Gekoppeltes Gaschromatographie-Molekular-Massenspektrometer-Isotopen-Massenspektromer (GC-MS-IRMS)

• Fachliche Zuordnung: Geologie und Paläontologie
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471758896

Für die neue Arbeitsgruppe Geobiologie wird ein gekoppeltes Gaschromatographie-Molekular-Triplequadrupol-Massenspektrometer-Isotopenverhältnis-Massenspektrometer (GC-MS/MS-IRMS) beantragt, welches die chromatographische Trennung einer Substanzmixtur und nachfolgend die simultane massenspektrometrische Analyse der organischen Moleküle und deren komponentenspezifischen Isotopenverhältnisse ermöglicht.Dieses gekoppelte GC-MS/MS-IRMS besteht aus einer Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Einheit (GC-MS), die die Trennung, Identifikation und Quantifizierung von Biomarkermolekülen mittels Temperatur gesteuerter Chromatographie liefert. Das Massenspektrometer soll hier aus einem Triple-Quadrupol- Analysatorsystem bestehen, d.h. zwei Quadrupol-Analysatoren mit zwischen-geschalteter Kollisionszelle (MS/MS), um eine stoßinduzierte Fragmentierung von Molekülen zu verursachen und so essentielle Strukturinformationen zu gewinnen. Das GC-MS/MS bietet die Möglichkeit, gering konzentrierte Substanzen aus komplexen Matrices herauszufiltern und separat zu detektieren, was mit einem einfachen GC-MS nicht möglich ist. Die Kopplung mit dem Isotopenverhältnismassenspektrometer (IRMS) mit vorgeschalteten Oxidations- bzw. Reduktionsreaktoren, ermöglicht die Bestimmung der Kohlenstoff-, Stickstoff bzw. Wasserstoff-Isotopie der einzelnen Analyten innerhalb eines Messzyklus.Bisher waren vielzählige Analysen an unterschiedlichen Geräten notwendig und das umständliche Abgleichen der einzelnen Geräteparameter notwendig, um die ermittelten Isotopenwerte den jeweiligen Molekül-Peaks zuzuordnen. Diese neue Geräteklasse minimiert nicht nur den analytischen Aufwand, sondern erlaubt eine wesentlich bessere Analysenausbeute als die bisher einzeln verfügbaren Geräte, was für die oft geringen Substanzmengen fossiler Proben ein entscheidender Vorteil ist. Dieses innovative Hybridgerät erlaubt jedoch hochauflösende und Material-effiziente Analysen mit klaren Chromatogrammpeaks und simultanen Bestimmungen der Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff-Isotopenverhältnisse der einzelnen Verbindungen. Während die Molekularstrukturen der organischen Moleküle Informationen über die dazugehörigen Organismengruppen und Ablagerungsbedingungen liefern, geben die 13C-, 15N-, H/D-Isotopien der analysierten Lipide Aufschluss über Nahrungsquellen und Stoffwechselwege der Organismen. Diese Mehrinformation ist essentiell für die Ermittlung von Biosynthesewegen und auch entscheidend für die klare Zuordnung von Biomarkern, nicht nur zu einer bestimmten Organismengruppe, sondern auch zu den jeweiligen biogeochemischen Prozessen bzw. den (Paläo-)Umweltbedingungen. Innerhalb des Institutes für Geologie und Mineralogie werden die AG Geobiologie (Hauptnutzer, Gerätebetreiber), AG Umweltisotope und AG Quartärgeologie das beantragte GC-MS/MS-IRMS zur Paläorekonstruktion fossiler Ablagerungsräume mit Hilfe von Biomarkern und deren komponentenspezifischen Isotopenfraktionierungen nutzen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: gekoppeltes Gaschromatographie-Molekular-Massenspektrometer-Isotopen-Massenspektromer (GC-MS-IRMS)
• Gerätegruppe: 1700 Massenspektrometer
• Antragstellende Institution: Universität zu Köln
• Leiterin: Professorin Dr. Christine Heim