dc.contributor.author
Wichmann, Jörg
dc.date.accessioned
2018-06-07T16:54:38Z
dc.date.available
2011-01-26T12:46:36.454Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/3146
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-7346
dc.description.abstract
Seit seiner ersten Beschreibung ist MALDI (von Matrix-Assisted Laser
Desorption/Ionization) in Kombination mit Massenspektromentrie eine der
wichtigsten Analysemethoden im Bereich der Biochemie, der Physiologie und der
Polymerforschung geworden. Mittels MALDI ist es moeglich, große fragile
Molekuele unbeschadet in die Gasphase zu bringen und dabei einen kleinen Teil
durch Protonierung mit einer positiven Ladung zu versehen. Trotz der weiten
Verbreitung ist der Ionisation waehrend MALDI noch nicht vollstaendig
verstanden. MALDI setzt sich aus mehreren Prozessen wie Absorption des
Laserpulses, Desorption/Ablation der MALDI-Probe und Ionisation zusammen. Die
meisten Studien ueber MALDI werden mit ns-Laserpulsen durchgefuehrt. So
koennen Prozesse in kuerzeren Zeitspannen (wie die Absorption) nur ungenau
untersucht werden. Mit (geformten) ultrakurzen Laserpulsen ist es jedoch
moeglich, schnelle chemische und physikalische Prozesse zu untersuchen. Daher
soll in dieser Arbeit MALDI durch eine Bestrahlung der MALDI-Probe mit
Femtosekunden-Laserpulsen im UV und nahen IR untersucht werden. MALDI kann
mittels ultrakurzen Laserpulsen der Zentralwellenlaengen λ=400nm (UV) und
(λ=800nm) (nahes IR) beobachtet werden. Dies ist insofern ueberraschend, da
die verwendeten Matrixsubstanzen nahezu keine Absorption im nahen IR zeigen.
Durch MALDI-Experimente mit verschiedenen Pulsdauern wird dieser Effekt als
zweiphotonische Absorption der λ=800nm-Laserpulse durch die Matrix erklaert.
Weitere Experimente untersuchen die Kationisierung von Angiotensin II fuer
verschieden Laserpulsenergien und Pulsdauern f¨ur die Wellenlaengen λ=337nm
(ns- Laserpulse) und fuer fs-Laserpulse der Zentralwellenlaengen λ=400nm und
λ=800nm. Steigende Pulsenergien fuehren demnach zu hoeheren
Kationisierungstendenzen (das ist der Quotient des Ionensignals von
kationisiertem und protoniertem Angiotensin II). Fuer ultrakurze Laserpulse
der Zentralwellenlaenge λ=800nm kann fuer die Kationisierungstendenz die
Abhaengigkeit: [Ang+K]/Ang+H]∝(E^2±0,2)/(τ^0,47±0,1) ermittelt werden. Trotz
der hohen Schwankung des Ionensignals bei MALDI ist es moeglich, die Methode
der kohaerenten Kontrolle zur Untersuchung der Kationisierung von Angiotensin
II zu realisieren, um die Ergebnisse vorangehender Untersuchungen zu
bestaetigten. Um die Bindungsstellen der Kationen an Angiotensin II in der
Gasphase zu ermitteln, werden PSD-Massenspektren (von Post Source Decay)
gezeigt und die Ergebnisse mit Molekueldynamik-Simulationen verglichen. Eine
Stabilisierung der sekundaeren Struktur durch z.B. ein oder mehrere Caesium-
Kationen begruendet eine geringere Fragmentierung der Alkalimetall-adaptiertem
Angiotensin II in der Gasphase. In einem weiteren Kapitel wird der Matrix-
Suppression-Effekt (MSE) mit Hilfe von geringen Konzentrationen von
Tetraalkylammoniumhalogeniden (TAAH) in der MALDI-Probe untersucht. Durch eine
Bestrahlung der MALDI-Probe mit ns- und fs-Laserpulsen koennen weitere
Hinweise auf die Konzentration der TAAH an der Oberflaeche der MALDI-Probe
gefunden werden. Untersuchungen von Phthalocyanin (PcH2) und
Eisen(II)-Phthalocyanin (PcFe) bilden das Thema des letzten Kapitels. Diese
Substanzen lassen sich sowohl durch MALDI als auch ohne die Verwendung einer
Matrixsubstanz, durch Laser Desorption/Ionization (LDI) in die Gasphase
ueberfuehren. Es kann die Adaption von Sauerstoff an PcFe durch das Auftreten
eines [PcFe(IV )=O]-Komplexes, sowie die Dimer-Bildung [PcFe(III)-O-Fe(III)Pc]
beobachtet werden. Die Dimerbildung ist bei MALDI deutlich staerker als bei
LDI ausgepraegt. Dies veranschaulicht direkt die Puffer-Wirkung durch die
Matrixsubstanz fuer einen schonenden Uebergang der Analytmolekuele in die
Gasphase bei MALDI. Im letzten Teil wird die Fragmentierung von PcH2 und PcFe
durch Bestrahlung mit fs- Laserpulsen der Zentralwellenlaenge λ=800nm
beschrieben.
de
dc.description.abstract
MALDI (von Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization) in combination with
mass spectrometry is an important method for mass analysis in biochemistry,
physiology, and polymer research. With MALDI, large and fragile molecules can
be brought into the gas-phase. The protonated analyte molecules can be
detectet after MALDI. Despite its wide application, the underlying MALDI
processes is still not fully understood. MALDI contains absorption,
desorption/ablation, and ionization. Most studies about MALDI have been done
with nanosecond (ns) laser pulses. By irradiating the MALDI sample with ns-
aserpulses, fast processes could only examined unprecisely. By using (shaped)
femtosecond (fs) laser pulses, it is possible to examine ultrafast chemical
and physical processes. Therefore MALDI is examined by using ultrashort laser
pulses. MALDI mass spectra could be obtained by ultrashort laser pulses in the
UV (λ=400nm) and in the near IR (λ=800nm). MALDI in the near IR is unexpected,
because the used matrix substances show almost no absorption in this
wavelength regime. By using different pulse durations, this phenomenon can be
explained by two photon absorption of the laser pulses. Further experiments
examine the cationization process (the adaption of a cation to the analyte
molecule during MALDI) of angiotensine II as a function of the pulse duration
and pulse energy for the (central) wavelangths λ=337nm (τ=3ns), λ=400nm
(τ=60fs), and λ=800nm (various pulse durations), respectively. For ultrashort
laser pulses in the near IR, the cationizatoin tendency has figured out to
[Ang+K]/[Ang+H]∝(E^2±0,2)/(τ^0,47±0,1). MALDI has a low signal-to-noise level.
However, it was possible to verify these results by using the coherent control
method. With a combination of Post Source Decay (PSD) measurements and geomety
optimizations on the semi-empirical level of theory, the positions of cations
at the angiotensin II molecule have been clarified. Electrostatic interaction
between the Cs cation(s) and the heterocyclic amino acids stabilize the
secondary structure of angiotensine II. This seems to be the reason for less
fragmentation of cationized in comparisson to protonated angiotensine II in
gas phase. The Matrix Suppression Effect (MSE) and the Analyte Suppression
Effect have been examined by addition of a low concentration of quarternary
ammonium salts to the MALDI sample. By irradiating the MALDI sample with ns-
and fs laser pulses, further arguments for the concentration of the
quarternary ammonium cations near the surface of the MALDI sample have been
found. MALDI and LDI (von Laser Desorption/Ionization) studies of
phthalocyanin (PcH2) and iron(II)-phthalocyanin (PcFe) are described in the
last chapter. The obtained mass spectra show an adaption of oxygen to PcFe.
Mass spectra show the formation of [PcFe(IV )=O] and the formation of a dimer
structure [PcFe(III)-O-Fe(III)Pc]. In MALDI mass spectra, the dimer signal is
much more intensive than in LDI mass spectra. This shows the buffering effect
of matrix substance during desorption/ablation. The fragmentaion of PcH2 and
PcFe has been examined in the last part of this chapter by irradiating the LDI
sample with fs laser pulses.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
femtosecond laser technique
dc.subject
application of coherent control
dc.subject
phthalocyanines
dc.subject
angiotensin II
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik
dc.title
Matrix-gestützte Laser-Desorption und Ionisation (MALDI) mit ultrakurzen
Laserpulsen
dc.contributor.contact
wichmann@physik.fu-berlin.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Drs. Ludger Wöste
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Holger Dau
dc.date.accepted
2010-12-20
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000020903-0
dc.title.translated
Matrix-assisted laser desorption/ionization with ultrashort laser pulses
en
refubium.affiliation
Physik
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000020903
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000008914
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access