Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation

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Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation (engl. Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization, MALDI) ist ein Verfahren zur Ionisation von Molekülen. Es erwies sich seit seiner Entwicklung in den 1980er Jahren als besonders effektiv für die Massenspektrometrie an großen Molekülen und Polymeren sowie Biopolymeren (z.B. Proteine).

Meist wird der Begriff MALDI auch als Kurzform für die MALDI-Massenspektrometrie (MALDI-MS; MALDI-TOF-MS (Time Of Flight)) benutzt. Durch die hohe Empfindlichkeit und die Anwendbarkeit auf große und komplexe Moleküle ist die MALDI-MS insbesondere in der Biologie wie auch in chemischen Analysen von großer Bedeutung.

MALDI beruht auf der Kokristallisation von Matrix und Analyt mit einem 100–100.000fachem molaren Überschuss an Matrix. Analytmoleküle müssen in die Kristalle der MALDI Matrix „eingebaut“ werden während sich die Kristalle bilden. Typischerweise erfordert die erfolgreiche Kokristallisation ein Matrix-zu-Analyt-Verhältnis von etwa 5000:1 (mol/mol). Als Matrixsubstanzen werden kleine organische Moleküle gewählt, die bei der verwendeten Laserwellenlänge (z.B. Stickstoff-Laser bei einer Wellenlänge von 337 nm) Energie stark absorbieren (z.B. Sinapinsäure, 4,5-Dihydroxybenzoesäure, Cyano-4-hydroxyzimtsäure). Mit kurzen hochenergetischen Laserpulsen von 2–5 ns Pulsdauer erfolgt die Anregung, die nach Relaxation im Kristallgitter zu explosionsartigen Teilchenablösungen an der Oberfläche des Kristalls führt. Gemeinsam mit der Matrix werden dabei die eingeschlossenen Analytmoleküle mit in das Vakuum des Massenspektrometers überführt und so der massenspektrometrischen Analyse zugänglich.

Wesentlich für eine MALDI-Messung ist die Probenpräparation und das Auftragen auf den Probenteller. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten,wie zum Beispiel die Dried Droplet Methode (= Vermischen der Analyt- und der Matrixlösung, bei anschliessendem Verdampfen der verwendeten Lösungsmittel) oder die Dünnschichtpräparation.

Der Ionisationsmechanismus bei MALDI ist noch nicht vollständig verstanden. Es gibt zur Zeit zwei favorisierte Möglichkeiten:

Ausgangspunkt für die Messung ist der Analyt in seiner durch den pH-Wert bestimmten Form in der Matrix (wahrscheinlich in Lösungsmitteltasche im Kristall). Durch einen Laserpuls werden Cluster aus der Oberfläche heraus gelöst. Die Cluster enthalten den Analyten sowie entsprechende Gegenionen und einen Überschuss an Matrix. Im weiteren Verlauf kommt es zur Verdampfung der Matrix und zur Desolvatisierung des Analyten. Dabei werden entsprechende Gegenionen neutralisiert und verdampfen ebenfalls. Anschließend liegt ein mehrfach geladenes Analytion vor, das durch Elektroneneinfang weitere Ladungen verliert und zum Schluss nur noch einfach geladen detektiert wird. Diese Theorie der Ladungstrennung lässt sich zur Zeit noch nicht nachweisen.
Eine Photoionisation würde zu den gleichen Ergebnissen führen, wobei es dafür in der Literatur Diskussionen gibt, ob die Energie dafür ausreichen würde.