AmbiProbe

Massenspektrometrische in-situ-Analytik für die Problembereiche Gesundheit, Umwelt, Klima und Sichherheit

Ein Forschungs-Schwerpunkt im LOEWE-Programm des Hessischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst

 

Der Einsatz chemischer Analytik für die Bestimmung von Gefahrstoffen im täglichen Leben liegt momentan noch weit hinter dem tatsächlichen Bedarf. Ziel von AmbiProbe ist es, die Entwicklung entsprechender Methoden voran zu treiben.

Das moderne öffentliche Leben verursacht einen zunehmenden Bedarf an analytischer Information über (bio-)chemische Risikofaktoren und Gefahrstoffe anthropogener und natülicher Quellen, im Kontext der Nahrungsmittelproduktion, der Wechselwirkungen mit Ökosystemen, klimatischer Veränderungen und der Verbrechens- und Terrorprävention. 

Der Kanon verfügbarer analytischer Methoden ermöglicht derzeit noch keine Flächenversorgung ungeübter Personen mit einfachen, handlichen, schnellen und zuverlässigen Geräten, die eine sofortige Information über die Anwesenheit potenziell gefährlicher Stoffe etwa in Lebensmitteln, in der Luft oder im Oberflächenwasser geben könnten. Nach momentanem Entwicklungsstand müssen Proben nach einem streng vorgegebenen Protokoll gesammelt, in kontrollierter Weise ins geprüfte Labor transportiert, dort unter hochreinen Bedingungen homogenisiert oder vermahlen werden und schließlich ihre vermuteten relevanten Inhaltsstoffe mit spezifischen Extraktionsverfahren für die eigentliche Analyse verfügbar gemacht werden. Diese schließt sich sodann in Form einer chromatographischen Auftrennung und einer mehrdimensionalen massenspektrometrischen Analyse an. Das Ergebnis einer solchen Untersuchung wird erst nach umfangreichen und teilweise zeitintensiven Datenauswertungen verfügbar, die ein hohes Maß an Expertenwissen und Erfahrung erfordern. 

Im Forschungsschwerpunkt AmbiProbe werden neue analytische Verfahren entwickelt, die unabhängig von stationären Systemen betrieben werden können. Sie werden in der Lage sein, Echtzeit-Informationen über die Anwesenheit bestimmter chemischer Risikofaktoren in der Getreideernte, Fleisch, Milchprodukten oder in Umweltproben, in der Luft oder bei Personenkontrollen an Flughäfen zu liefern. Eine solche vor-Ort-Aufklärung erfordert einen grundsätzlichen Strategiewandel in mehreren methodischen Teilbereichen des analytischen Prozesses. 

Während etablierte Laborverfahren  eine standardisierte Probenvorbereitung und -auftrennung, leistungsfähige Datenbanken, sowie gegenüber Umgebungseinflüssen abgeschirmte, ortsfeste Hochleistungs-Massenspektrometer (MS) erwarten, sind für die in-situ-Analyse flexible und mobile, miniaturisierte und umgebungstolerante Systeme erforderlich, die native (nicht aufgereinigte, nicht vorgetrennte) Proben auswerten können und sich im Wesentlichen auf jene Daten stützen, die aus der unmittelbaren Analyse zugänglich sind. Die Proben müssen unter Umgebungsbedingungen untersucht werden, und zwischen Probensonde und Analysegerät muss in der Regel eine flexible Transferverbindung existieren.

Hier setzen neue Strategien analytisch-chemischer Methoden, sowie im Schwerpunkt erstmals verfolgte technologische Ideen an, die eine bislang unerreichte Mobilität und Unmittelbarkeit ermöglichen bei gleichzeitig herausragender analytischer Aussagekraft und Universalität. Zu diesen Methoden gehören die Atmosphärendruck-Desorptionsmethoden wie die Desorption Electrospray Ionization (DESI), neuartige leistungsfähige Ionenleiter-Prinzipien und Partikel-Transportsysteme, Massenanalysatoren im Mikromaßstab und Datenauswerteverfahren auf der Basis hochgenauer Massen mit Rechenzeiten im Millisekundenbereich.

Die Bereiche Gesundheit, Umwelt, Klima und Sicherheit beinhalten eine große Zahl von Fragestellungen, in denen analytische Probleme vor Ort gelöst werden müssen und etablierte Labortechniken sich als ungeeignet erweisen. Dieses sind vor allem Fragestellungen, bei denen schnell, unmittelbar, ortsbezogen, und manipulationsarm untersucht werden muss. Gemeinsam ist diesen Fragestellungen zumeist, dass es dabei um bioaktive oder chemisch aktive Stoffe geht, die schnell erkannt werden müssen.