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Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) und GC-Combustion-IRMS (GCC-IRMS)

Vor der gaschromatographischen Analyse werden flüssige, nicht hinreichend flüchtige Proben einer Derivatisierung unterzogen.

 

Prinzip

Nach erfolgter GC kann die Detektion über einen Flammenionisationsdetektor

Abbildung 3.2.1.1
Analytical GC with FID/MSD
(FID) erfolgen wie dies z.B. in der Fettsäureanalytik üblich ist oder wahlweise über einen massenselektiven Detektor (s. Anwendungsbeispiel).

In Untersuchungen, bei denen stabile Isotope eingesetzt werden, ist über einen Split des Eluats eine parallele Detektion zum einen über das angeschlossene Massenspektrometer (MSD) als auch das Isotopenverhältnis-Massenspektrometer (IRMS) möglich. Es steht also eine Konfiguration als GC-MS, oder als GCC-IRMS oder auch als Kombination beider Verfahren zur Verfügung. Geeignet ist die Detektion über das GCC-IRMS insbesondere, wenn eine höhere Bestimmungsgenauigkeit in der Isotopenanalytik erforderlich ist.

Teil GC-MS

Im Rahmen der GC-MS-Analysen ist nach der gaschromatographischen Trennung die vollständige Aufzeichnung der Massenscans (bis zur Masse m/z 800) als Fragmentierungsmuster („fingerprint“) möglich. Diese „fingerprints“ können dann mit denen einer Datenbank (hier: NIST02) verglichen werden, um die Substanz zu identifizieren.

Die quantitative Analyse ist über das SIM (selected ion monitoring) möglich. Hier wird statt des gesamten Scans auf wenige Ionen zurückgegriffen, die für eine gesuchte, zu quantifizierende Substanz typisch sind. Dies erhöht die Sensitivität, so dass je nach Analyt pg- bis ng-Mengen detektiert und quantifiziert werden können.

In der jetzigen Ausbaustufe ausschließlich EI (Elektronenstoß-Ionisierung); kein MS/MS verfügbar.

Siehe Abbildung rechts oben.

Teil GCC-IRMS

Nach der gaschromatographischen Trennung findet im online-Verfahren eine Totalverbrennung einzelner oder aller eluierten Substanzpeaks in Heliumatmosphäre unter Sauerstoffzugabe (Combustion, GC-C) statt. Anschließend erfolgt eine Reinigung der entstehenden Gase (Wasserentzug), um nach Einleiten ins IRMS eine Quantifizierung von 13C/12C als 45CO2/44CO2 zu ermöglichen. Die Kalibrierung erfolgt gegen einen IAEA-Standard.

Eine alternative Konfiguration für 15N oder 2H ist grundsätzlich möglich.

Quantifizierung von 13C als Isotopenpeak im herkömmlichen MS  0,1 – 1    % 12C
Quantifizierung von 13C als 45CO2/44CO2 im IR-MS 0,005 – 0,1 % 12C

 Siehe Abbildung rechts unten.

Geräte und deren Konfiguration

Vorhanden sind:  GC (Agilent 6890N) mit MSD (Agilent 5973)
Flammenionisations-Detektor (FID, anstelle der MS einsetzbar)
 IRMS (GV Isoprime GCC)

 

Abbildung 3.2.2
Probenaufgabe im analytischen GC zum FID/MSD/IRMS

 

Analytische Bedingungen

  • Flüssige Proben
  • Mobile Phase: Helium
  • Temperaturgradient bis 280°C frei wählbar
  • alle handelsüblichen, MS-geeigneten analytischen Säulen sind einsetzbar
  • Parallele Messung im MS und in der GCC-IRMS

Probenmaterial

  • Biologische Flüssigkeiten (Blutplasma, Urin, Milch)
  • Andere flüssige Proben (z. B. Pflanzenextrakte)

Versuchsauswertung

  • 1. Schritt: Chromatogramm (GC)
  • 2. Schritt: Massenspektrum des Substanzpeaks (MSD)
  • 3. Schritt: Identifikation mittels Datenbank NIST02 – hier Verifizierung der Substanz als (silyliertes) Lactat-Derivat
  • 4. Schritt: genaue Bestimmung des C-Isotopenverhältnis (IRMS) als Deltawert
  • 5. Schritt (falls gewünscht): Quantifizierung anhand Eichreihe (MSD oder FID)

 

Kosten

  • Je nach gewünschter Bestimmungsart mind. 350 € je 100 Messungen bzw. 600 € je 100 Messungen für  GCC-IRMS
  • Ggf. Kaufpreis für Säule
  • Weitere Informationen auf Anfrage

Anwendungsbeispiel (für GC-MS)

 

Abbildung 3.2.7
Identifikation eines Probenpeaks (CLA in Lebensmittel)

 

Anwendungsbeispiel (für GCC-IRMS)

Untersuchung des Glucosestoffwechsels nach intravenöser Gabe von D2-Glucose (Meyer et al. 2005)

Untersuchungen zur Stoffwechsel von 13C-markierten n-3-Fettsäuren (LCP) im Tiermodell (Sheaff et al. 1995) oder in der Zellkultur (Huang et al. 2000, Reiss et al. 2004)

Weitere typische Anwendungen sind die Detektion von Fettsäuren (als Methylester), TMS-Zucker (Mono-/Di-Saccharide), Lactat, Glyerol (derivatiisiert), Pentacetyl-Glucose sowie Vitaminen und anderen Mikronährstoffen.

 Referenzen

  1. Meyer C, Saar P, Soydan N, Eckhard M, Bretzel RG, Gerich J, Linn T. A potential important role of skeletal muscle in human counterregulation of hypoglycemia. J Clin Endocrinol Metab. 2005;90(11):6244-50.
  2. Sheaff RC, Su HM, Keswick LA, Brenna JT. Conversion of alpha-linolenate to docosahexaenoate is not depressed by high dietary levels of linoleate in young rats: tracer evidence using high precision mass spectrometry. J Lipid Res. 1995;36(5):998-1008.
  3. Huang MC, Muddana S, Horowitz EN, McCormick CC, Infante JP, Brenna JT. High-precision isotope ratio mass spectrometry and stable isotope precursors for tracer studies in cell culture. Anal Biochem. 2000;287(1):80-6.
  4. Reiss I, Kuntz S, Schmidt R, Kunz C, Gortner L, Rudloff S. Effect of pulmonary surfactant on TNF-alpha-activated endothelial cells and neutrophil adhesion in vitro. Immunobiology. 2004; 209:235-44.