Hochauflösendes Massenspektrometer mit ESI-Quelle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Beschafft wurde ein hochauflösendes Orbitrap Massenspektrometer mit integrierter ESI-Ionenquelle, welches auch (MS)n Experimente per stoss-induzierter Dissoziation (CID) erlaubt. Der installierte m/z Bereich beträgt bis zu 4000. Wir haben das Gerät kurz nach Inbetriebnahme um eine Nano-ESI Quelle in Eigenbau ergänzt um auch mit kleineren Probenmengen arbeiten zu können. Das Gerät wurde in den ersten drei Jahren nach Inbetriebnahme primär für Fragestellungen im Rahmen des DFG-geförderten Transregio SFB´s TRR 88 eingesetzt. Dabei geht es um die Kontrolle und um die Auswirkungen von Metall-Metall-Kopplungen in Mehrzentrenmetallkomplexen bestehend aus Übergangsmetall- und Lanthanoidkationen. Bezüglich Auswirkung der (systematisch veränderten) Kopplung sind besonders die magnetischen, optischen und (homogen) katalytischen Eigenschaften der Komplexe von Interesse. Veränderte Kopplung wird außer durch Gesamtladungsvariation auch durch Variation der meist organischen Liganden erreicht. Dadurch lassen sich letztendlich die Relativorientierung und der Abstand der kationischen Metallkerne verändern. Deswegen haben organische und anorganische Synthese m SFB eine zentrale Rolle und es fallen entsprechend viele neue Verbindungen und Verbindungsgemische an, die vielfach zunächst mit hochauflösender Massenspektrometrie charakterisiert werden müssen um den Synthese-Erfolg einschätzen zu können. Ein Grossteil des bisherigen Einsatzes des Geräts ist in diesem Zusammenhang zu sehen und einige der unten genannten wissenschaftlichen Arbeiten stehen in diesem reinen analytischen Massenspektrometrie Kontext. Essentiell war bei den Untersuchungen zur analytischen Massenspektrometrie die hohe Massenauflösung, um sehr schwere, aber gleichzeitig hochgeladene Spezies eindeutig zuordnen zu können. Um die Sensitivität für fragile supramolekulare Strukturen zu erhöhen wird derzeit eine weitere Ionenquelle, eine sogenannte "cold spray ion source", im Rahmen eines Teilprojekts des TRR 88 entwickelt. Neben vielfältigen Einsätzen im Rahmen verschiedener Teilprojekte des TRR 88, wurde das Massenspektrometer auch für diverse Kooperationen innerhalb der KIT Fakultät Chemie und Biowissenschaften eingesetzt. Im Rahmen mehrerer DFG Normalverfahrensprojekte ging es in einer Kooperation mit dem Arbeitskreis von Prof. Wagenknecht (Organische Chemie) um analytische Massenspektrometrie von verschiedenen supramolekularen DNA – Ligand Komplexen – so z.B. mit C60 bzw. mit Metallzentren. Massenspektroskopisch stellte dies wegen der Labilität der Systeme und der sehr hohen Massen eine besondere Herausforderung dar. Neben der analytischen Massenspektrometrie wurde das Gerät auch in einigen untersuchten Systemen zur strukturellen und thermochemischen Charakterisierung über (MS)n bzw. CID Messungen eingesetzt. Insbesonders wurde neben der Charakterisierung von Zerfallskanälen auch entsprechende Schwellwertbestimmungen durchgeführt. Letztere wurden gegen Literatur-Messungen von Thermometerionen auf anderen Massenspektrometer-Plattformen kalibriert (und quantenchemischen Rechnungen daran). Besonders in dem letzten Berichtsjahr rückte ein weiterer Aspekt zunehmend in den Brennpunkt des Interesses: die massenspektrometrische Untersuchung von reagierenden Systemen in flüssiger Phase, wie z.B. von Porphyrinaustauschreaktionen bei solvatisierten supramolekularen Käfigstrukturen. Ein wichtiger Aspekt war dabei der sehr große dynamische Bereich des Instruments, der es erlaubt, auch hochverdünnte Zwischenprodukte in Gegenwart eines großen Überschusses an Edukt- bzw. Produktspezies nachzuweisen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Resonant tunneling through the repulsive Coulomb barrier of a quadruply charged molecular anion. Phys. Rev. A, 2012, 85, 064503
P. D. Dau, H.-T. Liu, J.-P. Yang, M.-O. Winghart, T.J.A. Wolf, A.-N. Unterreiner, P. Weis, Y.-R. Miao, C.-G. Ning, M.M. Kappes, L.-S. Wang
- Electron tunneling from electronically excited states of isolated bisdisulizole-derived trianion chromophores following UV absorption. Phys.Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 6726-6736
M.-O. Winghart, J.-P. Yang, M. Kühn, A.-N. Unterreiner, T.J.A. Wolf, P.D. Dau,H.-T. Liu, D.-L. Huang, W. Klopper, L.-S. Wang, M.M. Kappes
- Heterobimetallic Cuprates Consisting of a Redox-Switchable, Silicon-Based Metalloligand: Synthesis, Structures, and Electronic Properties. Chem. Eur. J., 2013, 19, 8436 -8446
S. Styra, S. Gonzalez-Gallardo, F. Armbruster, P. Ona-Burgos, E. Moos, M. Vonderach, P. Weis, O. Hampe, Anneken Grün, Y. Schmitt, M. Gerhards, F. Menges, M. Gaffga, G. Niedner-Schatteburg, F. Breher
- Structural characterization of metalloporphyrin-oligomer multianions by mass spectrometry and ion mobility spectrometry-Observation of metastable species. Int. J. Mass Spec., 2013, 339340, 24-33
U. Schwarz, M. Vonderach, M.M. Kappes, R. Kelting,K. Brendle, P. Weis
- Azaporphine guest-host complexes in solution and gas-phase: evidence for partially filled nanoprisms and exchange reactions. Phys. Chem. Chem. Phys. , 2014,16, 6225-6232
P. Weis, U. Schwarz, F. Hennrich, D. Wagner, S. Bräse, M.M. Kappes
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/C3CP55486D) - Conformer-selective photoelectron spectroscopy of alpha-lactalbumin derived multianions in the gas phase. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 3007-3013
M. Vonderach, M.-O. Winghart,L. MacAleese, F. Chirot, R. Antoine, Ph. Dugourd, P. Weis, O. Hampe, M.M. Kappes
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/C3CP54596B) - Cu(II)- and Mn(III)-Porphyrin-Derived Oligomeric Multianions: Structures and Photoelectron Spectra. J. Phys. Chem. A, 2014, 118, 369-379
U. Schwarz , M. Vonderach, M.K. Armbruster, K. Fink, M.M. Kappes, P. Weis
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/jp411149e) - Dendrimer-Type Peptoid-Decorated Hexaphenylxylenes and Tetraphenylmethanes: Synthesis and Structure in Solution and in the Gas Phase. Chem. Eur. J, 2014, 20, 16273-16278
K. Peschko, A. Schade, S.B.L. Vollrath, U. Schwarz, B. Luy, C. Muhle-Goll, P. Weis, S. Bräse
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/chem.201404024) - Ion Mobility Spectrometry, Infrared Dissociation Spectroscopy, and ab Initio Computations toward Structural Characterization of the Deprotonated Leucine-Enkephalin Peptide Anion in the Gas Phase. J. Phys. Chem. A, 2014, 118, 8453-8463
F. Schinle, C.R. Jacob, A.B. Wolk, J.F. Greisch, M. Vonderach, P. Weis, O. Hampe, M.A. Johnson, M.M. Kappes
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/jp501772d)
