Massenspektrometrie

Qualitative Analyse mit GC-HRMS

Elektronenstoßionistation (EI), hochauflösende Massenspektrometrie und eine sanfte Ionisationsmethode in Kombination können zahlreiche Informationen über die zu analysierenden Substanzen liefern. Eine spezielle Software automatisiert Auswertungsprozesse und unterstützt so das Ermitteln von Molekül- und Strukturformeln.

Annähernd jeder analytische Chemiker wird bei Gaschromatographie-Massenspektrometer (GC-MS)-Analysen die NIST/Wiley-Datenbank als Standardwerkzeug zur Identifikation der chemischen Zusammensetzung sowie der Struktur unbekannter Substanzen nutzen. Stehen nur die Elektronenstoßionisation (EI) als Ionisationsmethode sowie die nominalen Massen zur Verfügung, ist diese Methode die einzige Möglichkeit zur Identifizierung. Aus ihr ergeben sich jedoch einige starke Einschränkungen.

Oben: Niedrige Massenauflösung (R = 600); unten: hohe Massenauflösung (R = 10 000). © JEOL

Kombiniert man hingegen EI mit einem hochauflösenden Massenspektrometer sowie einer sanften Ionisationsmethode wie beispielsweise der Feldionisation (FI), so wird eine Vielzahl an Informationen über die unbekannten Substanzen erhalten. In Kombination mit der für Jeol entwickelten Software „msFineAnalysis“ können durch die zusätzlichen Informationen mehr Verbindungen identifiziert werden. Auch ergeben sich deutlich höhere Konfidenzniveaus für die einzelnen Verbindungen.

TIC-Chromatogramm für ein Vinylacetatharz mittels Pyrolyse-GC-MS und „msFineAnalysis“. © JEOL

In der GC-MS stellt sich bei der qualitativen Analyse folgende Problematik:

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  • Nur ein kleiner Teil der bekannten Verbindungen ist in den Datenbanken vorhanden. Beispielsweise listet die „NIST2020“-Datenbank 306 869 Verbindungen, was nur 0,15 % der in CAS registrierten Verbindungen entspricht. Da die meisten Verbindungen nicht vorhanden sind, werden diese bei einer Suche in der MS-Datenbank nicht oder fälschlicherweise als andere Substanzen identifiziert.
  • Ein Massenspektrometer mit geringer Auflösung liefert nur bedingt Informationen: Mit einer geringen Massenauflösung kann nicht zwischen Verbindungen mit ähnlichen nominalen Massen unterschieden werden.
  • Bei der Verwendung von EI als Ionisationsmethode kann im Allgemeinen kein Molekülion identifiziert werden. Denn EI als harte Ionisierungsmethode führt zu einer starken Fragmentierung des Analyten, wodurch das Molekülion nicht auftritt oder nicht eindeutig zuzuordnen ist.

Weiche Ionisation

Massenspektrometer "JMS-T200GCxPlus". © JEOL

Mit einem hochauflösenden Massenspektrometer wie dem „JEOL JMS-T200GCxPlus“ (R > 30 000 erreichbar) mit einer Genauigkeit von < 0,1 mDa können mit diesem Gerät auch Verbindungen mit ähnlichen Masse- zu Ladungsverhältnissen aufgetrennt werden. Zusätzlich sind die Isotopenmus- ter deutlich zu erkennen, wodurch die genaue chemische Formel berechnet werden kann. Unter Verwendung von Photoionisation (PI), Feldionisation (FI) oder chemischer Ionisation (CI) kann das Molekülion identifiziert werden. In Kombination mit hochauflösender Massenspektrometrie können die korrekten Molekülformeln der unbekannten Substanzen bestimmt werden.

Das Sammeln der Informationen sowie die Identifikation unbekannter Analyten mit Hilfe des o. g. Massenspektrometers ist relativ einfach. Die erhaltenen Daten im Anschluss jedoch händisch zu analysieren ist eine sehr zeit- und kostenintensive Arbeit, die zudem eine hohe Kenntnis in der Massenspektrometrie benötigt. Mit der Software „msFineAnalysis“, die speziell für die qualitative Analyse mit Jeol-HR-MS-Spektrometern entwickelt wurde, ist dieser Prozess automatisiert. Die Software entfaltet Peaks, sucht in den verfügbaren Datenbanken, identifiziert Molekülionen, gleicht Isotopenmuster ab und kombiniert die Ergebnisse von EI und SI (Weiche Ionisation, engl. Soft Ionization). Dadurch werden eine geeignete Molekülformel sowie eine Strukturformel vorgeschlagen.

Zusammenfassung

Workflow der qualitativen Analyse mit Einsatz der Software „msFineAnalysis“. © JEOL

Mit Hilfe des Massenspektrometers „JMS-T200GCxPlus“ in Kombination mit EI und SI kann eine hohe Zahl an Verbindungen in einer qualitativen GC-MS-Analyse identifiziert werden. Während EI Fragmentationsmuster liefert, kann durch die weichen Ionisationsmethoden das Molekülion identifiziert werden. Die hohe Auflösung ermöglicht hierbei zusätzlich die Bestimmung der genauen Zusammensetzung. Auch Analyten, welche nicht in den klassischen MS-Datenbanken zu finden sind, können so nachgewiesen werden. Die Software „msFineAnalysis“ wurde entwickelt, um den Prozess der Identifizierung der Molekül- und Strukturformel vollständig zu automatisieren und zu vereinfachen.

AUTOR
Bram van der Meer
JEOL (Germany) GmbH, Freising
info@jeol.de
www.jeol.de

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