Entwicklung, Konstruktion und Bau einer auf maximalen Ionentransfer optimierten AP-Ionisationsquelle zur massenspektrometrischen Analyse
Final Report Abstract
Das gesamte Vorhaben, das gemeinsam von den Arbeitsgruppen Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen (RWTH Aachen), Physikalische und Theoretische Chemie (PTC, BUWuppertal) sowie Analytische Chemie, (BUWuppertal), durchgeführt wurde, verlief mit einem in diesem Ausmaß nicht erwarteten Erfolg. Der Mehrwert der Kooperation der drei Arbeitsgruppen aus Aachen und Wuppertal hat sich mit aller Deutlichkeit gezeigt. Der Wissenszuwachs im Bereich Grundlagenforschung in der Atmosphärendruckionisation (atmospheric pressure ionization, API) ist weitaus größer als ursprünglich antizipiert. Der gezielte Transfer dieser neuen Erkenntnisse in die Anwendung hat zu sehr leistungsfähigen analytischen Methoden geführt. Die Ergebnisse des Gesamtprojekts lassen sich wie folgt zusammenfassen. Es ist gelungen, die komplexen Strömungsverhältnisse in einer typischen API Quelle vollständig zu simulieren [1]. Die Simulationsergebnisse wurden experimentell validiert. Es ist gelungen, kommerziell erhältliche Software (SIMION 8) so zu erweitern, dass Ionentrajektorienrechnungen in komplexen viskosen Gasflüssen mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden können. Die Simulationsergebnisse wurden ebenfalls experimentell validiert. Es ist gelungen, den viskosen Gasfluss in Ionentransferkapillaren weitgehend zu charakterisieren. Entgegen der Literaturannahmen ist dieser vollentwickelt turbulent. Auf Basis dieser Strömungsform haben wir in diesem Vorhaben eine ganze Reihe neuer Ionisationsverfahren entwickelt (capillary Atmospheric Pressure Ionization, cAPI): cAPLI, cAPPI, cAPECI. Aus den Simulationen und Experimenten ist mit aller Deutlichkeit hervorgetreten, dass API prinzipiell in zwei unterschiedlichen Geometrietypen betrieben werden sollte: Hochflussanwendungen mit Gasflüssen deutlich größer als 1 L bar min-1 (LC MS) sollten mit einer aktiv geregelten, geschlossenen Quelle betrieben werden; Niedrigflussanwendungen mit Gasflüssen, die maximal der Pumpleistung am Massenspektrometereinlass entsprechen, hingegen mit neuartigen, in diesem Vorhaben entwickelten Laminarfluss-API Quellen. Es ist gelungen, tief in die komplexe Ionen-Molekül Chemie, die generell bei API mit großer Sorgfalt zu berücksichtigen ist, durch die neuartigen cAPI Verfahren einzudringen. Diese spielt vor allen im Zusammenhang mit dem Phänomen „Ionensuppression“ eine große Rolle. Es ist gelungen die Gaschromatographie als Trenntechnik über eine Ionenquelle an ein API-Massenspektrometer zu koppeln. Die konstruierte und temperierbare Ionenquelle (MPIS, Multipurpose Ion Source) ist vielseitig einsetzbar und ermöglicht die Ionisation mit ESI, APCI, APPI und APLI und kann sowohl mit der GC als auch mit der HPLC gekoppelt werden. Es ist gezeigt worden, dass die entwickelte GC-APLI-MS zurzeit die sensitivste Methode zur PAK-Analyse darstellt. Die Nachweisgrenzen für PAKs sind mit der GC-APLI-MS etwa 6 Größenordnungen niedriger als mit GC-FID und etwa zwei bis drei Größenordnungen niedriger als mit GC-EI-MS. Beispielsweise beträgt die Nachweisgrenze für Chrysen 0,5 ng/L bei einem Injektionsvolumen von 1 µL (entspricht ca. 2 attomol aufgegebenem Chrysen.
Publications
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