Christoph Meier

Wenn jemand genug Alkohol getrunken hat, erkennt man das häufig an seiner „Fahne“. Auch der Genuss von größeren Mengen Knoblauch oder Zwiebeln fällt meistens noch am Morgen danach den Mitmenschen auf. Der Atem verrät aber nicht nur etwas über das, was wir zu uns genommen haben, sondern auch manche Erkrankungen machen sich durch spezielle Mundgerüche bemerkbar. Die Analytik von Atemluft birgt deshalb interessante Perspektiven für die klinische Diagnostik. Ein Vorteil dabei: Ein Piekser, wie er nötig ist für eine Blutanalyse, ist nicht mehr nötig.

Doch die Atemluftanalytik gestaltete sie sich bis heute sehr schwierig. So ist der apparative Aufwand meist beträchtlich. Zudem müssen die Proben vor der eigentlichen Analytik aufwendig präpariert werden, und bis anhin ließen sich nur kleine flüchtige Verbindungen zuverlässig nachweisen. ETH-Forscher haben nun kürzlich eine massenspektrometrische Methode entwickelt, mit der sich rasch und einfach ein regelrechter Fingerprint der Atemluft bestimmen lässt. Dabei gelingt auch der quantitative Nachweis großer, nichtflüchtiger Stoffe. Ihre Arbeit publizierten die Wissenschafltler im Fachmagazin „Angewandte Chemie“ (1) .

Der Kniff: Atemluft direkt in Elektrospray leiten

Die Methode von ETH-Professor Renato Zenobi und seinem Team basiert auf der so genannten Quadrupol-Time-of-flight-Massenspektrometrie (2), kurz QTOF. Dabei werden Moleküle elektrisch aufgeladen und anhand ihres Molekulargewichts getrennt und identifiziert. Bei der QTOF werden die Moleküle in einem elektrischen Feld beschleunigt, und im „Time-of-Flight“-Teil nach Verhältnis von Masse zu Ladung separiert. Die Flugzeit der Fragmente bis zum Detektor ist von deren Masse abhängig. Im Quadrupol-Teil können die Moleküle vorgängig fragmentiert werden. Man erhält dann ein Spektrum von Fragmenten, das für das ursprüngliche Molekül charakteristisch ist und dessen Identifikation erlaubt. „Damit kann man auch Stoffe mit identischer Molmasse aber anderem Zerfallsmuster eindeutig unterscheiden“, erläutert Renato Zenobi.

Der entscheidende neue Kniff bei der Atemanalyse war aber nun die Art der Probenaufgabe in das Massenspektrometer. Üblicherweise wird eine Probe zunächst extrahiert und diese Flüssigkeit dann mit Hilfe eines elektrischen Feldes zerstäubt. Stattdessen wenden die Zürcher Forscher jetzt eine direkte Tröpfchen-Tröpfchen-Extraktion an: Die Atemluft-Probe wird direkt in die Elektrospray-Vorrichtung geleitet und kreuzt hier einen Strom geladener Reagenzien-Tröpfchen. Diese Tröpfchen sollen dabei die interessierenden Moleküle aufnehmen und aufladen. Auf ihrer Reise ins Massenspektrometer verlieren die Tröpfchen Lösungsmittel und werden immer weiter zerteilt und, bis zuletzt die geladenen Moleküle übrigbleiben, die in den QTOF-Massenanalysator gelangen.

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