11_Instrumentell-analytische Koppelungstechniken

Reinhard Kummer
8AUK 2009
11. Instrumentell-analytische Koppelungstechniken
GC-MS:
Prinzipiell befindet sich der Masseanalysator (Quadrupol, Paul-Falle, usw.) im Hochvakuum.
Das Vakuum wird durch eine leistungstarke Vorpumpe und einer Turbomolekularpumpe aufrecht
erhalten. Der Trägergasstrom aus der Kapillar-GC (ca. 1-10 ml He) muss abgepumpt werden
können.
Direkte Koppelung:
Vorteilhaft ist, dass die Probe vollständig das MS erreicht.
Nachteilig können sich aber hohe Konzentrationen von unerwünschten Stoffen (Trägergas)
auswirken.
Offener Split:
Die die Trägheit der schwereren Molekülen, welche nicht von ihrer Flugbahn von der GC-Säule zur
Ionenquelle abgelenkt werden, bewirkt die Abtrennung des leichten Heliums, dass mit einem
orthogonalen Spülgasstrom ausgespült werden kann.
Trägergasabtrennung:
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Bei dieser mehrstufigen Trägergasabtrennung wird wiederum der Trägheitsunterschied von
Probenmolekül zu dem viel leichtern Trägergas ausgenutzt.
LC-MS:
Typischer Flow bei der HPLC ist 1 ml/min. Dies bedeutet, dass nach dem Verdampfen des Eluenten
etwa das 1000fache Volumen vorliegt. Dieses Volumen ist mit keinem Vakuumpumpensystem
mehr zu bewältigen.
Der Eluent wird deshalb durch Verdampfen bei Atmosphärendruck schon vor dem MS entfernt.
ESI (Elektrosprayionisation):
Der Eluent wird über eine geheizte und elektrisch geladene Düse versprüht und eingedampft. Die
Oberfläche der mehrfach geladenen Tröpfchen wird beim Eindampfen immer kleiner, bis die
gleichen Ladungen sich nicht weiter annähern können. Es kommt zur Coulombexplosion, die
Molekülionen und ev. Ionencluster liefert, welche über elektrische Linsen in das MS geleitet
werden. Dadurch kommt die LCMS mit entsprechend leistungsstarken Vorpumpen und
Turbomolekularpumpen aus.
Coulumbsche Explosion:
Eine typische ESI Anordnung schematisiert:
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Eine solche Anordnung gilt als veraltet. Der Eluentenspray wird orthogonal oder in einem stumpfen
Winkel am MS-Eintritt vorbei geführt.
Eine moderne ESI Quelle:
Hier ist zu erkennen, dass zusätzlich zum Elektrospray noch aus dem MS Heizgas gegen den
Ionenstrom den Eintritt störender Tröpfchen verhindert. Das elektrischen Linsen System leitet die
Ionen trotz des N2 Gegenstroms zum Massenanalysator.
ICP-MS:
Schematische Messanordnung:
Die zu analysierende Probe wird, wie bei einer ICP in das Ar-Plasma eingeführt. Neben der
Atomisierung wird ein großer Anteil an Elementen Ionisiert und über ein elektrisches Linsensystem
dem Massenanalysator zu geführt. Die Eintrittsöffnung und das Linsensystem in den
Masseanalysator wird mit einem N2 Strom gekühlt
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Tandem-MS:
Bei der der Tandem MS kann die Probe durch einen GC oder eine HPLC mit der jeweils
notwendigen Ionisationstechnik eingesetzt werden. Das Tandem MS kann mit seinen verschiedenen
Messanordnungen die mangelnde Empfindlichkeit der GCMS- oder LCMS-Koppelung ausgleichen.
Zum Beispiel:
Das Q1 trennt die Molekülionen von restlichen Ionen.
ImQ2 wird durch Molekülionenstoß (mit He, Ar oder N2) das Molekülion fragmentiert.
Im Q3 werden diese Fragmente analysiert.
Es resultiert ein hervorragendes Signal/Rausch-Verhältnis, was quantitative Bestimmungen bis in
den ppb Bereich erlaubt, aber bei hervorragender Selektivität, weil ein bestimmtes Molekülion und
einige, nur von diesem Vorläuferion (Mutterion) stammende Produktionen (Tochterionen)
gemessen werden.
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