DE102008046139B4 - Verfahren zur quantitativen Bestimmung einer Substanz durch Massenspektrometrie - Google Patents

Abstract

Verfahren zur quantitativen Bestimmung einer chemischen Substanz S aus einer Probe unter Verwendung eines Massenspektrometers mit mindestens einem Detektor, mit folgenden Merkmalen:a) Analysieren einer Probe, in der die interessierende Substanz S enthalten sein kann, oder eines Umwandlungsprodukts der Probe in dem Massenspektrometer,i) wobei für die Analyse das Massenspektrometer zumindest auf Massen SM1, SM2 wechselweise eingestellt wird, so dass jede der Massen SM1, SM2 mehrfach oder mindestens einmal detektiert wird, und so dass alle genannten Massen vom selben Detektor detektiert werden,ii) wobei es sich bei den Massen SM1 und SM2 um fiktive Nachbarmassen handelt, die jeweils definierte Abstände D1 und D2 zu einer Masse CM aufweisen, wobei es sich bei der Masse CM um eine Masse der Substanz S mit einem bestimmten Isotopengehalt handelt, wobei SM1 schwerer und SM2 leichter als CM ist, und wobei die Massen SM1 und SM2 keine weiteren Massen der Substanz S darstellen,iii) wobei die Abstände D1, D2 jeweils kleiner sind als eine Peak-Breite der Masse CM bei vorgegebener Auflösung,iv) wobei sich zu jeder Masse SM1, SM2 durch die Analyse ein Messwert X1 bzw. X2 ergibt, wobei aus den Messwerten abgeleitet wird, ob Interferenzen der Masse CM mit anderen Massen vorliegen,b) Ermitteln der Menge der Masse CM durch Einstellen des Massenspektrometers auf die Masse CM und Detektion der Masse oder durch Berechnung aus den Messwerten X1, X2.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung einer chemischen Substanz S durch Massenspektrometrie.
• Quantitative Analysen werden beispielsweise zur Bestimmung giftiger oder in anderer Weise unerwünschter Stoffe, wie etwa von Halogenverbindungen durchgeführt. Ziel ist dabei die Ermittlung des Anteils einer bestimmten Substanz - oder Substanzklasse - innerhalb einer Probe, etwa in Mikrogramm per Gramm (=ppm) oder Nanogramm per Gramm (=ppb).
• Die Probe oder ein Umwandlungsprodukt derselben können in einem chromatographischen Verfahren zeitlich aufgelöst werden, sodass die gesuchte Substanz im Eluat zeitweise am Ausgang der chromatographischen Einrichtung für eine massenspektrometrische Analyse zur Verfügung steht.
• Das Massenspektrometer kann den üblichen Aufbau aufweisen, nämlich mit Einlasssystem, Ionenquelle, Massenanalysator, Detektor und Datensystem. Das Eluat des chromatographischen Verfahrens wird dem Einlasssystem des Massenspektrometers zugeführt.
• Möglich ist auch eine massenspektrometrische Analyse ohne vorangehendes chromatographisches Verfahren. Dies führt häufig zu einer höheren Unsicherheit der Ergebnisse. Die Probe oder ein Umwandlungsprodukt hiervon werden direkt dem Einlasssystem des Massenspektrometers zugeführt.
• Zahlreiche Substanzen in einer organischen Probe - etwa Schadstoffe, wertvolle Nährstoffe oder andere Ziel-Substanzen - weisen komplexe Molekülstrukturen auf mit Masse-zu-Ladung-Verhältnissen von insbesondere mehr als 100 oder mehr als 250. In Abhängigkeit von den enthaltenen Elementen weist jede Substanz ein eigenes, charakteristisches Isotopenmuster auf. Somit sind im Massenspektrometer für dieselbe Substanz verschiedene Massen mit jeweils anderem Isotopengehalt detektierbar. Dabei stehen die verschiedenen Massen derselben Substanz in einem relativ konstanten und für diese Substanz charakteristischen Verhältnis zueinander. Es ist deshalb auch möglich, aus der quantitativen Bestimmung einer einzigen Zielmasse oder weniger Zielmassen der gesuchten Substanz letztere insgesamt quantitativ zu bestimmen.
• Für die gesuchten Substanzen sind die Isotopenmuster und demnach auch die verschiedenen (exakten) Massen und deren Anteile allgemein bekannt. Der Anwender weiß, wonach er sucht und kann sich deshalb anhand des bekannten Isotopenmusters die am besten detektierbaren Massen der gesuchten Substanz aussuchen.
• Ein Beispiel für das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren und die Methodik hierzu sind in einem Dokument der US-Umweltbehörde EPA (Environmental Protection Agency) beschrieben. Das Dokument ist im Internet abrufbar unter http://www.epa.gov/region03/1613.pdf. Erläutert ist darin die quantitative Bestimmung spezieller Dioxine und Furane durch Isotopenverdünnung in Verbindung mit Gaschromatographie und Massenspektrometrie. Das Dokument und das darin offenbarte Verfahren werden als EPA 1613 zitiert.
• Das Prinzip der Isotopenverdünnungstechnik beruht darauf, dass in eine Probe vor der weiteren Aufbereitung ein oder mehrere „interne Standards“ (i.S.) gegeben werden. Diese sind in der Regel isotopenmarkiert durch Austausch aller C-Atome gegen 13C-Isotope. Der interne Standard ist hier dadurch 12 Masseneinheiten schwerer als der als „nativ“ bezeichnete Analyt. Anhand der bekannten Beimischung des internen Standards zur Probe kann der Gehalt des gesuchten „nativen“ Analyten in der Probe bestimmt werden durch Verhältnisbildung zwischen dem Messwert für den „nativen“ Analyten und dem Messwert für den internen Standard. Normalerweise werden die giftigsten Dioxine als interner Standard zugefügt und durch Vergleich direkt quantifiziert. Zusätzlich werden weitere gefundene Dioxine bzw. deren in der lonenquelle gebildete Fragmente häufig einfach als Summe quantifiziert. Gegebenenfalls werden weitere Standards nach der Probenaufbereitung zugegeben um die Effizienz der Probenaufbereitung zu quantifizieren.
• Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Bestimmung der genannten Schadstoffe. Grundsätzlich sind alle in einer Probe enthaltenen Ziel-Substanzen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmbar.
• Neben der gesuchten Substanz sind in der Probe normalerweise weitere bekannte oder nicht bekannte Stoffe enthalten. Deren Massen und Verweilzeiten können dicht an denen der gesuchten Substanz liegen. Die Messwerte für die ausgewählten Massen der gesuchten Substanz können daher durch Interferenz mit anderen Bestandteilen der Probe verfälscht sein.
• Interferenzen zwischen benachbarten Massen sind sichtbar bei der massenspektrometrischen Analyse in Abhängigkeit von der Auflösung des Massenspektrometers und von der Peak-Breite der jeweiligen Masse. Die Fläche unter dem Peak der analysierten Masse ist ein Maß für die Menge der diese Masse enthaltenden Probe. Überschneidet nun ein Peak einer benachbarten Masse den Peak der ausgewählten Masse der gesuchten Substanz, ergibt sich ein zu hoher Messwert für die ausgewählte Masse der gesuchten Substanz, da für die ausgewählte Masse nicht nur die Ionen der gesuchten Substanz, sondern auch Ionen der benachbarten Masse zum Teil mitgezählt werden. Für den Anwender ist in der Regel nicht im Voraus bekannt, ob eine derartige Interferenz vorliegt und wie groß die Interferenz ist. Dies gilt für Geräte mit nur einem Detektor genauso wie für Multikollektor-Massenspektrometer mit magnetischem Sektor.
• Zum Ausschluss von Interferenzen und damit zur Bestätigung eines erwarteten Isotopenmusters ist es für viele Anwendungen ausreichend, wenn das Verhältnis von zwei dominanten Massen-Peaks zueinander bestimmt wird. Zugleich erfolgt die Quantifizierung der Zielsubstanz oft nur über einen der beiden Massen-Peaks. Aus diesem Grund ist es üblich die eine Masse (einen Massen-Peak) als Quantifizierungs-Masse QM und die andere Masse (den zweiten Massen-Peak) als Vergleichs-Masse RM zu bezeichnen. Diese Art der Nomenklatur wird auch nachfolgend verwendet, sofern dies aus Gründen der besseren Übersicht sinnvoll ist. Natürlich ist es möglich und in vielen Fällen auch zweckmäßig beide Massen QM und RM für die Quantifizierung heranzuziehen. Demnach sollen die Begriffe „Quantifizierungs-Masse QM“ und „Vergleichs-Masse RM“ den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken.
• Zur Aufdeckung der Interferenz ist es aus der DE 103 51 010 A1 (entsprechend WO 2004/047143 ) bekannt, einen Ionenstrahl durch eine reflektierende Elektrode in Richtung der Massendispersion in zwei getrennte lonenstrahlen aufzuteilen. Die derart gebildeten, getrennten lonenstrahlen werden auf zwei getrennte Detektoren gerichtet. Falls sich die Signale der beiden Detektoren erheblich unterscheiden, weist der Ionenstrahl (vor der Aufteilung) Interferenzionen auf. Für dieses Verfahren ist zusätzliche Hardware erforderlich, nämlich die reflektierende Elektrode und ein zusätzlicher Detektor. Auch muss die zusätzliche Elektrode äußerst präzise justiert werden um eine saubere und gleichmäßige Aufteilung des lonenstrahls zu gewährleisten. Die beiden Detektoren müssen gegeneinander kalibriert werden. Außerdem sind die Teilung des lonenstrahls und das Teilungsverhältnis dauerhaft vorhanden.
• Aus der US 2005/0086017 A1 ist ein Verfahren zur Kalibrierung von Massenspektren mittels eines auf die Profildaten anzuwendenden Filters bekannt. Isotopenmuster für Kalibriersubstanzen werden simuliert und der Isotopengehalt für die einzelnen Massen der Kalibriersubstanz bestimmt. Eine Peak-Form-Funktion wird durch Entfaltung aus dem gemessenen Profil und dem simulierten Isotopenmuster bestimmt.
• Bekannt ist auch die Untersuchung einer ausgewählten Masse mit einem Massenspektrometer mit zusätzlicher Untersuchung benachbarter Massen, siehe EP 1170779 A1 und DE 20316798 U1 .
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines einfacheren und flexibleren Verfahrens, insbesondere ohne das Erfordernis zusätzlicher Hardware.
• Das erfindungsgemäße Verfahren weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
• Es versteht sich von selbst, dass das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung die gezielte Massenanalyse ist. Typische Messverfahren werden als „MID“ (multiple ion detection) oder „SIM“ (single ion monitoring) bezeichnet. Bei dieser Art Messungen wird ein „Massen-Scan“ während der Messung nicht durchgeführt. Stattdessen wird das Spektrometer abwechselnd auf die erwarteten Zielmassen mit einer bestimmten Auflösung und für eine bestimmte Zeit eingestellt. Der sich ergebende Wert des zeitlichen Integrals über die beobachtete Masse wird für die Quantifizierung verwendet. Um dies zu ermöglichen, ist es gewöhnlich erforderlich Kalibrierungsmessungen durchzuführen bevor quantitative Messungen erfolgen. Außerdem wird üblicherweise die Form des Massen-Peaks bestimmt und optimiert, entweder vor der Messung oder bereits durch den Hersteller des Messinstruments.
• Für die quantitative Analyse wird die Menge der Zielmasse M0 an der Massen-Position PM0 (als eine von mehreren möglichen Massen der Substanz S) ermittelt. Die Menge der Masse M0 wird entweder direkt gemessen oder aus anderen gemessenen Massen rechnerisch bestimmt. Die Masse M0 kann vom Anwender in Kenntnis der Zusammensetzung bzw. des Isotopenmusters der Substanz S willkürlich ausgesucht werden. Breite und Form des Massen-Peaks hängen vom Instrument ab und können durch Kalibrierungsverfahren bestimmt werden.
• In der einfachsten Ausführung des Verfahrens wird eine Intensität IM0 der Masse M0 an der Position PM0 rechnerisch ermittelt. Gemessen werden Positionen PM1 und PM2 von fiktiven Nachbarmassen M1 und M2, die mit definierten Abständen D1 und D2 neben der Massenposition PM0 liegen. Hierzu wird der Massenanalysator abwechselnd auf die Massen M1 und M2, nämlich auf die Massenpositionen PM1 und PM2 eingestellt, sodass jede der Massen mindestens einmal oder sogar mehrfach vom selben Detektor detektiert wird.
• Die Masseneinstellungen PM1 und PM2 sind unmittelbare Nachbarn von PM0, wobei sich beispielsweise PM1 auf eine schwerere Masse M1 bezieht und PM2 auf eine leichtere Masse M2 als M0. Ein Abstand DM1 von PM1 zu PM0 ist vorzugsweise gleich einem Abstand DM2 von PM2 zu PM0. Aus den Messwerten für die Masseneinstellungen PM1 und PM2 mit bekannten Abständen DM1, DM2 zu PM0 lässt sich die Intensität IM0 der Zielmasse berechnen. Die Abstände D1, D2 betragen weniger als die Peak-Breite der Masse M0. Vorzugsweise betragen die Abstände D1, D2 jeweils die halbe Peak-Breite der Masse M0 bei halber Peak-Höhe.
• Allgemein lässt sich für vorgegebene Abstände DM1, DM2 eine Beziehung $$\text{x}\cdot \text{IM1}+\text{y}\cdot \text{IM2}-\text{z}\cdot \text{IM0}=0$$

  

  definieren, wobei IM1, IM2, IM0 die gemessene Intensität an der jeweiligen Massenposition darstellt und die Parameter x, y, z durch Überlegung, Kalibrierung oder Beobachtung festgelegt sind.
• Die Peak-Breite bei halbem Maximum und andere Details der Peak-Form können beispielsweise ermittelt werden im Scan-Betrieb des Massenspektrometers über den Peak der Einstellung PM0. Links und rechts vom Maximum des Messwerts (Peak-Spitze) ergeben sich naturgemäß niedrigere Intensitäten. Sobald diese die Hälfte vom Wert des Peak-Maximums betragen, kann an dieser Stelle die Peak-Breite aus der Peak-Form abgelesen werden. Die so ermittelte Peak-Breite bei halber Peak-Höhe wird als FWHM (Full Width at Half Maximum) bezeichnet. Die Hälfte dieses Wertes kann als „halbe Peak-Breite“ HWHM (Half Width at Half Maximum) und jeweils als DM1 und DM2 für die weiteren Berechnungen verwendet werden.
• Andere Einstellungen sind möglich, z. B. die Masseneinstellung PM1 derart, dass die resultierende Intensität bei dieser Einstellung beispielsweise 25% oder 33% beträgt. Zur Vereinfachung wird in der nachfolgenden Beschreibung jedoch überwiegend der bevorzugte Fall angenommen, bei dem die Intensitäten der „Split-Massen“ M1, M2 (an den Positionen PM1, PM2) 50% der Intensität des Peak-Maximums betragen.
• Aus den Messwerten IM1, IM2 für die Massenpositionen PM1 und PM2 lassen sich verschiedene Aussagen ableiten. Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass die Einstellungen PM1 und PM2 so gewählt sind, dass die sich ergebenden Intensitäten 50% der Intensität IM0 bei der Masseneinstellung PM0 ergeben. Für ein ideales Messinstrument bedeutet dies, dass der Massen-Offset von PM1 zu PM0 genauso groß ist wie von PM0 zu PM2. Sofern die Messwerte IM1, IM2 für PM1 und PM2 übereinstimmen, liegt mit großer Wahrscheinlichkeit keine interferierende Masse in der Nachbarschaft der Masse M0 vor. Die Intensität der Masse M0 ergibt sich - bei einem Abstand zu den Massen M1, M2 gemäß der halben Peak-Breite - aus IM1 + IM2 oder zweimal IM1 oder zweimal IM2. Ein gemessener Wert für die Zielmasse M0 wird in diesem Fall nicht zwingend benötigt, da die Verhältnisse für den interferenzfreien Normalfall aus früheren Kalibrierungs-Messungen bekannt sind.
• Die Messgenauigkeit für das Summen-Signal (IM1 + IM2) ist üblicherweise dieselbe wie für IM0 in diesem Fall, wenn die Messzeiten für PM1 und PM2 jeweils so lang sind wie für PM0. Sofern die Werte für IM1 und IM2 signifikant voneinander abweichen, liegt eine Interferenz vor. Der Signifikanz-Level kann empirisch oder willkürlich festgelegt werden. Es ist davon auszugehen, dass Interferenzionen auf der Seite mit dem höheren Wert vorliegen. Der niedere Wert kann dann allein zur Berechnung der wahrscheinlichsten Intensität IM0 der Masse M0 verwendet werden. In diesem Fall ist die Messgenauigkeit reduziert auf die Beschränkungen der einzelnen Messung mit üblicherweise halber Datenerfassungszeit.
• Zum Abgleich und zur Überprüfung der Messergebnisse für eine Quantifizierungs-Masse QM der Substanz S auf mögliche Interferenzionen kann eine Zielvergleichsmasse RM derselben Substanz S herangezogen werden. In vielen Anwendungen (siehe z. B. EPA 1613) ist dies das Standardverfahren zur Validierung einer Messung als „gültig“ oder nicht. Ein Mess-Peak gilt bei diesem bekannten Verfahren als „gültig“, wenn das Verhältnis der Massen QM zu RM innerhalb einer erwarteten (und tolerierten) Bandbreite liegt.
• Die Erfindung verbessert die Zuverlässigkeit dieses Evaluierungsverfahrens durch Hinzufügung einer Interferenz-Messung innerhalb eines einzigen Massen-Peaks. Falls beispielsweise eine Messung zu verwerfen ist aufgrund der Beurteilung von Intensitäten IR0 und IQ0 (für Massen RM und QM) allein bei gegebener Auflösung, kann die Messung gleichwohl noch verifiziert werden durch Messung bei den Masseneinstellungen PM1 oder PM2 für den Fall einer Interferenz auf nur einer Seite der Peaks für QM oder RM. In diesem Fall kann beispielsweise das Verhältnis von IQ1 (die Intensität gemessen an der Position P1 von QM) zu IR0 (die Intensität gemessen an der Position P0 von RM) noch innerhalb der erwarteten Bandbreite liegen und für die Quantifizierung der Zielsubstanz verwendet werden.
• In diesem Fall wird das Massenspektrometer für die Analyse der Substanz S wechselweise zumindest auf die Nachbarmassen P1, P2 der Quantifizierungs-Masse QM und auf die Vergleichsmasse RM eingestellt, sodass jede der Massen mindestens einmal oder sogar mehrfach vom selben Detektor detektiert werden. Ein Messwert IR0 für die Masse RM wird dann im weiteren Verfahren berücksichtigt.
• Denkbar ist, dass auf beiden Seiten Interferenzionen vorliegen, in unterschiedlicher Größe oder sogar in gleicher Größe. Um ausschließen zu können, dass dieser Fall zu einer falschen Bewertung führt, wird der kleinere Wert aus IQ1 und IQ2 mit dem Wert IR0 verglichen. Bekannt ist ein Sollwert für das Verhältnis von IQ0 zu IR0. Entsprechend kann ein Sollwert für die Verhältnisse IQ1 zu IR0 und IQ2 zu IR0 berechnet werden. Bei Abweichungen der Messwerte von den Sollwerten ist davon auszugehen, dass Interferenzionen vorliegen und der jeweils untersuchte Messwert für die beabsichtigte quantitative Bestimmung nicht geeignet ist. Wenn das erwartete Isotopenverhältnis nicht bestätigt werden kann, muss der Anwender auf andere Massen (andere Isotope) der gesuchten Substanz S ausweichen. Das Risiko dies tun zu müssen, wird durch die vorliegende Erfindung verringert.
• Möglich ist, dass auch der Wert für die Masse RM durch Interferenzionen gestört ist. Auch in diesem Fall würde sich ein unerwartetes Verhältnis von IR0 zu IQ0, IQ1 oder IQ2 einstellen, sodass dann der Messwert IR0 oder alle Messwerte als ungeeignet verworfen werden.
• Möglich ist auch, dass die Interferenzen im Bereich der Masse RM einerseits und im Bereich der Masse QM andererseits so groß sind, dass sie bei einem Vergleich der genannten Masse einander aufheben oder nicht auffallen. Entweder wird dieser äußerst ungewöhnliche Fall als Unsicherheitsrisiko für die quantitative Bestimmung in Kauf genommen oder eine dritte Masse (mit anderen Isotopen) derselben Substanz wird mitanalysiert und mit den übrigen Massen verglichen oder die Erfindung wird auch angewendet auf den Peak der Masse RM.
• Möglich ist auch der Fall, dass die Werte IQ1 oder IQ2 durch Interferenzionen beeinflusst sind, nicht jedoch IQ0. Das heißt, der Wert IQ0 wäre als Ergebnis für die weitere Berechnung verwendbar, was aber den Werten IQ1 und IQ2 nicht entnehmbar ist. Zweckmäßig ist deshalb zugleich die Prüfung von IQ0 zu IR0. Ist dieses Verhältnis korrekt, kann IQ0 verwendet werden, obwohl IQ1 zu IQ2 eine Interferenz vermuten lässt. Dabei wird der eher theoretische Fall in Kauf genommen, dass IQ0 und IR0 gleichermaßen durch Interferenz verfälscht sind.
• Vorteilhafterweise werden die Probe oder ein Umwandlungsprodukt der Probe vor der Analyse in einem chromatographischen Verfahren zeitlich aufgelöst. Dadurch wird erreicht, dass in das Einlasssystem des Massenspektrometers während eines definierten Zeitraums nur Substanzen mit ähnlichen Eigenschaften gelangen (wie Molekülgröße, Säuregehalt, Affinität zu non-polaren Substanzen usw., je nach Art der Chromatographie). Die Anzahl möglicher Interferenzen mit der Substanz S wird drastisch reduziert. Das chromatographische Verfahren erhöht aber insgesamt den apparativen und zeitlichen Aufwand. Vorzugsweise wird ein gaschromatographisches Verfahren angewendet.
• Je nach Umfang der zur Verfügung stehenden Probe, Geschwindigkeit der Chromatographie und der geforderten Nachweisgrenze können weitere Massen detektiert und verglichen bzw. längere oder mehr Messzyklen eingeplant werden.
• Grundsätzlich bekannt und auch üblich ist die Durchführung von Kalibrierungsmessungen vor den oben beschriebenen Quantifizierungsmessungen. Dabei werden bekannte Mengen von Quantisierungsstandards gemessen und die Geräteantwortfunktion bestimmt:
• Gerätemesswert = f (bekannte Menge eines Quantisierungsstandards).
• Typischerweise wird die durch Messung verschiedener bekannter Mengen entstehende Kalibrierkurve als Gerade angenommen. Vorteilhafterweise wird die Erfindung schon bei der Bestimmung dieser Kalibrierkurve verwendet, jedoch weniger um Interferenzen abzutrennen, sondern insbesondere auch, um die Intensitäten der verschiedenen gemessenen Positionen direkt für die Quantifizierung benutzen zu können. So können für die bekannten Mengen von Quantisierungsstandards nicht nur die genauen Massen dieser Standards, sondern auch die jeweils benachbarten Massen („Split-Massen“) gemessen werden. Durch die Kalibrierung können bei der anschließenden Quantifizierungs-Messung den gemessenen Intensitäten der benachbarten Massen unmittelbar Mengenangaben zugeordnet werden.
• Unterschiedliche Massenspektrometer können für die Durchführung des Verfahrens verwendet werden. Bevorzugt sind Sektorfeld-Massenspektrometer mit magnetischem Sektor oder doppelt fokussierende Massenspektrometer mit magnetischem und elektrischem Sektor. Vorzugsweise wird ein Massenspektrometer verwendet mit mindestens einem elektrischen Sektor, dessen elektrisches Feld gezielt zur Auswahl der zu untersuchenden Massen eingestellt wird. Möglich ist aber auch eine Verstellung eines magnetischen Sektors zur Massenauswahl.
• Schließlich können auch Quadrupol-Massenspektrometer verwendet werden. In einem Quadrupol-Massenspektrometer hängt das übertragene Masse-zu-Ladung-Verhältnis von der Stabilität der lonenbewegung in einem Hochfrequenzfeld ab. Nicht die Bedingungen für eine stabile Flugbahn erfüllende Ionen sind verloren, bevor sie einen Detektor erreichen. Es gibt keine Teilung des lonenstrahls durch einen Austrittsschlitz. Die Auflösung hängt ab von der Hochfrequenz und vom Gleichstrom an den Quadrupolstäben und von verschiedenen geometrischen Faktoren der Apparatur. Die Auflösung ist häufig nicht besser als ein bestimmter Grenzwert, jedoch können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Interferenzen behoben werden.
• Da das Konzept der Erfindung leichter verständlich ist im Zusammenhang mit einem Spektrometer mit einem massendispergierten Ionenstrahl, beziehen sich die meisten Beispiele und Skizzen auf doppelt fokussierende Sektorfeld-Massenspektrometer.
• Vorteilhafterweise ist genau ein Detektor mit einer Eintrittsöffnung oder einem Detektoreintrittsspalt vorgesehen. Eine Kalibrierung verschiedener Detektoren gegeneinander entfällt dann. Möglich ist aber auch die Verwendung mehrerer Detektoren, jeweils mit einer oder mehreren Eintrittsöffnungen, oder die Verwendung eines Detektors mit mehreren Eintrittsöffnungen.
• Eine Beschränkung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf bestimmte lonenquellen ist nicht vorgesehen. Grundsätzlich können alle Arten von lonenquellen/lonisierungsverfahren im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, z. B. die Folgenden:
1. a) Elektronenstoß-lonenquelle (El),
2. b) lonenquelle mit chemischer Ionisation (CI),
3. c) lonenquelle mit Feldionisation (FI),
4. d) lonenquelle mit Felddesorption (FD),
5. e) lonenquelle mit Beschuss durch schnelle Atome (FAB),
6. f) lonenquelle mit Atmosphärendruckionisation (API),
7. g) lonenquelle mit Laserdesorption (LDI) oder matrixgestützter Laserdesorption/ Ionisation (MALDI),
8. h) lonenquelle mit Photoionisation (PI),
9. i) Elektrospray-Ionenquelle (ESI),
10. j) Thermospray-lonenquelle (TSI),
11. k) Plasmadesorptions-Ionenquelle (PDI),
12. l) Sekundärionen-lonenquelle (SIMS),
13. m) lonenquelle mit Thermodesorption (TD),
14. n) lonenquelle mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP).
• Besonders bevorzugt ist die Elektronenstoß-Ionisation (EI).
• Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren für die Analyse von Substanzen mit Interferenzen auf einer Seite der gesuchten Masse. Es handelt sich insbesondere um Verfahren, bei denen die untersuchte Substanz und die gesuchte Masse bekannt sind. Beabsichtigt ist eine Quantifizierung der gesuchten Masse, etwa zur Bestimmung eines Schadstoffgehalts in einer Probe. Vorteilhafterweise werden die Verfahren für die Analyse von Substanzen verwendet, bei denen Interferenzen nur auf einer Seite oder auf genau einer Seite der gesuchten Masse erwartet werden oder bekannt sind.
• Im Rahmen der Erfindung liegt schließlich auch die Verwendung eines der zuvor genannten Verfahren für die Analyse von halogenierten Verbindungen, insbesondere für die Analyse von Dioxinen und/oder Furanen. Gerade detektierbare Massen dieser Substanzen weisen oft nur einseitig Interferenzen auf.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich ein Massenspektrometer mit vorgeordnetem Gaschromatographen und angeschlossenem Computersystem zur Auswertung der anfallenden Daten,
• 2 einen Detektor mit Eintrittsspalt und flächiger Darstellung des durchtretenden lonenstrahls der detektierten Ionen entsprechend einer bestimmten eingestellten Masse,
• 3 eine Darstellung analog 2, jedoch für eine andere eingestellte (benachbarte) Masse, so dass hier ein Teil des lonenstrahls vom Spalt zurückgehalten („verschattet“) ist,
• 4 eine Darstellung analog 3, mit demselben Ionenstrahl, jedoch mit einer Einstellung des Massenspektrometers auf eine gegenüberliegende benachbarte Masse, wobei der Ionenstrahl noch stärker verschattet ist,
• 5 eine Darstellung benachbarter Massen-Peaks mit gegenseitiger Interferenz, nämlich ein Tetradioxin und ein Tetrafuran,
• 6 schematische Darstellungen von (chromatographischen) Peaks der Massen bis Q0 und R0 sowie von Peaks Q1 und Q2 benachbart zum Peak an der 12 Position PQ0,
• 13 Darstellungen analog den 6 bis 12, jedoch zuzüglich benachbarter bis Massen R1, R2 zur Masse R0. 15
• Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hier ein Massenspektrometer MS verwendet, welches gemäß 1 einen üblichen Aufbau aufweisen kann, nämlich mit Einlasssystem ES, Ionenquelle IS, Massenanalysator MA und Detektor D. Dem Einlasssystem ES vorgeordnet ist eine Einrichtung zur chromatographischen Trennung, etwa ein Gaschromatograph GC oder ein Flüssigchromatograph LC. Die am Detektor D anfallenden Signale werden von einem Computersystem CS verarbeitet und aufbereitet. Bevorzugt wird eine Ausführung mit Gaschromatograph GC, EI-Ionenquelle, doppelt fokussierendem Massenanalysator und einem Detektor mit einem Eintrittsspalt.
• Untersucht werden soll beispielsweise ein bestimmter Schadstoffgehalt in einer Lebensmittelprobe. Die Lebensmittelprobe wird in bekannter Weise vorbehandelt. Die Inhaltsstoffe werden im Gaschromatograph GC zeitlich aufgelöst, so dass bei einer bestimmten Verweilzeit überwiegend eine Zielsubstanz (Schadstoff) dem Einlasssystem ES zugeführt wird. Typischerweise ist die Zielsubstanz bekannt und nur die Menge derselben ist zu bestimmen. Ein Beispiel für dieses an sich bekannte Verfahren ist in EPA 1613 genannt. Auf dieses Dokument in seiner Gesamtheit wird hiermit Bezug genommen.
• Der Massenanalysator wird auf eine Position PM0 einer Masse M0 des gesuchten Schadstoffs eingestellt, sodass die betreffenden Ionen theoretisch den Detektor D in 2 mittig treffen, siehe dort gestrichelte Linie 20 als Fortsetzung des mittigen, längeren Pfeils 21, welcher den Ionenstrahl der Masse M0 repräsentiert. Naturgemäß gelangen die Ionen mit einer gewissen (Häufigkeit) Streuung in den Detektor D und passieren dabei einen Kollektorspalt 22. In der Praxis können an dieser Stelle verschiedene Spalte oder Schlitze oder Öffnungen vorgesehen sein. Als Kollektorspalt wird üblicherweise der Eintrittsspalt des Detektors bezeichnet. Diese Funktion kann auch von einem Austrittsspalt des Massenanalysators ausgeübt werden. Ebenso können ein Austrittsspalt des Massenanalysators und ein Kollektorspalt des Detektors aufeinanderfolgend vorgesehen sein. Zur Vereinfachung ist hier nur der Kollektorspalt 22 erwähnt. Wichtig in diesem Zusammenhang ist die mögliche Abschattung eines Teils des lonenstrahls an einem Spalt in diesem Bereich des Massenspektrometers. Die Menge der den Detektor D erreichenden Ionen wird in 2 durch die beiden Rechtecke 23, 24 wiedergegeben.
• Im Massenanalysator ist weiterhin der Ionenstrahl der Masse M0 präsent. Während dessen wird der Massenanalysator MA um eine Differenz D1 auf eine andere Masse verstellt, in diesem Fall auf eine benachbarte schwerere Massenposition PM1, siehe 3. Theoretisch treffen alle Ionen der Masse M0 genau auf den linken Rand des Kollektorspalts 22 bzw. des Detektors 10. Durch die statistische Streuung der Ionen ergibt sich eine Verteilung derart, dass ein Teil der Ionen bis zum Detektor D gelangt, siehe rechteckige Fläche 26, während der andere Teil der Ionen den Kollektorspalt 22 nicht passieren kann, siehe schraffierte Fläche 27.
• Anschließend wird der Massenanalysator um einen Betrag D2 auf eine zur Massenposition PM0 etwas niedrigere Position PM2 eingestellt, siehe 4. Hier erfolgt die Verstellung soweit, dass die Position PM2 der Position PM1 gegenüber und sogar außerhalb des Kollektorspalts 22 bzw. des Detektors D liegt. Es ergibt sich in 4 eine Menge der in den Detektor D gelangenden Ionen entsprechend einem Rechteck 29 und eine Menge ausgeblendeter Ionen entsprechend dem schraffierten Rechteck 30.
• Bezogen auf den Eintrittsspalt 22 liegt die Position PM1 vorzugsweise eine halbe Spaltweite neben der Position PM0. Üblicherweise ist die Weite des Kollektorspalts 22 abgestimmt auf die Auflösung des Massenspektrometers und mechanisch verstellbar. Die Verstellung um die genannte halbe Spaltweite nach links entspricht dann der Verstellung der Massenposition um eine halbe Peak-Breite HWHM (= ½ FWHM), siehe auch 5.
• Der Betrag D1, entspricht somit bei dieser Konfiguration der halben Spaltweite und auch der Hälfte der (vollen) Peak-Breite FWHM.
• In der Praxis wird die Spaltweite einmal eingestellt und dann möglichst nicht mehr verändert, jedenfalls nicht während der Bestimmung einer Substanz. Geändert wird nur die am Massenspektrometer eingestellt Masse, etwa durch Änderung der Spannung des elektrischen Sektors in einem doppeltfokussierenden Massenspektrometer. Diese Änderung ist sehr schnell möglich.
• Die Position PM2 in 4 liegt nur zur Verdeutlichung der verschiedenen Verstellmöglichkeiten mehr als eine halbe Spaltweite neben der Position PM0. Vorzugsweise wird die Position PM2 so eingestellt, dass sie um denselben Betrag von der Position PM0 abweicht wie die Position PM1. Für die Anwendung der Erfindung ist dies aber nicht zwingend erforderlich.
• Die Verstellung des Massenanalysators auf abweichende Massenpositionen PM1, PM2 wirkt sich auch auf die effektive Auflösung des Gerätes aus. Unter der Annahme, dass für die Einstellung gemäß 2 eine Auflösung R von 10.000 besteht, ergibt sich durch die Ausblendung des halben lonenstrahls gemäß 3 eine Erhöhung der effektiven Auflösung R auf 20.000. Eine weitere Verschiebung, etwa analog 4, führt zu einer Verschattung von 75% des lonenstrahls und entsprechend zu einer effektiven Auflösung von R = 40.000.
• In analoger Weise kann die in einem Quadrupol-Massenanalysator übertragene Masse um einen Teil der Peak-Breite verstellt werden, zum Beispiel derart, dass die Antwort auf einen ungestörten Peak auf 50% der Antwort in der Peak-Mitte abnimmt.
• Die verschiedenen Massen PM0, PM1, PM2 werden nacheinander und wiederholt angesprungen. Das Vorhandensein von Interferenzen zur Masse M0 kann abgeleitet werden aus den Intensitäten IM1, IM2, gemessen an den Positionen PM1 und PM2.
• 5 zeigt die simulierten Peaks eines Massen-Scans über zwei eng benachbarte Massen, nämlich $$\begin{array}{l}\text{m}/\text{z}=\mathrm{319,90}\text{ f}\ddot{\text{u}}\text{r }\left(\mathrm{2,}\mathrm{3,}\mathrm{7,}8\text{ Tetradioxin}\right),\\ \begin{array}{c}\text{m}/\text{z}=\mathrm{319,94}\text{ f}\ddot{\text{u}}\text{r }(\mathrm{2,}\mathrm{3,}\mathrm{7,}8\text{ Tetrafuran}-\text{mit 13C-Atomen markierter}\\ "\text{interner Standard}").\end{array}\end{array}$$

  

  Erkennbar ist ein Beispiel für die Bestimmung der halben Peak-Breite mittelbar, nämlich als Peak-Breite (FWHM) auf halber Peak-Höhe. Andere Arten der Bestimmung der halben Peak-Breite sind möglich und auch bekannt.
• Die beiden Peaks überschneiden einander im unteren Bereich, sodass bei einer quantitativen Bestimmung einer Zielmasse aus einer der beiden Massen ohne korrigierende Maßnahmen ein fehlerhaftes Ergebnis entsteht. Die ermittelte Menge als Fläche unter dem Peak ist größer als die tatsächlich vorhandene Menge, weil Ionen der benachbarten Masse bei der Detektion der Zielmasse mitgezählt werden. Um dies zu vermeiden bzw. zu korrigieren wird das erfindungsgemäße Verfahren angewendet. Die benachbarten Massen M1 und M2 werden zusätzlich zu der untersuchten Zielmasse M0 detektiert. Die Ergebnisse werden für die Durchführung unterschiedlicher Rechenschritte und Vergleiche verwendet. In grober Unterteilung lassen sich zwei wesentliche Schritte voneinander unterscheiden:
1. a) Prüfung der Zielmasse M0 auf Interferenz mit benachbarten Massen,
2. b) quantitative Bestimmung der Zielmasse und des Anteils des Schadstoffs in der Probe.
• Entsprechend der Darstellung der 6 bis 15 werden für die quantitative Bestimmung eines Stoffes bis zu sechs verschiedene Massen detektiert und für weitere Berechnungen verwendet (mehr sind möglich aber nicht bevorzugt):
• Typischerweise handelt es sich um die Zielmasse (Quantifizierungsmasse) QM, mit der exakten Massenposition PQ0 (mittlere Masse) und den dazugehörigen, benachbarten Massenpositionen PQ1 und PQ2, und um die „Vergleichsmasse“ RM mit der dazugehörigen exakten Massenposition PR0 und den benachbarten Massenpositionen PR1 und PR2. Im Stand der Technik (vgl. EPA 1613) wird allein das Verhältnis von IQ0 zu IR0 für die Qualifizierung der Zielmasse verwendet. Die Quantifizierung basiert dann auf IQ0 allein oder auf IQ0 und IR0, relativ zu einem Kalibrierungsstandard.
• Da der gesuchte Schadstoff bekannt ist, ist auch die Verteilung der Massen mit den verschiedenen Isotopengehalten innerhalb dieses Schadstoffes bekannt. Die verschiedenen Massen/Isotope weisen zueinander eine nahezu gleichbleibende statistische Verteilung im Schadstoff auf. Bei Abweichungen der relativen Intensitäten von dieser Verteilung ist deshalb davon auszugehen, dass Messfehler oder Interferenzen mit anderen Massen vorliegen.
• Gemäß 6 werden in einem einfachen Verfahren die (insgesamt vier) Intensitäten IQ0, IQ1, IQ2 aus QM und IR0 aus RM detektiert. Möglich und noch einfacher ist eine Messung ohne IQ0. Verglichen werden die beiden Intensitäten an den vorzugsweise gleiche Abstände zur Position PQ0 aufweisenden Positionen PQ1 und PQ2. Sofern die Intensitäten im Wesentlichen gleich sind, wird davon ausgegangen, dass keine Interferenz vorliegt. Die Intensität IQ0 kann dann berechnet werden aus IQ1, IQ2 oder aus beiden, wie vom Anwender gewünscht. Im einfachsten Fall, für den die erwarteten Intensitäten eines interferenzfreien Peaks = 2 x IM1 = 2 x IM2 = IM0 sind, lautet die zuverlässigste Berechnung von IQ: IQ0 = IQ1 + IQ2. Gute Resultate sind aber auch erzielbar mit IQ0 = 2 x IQ1 oder IQ0 = 2 x IQ2.
• Eine zusätzliche Kontrolle auf Interferenz ist erzielbar durch Vergleich der Intensitäten IQ1 und 102 mit der Intensität IR0 der Vergleichsmasse RM. Natürlich kann auch der herkömmliche Ansatz zum Vergleichen gemessener oder berechneter Werte IQ0 zu IR0 durchgeführt werden (und muss durchgeführt werden, sofern dem in EPA 1613 offenbarten Verfahren gefolgt werden soll). Für den Fall, dass keine Interferenz angezeigt wird, kann die Quantifizierung der Zielsubstanz aus der Intensität IQ0 allein oder aus IQ0 und IR0 zusammen erfolgen.
• In 6 sind die (chromatographischen) Peak-Flächen der Massen-Intensitäten IQ1 und IQ2 als gleich große Dreiecke dargestellt, um so eine nicht vorhandene Interferenz zu illustrieren. Nur zur Vereinfachung ist das Dreieck für IQ0 so groß wie das für IR0.
• Der Versuch kann die Messung eines internen Standards einer ähnlichen Verbindung beinhalten (zum Beispiel die Zielsubstanz, in der alle Kohlenstoff-Atome ersetzt sind durch 13C, den schwereren und üblicherweise weniger häufigen Kohlenstoff-Isotopen), welche für gewöhnlich als frei von Interferenzen angesehen wird. In diesem Fall wäre es ausreichend, die Intensitäten der Isotopen-Peaks der internen Standards zu messen, welche mit QM und RM der Zielsubstanz korrespondieren. Die Ergebnisse werden verwendet für die Berechnung der relativen Isotopenhäufigkeit. Dadurch kann der Gehalt der Zielsubstanz in der Probe ermittelt werden (üblicherweise basierend auf einer zuvor durchgeführten Quantifizierungs-Kalibrierung) und zur Ermittlung einer möglichen Einhaltung von Grenzwerten im Fall von Schadstoffen. Schließlich können alle validierten, gemessenen Daten für die Quantifizierung addiert werden. Dies verbessert die Gesamtgenauigkeit der Berechnung.
• 7 zeigt die möglichen Relationen zwischen den vier in 6 gezeigten Massen. Berechnet und bewertet werden können die folgenden Verhältniszahlen:
1. a) IQ1 zu IQ2 (Dreieckflächen b/a); sofern die sich ergebende Zahl maßgeblich von 1 abweicht, liegt Interferenz vor;
2. b) IR0 zu IQ1 (Dreieckflächen c/b) und IR0 zu IQ2 (c/a); sofern diese beiden Ergebnisse voneinander abweichen, liegt Interferenz vor;
3. c) IR0 zu der Summe aus IQ1 + IQ2 (c/(a + b)); die sich ergebende Verhältniszahl soll mit dem bekannten Isotopenmuster des bekannten Schadstoffes übereinstimmen, sofern keine Interferenz vorliegt.
• Ähnliche und äquivalente Berechnungen können leicht abgeleitet werden aus den Lehren dieser Beispiele.
• Signifikanzlevel können bestimmt werden aus Grundsätzen der lonenstatistik oder können durch erfahrene Anwender vorgegeben werden. Beispielsweise liegt eine typische, erwartete Messgenauigkeit der Intensitäten für das Instrument bei +/- 10%. In diesem Falle würde ein Verhältnis von 1,1 zu 0,9 = 1,22 mit einer Abweichung von weniger als 25% vom Einheitswert nicht als Hinweis auf eine Interferenz angesehen werden. Falls die erwartete Intensitäts-Genauigkeit +/- 20% beträgt, beispielsweise wenn der Wert dichter an der Erfassungsgrenze liegt, wäre noch ein Verhältnis von ungefähr 1,5 akzeptabel.
• In 8 ist eine Interferenz dargestellt. Wie oben angegeben, werden die verschiedenen Massen detektiert und die Ergebnisse miteinander verglichen. Erkennbar ist die größere Fläche b für IQ1 gegenüber der kleineren Fläche a für IQ2. Entsprechend weist IQ0 an der Massenposition PQ0 rechts eine Interferenz mit der Position PQ1 auf. Somit kann das Verhältnis von 102 zu IR0 in Ordnung sein, während das Verhältnis von IQ1 zu IR0 nicht dem statistischen Wert entspricht. Außerdem weicht die Verhältniszahl IQ1 zu IQ2 deutlich von 1 ab. Schließlich weicht auch das Verhältnis von IQ0 zu IR0 vom erwarteten Wert ab. Unter der Annahme, dass eine Interferenz nur auf einer Seite vorhanden ist, nämlich an der Position PQ1, kann der andere Wert, das ist IQ2, für die Quantifizierung verwendet werden. Fehlende Interferenz für IQ2 kann angenommen werden, wenn das Verhältnis von 2 x IQ2 zu IR0 dem erwarteten (statistischen) Isotopenverhältnis entspricht.
• Durch Interferenz beeinflusst kann auch die Masse RM sein. Dieser Fall ist in 9 dargestellt. IR0 (Größe des Dreiecks c) liegt dort deutlich über dem statistisch zu erwartenden Wert. Demgegenüber stimmt das Verhältnis von IQ1 zu 102, sodass bezüglich IQ0 voraussichtlich keine Interferenz vorliegt und der Wert für eine Quantifizierung verwendet werden kann. IQ0 kann aus direkter Messung oder durch Berechnung aus IQ1 und IQ2 übernommen werden, wie oben beschrieben.
• Weitere mögliche Messergebnisse zeigt 10. IQ0 ist wesentlich größer als dies statistisch zu erwarten wäre. Allerdings besteht kein Ungleichgewicht, sodass IQ1 und IQ2 in etwa gleich sind. Dass eine Interferenz vorliegt, ergibt sich deshalb nur aus einem Vergleich der Intensitäten für QM mit den Intensitäten für RM.
• Interferenzen zu mehreren Massen zeigt 11. Keine der ermittelten Verhältniszahlen entspricht der Erwartung, auch nicht IQ2 zu IR0 (a/c). Unter der Annahme, dass die kleineren Werte keiner Interferenz ausgesetzt sind, könnte der Messwert IQ2 (die Fläche a) zur quantitativen Bestimmung verwendet werden.
• Einen Sonderfall zeigt auch 12. Hier liegen Interferenzen auf den Werten IQ1 und IQ2 und auf dem gemessenen IQ0. Die zugehörigen Flächen a, b und c, ebenso wie die messtechnisch oder rechnerisch ermittelte Fläche für IQ0 sind größer als dies statistisch zu erwarten wäre. Eine quantitative Bestimmung des Schadstoffs ist mit diesen Messungen nicht möglich. Im ungünstigen - oder unwahrscheinlichen - Fall ist IQ1 ungefähr so groß wie IQ2, sodass keine Interferenz der Messwerte angenommen wird und diese für die Quantifizierung verwendet werden, sofern nicht ein Vergleich mit IR0 von RM an der Position PR0 erfolgt.
• Die für die Messung zur Verfügung stehende Zeit bzw. Probenmenge ist in der Regel stark begrenzt. Dies gilt insbesondere unter chromatographischen Bedingungen, mit GC-Peaks, die beispielsweise nur wenige Sekunden breit sind. Dies begrenzt die Messzyklen auf so wenig Massen wie möglich, um maximale Verweilzeiten für die detektierten Massen zu erlauben. Andererseits kann die Bestimmung weiterer Massen das Risiko nicht erkannter oder eine Quantifizierung störender Interferenzen vermindern. Dies wird im nachfolgenden Abschnitt erörtert.
• Im Beispiel der 13 werden sechs Massen detektiert, mit den Intensitäten IQ0, IQ1, IQ2 der Quantifizierungsmasse und der korrespondierende Dreiergruppe der Intensitäten IR0, IR1, IR2 der Vergleichs-Masse.
• Durch die zusätzlichen Werte IR1 und IR2 können weitere Verhältniszahlen berechnet und mit den statistisch zu erwartenden Werten verglichen werden, beispielsweise die Verhältnisse der Flächen a zu d und b zu e. Dadurch könnte die Konstellation gemäß 12 noch näher überprüft werden. Auch können Summen zueinander ins Verhältnis gesetzt werden, etwa die Flächen (d + e)/(a + b). Deren Sollwerte können mit zusätzlich gemessenen internen Standards verglichen werden. 14 zeigt eine Darstellung von Messwerten, denen keine Interferenz zugeordnet wird.
• 15 zeigt wiederum den Fall einer Interferenz für IQ0, konkret in der rechten Hälfte derselben, also mit Bezug zu IQ1. Dem zu erwartenden Wert entspricht das Verhältnis von IQ2 zu IR2 (Fläche a zu d), welches mit dem Wissen um das Verhältnis zur Gesamtintensität für eine Quantifizierung verwendet werden kann.
• In den 7 bis 15 sind einige der Dreieckflächen durch Pfeile miteinander verbunden. Jeder Pfeil repräsentiert die Berechnung einer Verhältniszahl der zugehörigen Flächen a bis e. Gepunktete Pfeile weisen auf eine Interferenz hin, während durchgehende Pfeile keine Interferenz vermuten lassen.
• Es ist erwähnenswert, dass für eine vorgegebene Gesamterfassungszeit - zumindest für den Fall keiner Interferenz - in einem Verfahren, indem IM1 und IM2 an Stelle von IM0 gemessen werden, die Gesamtzahl der detektierten Ionen nur zur Hälfte in die Berechnung eingeht. Bessere Verhältniswerte sind ermittelbar, wenn nicht die Messung der Zielmasse und deren Intensität IM0 ausgelassen wird. Mit anderen Worten: Zusätzliche Information und Sicherheit können mit minimalem Aufwand gewonnen werden.
• Bezugszeichenliste:

20

gestrichelte Linie

21

Pfeil

22

Eintrittsspalt

23

Rechteck

24

Rechteck

26

Rechteck

27

schraffiertes Rechteck

28

Pfeil

29

Rechteck

30

schraffiertes Rechteck

M0

Zielmasse

QM

Zielmasse (Quantifizierungs-Masse)

RM

Zielvergleichsmasse

CS

Computersystem

D

Detektor

D1

Massenabstand

D2

Massenabstand

ES

Einlasssystem

GC

Gaschromatograph

IS

lonenquelle

LC

Flüssigchromatograph

MA

Massenanalysator

MS

Massenspektrometer

a

Fläche

b

Fläche

c

Fläche

d

Fläche

e

Fläche

FWHM

Breite des Peak bei halber Höhe

HM

halbe Höhe des Peak

HWHM

halbe Breite des Peak in halber Höhe

PM0

Einstellung (Position zur Detektion der Masse M0)

PM1

zu PM0 benachbarte Position

PM2

zu PM0 benachbarte Position

PQ0

Einstellung (Position) zur Detektion der Masse QM

PQ1

zu PQ0 benachbarte Position

PQ2

zu PQ0 benachbarte Position

PR0

Einstellung (Position) zur Detektion der Masse RM

PR1

zu PR0 benachbarte Position

PR2

zu PR0 benachbarte Position

IM0

Messwert (Intensität) des Detektors bei der Einstellung PM0

IM1

Messwert für PM1

IM2

Messwert für PM2

IQ0

Messwert für PQ0

IQ1

Messwert für PQ1

IQ2

Messwert für PQ2

IR0

Messwert für PR0

IR1

Messwert für PR1

IR2

Messwert für PR2

Claims (12)

1. Verfahren zur quantitativen Bestimmung einer chemischen Substanz S aus einer Probe unter Verwendung eines Massenspektrometers mit mindestens einem Detektor, mit folgenden Merkmalen: a) Analysieren einer Probe, in der die interessierende Substanz S enthalten sein kann, oder eines Umwandlungsprodukts der Probe in dem Massenspektrometer, i) wobei für die Analyse das Massenspektrometer zumindest auf Massen SM1, SM2 wechselweise eingestellt wird, so dass jede der Massen SM1, SM2 mehrfach oder mindestens einmal detektiert wird, und so dass alle genannten Massen vom selben Detektor detektiert werden, ii) wobei es sich bei den Massen SM1 und SM2 um fiktive Nachbarmassen handelt, die jeweils definierte Abstände D1 und D2 zu einer Masse CM aufweisen, wobei es sich bei der Masse CM um eine Masse der Substanz S mit einem bestimmten Isotopengehalt handelt, wobei SM1 schwerer und SM2 leichter als CM ist, und wobei die Massen SM1 und SM2 keine weiteren Massen der Substanz S darstellen, iii) wobei die Abstände D1, D2 jeweils kleiner sind als eine Peak-Breite der Masse CM bei vorgegebener Auflösung, iv) wobei sich zu jeder Masse SM1, SM2 durch die Analyse ein Messwert X1 bzw. X2 ergibt, wobei aus den Messwerten abgeleitet wird, ob Interferenzen der Masse CM mit anderen Massen vorliegen, b) Ermitteln der Menge der Masse CM durch Einstellen des Massenspektrometers auf die Masse CM und Detektion der Masse oder durch Berechnung aus den Messwerten X1, X2.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Abstände D1, D2 der halben Peak-Breite HWHM der Masse CM entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenspektrometer für die Analyse der Substanz S wechselweise zumindest auf die Massen SM1, SM2 und CM eingestellt wird, sodass jede der Massen SM1, SM2, CM mehrfach oder mindestens einmal detektiert wird, und sodass alle genannten Massen vom selben Detektor detektiert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenspektrometer für die Analyse der Substanz S wechselweise zumindest auf die Nachbarmassen SM1, SM2 der Masse CM und die Masse RM eingestellt wird, sodass jede der Massen SM1, SM2, RM mehrfach oder mindestens einmal detektiert wird, und dass alle genannten Massen vom selben Detektor detektiert werden, wobei die Masse RM eine Masse der Substanz S ist und einen anderen Isotopengehalt als die Masse CM aufweist, und wobei ein Messwert XR der Masse RM für die Überprüfung der Interferenzen mit der Masse CM mit herangezogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe oder ein Umwandlungsprodukt der Probe vor der massenspektrometrischen Analyse in einem chromatographischen Verfahren zeitlich aufgelöst werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein gaschromatographisches Verfahren angewendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eines der folgenden Massenspektrometer verwendet wird: a) Sektorfeld-Massenspektrometer, b) doppelt fokussierendes Massenspektrometer, c) Quadrupol-Massenspektrometer.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Massenspektrometers auf die verschiedenen Massen durch Verstellung eines elektrischen Feldes erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Detektor mit einem Detektoreintrittsspalt vorgesehen ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung von Ionen im Massenspektrometer eine der folgenden lonenquellen vorgesehen ist: a) Elektronenstoß-lonenquelle, b) lonenquelle mit chemischer Ionisation, c) lonenquelle mit Feldionisation, d) lonenquelle mit Felddesorption, e) lonenquelle mit Beschuss durch schnelle Atome (FAB), f) lonenquelle mit Atmosphärendruckionisation (API), g) lonenquelle mit Laserdesorption oder matrixgestützter Laserdesorption/lonisation, h) lonenquelle mit Photoionisation, i) Elektrospray-lonenquelle, j) Thermospray-lonenquelle, k) Plasmadesorptions-Ionenquelle, l) Sekundärionen-lonenquelle (SIMS), m) lonenquelle mit Thermodesorption, n) lonenquelle mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP).
11. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für die Analyse von Substanzen mit Interferenzen auf einer Seite der gesuchten Masse.
12. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für die Analyse von halogenierten Verbindungen, insbesondere für die Analyse von Dioxinen und/oder Furanen.

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