensität der Zielverbindungen in verschiedenen Teilen des Pflanzenschnitts zeigen und so einen noch tieferen Einblick in die Aufnahme und Verteilung von Xenobiotika und endogenen Verbindungen geben.
Querschnitt durch den Wurzelhals von Koriander in verschiedenen Phasen des MALDI-MSI-Experiments, wobei das letzte Bild das Mikroskopbild zeigt, überlagert mit dem endgültigen Ionenbild von Arginin.
