@phdthesis{Zuehlke2017,
  author    = {Z{\"u}hlke, Martin},
  title     = {Elektrosprayionisation Ionenmobilit{\"a}tsspektrometrie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407452},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {viii, 113, XIV},
  year      = {2017},
  abstract  = {Die Elektrosprayionisation (ESI) ist eine der weitverbreitetsten Ionisationstechniken f{\"u}r fl{\"u}ssige Pro-ben in der Massen- und Ionenmobilit{\"a}ts(IM)-Spektrometrie. Aufgrund ihrer schonenden Ionisierung wird ESI vorwiegend f{\"u}r empfindliche, komplexe Molek{\"u}le in der Biologie und Medizin eingesetzt. {\"U}berdies ist sie allerdings f{\"u}r ein sehr breites Spektrum an Substanzklassen anwendbar. Die IM-Spektrometrie wurde urspr{\"u}nglich zur Detektion gasf{\"o}rmiger Proben entwickelt, die haupts{\"a}chlich durch radioaktive Quellen ionisiert werden. Sie ist die einzige analytische Methode, bei der Isomere in Echtzeit getrennt und {\"u}ber ihre charakteristische IM direkt identifiziert werden k{\"o}nnen. ESI wurde in den 90ger Jahren durch die Hill Gruppe in die IM-Spektrometrie eingef{\"u}hrt. Die Kombination wird bisher jedoch nur von wenigen Gruppen verwendet und hat deshalb noch ein hohes Entwick-lungspotential. Ein vielversprechendes Anwendungsfeld ist der Einsatz in der Hochleistungs-fl{\"u}ssigkeitschromatographie (HPLC) zur mehrdimensionalen Trennung. Heutzutage ist die HPLC die Standardmethode zur Trennung komplexer Proben in der Routineanalytik. HPLC-Trennungsg{\"a}nge sind jedoch h{\"a}ufig langwierig und der Einsatz verschiedener Laufmittel, hoher Flussraten, von Puffern, sowie Laufmittelgradienten stellt hohe Anforderungen an die Detektoren. Die ESI-IM-Spektrometrie wurde in einigen Studien bereits als HPLC-Detektor eingesetzt, war dort bisher jedoch auf Flussratensplitting oder geringe Flussraten des Laufmittels beschr{\"a}nkt. In dieser kumulativen Doktorarbeit konnte daher erstmals ein ESI IM-Spektrometer als HPLC-Detektor f{\"u}r den Flussratenbereich von 200-1500 μl/min entwickelt werden. Anhand von f{\"u}nf Publi-kationen wurden (1) {\"u}ber eine umfassende Charakterisierung die Eignung des Spektrometers als HPLC-Detektor festgestellt, (2) ausgew{\"a}hlte komplexe Trenng{\"a}nge pr{\"a}sentiert und (3) die Anwen-dung zum Reaktionsmonitoring und (4, 5) m{\"o}gliche Weiterentwicklungen gezeigt. Erfolgreich konnten mit dem selbst-entwickelten ESI IM-Spektrometer typische HPLC-Bedingungen wie Wassergehalte im Laufmittel von bis zu 90\%, Pufferkonzentrationen von bis zu 10 mM, sowie Nachweisgrenzen von bis zu 50 nM erreicht werden. Weiterhin wurde anhand der komplexen Trennungsg{\"a}nge (24 Pestizide/18 Aminos{\"a}uren) gezeigt, dass die HPLC und die IM-Spektrometrie eine hohe Orthogonalit{\"a}t besitzen. Eine effektive Peakkapazit{\"a}t von 240 wurde so realisiert. Auf der HPLC-S{\"a}ule koeluierende Substanzen konnten {\"u}ber die Driftzeit getrennt und {\"u}ber ihre IM identifi-ziert werden, sodass die Gesamttrennzeiten erheblich minimiert werden konnten. Die Anwend-barkeit des ESI IM-Spektrometers zur {\"U}berwachung chemischer Synthesen wurde anhand einer dreistufigen Reaktion demonstriert. Es konnten die wichtigsten Edukte, Zwischenprodukte und Produkte aller Stufen identifiziert werden. Eine quantitative Auswertung war sowohl {\"u}ber eine kurze HPLC-Vortrennung als auch durch die Entwicklung eines eigenen Kalibrierverfahrens, welches die Ladungskonkurrenz bei ESI ber{\"u}cksichtigt, ohne HPLC m{\"o}glich. Im zweiten Teil der Arbeit werden zwei Weiterentwicklungen des Spektrometers pr{\"a}sentiert. Eine M{\"o}glichkeit ist die Reduzierung des Drucks in den intermedi{\"a}ren Bereich (300 - 1000 mbar) mit dem Ziel der Verringerung der ben{\"o}tigten Spannungen. Mithilfe von Streulichtbildern und Strom-Spannungs-Kurven wurden f{\"u}r geringe Dr{\"u}cke eine verminderte Freisetzung der Analyt-Ionen aus den Tropfen festgestellt. Die Verluste konnten jedoch {\"u}ber h{\"o}here elektrische Feldst{\"a}rken ausgeglichen werden, sodass gleiche Nachweisgrenzen bei 500 mbar und bei 1 bar erreicht wurden. Die zweite Weiterentwicklung ist ein neuartiges Ionentors mit Pulsschaltung, welches eine Verdopplung der Aufl{\"o}sung auf bis zu R > 100 bei gleicher Sensitivit{\"a}t erm{\"o}glichte. Eine denkbare Anwendung im Bereich der Peptidanalytik wurde mit beachtlichen Aufl{\"o}sungen der Peptide von R = 90 gezeigt.},
  language  = {de}
}
@article{ZuehlkeSassRiebeetal.2017,
  author    = {Z{\"u}hlke, Martin and Sass, Stephan and Riebe, Daniel and Beitz, Toralf and L{\"o}hmannsr{\"o}ben, Hans-Gerd},
  title     = {Real-Time Reaction Monitoring of an Organic Multistep Reaction by Electrospray Ionization-Ion Mobility Spectrometry},
  series = {ChemPlusChem},
  volume    = {82},
  journal   = {ChemPlusChem},
  publisher = {Wiley-VCH},
  address   = {Weinheim},
  issn      = {2192-6506},
  doi       = {10.1002/cplu.201700296},
  pages     = {1266 -- 1273},
  year      = {2017},
  abstract  = {The capability of electrospray ionization (ESI)-ion mobility (IM) spectrometry for reaction monitoring is assessed both as a stand-alone real-time technique and in combination with HPLC. A three-step chemical reaction, consisting of a Williamson ether synthesis followed by a hydrogenation and an N-alkylation step, is chosen for demonstration. Intermediates and products are determined with a drift time to mass-per-charge correlation. Addition of an HPLC column to the setup increases the separation power and allows the determination of further species. Monitoring of the intensities of the various species over the reaction time allows the detection of the end of reaction, determination of the rate-limiting step, observation of the system response in discontinuous processes, and optimization of the mass ratios of the starting materials. However, charge competition in ESI influences the quantitative detection of substances in the reaction mixture. Therefore, two different methods are investigated, which allow the quantification and investigation of reaction kinetics. The first method is based on the pre-separation of the compounds on an HPLC column and their subsequent individual detection in the ESI-IM spectrometer. The second method involves an extended calibration procedure, which considers charge competition effects and facilitates nearly real-time quantification.},
  language  = {en}
}
@article{VillatoroLealZuehlkeRiebeetal.2020,
  author    = {Villatoro Leal, Jos{\´e} Andr{\´e}s and Z{\"u}hlke, Martin and Riebe, Daniel and Beitz, Toralf and Weber, Marcus and L{\"o}hmannsr{\"o}ben, Hans-Gerd},
  title     = {Sub-ambient pressure IR-MALDI ion mobility spectrometer for the determination of low and high field mobilities},
  series = {Analytical and bioanalytical chemistry : a merger of Fresenius' journal of analytical chemistry, Analusis and Quimica analitica},
  volume    = {412},
  journal   = {Analytical and bioanalytical chemistry : a merger of Fresenius' journal of analytical chemistry, Analusis and Quimica analitica},
  number    = {22},
  publisher = {Springer},
  address   = {Heidelberg},
  issn      = {1618-2642},
  doi       = {10.1007/s00216-020-02735-0},
  pages     = {5247 -- 5260},
  year      = {2020},
  abstract  = {A new ion mobility (IM) spectrometer, enabling mobility measurements in the pressure range between 5 and 500 mbar and in the reduced field strength range E/N of 5-90 Td, was developed and characterized. Reduced mobility (K-0) values were studied under low E/N (constant value) as well as high E/N (deviation from low field K-0) for a series of molecular ions in nitrogen. Infrared matrix-assisted laser desorption ionization (IR-MALDI) was used in two configurations: a source working at atmospheric pressure (AP) and, for the first time, an IR-MALDI source working with a liquid (aqueous) matrix at sub-ambient/reduced pressure (RP). The influence of RP on IR-MALDI was examined and new insights into the dispersion process were gained. This enabled the optimization of the IM spectrometer for best analytical performance. While ion desolvation is less efficient at RP, the transport of ions is more efficient, leading to intensity enhancement and an increased number of oligomer ions. When deciding between AP and RP IR-MALDI, a trade-off between intensity and resolving power has to be considered. Here, the low field mobility of peptide ions was first measured and compared with reference values from ESI-IM spectrometry (at AP) as well as collision cross sections obtained from molecular dynamics simulations. The second application was the determination of the reduced mobility of various substituted ammonium ions as a function of E/N in nitrogen. The mobility is constant up to a threshold at high E/N. Beyond this threshold, mobility increases were observed. This behavior can be explained by the loss of hydrated water molecules.},
  language  = {en}
}