Entwicklung eines LC-IRMS Interface zur komponentenspezifischen Messung von Stickstoffisotopenverhältnissen organischer Verbindungen über nasschemische Oxidation/Reduktion

• Antragsteller: Dr. Maik Jochmann
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317438550

Die komponentenspezifische Isotopenanalytik wird seit Jahren erfolgreich im Umfeld der Authentizitätsprüfung von Lebensmitteln, der Dopinganalytik sowie der Untersuchung von Abbauwegen umweltrelevanter Schadstoffe eingesetzt. Neben der konventionellen Kopplung der Gaschromatographie und Isotopenmassenspektrometrie (GC-IRMS) wird die Flüssigchromatographie (LC) als Trennmethode für polare Verbindungen herangezogen. Durch die Entwicklung von LC-IRMS Schnittstellen ist es möglich polare, nicht direkt über die GC trennbare Verbindungen z.B. direkt aus wässriger Matrix zu analysieren. Die zurzeit kommerziell verfügbaren LC-IRMS Kopplungen basieren auf einer nasschemischen Oxidation der per LC getrennten Komponenten. Dabei wird Peroxodisulfat eingesetzt um den in den Analyten enthaltenen Kohlenstoff mit Sulfatradikalen zu Kohlenstoffdioxid umzusetzen. Das bei der Oxidation entstehende Kohlenstoffdioxid wird über Membranen vom flüssigen Eluenten der LC abgetrennt und in einem Helium-Trägergasstrom zur Messung der Isotopenverhältnisse in das IRMS geleitet. Im Gegensatz zur GC-IRMS ist die LC-IRMS jedoch zurzeit auf die Messung von Kohlenstoffisotopenverhältnissen beschränkt, da bei der nasschemischen Oxidation kein einheitliches Oxidationsprodukt aus dem im Analyten enthaltenen Stickstoff entsteht, das zur Messung verwendet werden kann. Die Reaktionsprodukte von stickstoffhaltigen organischen Verbindungen bei der nasschemischen Oxidation sind bisher noch nicht im Detail untersucht worden. Voraussichtlich werden sowohl wasserlösliche Spezies wie z.B. Nitrat oder Nitrit, als auch gasförmige Stickoxide gebildet. Diese gebildeten Reaktionsprodukte sollen für verschiedene stickstoffhaltige Verbindungsklassen untersucht werden. Um eine Messung der Isotopenverhältnisse für den gesamten in der Probe enthaltenen Stickstoff zu ermöglichen, müssen alle gebildeten Spezies zu einem einheitlichen Messgas z.B. elementarem Stickstoff umgesetzt werde. Dazu sollen wasserlösliche Stickstoffspezies in einem nasschemischen Verfahren zu gasförmigen Stickoxiden reduziert werden um eine Abtrennung der Gase aus dem Eluat der LC zu ermöglichen. Die gasförmigen Stickoxide sollen dann in einem zweiten Reduktionsschritt mit Hilfe von Kupfer zu elementarem Stickstoff umgesetzt werden. In diesem Projekt sollen dabei zum einen verschiedene Möglichkeiten zur nasschemischen Reduktion von Nitrat und Nitrit nach der Oxidation der Analyten untersucht werden, zum andern sollen die Umsatzraten verschiedener Verbindungen sowohl während der Oxidation der Analyten als auch bei der Reduktion der Stickstoffspezies in den Systemen bestimmt werden. Die mit den Instrumentellen Aufbau erhaltenen Isotopenverhältnisse der untersuchten Referenzverbindungen sollen durch Messungen mit einem Elementaranalysator-Isotopenmassenspektrometer (EA-IRMS) mit Hilfe von internationalen Isotopenstandards validiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Torsten Schmidt