GC/MS

Von den vielen Detektoren, die für die Gaschromatographie entwickelt wurden, ist ein Massenspektrometer wohl der mächtigste und flexibelste (aber auch teuerste) Detektor - entsprechend vielfältig sind die Einsatzmöglichkeiten. Die Kopplung der Gaschromatographie mit der Massenspektrometrie stellt einige apparative Anforderungen, die im folgenden behandelt werden. Für die Durchführung einer GC/MS-Analyse stehen im Prinzip zwei Detektionsmethoden zur Verfügung:

Scannen ganzer Spektren:

Dabei werden über die gesamte Dauer der Elution in kurzen, regelmäßigen Abständen (0.5 bis 1 sec) Spektren aufgenommen. Der Massenbereich wird dabei so eingestellt, dass alle Fragmentionen der interessierenden Substanzen registriert werden (typ. 40 bis 400 Dalton). Ein höherer Massenbereich als ca. 400 Dalton ist nur für Spezialfälle sinnvoll, da im allgemeinen größere Moleküle nicht mehr oder nur sehr langsam über die Trennsäule wandern. Zu beachten ist auch, dass für Sektorfeldgeräte das Scannen von niedrigen Massen unverhältnismäßig viel Zeit benötigt (exponentieller Scan, typ. 0.5 Sekunden pro Massendekade).

Aus den Vollspektren lässt sich auch durch Summieren der einzelnen Fragmentintensitäten der Totalionenstrom (engl. total ion current, TIC) berechnen, der dem Signal eines Flammenionisationsdetektors entspricht. Dadurch kann man aus dem GC/MS ein "normales" Chromatogramm berechnen.

Single Ion Monitoring:

Nimmt man Vollspektren auf, so hat das zwar den Vorteil, dass die qualitative Information erhalten bleibt, jedoch die Empfindlichkeit vergleichsweise niedrig ist - die Nachweisgrenze für Vollspektren liegt bei etwa 1 ng. Eine Möglichkeit die Empfindlichkeit zu erhöhen besteht in der Registrierung von einzelnen spezifischen Fragmenten (single ion monitoring - SIM). Um die Selektivität trotzdem zu gewährleisten wird man dabei nicht einzelne Fragmente messen, sondern mehrere charakteristische. Bei Quadrupolgeräten oder bei Ion-Traps ist das Springen zwischen den einzelnen Massen leicht möglich. Bei Sektorfeldgeräten bringt allerdings die sprunghafte Veränderung des Magnetfeldes erhebliche Probleme mit sich (die Selbstinduktion des Magneten verhindert ein schnelles und genaues Springen), so dass man auf die Änderung der Beschleunigungsspannung ausweicht. Durch SIM gewinnt man etwa einen Faktor 100 bis 1000 an Empfindlichkeit (Nachweisgrenze typ. 1-10 pg, in Sonderfällen bis in den fg-Bereich).

Kopplung von GC und MS

Für die Ankopplung eines Gaschromatographen an ein Massenspektrometer muss das Problem des Übergangs von Normaldruck (Ausgang der Kapillarsäule) auf Hochvakuum (in der Ionenquelle) gelöst werden, ohne die eluierte Substanz zu verlieren. Wenn man von einem Fluss von >20 ml/min bei gepackten Säulen und von ca. 1 ml/min bei Kapillarsäulen ausgeht, wird klar, dass man zumindest bei gepackten Säulen einen Großteil des Trägergases abtrennen muss. Dazu stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung:

Direkte Kopplung: Die direkte Kopplung kommt nur für dünne Kapillarsäulen in Frage. Dabei wird das Trägergas aus der Ionenquelle abgepumpt. Der Druck in der Ionenquelle darf ein bestimmtes Maximum nicht überschreiten, da sonst das Filament beschädigt werden würde (Achtung: die Druckanzeige bei Verwendung von Helium als Trägergas zeigt einen zu niedrigen Druck an, da Helium eine höhere Ionisierungsenergie aufweist und damit das Ionisationsmanometer getäuscht wird).

Molekülseparator (engl. jet separator): Das Prinzip des Molekülseparators besteht darin, den Gasstrom am Ende der Säule durch eine Düse zu beschleunigen. Bei der anschließenden Expansion werden die leichteren Trägergasmoleküle (bzw. -atome) sich stärker ausdehnen als die Eluatmoleküle, wodurch eine Trennung erfolgt. Die Eluatmoleküle werden dann durch eine Saugkapillare in die Ionenquelle geleitet.