Charakterisierung eines GC-TOF-MS-Systems zur Messung halogenierter Kohlenwasserstoffe
Hoker, Jesica - Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main (2015)
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Flugzeitmassenspektrometer (TOF-MS) für die Messung von halogenierten Spurengasen charakterisiert und das verwendete analytische System optimiert. Ein TOF-MS hat den Vorteil, dass es die volle Masseninformation aufzeichnet. Dadurch ist es möglich, auch im Nachhinein Substanzen zu identifizieren und retrospektiv auszuwerten. Eine retrospektive Auswertung kann helfen, Auswirkungen auf die Atmosphäre besser abschätzen zu können. Aus diesem Grund wurde mit Hilfe des TOF-MS ein digitales Datenarchiv durch regelmäßige Messungen von Luftproben, die am Taunus Observatorium auf dem Kleinen Feldberg genommen wurden, initialisiert. Durch die Wahl des Taunus Observatoriums werden in unmittelbarer Nähe des industriellen Ballungsraums Rhein-Main auf der Nordhemisphäre Luftproben genommen, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, unbekannte Substanzen in erhöhter Konzentration zu messen.
Bevor das TOF-MS jedoch für die Initialisierung des Datenarchivs verwendet werden konnte, wurde es charakterisiert und mit einem, für die Analyse von halogenierten Kohlenwasserstoffen etablierten QP-MS verglichen. Um beide Detektoren vergleichen zu können, erfolgte die Probenaufgabe, Probenaufkonzentrierung und die Separation der Probe im Gaschromatographen innerhalb eines gemeinsamen Systems. Nach der Separation im GC teilt sich der Trägergasfluss auf. Die Charakterisierung des TOF-MS und der Vergleich mit dem QP-MS umfasst die Auswertung der Daten, die Messpräzision, die Linearität, die Sensitivität der Detektoren, die Massenauflösung und die Massenachsenbestimmungsgenauigkeit.
Hinsichtlich der Messpräzision liegen beide Massenspektrometer, wie ermittelt auf dem selben Niveau, wodurch sie auch sehr geringe Variabilitäten in den Mischungsverhältnissen von halogenierten Kohlenwasserstoffen aufzeichnen können.
Die Linearität der Detektoren ist substanzspezifisch. Während das QP-MS in Übereinstimmung mit bereits literaturbekannter Eigenschaft, einen sehr großen linearen Bereich aufweist, zeigt das hier verwendete TOF-MS für 2/3 aller ausgewerteter Substanzen starke substanz- und fragmentabhängig Nichtlinearitäten. Das nichtlineare Verhalten des Detektors des TOF-MS zeigt sich auch bei den Messvergleichen, wobei jedoch nur signifikante Abweichungen bei sehr hohen und sehr niedrig gemessenen Mischungsverhältnissen beobachtet wurden. Diese starke Nichtlinearität stellt eine große Einschränkung für eine retrospektive Auswertung unbekannter Substanzen dar, da deren Verlauf nur qualitativ nicht aber quantitativ dargestellt werden kann.
Die Massenauflösung liegt beim TOF-MS bei 1000 mit einer Massenachsenbestimmungsgenauigkeit zwischen 50-170~ppm, wodurch es dem QP-MS, welches nur Einheitsauflösung vorweist, weit überlegen ist. Mit dieser Auflösung und Massenachsenbestimmungsgenauigkeit ist das TOF-MS in der Lage einen halogenierten von einem nichthalogenierten Kohlenwasserstoff quantitativ zu trennen.