MALDI (matrix assisted laser desorption/ionization)

Ze skupiny ionizačních metod (ionizace a zdroje), které využívají opatrné zplynění pevného vzorku laserovým pulzem, je nejčastěji využívána metoda MALDI (matrix assisted laser desorption/ionization), což je ionizace pomocí laserové desorpce s přispěním matrice. Vyvinuli ji a popsali F. Hillenkamp a M. Karas (viz též MS historie). Vzorek analyzované látky je zabudován do matrice nosné látky. Hillenkamp s Karasem používali organickou matrici na pevném povrchu, kdežto Tanaka používal kovový prášek v kapalné matrici (hlavní přínos Koiči Tanaky spočívá v aplikaci metody jemné laserové desorpce - SLD, soft laser desorption - k ionizaci velkých molekul, jako jsou proteiny (1987–1988). Krátký jemný laserový pulz ze směsi matrice a sledované látky přímo uvolňuje ionty, které je možno hmotnostně spektrometrickými metodami analyzovat. Účinnost ionizace velmi záleží na druhu nosné látky v matrici.

Bouřlivý rozvoj v posledních letech zaznamenala zejména biochemie díky ESI a MALDI (Nobelova cena za chemii 2002 za vynález ESI a MALDI).

Základní charakteristika desorpční fotoionizace (MALDI):

vzorek je rozpuštěn a smísen s vhodnou matricí, poté odpařen; krátký laserový puls je absorbován matricí, následně dojde k přenosu absorbované energie a ionizaci a desorpci iontů vzorku a jejich ion-molekulárním reakcím; jedná se o pulzní ionizační techniku používanou převážně ve spojení s TOF (time of flight) analyzátorem,
matrice musí absorbovat laserový puls, aby mohlo dojít k ionizaci; nejčastěji se používají dusíkové UV lasery (4 ns puls, UV 337 nm), IČ lasery jsou dražší a méně používané,
volba matrice: pro UV lasery nejčastěji aromatické karboxylové kyseliny, které absorbují UV záření při vlnové délce laseru, např. kyselina dihydroxybenzoová, chlorsalicylová, skořicová apod.,
zpožděná extrakce - ionty extrahuje cca 10 - 100 ns po aplikaci laserového pulzu, čímž dojde k vyrovnání jejich energií a tím se zvýší rozlišení,
lze ionizovat velké biomolekuly, byly analyzovány i látky s M_h > 10⁶,
nejčastěji pozorované ionty [M+H]⁺, [M+2H]²⁺, [M+Na]⁺, [M+K]⁺, výjimečně [M+3H]³⁺, apod.
důležitá je správná příprava vzorku, volba vhodné matrice a rozpouštědla vzorku,
ionizace laserem přes matrici umožňuje měřit molekulové hmotnosti více látek v tomtéž vzorku.

K stanovení vyšších molekulových hmotností se používá ionizace laserem za přítomnosti matrice MALDI v kombinaci s detektorem doby letu (TOF, time-of-flight), který umožňuje změřit dobu průletu a z ní lze vypočítat rychlost částice.

Výhodou použití MALDI (MALDI-TOF) je vysoká citlivost a rychlost měření. Při analýze se vzorek nerozpadá, což umožňuje měření složitějších směsí, zanedbatelný je i vliv pozadí. MALDI postup stává se jedním z nejdůležitějších pro ionizaci organických molekul a do značné míry nahrazuje historicky starší, méně citlivé metody jako např. FAB.

Obr.1: Iontový zdroj MALDI

Směs matrice a vzorku v pevném stavu a na vhodném nosiči, například na nerezové destičce, je zasažena nanosekundovým pulzem laseru. Matrice energii pulzu absorbuje a její rozklad ionizuje molekuly vzorku. Touto ionizací se rozumí adice kationtu (H⁺, Na⁺) či aniontu na molekulu vzorku, disociace H⁺ z molekuly vzorku, vznik radikálu odštěpením elektronu, popřípadě cílené fragmentování (vysokou energií laseru) molekuly vzorku a opětovné spojení. Ionty analyzované látky jsou urychleny silným elektrickým polem (25–30 kV) a přes uzemněnou mřížku vstupují do vakua v trubici detektoru letu, kde se pohybují rychlostí danou jejich hmotností a nábojem. Zde se měří doba letu částice, z níž se pak vypočte poměr molekulové hmotnosti a náboje částice.

Metodu MALDI lze kombinovat jako hmotnostní detektor se separačními metodami, například gelovou elektroforézou či kapalinovou chromatografií. (viz též MALDI - aplikace).

Existuje celá řada modifikovaných aplikací - příklad:

ap-MALDI - ionizace při atmosférickém tlaku: vzorky jsou ionizovány mimo vakuový systém a ionty jsou poté protlačeny skrze malý otvor, obvykle v iontové pasti hmotového spektrometru. Výhodou této varianty ionizace se jeví významné množství rychlých srážek ochlazujících se iontů v prostředí vysokého atmosférického tlaku vedoucí ke stabilizaci citlivých složek. Na druhou stranu, pro některé látky, např. cukry znamenají tyto podmínky prostředí, kdy se zvyšuje jejich fragmentace.

Další informace:

Jaroslava Vávrová

MS MALDI