title: Ultraspurenbstimmung von Fluorbenzoesäuren in Hochsalinen Matrizes mittels massenspektrometrischer Isotopenverdünnungsanalyse
title: Ultra trace determination of fluorobenzoic acids in complex aqueous sample matrices using isotope dilution mass spectrometry
Creators: name: Müller, Karsten
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: isotopic labeling
Chemie
deuterium
Analyse , Analytische Chemie
isotop dilution analysis
Deuteriumatom , Kapillargaschromato
Deuterium
gas chromatography
Fluorbenzoesäuren
Chemische Analyse , Fest-Flüssig-Extraktion
Festphasenextraktion, Tracer
Isotopenverdünnungsanalyse, Deuterium
Gaschromatographie, Ionenchromatographie
ion chromatography
mass spectrometry
tracer
Isotopen
Instrumentelle Analytik

description: Within this dissertation, a method
      for the ultra trace determination of fluorobenzoic acids in
      complex aqueous sample matrices using isotope dilution mass
      spectrometry (IDMS) with gas chromatography or ion
      chromatography with mass selective detection is presented. To
      minimize possible interferences of the sample matrix and to
      enrich the analytes simultaneously, a previously developed
      solid-phase extraction method was optimized and
      characterized. The necessary separation of the analyte
      mixture obtained after solid-phase extraction, has been
      achieved by the development of two chromatographic methods.
      Since only the volatile esters are suitable for use in gas
      chromatography, a synthesis was developed and optimized,
      which permits the quantitative formation of the methyl esters
      by using BF3 ·MeOH on a micro scale, directly in a GC vial at
      64°C within 24 hours. For their separation a GC column
      functionalized with polydimethylsiloxane containing 50 %
      phenyl was chosen and a temperature gradient to give the best
      separation at a minimal runtime was developed. A
      characterization of the fragmentation pattern after electron
      impact ionization was necessary in the subsequent creation of
      a selected ion method (single ion monitoring, SIM) to enhance
      the instrumental detection limit and further minimization of
      the matrix influence. In case of ion chromatography, after a
      screening of dierent types of separation columns with dierent
      functionalization and a comparison of dierent eluent ions and
      concentrations, varying the modifier percentage and the
      separation temperature, the method that worked out best was
      developed. The use of a 250 mm column of the latex type in
      combination with a 0,63 mM sodium carbonate eluent and 18 %
      acetonitrile as the organic modifier at 45 °C resulted in the
      best possible separation at minimum runtime under isocratic
      conditions. For the required mass-selective detection
      electrospray ionization was used. To characterize the
      ionization behavior of the acids in the electrospray, with
      the aim to improve the instrumental detection limit by a
      maximum degree of ionization, the influence of capillary
      voltage, fragmentor voltage and spray composition was
      studied. The final development of a selected ion method
      analogous to gas chromatography, completed the method
      development and yielded in a maximum of sensitivity with a
      simultaneous minimization of interferences. For stable
      isotopic labeling of fluorobenzoic acids, an inexpensive and
      quick H/D exchange reaction without the use of catalyst was
      realized. Solely by an oil bath, drying oven or in a
      synthesis microwave a thermally induced electrophilic
      aromatic substitution in concentrated D2SO4 managed an
      exchange of the aromatic protons with deuterium. By the
      example of six FBAs, the reaction time and reaction
      temperature has been optimized to the highest possible purity
      in a single reaction to acheive a minimum mass shift of +2
      g/mol. In conclusion, the suitability of the isotopically
      labeled fluorobenzoic acids in the single steps of the
      analysis method SPE, esterfication using BF3 · MeOH,
      gaschromatographic separation, electron impact ionization,
      ionchromatographic separation and electrospray ionization
      were controlled and an isotope dilution analysis in real
      samples was carried out.
description: Im Rahmen dieser Disseration wurde
      eine Methode zum Nachweis von Fluorbenzoesäuren im
      Ultraspurenbereich in komplexen, wässrigen Probenmatrizes
      unter Verwendung der Iso- topenverdünnungsanalyse bei Einsatz
      von Gaschromatographie oder Ionenchromatographie mit
      massenselektiver Detektion entwickelt. Um mögliche
      Störeinflüsse der Probenmatrix zu minimieren und die Analyten
      gleichzeitig anzureichern, wurde eine zuvor von mir
      entwickelte Festphasenextraktion weiter optimiert und
      charakterisiert. Für die notwendige Auftrennung des
      Analytgemisches, welches aus der Festphasenextrak- tion
      erhalten wurde, wurden zwei chromatographische Methoden
      entwickelt. Im Fall der Gaschromatographie wurde eine
      Synthese entwickelt und optimiert, welche die quantitative
      Bildung der Methylester nach der SPE im Mikromaßstab durch
      Verwendung von BF3 · MeOH direkt im GC-Vial bei 64°C
      innerhalb von 24 Stunden ermöglicht. Erst die
      leichtflüchtigen Ester eignen sich für den Einsatz in der
      Gaschromatographie. Für ihre Trennung wurde eine GC-Säule mit
      Dimethylpolysiloxanfunktionalisierung mit 50 % Phenylanteil
      gewählt und ein Temperaturgradient zur bestmöglichen Trennung
      bei minimaler Laufzeit ausgearbeitet. Eine Charakterisierung
      der Fragmentierungsmuster nach Elektronenstoßionisation
      verhalf bei der anschließenden Erstellung einer SIM-Methode,
      um die instrumentelle Nachweisgrenze zu verbessern und den
      Matrixeinfluss weiter zu minimieren. Im Fall der
      Ionenchromatographie wurde nach einem Screening
      unterschiedlicher Trenn- säulentypen mit verschiedenen
      Funktionalisierungen und einem Vergleich verschiedener
      Eluentionen und -konzentrationen und Variation des
      Modifieranteil und der Trenntempe- ratur die optimale,
      isokratische Trennmethode ausgearbeitet. Der Einsatz einer
      250 mm langen Trennsäule des Latex-Typs in Kombination mit
      einem 0,63 mM Natriumcarbona- teluent und 18% Acetonitril als
      organischem Modifier bei einer Säulentemperatur von 45°C
      ergab unter isokratischen Bedingungen die bestmögliche
      Trennung. Bei der zur massenselektiven Detektion nötigen
      Bildung von Ionen wurde die Elektrosprayionisation
      eingesetzt. Zur Charakterisierung des Ionisationsverhaltens
      der Säuren im Elektrospray und darauf aufbauend zur
      Verbesserung der instrumentellen Nachweisgrenze durch einen
      höchstmöglichen Ionisationsgrad wurden die Bedingungen
      hinsichtlich Kapillar- und Frag- mentorspannung und
      Sprayzusammensetzung untersucht. Die abschließende
      Entwicklung einer SIM-Methode analog zur Gaschromatographie
      komplettierte die Methodenentwick- lung und ergab eine
      höchstmögliche Empfindlichkeit bei simultaner Minimierung von
      Störeinflüssen. Zur Isotopenmarkierung von Fluorbenzoesäuren
      wurde eine kostengünstige und schnelle H/D-Austauschreaktion
      realisiert, die auf den Einsatz eines Katalysator verzichtet.
      Allein durch eine im Ölbad, Trockenschrank oder in der
      Synthesemikrowelle thermisch induzierte, elektrophile
      aromatische Substitution in konzentrierter D2SO4 gelang ein
      Austausch der aromatischen Protonen durch Deuterium. Am
      Beispiel von sechs Fluorbenzoesäuren wurden die Parameter
      Reaktionszeit und Reaktionstemperatur optimiert, um eine
      höchstmögliche Reinheit in einer Einzelreaktion bei einem
      minimalen Massenshift von +2 g/mol zu erreichen. Zum
      Abschluss wurde die Eignung der isotopenmarkierten
      Fluorbenzoesäuren in den einzel- nen Methodenteilen SPE,
      Veresterung mit BF3 ·MeOH, gaschromatographische Trennung,
      Elektronenstoßionisation, ionenchromatographische Trennung
      und Elektrosprayionisation geprüft und eine
      Isotopenverdünnungsanalyse in Realproben
      durchgeführt.