Selektiver Nachweis der NO-Isotopologe biologischen Ursprungs im unteren ppt-Bereich

Mitscherling, Christoph

Stickstoffmonoxid (NO) ist von enormer wissenschaftlicher Relevanz in vielen Bereichen der medizinischen Forschung. Im menschlichen Körper ist es beispielsweise an der Blutdruckregulierung beteiligt und ein integraler Bestandteil der Immunabwehr. Auch bei Pflanzen und Bakterien hat NO signalgebende Wirkung. Für den Nachweis von NO werden in dieser Arbeit zwei unterschiedliche Methoden vorgestellt. Mit Hilfe der Resonanzverstärkten Multiphotonen Ionisation (REMPI) in Kombination mit einem Flugzeit-Massenspektrometer (TOF-MS) können über eine resonante Anregung selektiv die unterschiedlichen Isotopomere 14N16O, 15N16O und 14N18O untersucht werden. Der Einsatz von Methoden zur selektiven Detektion einzelner NO-Isotopologe dient in erster Linie dem Einsatz in der medizinischen Forschung um Dotierungsexperimente zu ermöglichen. Neben dem gängigen Einsatz von 15N-Dotierungen wird in dieser Arbeit eine Methode zur Nutzung von 18O-Dotierungen in medizinischen Untersuchungen vorgestellt. Die REMPI-Spektroskopie liefert dabei spezielle Bereiche, in denen der selektive Nachweis von 14N18O möglich ist. Diese Bereiche werden mit Hilfe der Laserinduzierten Fluoreszenz (LIF) Spektroskopie untersucht. Die speziell für den NO-Nachweis optimierte Apparatur ist dabei extrem sensitiv und erreicht für den Nachweis von 14N18O eine Detektionsgrenze im sub-parts-per-trillion (ppt)-Bereich. Als Beispiel werden Isotopomer-selektive Messungen am menschlichen Exhalat vorgestellt und diskutiert, da NO ein wichtiger Marker bei inflammatorischen Erkrankungen der Atemwege wie Asthma ist. Die Untersuchungen nutzen rovibronische Übergänge der AX(0,0)-, AX(1,0)- und BX(1,0)-Systeme von NO. Durch Vergleich von gemessenen und simulierten Spektren können zudem spektroskopische Konstanten der beteiligten Zustände bestimmt werden.

Nitric oxide (NO) is of significant scientific relevance in a multitude of medical research areas. It is, for example, involved in blood pressure regulation and an integral part of immune defense. In the same way NO is a signal molecule in plants and bacteria. This work introduces two different methods for NO detection. Resonance enhanced multi-photon ionization (REMPI) in combination with a time-of-flight mass-spectrometer (TOF-MS) utilizes resonant excitation for a selective observation of the isotopologues 14N16O, 15N16O and 14N18O. The application of isotopologue-selective methods mainly serves the purpose of realizing label-experiments in medical studies. Beside the well-known application of 15N-labeling this work introduces 18O-labeling as an additional approach for NO-related research. The REMPI measurements revealed spectroscopic windows for the selective detection of 14N18O. These spectroscopic windows have been studied in more detail by laserinduced fluorescence (LIF) spectroscopy. The LIF-device has been optimized for the application in NO spectroscopy and provides extreme sensitive measurements of 14N18O with a detection limit in the sub-parts-per-trillion (ppt) region. As an example of isotopologue-selectivity, measurements on the NO-concentration of exhaled air are presented because NO is a marker for inflammatory diseases such as asthma. In this study, the rovibronic transitions from AX(0,0), AX(1,0) and BX(1,0) have been applied. Comparison of measured and calculated spectra provided spectroscopic constants.

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Mitscherling, Christoph: Selektiver Nachweis der NO-Isotopologe biologischen Ursprungs im unteren ppt-Bereich. 2009.

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