GC-MS zur Analytidentifikation in der Isotopenmassenspektrometrie

• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514589248

In den letzten 15 Jahren haben wir maßgeblich dazu beigetragen, Einzelstoff-Stabilisotopenanalytik (CSIA: compound-specific isotope analysis) weiterzuentwickeln, um Quellen von organischen Umweltkontaminanten zu erkennen und deren natürlichen Abbau aufzuzeigen. Zielanalyten werden gaschromatographisch (GC) getrennt und online in CO2 überführt für die isotopenmassenspektrometrische Analyse von 13C/12C (IRMS: isotope ratio mass spectrometry). Allerdings geht bei der Verbrennung zu CO2 alle strukturelle Information verloren, so dass sich die Identität von Zielanalyten nicht mehr unabhängig bestätigen lässt. Frühe Anwendungen waren wenig betroffen, weil sie kontaminierte Standorte betrafen. Schadstoffe kamen dort in viel höheren Konzentrationen vor als gelöste organische Materie, so dass sie als herausstechende Peaks in Chromatogrammen gut identifiziert werden konnten. Unsere Forschung hat jedoch zum Ziel, CSIA Anwendungen auch für Spurenschadstoffe wie Pestizide, Phamaka etc. vorzuspuren, welche in viel kleineren Konzentrationen vorkommen. In GC-IRMS Chromatogrammen sind deren Peaks in ein Kontinuum von ko-eluierenden Peaks von organischer Materie eingebettet. Dies führt zu prominenten Forschungsherausforderungen. (i) Einerseits ist es für die Analyse von Feldproben essentiell, Analyten korrekt zu identifizieren. Da Retentionszeiten leicht schwanken, sind diese zur Identifikation nur bedingt belastbar, so dass eine unabhängige Identifikation durch molekulare Massenspektrometrie essentiell ist. (ii) Anderseits zielen parallele Forschungsanstrengungen in unserer Gruppe darauf ab, Aufreinigungsstrategien zu entwickeln, welche Hintergrundinterferenzen bereits vorab minimieren. Für diese Methodenoptimierung ist strukturelle Information über den organischen Hintergrund wichtig. Wir beantragen daher Förderung für einen Gaschromatographen mit konventionellem Quadrupol Massenspektrometer (qMS), um ihn mit einem existierenden Isotopenmassenspektrometer zu koppeln. Diese Instrumentenkombination wird es uns erlauben, den gaschromatographischen Effluent zu splitten, so dass ein Teil durch das Interface zur Isotopenanalyse geht, während der andere Teil zum qMS geleitet wird zur Strukturidentifikation von Zielanalyten und organischen Interferenzen. Neben dieser wichtigen Hilfestellung für unsere Messungen bei natürlicher Isotopenhäufigkeit wird das Instrument auch eine zweite Forschungsrichtung unterstützen, welche wir mit Förderung der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) verfolgen: Die Identifikation von Spurenschadstoff-Metaboliten bei der Applikation eines Isotopen-markierten Pulses. Hier leiten wir ein Coordinated Research Network, um das Schicksal von 13C-markierten Antibiotika, Metaboliten und Antibiotikaresistenzen in einem landwirtschaftlichen Feldexperiment zu erforschen. GC-IRMS wird es uns erlauben, 13C-markierte Peaks als “Nadel im Heuhaufen” zu erkennen, während GC-MS uns strukturelle Information über diese unbekannten Metaboliten liefert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: GC-MS für direkte Analytidentifikation in Isotopenmassenspektrometrie
• Gerätegruppe: 1700 Massenspektrometer
• Antragstellende Institution: Technische Universität München (TUM)
• Leiter: Professor Dr. Martin Elsner