Präparation und Analyse organischer Schichten mittels clusterinduzierter Desorption/Ionisation

Abstract

In dieser kumulativen Dissertation wurde die Desorption/Ionisation durch neutrale Cluster (engl.: Desorption/Ionization induced by Neutral Clusters, kurz: DINeC) zum einen zur Präparation dünner Filme organischer Moleküle (kurz: DINeC-Depo) und zum anderen in Kombination mit Massenspektrometrie (kurz: DINeC-MS) zur Analyse unterschiedlicher organischer Systeme verwendet. Grundlage der Experimente ist dabei die fragmentationsfreie und oberflächenempfindliche Desorption organischer Moleküle von Oberflächen durch neutrale SO2-Cluster. Für die mittels DINeC-Depo präparierten Schichten konnte mittels DINeC-MS gezeigt werden, dass sie aus intakt abgeschiedenen Biomolekülen bestehen. Dabei können sie aus einer oder mehreren unterschiedlichen Molekülsorten aufgebaut sein. Ein Vergleich mit verwandten Depositionsmethoden demonstriert, dass der Anteil intakter Moleküle nur bei der Elektrospray-Ionenstrahl-Deposition in der gleichen Größenordnung liegt. Die fragmentationsfreie Desorption ist auch für die Identifikation von Farbstoffen in Textmarkertinten von entscheidender Bedeutung, da sich die verschiedenen Farbstoffe ähnlicher Farbe oft nur durch einzelne Alkylgruppen unterscheiden, die bei Zersetzungsprozessen oder auch unter harten Desorptionsbedingungen abgespalten werden können. Des weiteren konnte die Zersetzung von Farbstoffmolekülen durch Wärmezufuhr bzw. UV-Strahlung auf der Basis der DINeC-Massenspektren unterschieden werden, da keine zusätzlichen Fragmente durch den Desorption/Ionisationsprozess induziert werden. Die Oberflächenempfindlichkeit der Methode wurde zum einen genutzt, um die Oberflächenzusammensetzung verschiedener ionischer Flüssigkeiten zu bestimmen. Dabei wurde in Übereinstimmung mit der Literatur beobachtet, dass Kationen mit langen Alkylketten sich bevorzugt an der Oberfläche anlagern; die Tendenz nimmt mit steigender Größe des Anions ab. In dünnen Filmen auf SiO2-Substraten ist die Anreicherung der Kationen an der Oberfläche durch den Einfluss des Substrats verstärkt. Mittels DINeC-Depo hergestellte dünne Schichten aus organischen Molekülen zeigen ebenfalls eine starke Beeinflussung durch das Substrat, allerdings mehr in Bezug auf die chemischen Eigenschaften. Die deponierten Moleküle reagieren beispielsweise mit Oberflächenadsorbaten, nachweisbar in Form von Adduktpeaks in den Massenspektren. Weitere Reaktionen der durch DINeC-Depo abgeschiedenen Moleküle, zum Teil ausgelöst durch Wechselwirkungen mit dem Substrat, konnten ebenfalls untersucht werden. So wurden Oxidationsreaktionen verschiedener Peptide auf die Aktivierung des Substrats oder leicht oxidierbare Aminosäuren zurückgeführt. Für die mittels DINeC-Depo präparierten Proben wurde im Allgemeinen eine höhere Reaktivität beobachtet, die darauf zurückzuführen ist, dass die einzelnen Moleküle auf der Oberfläche stärker isoliert vorliegen. Dies wurde auch bei der Metallisierung von Porphyrinen durch DINeC-Depo ausgenutzt, bei der ein Metallion aus der Oberfläche, in den Ring des deponierten Porphyrins eingebaut wurde.