Suchen

Meilenstein Spektroskopie

Egal bei welcher Wellenlänge: Die große Welt der Spektroskopie

Seite: 2/2

Firmen zum Thema

Orbitrap: Meilenstein der Analysatortechnik

2005 folgte mit einem weiteren FT-MS-Detektor ein echter Meilenstein: die Orbitrap im LTQ-Orbitrap genannten System. Dieser neue Analysatortyp erreichte in punkto Auflösung und Massengenauigkeit revolutionäre Daten. Wie? Vereinfacht gesagt, indem er Frequenzen misst, mit denen Ionen in einem elektrostatischen Feld abhängig von ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis um eine zentrale, spindelförmige Elektrode wandern. „Frequenzen sind innerhalb der physikalischen Eigenschaften das präziseste, was man messen kann“, erläutert, Dr. Thomas Moehring, Senior Director Hardware Management, Life Science Mass Spectrometry, am Bremer Standort von Thermo Fisher Scientific. „Die Auflösung ist direkt proportional zu der Zeit, mit der wir die Ionen im Analysator wandern lassen können. Je länger sie wandern, desto mehr Datenpunkte, desto höher die Auflösung.“

In unserem LP-exklusiven Interview verrät Dr. Thomas Moehring u.a., ob es in Zukunft noch weitere disruptive Entwicklungen in der Massenspektrometrie geben könnte:

Bildergalerie

Die wissenschaftliche Community war beeindruckt – und forderte schnell mehr: Mehr Auflösung in kürzerer Zeit, also mehr Geschwindigkeit. Als erste Antwort darauf überarbeitete Thermo Fisher die Geometrie des Orbitrap-Analysators und führte dessen zweite Generation die so genannte High-Field-Orbitrap ein. Fortan wurden verschiedene, an die jeweiligen Anforderungen und Märkte angepasste Produktfamilien fortlaufend weiterentwickelt, die alle die Orbitrap als Analysator eint. Die Benchtop-Systeme der Q-Exactive-MS-Familie mit Q Exactive, Q Exactive Plus, Q Exactive HF und das Q-Exactive-HF-X-Hybrid-Quadrupol-Orbitrap-Massenspektrometer wurden zu Arbeitspferden für die Proteom-Analyse.

Den High-End-Research-Markt bedienen vor allem Systeme wie das Orbitrap Fusion Lumos aus der Tribrid-Produktgruppe und Q Exactive HF sowie HF-X. Sie decken im Bereich Proteomics jegliches Experiment zur Proteinanalytik ab, angefangen von Basis-Experimenten wie Peptid-ID und Protein-ID, über Datenbanksuchen in einem tryptischen Verdau, bis hin zu Quantifizierungen und Charakterisierungen von intakten Antikörpern, Fragmentierungen von Antikörpern oder Charakterisierungen von post-translationalen Modifikationen (PTMs).

Das neueste System aus der Benchtop-Q-Exactive-MS-Familie das Q-Exactive-HF-X-Hybrid-Quadrupole-Orbitrap-Massenspektrometer kombiniert einen modernen segmentierten Quadrupol für eine leistungsstarke Vorläufer-Ionenselektion mit der High-Field-Orbitrap. Seine niedrigen Nachweisgrenzen decken einen Bereich vom kleinen Molekül bis hin zum nativen Antikörper ab. Im Vergleich zu den Modellen Q Exactive und Q Exactive HF wurde die Analysenzeit in diesem System bei gleichzeitig hoher Robustheit und Reproduzierbarkeit nochmals um den Faktor 2 verkürzt, was höhere Durchsätze erlaubt.

Welche Weiterentwicklungen Quadrupol-Massenspektrometer in den vergangenen 30 Jahren durchlaufen haben, erfahren Sie hier:

Hardware & Software bedarfsgerecht entwickeln

Heute hat die Orbitrap-Technologie auch in unterschiedlichste angewandte Märkte wie die Lebensmittel- oder Umweltanalytik Einzug gehalten. Mit teils sehr unterschiedlichen Anforderungen – an die Hardware, aber auch an die Software. „Die Instrument-Control-Software hat sich in den letzten Jahren extrem entwickelt. Von „Research like“, wo Kunden alle Knöpfe, alle Linsen, alle Spannungen einstellen konnten zu mehr marktorientierten Methoden-Templates und einer Vereinfachung der Parameter, an denen noch gespielt werden muss. Anwenderfreundlichkeit und User-Experience sind hier wichtige Schlagworte. „2013 haben wir das erste Tribrid-Gerät eingeführt, mit erstmals einem Triple und einer Orbitrap auf einer Instrument-Control-Software-Plattform. Dies war der erste Schritt hin zu einer harmonisierten Plattform und das wird auch künftig die Strategie sein, die wir verfolgen. Je nach adressiertem Markt mit unterschiedlichen Gerätetypen, bestimmten vorgefertigten Methoden und einem bestimmten Maß an Flexibilität oder eben nicht-Flexibilität“, sagt Thomas Moehring.

Auch die Software für die Datenauswertung fällt hier natürlich ins Gewicht. Die Bandbreite bei Thermo Fisher Scientific reicht von eher forschungsorientierten Tools und Plattformen mit offener Architektur wie Proteom-Discoverer und Compound-Discoverer bis hin zu Plattformen mit vorgefertigten Templates und komplett automatisierter Datenauswertung. „Auch hier gilt es zu balancieren – je nach Markt und je nach Kundenanforderung“, sagt Moehring.

Insgesamt sieht auch Simon Nunn das Thema Software als ganz zentralen Punkt bei allen analytischen Methoden: „Ob es nun darum geht, ein unbekanntes Spektrum mit einer Datenbank zu vergleichen, ein ausgeklügeltes chemometrisches Modell zu verwenden oder ein chemisches 3D-Bild zu manipulieren – Software ist die Brücke zwischen Daten und Informationen.“ Mittlerweile sind aber nicht nur lokale Softwarelösungen gefragt. Immer mehr Anwender fordern laut Nunn cloudbasierte Lösungen, damit Daten leichter zugänglich sind. Die in diesem Jahr auf der Pittcon vorgestellte Lösung Omnic Anywhere ist beispielsweise eine Cloudlösung für FTIR-Daten.

Weiter Bewegung bei Kopplungstechnologien

Je nachdem aus welchem Blickwinkel betrachtet: Über, vor oder neben allem steht bei der Massenspektrometrie natürlich die Vorbereitung der häufig komplexen Proben aus mitunter komplizierten Matrices. Dazu zählt im weitesten Sinne auch die heute übliche Auftrennung der zu analysierenden Verbindungen z.B. über chromatographische Verfahren. Laut Moehring sind „neue Technologien der direkten Analyse beispielsweise über Paper-Spray-Technologien oder andere direkte Ionisierungsverfahren derzeit in der Findungsphase.“ Damit bleibt die Kopplung von GC oder HPLC als gängigste Kopplungstechnik der Massenspektrometrie wichtig. Auch bei Thermo Fisher Scientific. Auch auf diesem Gebiet herrscht daher nach wie vor Bewegung.

„Die Nano LC hat immer noch ein bisschen das Label des Instabilen. Ich denke in diesem Bereich werden wir in den nächsten Jahren noch einiges an Automatisierung und Standardisierung sehen, die zur Datenqualität beiträgt“, ist sich Moehring sicher. Aber auch in der Kapillarelektrophorese, die lange Zeit aufgrund der verwendeten Puffersysteme von einer MS-Kopplung quasi ausgeschlossen war, stecke derzeit „viel Potenzial insbesondere auch im Zusammenhang mit Biopharma als Markt.“ Zudem sei Imaging momentan ein hochspannendes Technologiethema: „Hier haben sich aus meiner Sicht auf der Quellen-Seite, also bei Maldi- oder Desi-, über die letzten Jahre technologisch Dinge getan, die dafür sorgen könnten, dass durch bildgebende massenspektrometrische Verfahren z.B. in Kombination mit einer anderen Technologie wie der Kryo-Elektronenmikroskopie nochmal ein Mehrwert für Kunden erzeugt wird.“

Auch Simon Nunn sieht Kopplungen als eines der Trendthemen für die kommenden Jahre: „Die Kopplung von Raman oder FTIR mit der Rheologie kann einen großen Informationsgewinn liefern, wie chemische oder morphologische Veränderungen die Fließeigenschaften von Stoffen beeinflussen. Und auch in der Mikroskopie wird es weitere Fortschritte in der Kopplung von schwingungsspektroskopischen Methoden mit optischen, elektronen- und sondenbasierten Mikroskopietechniken geben.“

Auf all diesen und vielen weiteren Gebieten hat sich Thermo Fisher Scientific in den vergangenen Jahrzehnten mit seinem breiten Portfolio an spektroskopischen Techniken als Treiber etabliert und in vielen Bereichen die Marktführerschaft erreicht.

Literatur:

[1] Curt Brunnee: 50 Years of MAT in Bremen; Rapid Communicatiions in Mass Spectrometry, Vol. 11, 694-707 (1997)

* Dr. I. Ottleben, M. Platthaus Redaktion LABORPRAXIS, E-Mail: redaktion@laborpraxis.de

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 45152208)