Recente technische innovaties maken field desorption-ionisatie sneller en makkelijker toepasbaar.

Field desorption-ionisatie is het laatste redmiddel om stoffen te analyseren die niet tegen elektrosprayionisatie kunnen’, zegt Ed Zuidinga, organisch chemicus bij het Van ’t Hoff instituut voor moleculaire wetenschappen van de UvA. Zuidinga gebruikt de massaspectrometer om bijvoorbeeld organometaalverbindingen te analyseren. ‘Bij elektrosprayionisatie (de meest populaire techniek, bijvoorbeeld om eiwitten te bestuderen, red.) breng je het monster in een licht zure, waterige oplossing in de ionisator. Veel organo­metaalverbindingen kunnen niet tegen water. Field-desorptionionisatie heeft dit nadeel niet.’

Ongefragmenteerd

Ionisatie via field desorption is het geesteskind van de Duitse chemicus Hans Dieter Beckey, die de techniek in 1969 aan de universiteit van Bonn ontwikkelde. Beckey maakte een ionemitter van wolfraam waarop hij, als een bos recht overeind staande microscopische haartjes, koolstofdendrieten aanbracht (zie de illustratie). Het monster breng je op door het bijvoorbeeld in een oplosmiddel op de draad te druppelen. Nadat het oplosmiddel verdampt is, blijft een dunne film van het monster op de draad over. In een hoog vacuüm breng je een elektrisch veld aan van 5 tot 10 kV tussen de emitter en een elektrode. Door de emitter loopt een elektrische stroom die de draad en het monster langzaam opwarmt. De elektrische veldsterkte tussen de uiteindes van de dendrieten loopt onder die omstandigheden op tot zo’n 1 miljard V/m.

Die veldsterkte is hoog genoeg om elektronen van de moleculen naar het emitteroppervlak te laten tunnelen. De geïoniseerde moleculen desorberen uit het monster en bewegen richting de massaspectrometer. Field-desorptionionisatie is een zogenoemde zachte vorm van ioniseren. De moleculen overleven de ionisatie en gaan ongefragmenteerd de massaspectrometer in. Zuidinga: ‘In combinatie met onze massaspectrometer halen we een nauwkeurigheid van vier cijfers achter de komma.’

‘Zuurstofgevoelige stoffen kunnen we nog niet meten’

Field-desorptionionisatie raakte vanwege haar nadelen al snel in de vergetelheid. Alleen ervaren operators konden de techniek uitvoeren en die liet zich zeker niet automatiseren. Recente ontwikkelingen brengen hier verandering in. Zuidinga: ‘Vooral verbetering van de software maakt dat de analyse van een monster in vijf tot tien minuten kan. Dat is langer dan de drie minuten die een analyse via elektrosprayionisatie kost, maar het is te doen.’

Het lukte de Duitse fabrikant Linden CMS onlangs om een autosampler te maken. Linden gebruikt hiervoor een silicium capillair dat vrijwel tegen de emitterdraad aan ligt. Door achter elkaar monsters via het capillair op de draad aan te brengen, analyseert Linden ruim dertig monsters per uur – de marktintroductie laat overigens nog op zich wachten. De eveneens Duitse fabrikant Carbotech bedacht een methode om de emitterdraad tussen twee monsters te reinigen door die met een elektrische stroom op te warmen tot 1.300 °C.

Zuurstof

Zelfs met field desorption-ionisatie is massaspectrometrie niet altijd mogelijk. Zuidinga: ‘Zuurstofgevoelige stoffen kunnen we niet meten. We brengen het monster aan onder een microscoop en brengen de emitter dan over naar de massaspectrometer. Dit gebeurt in de lucht.’ Zuidinga heeft zijn hoop gevestigd op de, vooralsnog met de hand te bedienen, capillaire monsternemer van Linden. ‘Dat systeem kan in een inerte atmosfeer werken, waardoor je zelfs de zuurstofgevoelige stoffen kunt meten.’