News articles

Hundert Jahre Massenspektrometrie

Eine Analysetechnik von unschätzbarem Wert feiert ihren runden Geburtstag. An der TU Wien wird Massenspektrometrie ständig eingesetzt und weiterentwickelt.

Nobelpreisträger J. Thomson

1/2 images

Nobelpreisträger J. Thomson

Nobelpreisträger J. Thomson

Nobelpreisträger J. Thomson

Prof. Martina Marchetti-Deschmann und Prof. Günter Allmaier

1/2 images

Prof. Martina Marchetti-Deschmann und Prof. Günter Allmaier

Prof. Martina Marchetti-Deschmann und Prof. Günter Allmaier

Prof. Martina Marchetti-Deschmann und Prof. Günter Allmaier

Wie kann man ein Gemisch unterschiedlicher Substanzen fein säuberlich nach Teilchensorten auftrennen? Die Massenspektrometrie ist für die chemische Analytik zu einer unverzichtbaren Technik geworden. Mit ihrer Hilfe lassen sich Teilchen mit unterschiedlichem Zahlenverhältnis aus Ladung und Masse sortieren und detektieren. Als Vater der Massenspektrometrie kann der britische Physiker Joseph Thomson bezeichnet werden, der im Jahr 1913 diese Methode präsentierte und schon damals ihre Tragweite und ihre Anwendungsmöglichkeiten erkannte. Die Österreichische Akademie der Wissenschaften lädt zu einem Symposium ein, das auf hundert Jahre Massenspektrometrie zurückblickt.

Joseph Thomson, der Visionär
In einem elektrischen Feld wirkt auf Teilchen, die die gleiche Ladung haben, dieselbe Kraft. Wenn die Teilchen unterschiedliche Masse haben, werden sie in einem Feld daher unterschiedlich stark abgelenkt. Leichte Teilchen werden viel stärker aus ihrer Bahn geworfen als schwere.

Joseph Thomson nutzte dieses Prinzip um das Verhältnis der Elektronenmasse zur Masse des Wasserstoffatoms zu bestimmen: Das Wasserstoffatoms wiegt über 1800 mal mehr als das Elektron. Dafür erhielt er 1906 den Nobelpreis für Physik.

Im Jahr 1913 präsentierte Thomson erstmals seinen „parabola mass spectrograph“ und konnte beweisen, dass das Element Neon in zwei verschiedenen Isotopen vorkommt: Einmal mit Massenzahl 20 und ein zweites Mal mit zwei Neutronen mehr und Massenzahl 22. Diese Erkenntnis kann man als Geburtsstunde der Massenspektrometrie ansehen. Im selben Jahr veröffentlichte Thomson das Buch „Rays of Positive Electricity and their Application to Chemical Analyses”, in dem er bereits seine Erwartung niederschrieb, dass die neue Technik für die analytische Chemie eine ganz zentrale Rolle spielen werde.

Massenspektrometrie an der TU Wien

Mittlerweile kann man Massenspektrometrie auch für große Biomoleküle und intakte Viren verwenden. Mit der Berufung von Prof. Günter Allmaier an die TU Wien im Jahre 2003 wurde eine neue Ära der massenspektrometrische Forschung im Bereich Lebenswissenschaften eingeleitet: An der TU Wien wurde 2005 das Forschungslabor Bio- und Polymeranalytik mit maßgeblicher Unterstützung der Fakultät Technische Chemie  eingerichtet, in dem unter seiner Leitung die Technik der Massenspektrometrie als zentrales Werkzeug der Bioanalytik weiterentwickelt wird.

In einem eigenen Doktoratskolleg „Molecular and Elemental Imaging in Biosciences“ (MEIBio), das von Prof. Martina Marchetti-Deschmann geleitet wird, entwickelt man an der TU Wien bildgebende Verfahren für die Biowissenschaft weiter. Auch hier spielt Massenspektrometrie eine wichtige Rolle: Mittlerweile ist es möglich, eine Probe Punkt für Punkt auf ihre chemische Zusammensetzung zu untersuchen und so eine ortsaufgelöste „chemische Landkarte“ einer biologischen Oberfläche zu erstellen.

Kein Zweifel: Joseph Thomson wäre sicher schwer beeindruckt, wenn er heute sehen könnte, wie weit seine Ideen die Wissenschaft in hundert Jahren gebracht haben. Die junge Kurie der österreichischen Akademie der Wissenschaften veranstaltet am 26. November ein Symposium mit dem Titel „100 Jahre Massenspektrometrie – die nächsten 100 Jahre“.

Zum Symposium