Eine „Fahne“ verrät den Mitmenschen, wer zu tief ins Glas geschaut hat – ein Geruch nach Knoblauch oder Zwiebeln, was er gegessen haben könnte. Unser Atem kann aber nicht nur offenbaren, was wir konsumiert haben, auch bestimmte Erkrankungen können sich durch spezielle Mundgerüche bemerkbar machen. Anhand des Harnstoffgehalts des Atems nach einer Mahlzeit lassen sich zum Beispiel Rückschlüsse auf die durch die Nahrungsaufnahme in Gang gesetzten Stoffwechselprozesse ziehen. Ebenso können Rückschlüsse auf die Abbaugeschwindigkeit von Nikotin bei Rauchern gezogen werden. Die Untersuchung der Atemluft (auch Atemluftanalytik genannt) birgt insofern interessante Perspektiven für die klinische Diagnostik, die künftig Blutabnahmen teilweise unnötig machen könnte. Bisher gestaltete sich diese Methode allerdings sehr schwierig. So ist der apparative Aufwand meist beträchtlich und die Proben müssen vor der eigentlichen Analytik aufwändig präpariert werden. Darüber hinaus ließen bis heute nur kleine flüchtige Verbindungen zuverlässig in der Atemluft nachweisen. Schweizer Forscher haben nun eine massenspektrometrische Methode entwickelt, mit der sich rasch und einfach ein regelrechter Fingerabdruck der Atemluft bestimmen lässt. Auf diese Weise gelingt auch der quantitative Nachweis großer, nichtflüchtiger Moleküle.
Die Methode von Renato Zenobi und seinem Team von der Eidgenössichen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) basiert auf der so genannten Quadrupol-Flugzeit-Massenspektrometrie (QTOF). Dabei werden Moleküle elektrisch aufgeladen und dann anhand ihres unterschiedlichen Molekulargewichts von einander getrennt. Man erhält auf diese Weise ein Spektrum von Fragmenten, das für das ursprüngliche Molekül charakteristisch ist und dessen Identifikation erlaubt.
Der entscheidende Kniff bei der neuen Methode ist die Art der Probenaufgabe in das Massenspektrometer. Üblicherweise wird zunächst eine Probe extrahiert und diese Flüssigkeit dann mit Hilfe eines elektrischen Feldes zerstäubt. Stattdessen führen die Forscher nun aber eine direkte Tröpfchen-Tröpfchen-Extraktion durch: Die Atemluft-Probe wird direkt in die Elektrospray-Anordnung geleitet und kreuzt hier einen Strom geladener Reagenzien-Tröpfchen, welche diejenigen Moleküle, die von Interesse sind, gezielt aufnehmen und aufladen. Auf ihrer Reise ins Massenspektrometer verlieren die Tröpfchen Lösungsmittel und werden immer weiter zerteilt, bis zuletzt die geladenen Moleküle übrig bleiben, die in den QTOF-Massenanalysator gelangen. Auf diese Weise kann die Massenanalyse kontinuierlich über längere Zeit laufen, so dass insgesamt größere Probenmengen als bisher untersucht werden können. Ein weiterer Vorteil: Die Proben müssen nicht vorbehandelt werden, Verluste werden so reduziert. Vor allem aber werden, im Gegensatz zu bislang gängigen Verfahren, auch die tröpfchenförmigen Bestandteile der Atemluft erfasst, welche größere Moleküle von nicht flüchtigen Substanzen enthalten. Mit der neuen Methode lassen sich also auch Spuren dieser größeren Verbindungen nachweisen und quantifizieren.
Quellen:
- IDW
- Angewandte Chemie, Presseinfo 44/2006