Gaschromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung

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Die GC kann. wie die HPLC, mit einem Massenspektrometer gekoppelt werden. Es erfolgt also zunächst die Auftrennung eines Gemisches entlang der GC-Säule, gefolgt von einer Analyse der Massenverhältnisse der Analyten.

Wiederfindungsversuche mit Pestiziden in Gurken nach der QuEChERS-Methode[Bearbeiten]

Allgemeines[Bearbeiten]

Es wurden die Rückstände von Pflanzenschutzmitteln in Gurken analysiert. Da Gurken zu einem Großteil aus Wasser bestehen, eignen sie sich hervorragend für diese Analyse, da Matrixeffekte relativ gering ausfallen. Als direkter Vergleich wurden Erdbeeren, die stärkere Matrixeffekte erwarten lassen, eingesetzt. Das Probenmaterial wurde auf Pirimicarb hin untersucht. Als interne Standards dienten 6fach deuteriertes Pirimicarb und das Pestizid Cyprodinil (Vgl. Abb.1). Die Zahlen, die in der Abbildung angegeben sind, entsprechen den molekularen Gewichten der Fragmente. Die gewellte Linie zeigt die Bruchstelle des Moleküls. Die Proben und Standards wurden nach der QuECHERS-Methode vorbereitet.

Pirimicarb-Cyprodinil.jpeg

Pirimicarb ist ein farbloser, kristalliner Feststoff, der eher in organischen Lösemitteln löslich ist. Es wird als Insektizid genutzt. In höheren Dosen wirkt Pirimicarb neurotoxisch, da die Cholinesterasenkonzentration im Gehirn um 18 - 40% gesenkt wurde. Pirimicarb weist ein Molekulargewicht von 238 auf.

Pirimicarb D6 Hierbei handelt es sich um die deuterierte Version des Pirimicarb. Es war zunächst unklar welche Methylgruppen deuteriert wurden. Die GC-MS-Analyse zeigte eindeutig, dass die 2 Methylgruppen des Amids deuteriert wurden, da beide Moleküle im Massenspektrum ein Ion bei m/z von 166 aufweisen.

Cyprodinil Bei Cyprodinil handelt es sich um ein gelbbraunes bis braunes Granulat, das in Wasser löslich ist. Bei der Anwendung bildet es in der Wachsschicht des Blattes ein Depot und verhindert somit einen Pilzbefall der Pflanze. Es blockiert im Pilzstoffwechsel die Synthese der Aminosäure Methionin und hemmt damit das Eindringen in das Blatt und das Wachstum im Blattgewebe.

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Bei diesen 3 Spektren (Abb. 2 - TIC von Pirimicarb, Pirimicarb D6 und Cyprodinil) handelt es sich um Einspritzungen der drei Pflanzenschutzmittel, bei einer Konzentration von 20 ng/µL im Fullscan-Modus. Anhand dieser Aufnahmen konnten allgemeine Informationen zu diesen 3 Verbindungen gesammelt werden, die in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst wurden.

Verbindung MG RT Tochterionen (m/z)
Pirimicarb 238 14,4 238, 166, 72
Pirimicarb D6 244 14,4 244, 166, 78
Cyprodinil 225 16,0 225, 224

Wie nicht anders zu erwarten, weisen Pirimicarb und Pirimicarb D6 die gleichen Retentionszeiten auf. Da nur 6 H-Atome gegen D-Atome ausgetauscht wurden, verhalten sich die 2 Substanzen chemisch sehr ähnlich und Pirimicarb D6 ist somit der beste Standard den man wählen kann. Doch es ist nicht immer möglich die deuterierte Substanz als innerern Standard anzuwenden. Man kann die Position der Deuterierung anhand des Tochterionenspektrums bestimmen. Es können nur die Methylgruppen des Amids deuteriert sein, da beide Spektren ein Ion bei m/z 166 aufweisen. Dies entspricht der Molekülmasse abzüglich der Amidgruppe. Die Massen 72 und 78 stellen die Amidgruppe bzw. die deuterierte Amidgruppe dar. Alles in allem weisen sämtliche Peaks leichtes Tailing auf. Dies kann aber durch die Kombination von GC und MS erklärt werden, da der Übergang von hohem Druck (GC-Seite) ins Vakuum (MS-Seite) eine große technische Herausforderung ist.


Unsere Ergebnisse[Bearbeiten]

Da die Möglichkeit bestand vieles auszuprobieren, wurde diese auch genutzt. Es folgen u.a. auch Beschreibungen was und warum etwas nicht funktioniert. Für den einen logisch für den anderen vielleicht hilfreich.

Messungen im SIM-Modus[Bearbeiten]

Die Standards wurden zunächst im SIM-Modus eingespritzt. SIM steht dabei für Single-Ion-Mode. Es wurde nach den Massen 238, 244 und 224 gescannt, wobei eine Bandbreite von 3 Masseneinheiten eingestellt wurde. Diese Vorgehensweise erwies sich als gänzlich ungeeignet, da nun für jede Masse zu wenig Zeit zum Scannen zur Verfügung stand. Die Empfindlichkeit der Messung nahm dadurch sehr stark ab. Aus diesem Grund wurde auf eine bereits existierende Kalibrierung mit einem Scanbereich von ± 1 Masseneinheit zurückgegriffen. Aus den oben genannten Gründen waren auch die Proben nicht auswertbar und es wurde lediglich die Güte der Kalibrierung bestimmt.

Es hat sich hier gezeigt. dass man bei solchen Bestimmungen, wie der Rückstandsanalyse, häufig mit "schlechteren" Kalibriergeraden rechnen muss (im Gegensatz beispielsweise zur Photometrie). Der Verfahrensvariationskoeffzient und Korrelationskoeffzient liegen hier meist höher. Dies ist aber auch verständlich, wenn man die Konzentrationsunterschiede bei Photometrie und Rückstandsanalytik, berücksichtigt. Etwas, das bereits erwähnt wurde, hat sich hier auch noch einmal bestätigt. Der deuterierte Standard ist aufgrund seiner chemischen Ähnlichkeit zum Analyten besser für die Kalibrierung geeignet als der Cyprodinil-Standard:

Kali-SIM-D6-Cypro.jpg

Bei der Kalibrierung mit dem deuterierten Standard erhält man folgende Grenzen:
Nachweisgrenze: 66,9843 µg/5 mL Erfassungsgrenze: 133,9686 µg/5 mL Bestimmungsgrenze: 259,8924 µg/5 mL

Bei der Kalibrierung mit Cyprodinil erhält man folgende Grenzen:
Nachweisgrenze: 72,2712 µg/5 mL Erfassungsgrenze: 144, 5424 µg/5 mL Bestimmungsgrenze: 306,5573 µg/5 mL

Messungen im FS-Modus[Bearbeiten]

Wie bereits im SIM-Modus zu erkennen war, ist das Pirimicarb D6 als interner Standard besser geeignet. Dies wird durch den Verfahrensvariationskoeffizienten bestätigt. Der Verfahrensvariationskoeffzient und der Korrelationskoeffizient zeigen auch eindeutig, dass der FS-Modus wesentlich besser für eine Kalibrierung geeignet ist. Selbst wenn man man die Kalibrierung im SIM-Modus nur mit ± 1 erstellt, sind die Ergebnisse nicht annähernd so präzise.

Kali-FS-D6-Cypro.jpg


Hier der Vergleich zweier Matrizes (Gurke und Erdbeere)

Erdbeerevsgurke.jpg


Ein-Punkt-Kalibrierung[Bearbeiten]

Ein-Punktkalibrierung Für die Ein-Punkt-Kalibrierung wurde ein Standard mit 100 µg/5 mL Pirimicarb, 72 µg/5 mL Pirimicarb D6 und 50 µg/5 mL Cyprodinil und die Wiederfindungsproben im FullScan-Modus eingespritzt. Anschließend wurde eine Ursprungsgerade durch diesen Punkt gelegt. Es wurde das Verhältnis der Areas gegen das Verhältnis der Konzentrationen aufgetragen. Aufgrund der vorherigen Erkenntnisse wurden die Wiederfindungen nur mithilfe des D6-Standards berechnet, da dabei die größere Präzision zu erwarten ist.

Es ergab sich folgende Kalibriergerade: y = 1,0324x

Die Wiederfindungen lagen bei von 93 und 86%.

Obwohl es sich bei dieser Analytik um Spurenanalytik handelt und die Proben einige Tage gelagert wurden, fiel die Wiederfindung relativ gut aus. Eine Kalibrierung benötigt in der Regel mehrere Kalibrierpunkte, da sie nur in einem gewissen Bereich linear verl¨äuft. Somit ist die Ein-Punkt-Kalibrierung nicht die beste mögliche Wahl, doch aufgrund der missglückten Kalibrierung konnten die Proben nur über diese Methode quantifiziert werden. In der Not frisst der Teufel eben Hornissen...

Reproduzierbarkeit[Bearbeiten]

Um die Reproduzierbarkeit zu überprüfen wurde der oben genannte Standard Standard 6 mal eingespritzt und die Standardabweichung und der Variationskoeffizient bestimmt.

Die Auswertung der Messreihe mit Valoo ergab folgende Ergebnisse:
Messreihe mit Pirimicarb D6:
Signifikanzniveau: 1%
Mittelwert: 0,852
Standardabweichung = 0,0279
Variationskoeffizient: 3,27%

Messreihe mit Cyprodinil:
Signifikanzniveau: 1%
Mittelwert: 0,095
Standardabweichung = 0,0108
Variationskoeffizient: 11,35%

Auch die Analyse einer Messreihe bestätigt wieder die bisher erlangten Erkenntnisse. Pirimicarb D6 ist als interner Standard besser geeignet als Cyprodinil. Die Reproduzierbarkeit ist besser gewährleistet. Dies erkennt man an den Werten für die Standardabweichung und am Variationskoeffizient. Während die Standardabweichung beim D6, um eine Kommastelle kleiner ist, liegt sie beim Cyprodinil in der gleichen Größenordnung. Der Variationskoeffizient ist mit 11,35% wesentlich größer als der Variationskoeffizient des D6 (3,27%).