Bildgebung und chemische Analytik mit Laserdesorptions-Massenspektrometrie im Bereich Forensik und Astrophysik

Abstract

Die Laserdesorption ist eine vielseitige Methode und ein unerlässliches Werkzeug in der bioanalytischen Massenspektrometrie. In dieser Arbeit wurde sie auf unterschiedliche Themengebiete angewandt. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit befasst sich mit grundlegenden Untersuchungen der Laserdesorption, dem Einsatz von Wasser als Matrix und der Anwendbarkeit von VUV-Lasern zur Desorption in der Bioanalytik. Die Desorption mit IR-Lasern ist sanft und es lassen sich sogar strukturelle Änderungen der flüssigen Wassermatrix proben. Dagegen ist die Desorption mit VUV-Lasern hart und es tritt das Problem der Fragmentierung auf. Trotz der hohen Photonenenergien ist es dennoch möglich Biomoleküle mittels VUV-Laser unfragmentiert aus einer Wassereismatrix zu desorbieren. Im zweiten Teil wurden kosmische Massenspektren der Weltraumsonde Cassini im Labor nachgebildet, um zu klären, ob sich unter der Eisoberfläche des Saturnmondes Enceladus ein flüssiger Ozean befindet. Die Ergebnisse belegen, dass es sich um einen sehr salzigen, basischen Wasserozean handelt, der NaCl, NaHCO3 und KCl enthält. Zu Recht gilt Enceladus' Ozean deshalb als mögliches Habitat für extraterrestrisches Leben. Zusätzlich wurden laserintensitätsabhängige Desorptionsexperimente unterhalb und oberhalb der Plasmaschwelle durchgeführt. Damit konnten die Mechanismen der Desorption über Partikeleinschlag und Laserbeschuss verglichen und Gemeinsamkeiten festgestellt werden. Dies erlaubt es vorauszusagen, welche Spektren für bestimmte Einschlagsgeschwindigkeiten erwartet werden können. Im dritten Teil der vorliegenden Arbeit wird das leistungsfähige Werkzeug der bildgebenden Massenspektrometrie für kriminaltechnische Zwecke eingesetzt. Mit dieser Methode können Proben ortsaufgelöst chemisch analysiert und das Ergebnis als Bild dargestellt werden. Neben der chemischen Struktur lassen sich auch feinste Oberflächendetails detektieren. Massenspektrometrische Bilder latenter, lipidreicher und verschwitzter Fingerabdrücke und -spuren mit und ohne Anwendung von Matrix wurden erstellt. Der Detailgrad der sichtbar gemachten Fingerabdrücke ermöglicht eine erfolgreiche Personenidentifikation. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die chemische Analyse genügt, um Fingerspuren verschiedener Personen eindeutig voneinander zu unterscheiden. Demnach kann die bildgebende Massenspektrometrie auch in der Kriminaltechnik gewinnbringend eingesetzt werden.