Laser-induzierte Desorptions-Massenspektrometrie (LIMS, LDMS)

Die Laser-induzierte Desorptions-Massenspektrometrie ist ein physikalisch-chemisches Analyseverfahren zur Bestimmung der elementaren und molekularen Zusammensetzung von Oberflächen.

Das Prinzip basiert auf zwei zentralen Schritten:

1. Desorption/Ablation: Ein fokussierter, gepulster Laserstrahl trifft auf die Oberfläche einer Probe. Die Energie des Lasers führt dazu, dass Material schlagartig verdampft (desorbiert) und teilweise ionisiert wird.

2. Massenspektrometrie: Die erzeugten Ionen werden in ein Massenspektrometer (häufig ein Flugzeitmassenspektrometer, Time-of-Flight oder TOF) geleitet. Dort werden sie anhand ihres Masse-zu-Ladung-Verhältnisses (m/z) getrennt und detektiert.

    

Obwohl die Begriffe in der Praxis oft ähnlich verwendet werden, gibt es Nuancen:

• LDMS (Laser-Desorption): Konzentriert sich primär auf die Freisetzung von intakten Molekülen oder Atomen von der Oberfläche durch maßvolle Laserenergie.
• LIMS (Laser-induzierte MS): Wird oft als Oberbegriff genutzt, wenn der Fokus auf der plasmainduzierten Elementaranalyse und Tiefenprofilierung liegt.
• MALDI: Eine Spezialform der LDMS, bei der eine chemische "Matrix" hinzugefügt wird, um empfindliche Biomoleküle (wie Proteine) vor der Zerstörung durch den Laser zu schützen.

Der Prozess läuft in einer Vakuumkammer ab und lässt sich in drei Phasen unterteilen:

Laserpuls  ➔ Probenoberfläche: Desorption & Ionisation ➔  TOF-Analysator  ➔  Detektor / Massenspektrum 

1. Die Wechselwirkung: Ein ultrakurzer Laserpuls (Nanosekunden oder Femtosekunden) wird auf einen Fleck von wenigen Mikrometern (oder Nanometern) Durchmesser fokussiert.
2. Die Wolke (Plume): Es entsteht eine Wolke aus neutralen Teilchen, Elektronen und Ionen. Bei LIMS reicht die Energie oft aus, um direkt eine Eigenionisation (Direktionisation) der Atome zu bewirken.
3. Die Messung: Ein elektrisches Feld beschleunigt die Ionen in die Flugstrecke. Da leichtere Ionen schneller fliegen als schwere, treffen sie zu unterschiedlichen Zeiten auf den Detektor. Das Ergebnis ist ein hochpräzises Massenspektrum.