Probenvorbereitung und analytische Infrastruktur

Neben der tropischen Aquarienanlage für ökologische Experimente und Versuche zur Korallenvermehrung ist die chemische Analyse ein weiterer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Umweltbiochemie. Die Analyse verschiedener organischer Moleküle aus Meeresorganismen und ihrem zugehörigen Mikrobiom erfordert spezielle Verfahren zur Probenvorbereitung und -reinigung und vor allem hochwertige Geräte zur Identifizierung und Quantifizierung bioaktiver Zielverbindungen. Hier können wir beispielsweise bioaktive Sekundärmetaboliten aus einer Vielzahl von Meeresorganismen mithilfe der präparativen Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (prep-HPLC, Agilent 1260 Infinity) chemisch von einer Vielzahl mariner Organismen trennen und diese Moleküle mit hochauflösenden Massenspektrometern (HRMS, WATERs Q-ToF Synapt G2-Si) identifizieren und bis in Spurenmengen genau quantifizieren (WATERs TQ-S XEVO Micro). Im Folgenden beschreiben wir unsere hochmoderne analytische Infrastruktur genauer.

Präparative HPLC zur Reinigung von Verbindungen

Die Agilent HPLC (1260 Infinity) mit DAD (Diodenarray-Detektor) und ELSD (Evaporative Light Scattering Detector) ist ein leistungsstarkes Analysesystem zur Trennung, Detektion und Quantifizierung komplexer Gemische organischer Verbindungen.

Der Agilent GC (1260 Infinity) ist mit einem DAD (Diodenarray-Detektor) und einem ELSD (Evaporative Light Scattering Detector) ausgestattet.

Der DAD ist ein UV-Vis-Detektor, der mithilfe einer Diodenmatrix mehrere Komponenten in einem einzigen Durchlauf nachweist und quantifiziert. Er kann eine Vielzahl von Verbindungen nachweisen, darunter auch nicht-chromophorische und halbflüchtige Verbindungen, und verfügt über einen linearen Dynamikbereich von bis zu 4 Größenordnungen. Die Vorteile der Verwendung eines DAD sind: (1) höhere Empfindlichkeit und Spezifität im Vergleich zu herkömmlichen UV-Detektoren (2) Möglichkeit der Spektralanalyse zur Identifizierung und Bestätigung von Verbindungen (3) Möglichkeit der quantitativen Analyse unter Verwendung mehrerer Wellenlängen

Der ELSD ist ein universeller Detektor, der eine Vielzahl von Verbindungen nachweisen kann, darunter auch nichtflüchtige und nichtchromophorische Verbindungen, die von UV-Detektoren nicht erkannt werden. Er funktioniert durch Verdampfen der mobilen Phase und Detektieren des von der Probe gestreuten Lichts. Zu den Vorteilen der Verwendung eines ELSD gehören: (1) höhere Empfindlichkeit und Spezifität im Vergleich zu Brechungsindexdetektoren, (2) universelle Detektion, unabhängig von der chemischen Beschaffenheit des Analyten, (3) niedrige Nachweisgrenze und hoher Dynamikbereich.

Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie

Die Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie kombiniert zwei separate Analysetechniken, um hochpräzise und detaillierte Informationen über die Verbindungen in einer Probe zu liefern. Die GC ermöglicht die Trennung organischer Moleküle, von kleinen gasförmigen Molekülen bis hin zu Verbindungen mit einer viel höheren Anzahl von Kohlenstoffatomen, wie polychlorierte Biphenyle (PCBs), Hexachlorbenzol (HCBs), Hexachlorcyclohexan (HCH) und Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT). Der Agilent 6890 Series GC ist ein vielseitiger und zuverlässiger GC, der für eine Vielzahl von Proben geeignet ist, von der Spurenanalyse bis hin zu Anwendungen mit hohem Durchsatz. Zu den Vorteilen der Verwendung eines GC gehören: (1) hohe Trennleistung und Auflösung, (2) ausgezeichnete Reproduzierbarkeit und Genauigkeit, (3) Fähigkeit zur Verarbeitung einer Vielzahl von Probentypen und Matrizen.

In Verbindung mit einem MS ermöglicht es die Identifizierung molekularer Strukturen und liefert gleichzeitig Informationen über die Konzentration eines Zielanalyten. Das Einzelquadrupol-Tischgerät Agilent GC-MS mit einem 6890 GC und einem 5973 MSD ist das „Arbeitstier” unserer Gruppe für die Charakterisierung von GC-geeigneten organischen Kontaminanten und Pestiziden. Es arbeitet ausschließlich im EI-Modus und verfügt über eine Vollscan-Kapazität von m/z 2 bis 800 Dalton. Der Agilent 5973 MSD ist ein robuster und zuverlässiger Detektor, der häufig bei der Analyse komplexer Gemische eingesetzt wird. Zu den Vorteilen der Verwendung eines MSD gehören: (1) hohe Empfindlichkeit und Selektivität, (2) die Möglichkeit, Verbindungen anhand ihrer Massenspektren zu identifizieren, (3) die Möglichkeit der quantitativen Analyse mittels Selected Ion Monitoring (SIM).

Der Agilent GC (Serie 6890) MSD (5973) ist ein leistungsstarkes Analysesystem, das die hohe Trennleistung und Reproduzierbarkeit des GC mit der hohen Empfindlichkeit und Selektivität des MSD kombiniert.

Flüssigkeitschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie (LC-MS)

Die Flüssigkeitschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie (LC-MS) wird zur Identifizierung polarer, hochmolekularer organischer Verbindungen eingesetzt und ermöglicht eine semiquantitative Bestimmung von Konzentrationen. In der Arbeitsgruppe Umweltbiochemie werden LC-MS-Techniken hauptsächlich zur Charakterisierung des Metaboloms von Meeresorganismen und ihres zugehörigen Mikrobioms eingesetzt.

Durch die Kombination von LC und MS bietet das LC-MS-System mehrere Vorteile, darunter: (1) verbesserte Empfindlichkeit und Spezifität im Vergleich zu LC oder MS allein, (2) die Möglichkeit, unbekannte Verbindungen anhand ihrer Massenspektren zu identifizieren, (3) die Möglichkeit der quantitativen Analyse mittels SIM oder Multiple Reaction Monitoring (MRM) und (4) die Kompatibilität mit einer Vielzahl von Probentypen und Matrizen, darunter biologische Flüssigkeiten, Umweltproben und komplexe Gemische.

Insgesamt ist LC-MS eine leistungsstarke und vielseitige Technik, die eine hohe Empfindlichkeit und Spezifität für die Trennung, Identifizierung und Quantifizierung einer Vielzahl von organischen Verbindungen in komplexen Gemischen bietet.

SYNAPT G2-Si Massenspektrometrie

Das SYNAPT G2-Si Massenspektrometer (Waters) ist ein hybrides Quadrupol-Massenspektrometer mit Ionenmobilität und orthogonaler Beschleunigung (Q-ToF), das hochauflösende Massenspektrometrie (HRMS) mit hocheffizienten, auf Ionenmobilität basierenden (IMS) Messungen und Trennungen kombiniert. Es kann entweder mit einer dual-orthogonalen API-Quelle (LockSpray™ ESI/APCI) oder einer Matrix-unterstützten Laser-Desorptions-/Ionisations-Ionenquelle (MALDI) ausgestattet werden. Im Routinemodus wird das SYNAPT an ein Waters ACQUITY UPLC H-Class-System angeschlossen, um Metaboliten in Lösung zu screenen, oder optional an ein Bildgebungsverfahren (kurz MALDI-Bildgebungsmassenspektrometrie) zur Analyse chemischer Komponenten und ihrer räumlichen Verteilung innerhalb einer Probe.

Hier sind einige Merkmale und Vorteile dieses Instruments: (1) Hochauflösende Massenmessung, die die Erkennung und Identifizierung selbst geringfügiger Bestandteile in komplexen Gemischen ermöglicht. Die genaue Massenmessung ermöglicht auch die Bestimmung der Elementzusammensetzung, was für die Identifizierung unbekannter Verbindungen nützlich ist. (2) Dieses Instrument ist mit einer Ionenmobilitätstrennung ausgestattet, die Ionen anhand ihrer Größe, Form und Ladung trennt. Dies ermöglicht eine zusätzliche Dimension der Trennung, wodurch die Spezifität und Genauigkeit der Verbindungsidentifizierung verbessert werden kann. (3) Das Gerät bietet eine Reihe von Fragmentierungstechniken, darunter kollisionsinduzierte Dissoziation (CID), Elektronentransfer-Dissoziation (ETD) und strahlungsinduzierte Dissoziation (HCD). Diese Techniken liefern verschiedene Arten von Fragmentierungsinformationen, die zur strukturellen Charakterisierung und Identifizierung unbekannter Verbindungen verwendet werden können. (4) Das SYNAPT G2-Si-Massenspektrometer bietet eine hohe Empfindlichkeit, die den Nachweis selbst geringster Mengen von Verbindungen in komplexen Gemischen ermöglicht. (5) Das Gerät verfügt über einen datenunabhängigen Erfassungsmodus (DIA), der umfassende und reproduzierbare Daten für die markierungsfreie quantitative Analyse liefert. Der DIA-Modus ermöglicht auch den Nachweis von Analyten mit geringer Häufigkeit und die Identifizierung von co-eluierenden isobaren Verbindungen.

Die SYNAPT G2-Si-Massenspektrometrie eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter Metabolomik, Lipidomik und die Analyse kleiner Moleküle.

Xevo TQ-S Mikro-Triple-Quadrupol-Massenspektrometrie

Die Xevo TQ-S Mikro-Triple-Quadrupol-Massenspektrometrie (Waters) ist ein hochempfindliches und selektives Instrument zur quantitativen Analyse kleiner Moleküle und Biomoleküle. Dieses kompakte, leistungsstarke Arbeitstier ist schnell, zuverlässig und liefert konsistent niedrige Quantifizierungswerte mit einem breiten Dynamikbereich. Hier sind einige Merkmale und Vorteile dieses Instruments: (1) Die Triple-Quadrupol-Technologie, bestehend aus zwei Massenfiltern und einer Kollisionszelle, ermöglicht eine hochselektive und empfindliche Detektion von Zielverbindungen in komplexen Matrizen. (2) Der Multiple-Reaction-Monitoring-Modus (MRM) ermöglicht eine hochspezifische und empfindliche Detektion von Zielverbindungen in komplexen Matrizen. Dieser Modus ermöglicht auch den Nachweis von Analyten mit geringer Häufigkeit und die Identifizierung von co-eluierenden isobaren Verbindungen. (3) Die hohe Empfindlichkeit und der große Dynamikbereich ermöglichen den Nachweis und die Quantifizierung von Spurenmengen von Verbindungen in komplexen Matrizen. Dies macht es zu einem idealen Werkzeug für unser ökotoxikologisches Projekt zu den Auswirkungen von UV-Filtern auf Korallen. (4) Die schnelle Scanrate ermöglicht eine Hochdurchsatzanalyse von Proben ohne Einbußen bei der Empfindlichkeit oder Selektivität.

Das Mikro-Triple-Quadrupol-Massenspektrometer Xevo TQ-S ist ein hochempfindliches und selektives Gerät, das sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignet, darunter ökotoxikologisches Screening, Arzneimittelforschung und Umweltanalyse.

Synergy H1 Hybrid-Multimode-Reader

Der Synergy H1 Hybrid-Multimode-Reader ist ein Mikroplatten-Reader, der für verschiedene Anwendungen wie Absorptions-, Fluoreszenz- und Lumineszenz-Assays entwickelt wurde. Der BioTek Synergy H1 ist ein modularer Multimode-Mikroplatten-Reader mit monochromatorbasierter Optik und filterbasierter Optik. Die patentierte Hybrid-Technologie bietet Flexibilität und Empfindlichkeit für ein breites Anwendungsspektrum. Die modulare Plattform ermöglicht Upgrades zur Erweiterung der Funktionalität, wenn sich Ihre Laborabläufe ändern. Der Synergy H1 bietet stufenlos einstellbare Monochromatoren für die Auswahl der Fluoreszenzanregungs- und Emissionswellenlänge. Die Fluoreszenzbandbreite kann in Schritten von 1 nm zwischen 9 und 50 nm eingestellt werden, sodass Benutzer die Reader-Einstellungen vollständig optimieren können, um im Vergleich zu Systemen mit fester Bandbreite die beste Assay-Leistung zu erzielen. Insgesamt ist der BioTek Synergy H1 ein vielseitiger und zuverlässiger Mikroplatten-Reader, der in verschiedenen Forschungsbereichen, darunter Arzneimittelforschung, Molekularbiologie und Biochemie, weit verbreitet ist.

Der BioTek Synergy H1 ist ein Mikroplatten-Reader, der für verschiedene Anwendungen wie Absorptions-, Fluoreszenz- und Lumineszenz-Assays entwickelt wurde.

Direkter Quecksilberanalysator

Der Quecksilberanalysator DMA-80 (Direkter Quecksilberanalysator) dient zur schnellen und einfachen Bestimmung von Hg in festen oder flüssigen Proben. In unserer Gruppe untersuchen wir die Hg-Speicherung in Vogeleischalen, Vogelembryonen, Vogelfedern, Fischen und deren Organen sowie in Sedimentproben. Dazu wird das Gewicht der Proben mit der integrierten Analysenwaage des DMA-80 bestimmt. Die sequenzielle Verarbeitung der Proben erfolgt durch einen automatischen Probengeber. Die Analyse pro Probe dauert zwischen 6 und 7 Minuten.

Funktionsweise: Die Probe wird bei hohen Temperaturen mit Sauerstoff zersetzt, das freigesetzte Hg wird an einem Amalgamkollektor gebunden, anschließend atomisiert und mit dem eingebauten Atomabsorptionsspektrometer gemessen.

Hg-Nachweisbereich: In unserer Gruppe werden Hg-Werte im Bereich von 0,05 ng bis 50 ng bestimmt. Theoretisch kann das DMA80 Hg-Werte von 0,001 ng bis 1000 ng messen.

Der Direct Mercury Analyzer (DMA) dient zur schnellen und einfachen Bestimmung von Hg im Bereich von 0,05 ng bis 50 ng.