ESI-MS (Elektrospray-Ionisation)
Die ESI (Elektrospray-Ionisation) ist die zweite große sanfte Ionisierungstechnik der biomolekularen Massenspektrometrie und wurde von John Fenn entwickelt (Nobelpreis 2002, geteilt mit Tanaka). Sie hat sich zur Referenzmethode entwickelt, wenn die Ionisation mit der Flüssigchromatographie gekoppelt wird und Proben im kontinuierlichen Fluss analysiert werden.
Prinzip: Die gelöste Probe (Wasser-Methanol oder Wasser-Acetonitril mit 0.1 % Ameisensäure oder TFA) wird mit geringer Flussrate (1-1000 μL/min) durch eine Kapillare infundiert, die gegenüber der Gegenelektrode auf hohem Potenzial (±2 bis ±5 kV) gehalten wird. Das elektrische Feld bildet an der Kapillarspitze einen Taylor-Kegel und anschließend einen zerstäubten Sprühnebel aus feinen geladenen Tröpfchen. Unter einem Trockengasstrom (Stickstoff) und einem Temperaturgradienten verdampfen die Tröpfchen das Lösungsmittel, zerfallen (Coulomb-Spaltungen) und setzen schließlich molekulare Ionen in der Gasphase frei.
Das Besondere an der ESI ist ihre Fähigkeit, bei Peptiden und Proteinen beträchtlicher Größe mehrfach geladene Ionen zu erzeugen. Ein Peptid von 5 kDa kann als Ionen [M+3H]³⁺, [M+4H]⁴⁺, [M+5H]⁵⁺ usw. erscheinen. Diese Mehrfachladung verschiebt die Peaks zu niedrigeren m/z-Werten, die mit dem Messbereich der meisten Analysatoren kompatibel sind, und ermöglicht die Analyse von Proteinen mit mehreren zehn kDa auf klassischen Geräten.
Die LC-MS-Kopplung (Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie) ist die Paradeanwendung. Ein Acetonitril/Wasser-Gradient trennt die Peptide eines tryptischen Verdaus auf einer C18-Umkehrphase, und der Fluss gelangt direkt in die ESI-Quelle. Die hochauflösende Massenspektrometrie (Orbitrap, QTOF, FT-ICR) liefert dann die exakte Masse (Genauigkeit 1-5 ppm) und die MS/MS-Fragmentierung zur Sequenzidentifizierung.
Die quantitative Analyse profitiert von Techniken wie SRM/MRM (Selected/Multiple Reaction Monitoring) auf Triple-Quadrupolen: spezifische Paare aus Vorläuferion und Fragmention ermöglichen eine absolute Quantifizierung im Bereich ng/mL in komplexen biologischen Matrices (Plasma, Urin, Gewebehomogenat). Interne Standards mit stabilen Isotopen (²H, ¹³C, ¹⁵N) liefern eine in der Pharmakokinetik akzeptable Präzision von 5-10 %.
Stärken der ESI: LC-Kopplung für komplexe Gemische, Mehrfachladung für große Moleküle, robuste Quantifizierung, kompatibel mit allen modernen Analysatortypen. Grenzen: Empfindlichkeit gegenüber Salzen und Detergenzien (in der Regel < 50 mM NaCl), Bedarf an kompatiblen flüchtigen Lösungsmitteln, Ionensuppression in biologischen Matrices, für Einsteiger schwieriger zu interpretierende Spektren als bei MALDI.