Wissenschaftler können jetzt Umweltschadfstoffen mit einer „Spürnase“ der rekordverdächtigen Art nachschnüffeln – einem Massenspektrometer, das die Kraft des 240.000-fachen Erdmagnetfelds in sich trägt. Mit seiner Hilfe sollen auch komplexe organische Substanzen im Dienste von Umwelt und Gesundheit jetzt besser identifiziert werden.
Mit einer gigantischen Magnetfeldstärke von zwölf Tesla, einem Magnetdurchmesser von eineinhalb Metern und stolzen dreieinhalb Tonnen Gewicht beeindruckt es schon allein durch seine äußere Erscheinung: Das erste europäische Zwölf-Tesla- Hochauflösungs-Massenspektrometer vom Typ FTICR-MS (Fourier Transform Ion Cyclotron Massenspektrometer). Es ist seit wenigen Tagen im GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit installiert.
Schwerpunkt Umweltforschung
Gegenüber konventionellen Massenspektrometern hat das neue Gerät einen entscheidenden Vorteil: Gerade für die Untersuchung komplexer Gemische aus der natürlichen Umwelt wird ein sehr viel genauerer Blick auf Einzelfragen wie beispielsweise die Bestimmung von Summenformeln tausender Komponenten, möglich.
Weltweit sind bislang nur vier Massenspektrometer dieser Magnetgröße im Einsatz, zwei in den USA und zwei in Japan; diese kommen überwiegend in der Proteomforschung zur Anwendung. Philippe Schmitt-Kopplin, Arbeitsgruppenleiter am GSF-Institut für Ökologische Chemie und seine Teamkollegen haben mit ihrem Gerät zusätzliche Pläne: „In der GSF wollen wir das FTICR-MS mit Schwerpunkt auf die Analytik umweltrelevanter Prozesse in Bezug zur Gesundheit des Menschen einsetzen“, so der Arbeitsgruppenleiter. Der Fokus soll dabei vor allem auf dem Identifizieren bislang noch unbekannter Verbindungen und Metaboliten liegen.“
Signalstoffe, Biomarker und kleinste Schadstoffmengen im Visier
Erster Gegenstand der Ermittlungen sollen für die neue Spürnase die mikrobiellen und pflanzlichen Signalstoffe sowie Metaboliten in der Wurzelzone sein. Auch sollen Biomarker, die mit Krankheitsbildern assoziiert sind, identifiziert werden. Auf lange Sicht, so die Zukunftsvision der Arbeitsgruppe um Schmitt-Kopplin, soll die Untersuchung von natürlichen organischen Substanzen aus Böden, Gewässern, marinen Systemen und Grundwässern mittels ultrahochauflösender FTICR Massenspektrometrie auf eine qualitativ völlig neue Ebene angehoben werden.
Die Ideen der GSF-Wissenschaftler gehen aber noch deutlich weiter: „Im Prinzip könnte man auf lange Sicht alle natürlichen Materialien, deren genaue Identifizierung oder Herkunftsbestimmung bislang nicht oder nur ansatzweise möglich war, endlich mehr im Detail analysieren“, so Norbert Hertkorn, Analytiker und NMR-Spezialist am Institut für Ökologische Chemie. Derzeit geprüfte Anwendungen liegen zum Beispiel in der Aufklärung unbekannter organischen Verbindungen und gegebenenfalls auch von Biomarkern in Aerosolen der Außen- und Innenluft, in Proben aus der Paläogenetik, der Lebensmittelqualität, der Forensik oder der Restauration alter Gemälde und Skripten.
Gerade im Einsatz für so wertvolles Probenmaterial hebt sich das FTICR-MS noch durch eine weitere exklusive Eigenschaft aus der Masse konventioneller Analysegeräte hervor: Mit seiner extremen Genauigkeit, der außerordentlichen Empfindlichkeit und mit der Arbeitsgruppen- Expertise hinsichtlich der Kopplung zu Kapillartrennverfahren, kann das Gerät selbst aus kleinsten Probenmengen in komplexen Gemischen die volle Bandbreite analytischen Datenmaterials herauszaubern.
(GSF – Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, 20.07.2005 – npo)
