In der modernen instrumentellen Analytik ist der Einsatz von Massenspektrometrie kaum noch wegzudenken. Durch dieses Analyseverfahren können sowohl qualitative als auch quantitative Bestimmungen verschiedener Atom- oder Molekülmassen durchgeführt werden. Einsatzmöglichkeiten sind beispielsweise der Nachweis von Pestizidrückständen in der Umwelt und in Lebensmitteln oder Reinheitsprüfungen von Synthesezwischenprodukten.

Welche Vorteile bietet die analytische Erweiterung mittels Massenspektrometrie?

Abb. 2: Informationsgehalt Massenspektrum

- Hochsensitive Erfassung von Analyten
- Zusätzliche Selektivitätsmerkmal durch die Erfassung der Analytmasse
- Bestimmung unbekannter Verbindungen (Fragmentierung, Bibliotheken, Summenformelbestimmung)
- Messung chromatographisch überlappender oder schwierig zu trennende Verbindungen (z. B. Azulen und Naphtalin)

Aufbau eines GC-MS Systems

Abb. 3: Aufbau eines Massenspektrometers

Ein Massenspektrometer ist im Allgemeinen folgendermaßen aufgebaut:

1. Es verfügt über eine Ionenquelle zur Ionisierung der Analyten.
2. Der Analysator (hier der Quadrupol) ist das Herzstück des Massenspektrometers, der die Ionen nach ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z) zu separiert.
3. Der Detektor erfasst die auftreffenden Ionen, verstärkt die Signale und gibt die Informationen schließlich an eine Datenstation zur Aufzeichnung und Auswertung weiter.

Ionisierungstechniken:

In der GC-MS werden vor allem die Electron Impact Ionization (EI) und die Chemical Ionization (CI) verwendet. Im folgenden sind diese beiden Techniken kurz beschrieben.

EI – Electron Impact Ionization

CI – Chemical Ionization

Der wesentliche Unterschied der beiden Ionisierungstechniken liegt darin, dass bei der EI vor allem Fragmente erzeugt werden. Dagegen ist die CI eine „weichere“ Ionsierung und führt zu fragmentärmeren Spektren, wodurch auch das Molekulargewicht bestimmt werden kann.

Troubleshooting für die GC-MS

Um eine kontinuierliche Güte der Analysen zu bewahren, ist eine regelmäßiges Tuning des Systems, ca. einmal wöchentlich zu empfehlen. Das Tuning-Ergebnis lässt sich im wöchentlichen Rhythmus kontrollieren, indem es mit den vorherigen Ergebnissen verglichen wird.

So können plötzliche Signale wie Sauerstoff oder Stickstoff erkenntlich gemacht werden.

Die Signale sind ein deutlicher Hinweis auf eine Undichtigkeit im System.

Der nächste Schritt ist die Suche nach der Undichtigkeit, um diese zu beseitigen. Eine Möglichkeit ist, die Leckage mittels eines Leakdetektors zu bestimmen. Als weitere Methode kann eine Stickstoff- oder Argonleitung an verschiedene Positionen am Gerät gehalten werden, während die Signale der Gase beobachtet werden. Bei einem plötzlichen Anstieg an einer Stelle, ist diese mit hoher Wahrscheinlichkeit die Ursache des Lecks.

Typische Stellen hierfür sind der Injektor, der Säulenanschluss oder die MS-Tür.

Erhöhtes Rauschen während des Tunings kann viele Ursachen haben.

Wurde zu viel Matrix in den vorherigen Experimenten injiziert? So kann es zu einer Verunreinigung des Liners, Systems oder der Säule gekommen sein. Möglich ist auch eine Verunreinigung des Gases. Wurde kürzlich die Gasflasche oder ähnliches getaucht?

Tipp: Notieren Sie sich auch kleine Veränderungen in einem Geräte-Tagebuch. So können Sie jederzeit alle Einstellungen am Gerät nachhalten und die Fehlersuche direkt einschränken. Das spart Ihnen viel Zeit und Nerven.

Typische Signale von m/z 207 (Siloxane) weisen auf eine Säulenbluten hin. Zudem können die m/z-Werte 73, 147, 281 und 355 auf Kontaminationen der verwendeten Vial-Septen hinweisen.

Wechseln Sie Liner und/oder Säule.

Eine Kontamination der Quelle erkennen Sie im Tuning anhand der Detektorspannung. Bei einem plötzlichen Anstieg von der Detektorspannung (z. B. von 0,9 auf 1,2 kV) sollte die Quelle gereinigt oder getauscht werden. Am Beispiel des GCMS-QP2050 geht der Ein- und Ausbau der Quelleneinheit sehr schnell und extrem simpel, siehe Abbildung 9. Falls der Austausch der Quelle keine Verbesserung liefert, ist der nächste Schritt die Reinigung des Linsensystems.

Abb. 9: Wechsel der Ionenquelle am GCMS-QP2050 Single Quadrupol MS