WO2009056327A2

WO2009056327A2 - Verfahren und vorrichtung für den nachweis von mindestens einer zielsubstanz

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Publication number: WO2009056327A2
Application number: PCT/EP2008/009199
Authority: WO
Inventors: Matthias Englmann; Philippe Schmitt-Kopplin; Istvan GEBEFÜGI; Heinz Frisch; Wolfgang Dietz
Original assignee: Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum Für Gesundheit Und Umwelt Gmbh
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-05-07
Also published as: WO2009056327A3; DE102007052500A1; EP2206139A2; US20110049354A1; WO2009056327A4

Abstract

Verfahren für den Nachweis von mindestens einer Zielsubstanz, umfassend eine Überführung von Molekülen mindestens einer der Zielsubstanzen in einen gasförmigen Zustand sowie einen spektrometrischen Nachweis der Moleküle. Die Aufgabe liegt darin, das Verfahren mit einem signifikant erhöhten Auflösungsvermögen in der Nachweisgrenze sowie in der Selektivität zu schaffen. Dies wird dadurch gelöst, dass die Überführung eine lösliche Vermischung, Aerosolbildung und Verdampfung mindestens einer der Zielsubstanzen mit einem Lösungsmittel umfasst, wobei die Moleküle in eine Gasphase integriert werden, sowie der spektrometrische Nachweis eine Ionisierung der Moleküle in der Gasphase zu Ionen umfasst.

Description

Verfahren und Vorrichtung für den Nachweis von mindestens einer Ziel- substanz

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung für den Nachweis von mindestens einer Zielsubstanz gemäß des ersten bzw. des elften Patentanspruchs.

Bei Nachweisen der vorgenannten Art werden im Rahmen alle oder ein Teil von Substanzen erfasst, die aus einem Gemisch als Moleküle in einen gasförmigen Zustand überführbar sind, ionisiert und einem anschließenden Nachweis in einem Massensprektrometer zugeführt werden. Massenspektrometer sind für die Analyse von chemischen Substanzen aus Gasen oder aus Stäuben in verschiedenen Bauformen hinlänglich bekannt .

Aus der US 6.797.944 ist ein Verfahren zur Laserdesorption bekannt, bei dem Substanzen durch Einwirkung eines gepulsten Infrarotlichts von einer Oberfläche zur Weiterleitung zu einem chemischen Analysesystem, wie z.B. ein Massenspektrometer molekular oder atomar desor- biert werden. Durch die Pulslänge und Pulswiederholungsrate lassen sich bestimmte Substanzen selektiv desorbieren.

Ferner wird in der WO05/047848 ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Lösung mit einer Zielsubstanz in einer Mikrokanalstruktur verdampft und mit einem Trägergas zur Ionisierung einer Corona-Zone zugeführt wird. Anschließend erfolgt ein Nachweis der Ionen.

Ein Nachweis einer Vielzahl von Zielsubstanzen in einem Gemisch erfordert jedoch nicht nur eine signifikant erhöhte Selektivität des zur Anwendung kommenden Verfahrens, sondern auch erweiterte Nachweisgrenzen.

Davon ausgehend liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Nachweis von mindestens einer Zielsubstanz vorzuschlagen, das sich gegenüber dem Stand der Technik durch ein signifikant erhöhtes Auflösungsvermögen in der Nachweisgrenze sowie in der Selektivität auszeichnet.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 bzw. 11 gelöst. Die auf diese rückbezogenen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren für den Nachweis von mindestens einer Zielsubstanz sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .

Das Verfahren umfasst eine Überführung von Molekülen mindestens einer der Zielsubstanzen in einen gasförmigen Zustand sowie einen anschließenden spektrometrischen Nachweis der Moleküle, vorzugsweise mit Hilfe eines Massenspektrometers .

Ein wesentliches Merkmal ist, dass die Überführung der Moleküle eine lösliche Vermischung, eine Aerosolbildung und Verdampfung mindestens einer der Zielsubstanzen mit einem Lösungsmittel umfasst, wobei die Moleküle in eine Gasphase integriert werden.

Die lösliche Vermischung der Moleküle umfasst eine in Lösung Bringung der Zielsubstanz oder der Zielsubstanzen in ein Lösungsmittel, was eine Löslichkeit der Zielsubstanz mit dem Lösungsmittel im flüssigen und/oder gasförmigen Zustand voraussetzt. Nur im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung schließt dies ein Einemulgieren oder Ein- dispergieren eines Teils der Zielsubstanz in das Lösungsmittel aus. In dem Falle erfolgt nur eine selektive lösliche Vermischung eines Teils der Zielsubstanz, während der verbleibende andere Teil der Zielsubstanzen mit dem Lösungsmittel unlöslich ist und folglich sich nicht im Lösungsmittel molekular verteilt. In einer weiteren bevorzugten Form erfolgt eine gezielt Ausnutzung von sich temperaturabhängigen Löslichkeiten einer Zielsubstanz mit dem Lösungsmittel, wobei eine Einmischung dieser Zielsubstanz in das Lösungsmittel allein durch die Wahl und Einstellung einer bestimmter Vermischungstempera- turen zwischen einer löslichen und einer unlöslichen, z.B. emulgie- renden Einmischung erfolgt .

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung umfasst eine lösliche Vermischung einer oder mehrerer Zielsubstanzen mit dem Lösungsmittel in der Gegenwart einer zusätzlichen Trägersubstanz, wobei die Trägersubstanz vorzugsweise als Partikel oder als Flüssigkeit im Lösungsmittel löslich ist und die Moleküle adsorbiert. Die Adsorption erfolgt bevorzugt vor der Vermischung. Bei der Vermischung werden dann die adsorbierten Zielsubstanzen über die sich lösenden Trägersubstanzen im Lösungsmittel transportiert, homogen, vorzugsweise als Moleküle oder Molekülgruppen verteilt und so auch im Falle einer Unlöslichkeit mit dem Lösungsmittel im Idealfall molekular eingemischt.

Eine Vermischung erfolgt vorzugsweise kontinuierlich durch Zusammenführung der Zielsubstanzen und des Lösungsmittels. Mikro- vermischer, beispielhaft offenbart in der DE 199 28 123 Al, fördern in vorteilhafter Weise eine kontinuierliche spontane Simultanvermischung zweier Flüssigkeiten.

Ferner stellt eine zusätzliche Ausstattung der Mischvorrichtung mit einer Trennvorrichtung wie z.B. HPLC (Vorrichtung zur Hochleistungsflüssigkeitchromatographie) oder elektrophoretische Trennvorrichtungen (z.B. auf der Basis einer Kapillarelektrophorese) zur Separierung von mehreren Zielsubstanzen vor oder nach der Vermischung mit den Lösungsmitteln eine zusätzliche Ausführungsform dar.

Die Erfindung schließt auch die Verwendung von mehreren Lösungsmitteln mit ein, wobei bevorzugt in jedes Lösungsmittel eine oder mehrere Zielsubstanzen separat eingemischt werden und die entstandenen Lösungen anschließend zusammengeleitet werden.

Gemeinsam mit oder nach der löslichen Vermischung erfolgt eine Aerosolbildung, bei der die Zielsubstanzen mit dem oder den Lösungsmitteln zu einem Aerosol zerstäubt werden. Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung umfasst die Aerosol - bildung durch einen Aerosolbildner. Vorzugsweise erfolgt dies durch Tröpfchenbildung mittels Dispensor, wobei eine vorgegebene Anzahl von Tröpfchen vorzugsweise mit gleich bleibender Tröpfchengröße (10 bis 200 pL, vorzugsweise 20 bis 100 pL, weiter bevorzugt zwischen 30 und 80 pL, weiter bevorzugt 40 bis 60 pL Volumen) und Substanzgemischverhältnis (Zielsubstanzen und Lösungsmittel) erzeugbar sind, oder zusammen mit einer Vermischung mittels einer Zwei- oder Mehrstoffdüse. Dispensoren eignen sich sowohl für eine Zerstäubung der Lösung nach einer Vermischung wie auch durch separate Zerstäubung der zu mischenden Lösungsmittel und Zielsubstanzen in eine gemeinsame Aerosol- wölke. Es liegt innerhalb der Erfindung, die Aerosolbildung durch zusätzliche Maßnahmen am Aerosolbildner durch zu fördern, beispielsweise durch eine Beaufschlagung der zu dispergierenden Flüssigkeit oder Lösung mit Ultraschallwellen oder durch elektrischen Ladungen (Elekt- rospray) , wobei gleichartig elektrisch geladene Flüssigkeitspartikel sich nicht nur gegenseitig abstoßen, sondern auch in einem elektrischen Feld über zu einer Gegenelektrode wie z.B. durch ein Heizelement in der vorgenannte Verdampfungsvorrichtung elektrisch angezogen werden.

Alternativ ist eine Aerosolbildung auch über eine Vorrichtung durch Blasenplatzen realisierbar, bei der eine sprudelnde, siedenden oder eine in sonstiger Weise Gasbläschen bildende Flüssigkeit, umfassend Lösungsmittel und alle oder nur ein Teil der Zielsubstanzen in einem offenen Gefäß angeordnet ist. Die sich bildenden Gasbläschen steigen zu der Flüssigkeitsoberfläche und zerplatzen dort, wobei durch die sich dabei entspannende Bläschenoberfläche Aerosoltropfen freigesetzt werden. Die Zielsubstanzen in der Flüssigkeit mischen sich bei der Bildung in die Gasvolumina oder an den an die Gasvolumina angrenzenden Flüssigkeitsgrenzflächen der Bläschen ein und werden beim Zerplatzen vorn dort aus mit dem Lösungsmittel als Aerosoltropfen in die Umgebungsatmosphäre freigesetzt. Zusätzliche Stoffe in der Lösung wie oberflächenaktiven Substanzen (z.B. Tenside, Schäumungsmittel) mit möglichen Struktur- spezifischen Affinitäten zur Zielsubstanz beeinflussen oder fördern eine selektive Aufkonzentrierung der Zielsubstanz in den Blasen und in den beim Blasenplatzen entstehenden Tröpfchen. Ebenso lässt sich eine optionale direkte Verdampfung des Schaums an der vorgewärmten Heizelementoberfläche auch für eine gezielte Anreicherung und Messung der Zielsubstanzen heranziehen.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung umfasst eine Verdampfung des als Aerosol vorliegenden Lösungsmittels mit der oder den Zielsubstanzen. Die Verdampfung erfolgt vorzugsweise thermisch auf einer Heizelementoberfläche mit einer Oberflächentemperatur bevorzugt oberhalb der Siedetemperatur des Lösungsmittels, wobei sich die Zielsubstanzen bevorzugt molekular von den Lösungsmittelgasen transportiert werden und sich gasförmig ausbreiten. Liegt die Oberflächentemperatur unterhalb einer Siedetemperatur eines der Zielsubstanzen, werden Aerosolanteile (d.h. keine Einzelmoleküle oder Molekülgruppen) aus dieser Zielsubstanz selektiv nicht oder signifikant langsamer verdampft, verbleiben länger z.B. auf der Heizelementoberfläche und werden auf diese Weise von der sich bildenden Gasphase ferngehalten oder abgetrennt. Diesen Effekt kann man z.B. auch für eine selektive Anreicherung einer bestimmten Zielsubstanz auf der Heizelementoberfläche ausnutzen. Durch ein impulsweises Aufheizen zur Verdampfung sind die angereicherten Zielsubstanzen in die Gasphase überführbar und stehen somit vorteilhaft in aufkonzentrierter Form einer weiteren Analyse z.B. in einem Massenspektrometer zur Verfügung. Auf diese Weise lassen sich nicht nur die Nachweisgrenzen bestimmter Zielsubstanzen nach unten verschieben, sondern auch eine stoffliche Auftrennung von Zielsubstanzgruppen insbesondere bei vielen Zielsubstanzen realisieren.

Eine erhöhte integrale oder selektiv auf mindestens eine der Zielsubstanzen gerichtete Adhäsionsneigung ist durch eine Behandlung oder Beschichtung der Heizelementoberfläche erzielbar. Beispielsweise lässt eine funktionale Beschichtung mit Nanopartikel oder einer PoIy- mer-Adsorptionsbeschichtung (enthaltend oder bestehend aus Nanoparti- kel oder chemische Polymer-Adsorptionsbeschichtung) eine Aufkonzentrierung von den Zielsubstanzen mit einer erhöhten Adsorptionsneigung zu. Die über eine bestimmte Zeit aufkonzentrierten Zielsubstanzen sind auf der beschichteten oder behandelten Heizelementoberfläche als abgeschlossene Probe einem weiteren Analyseverfahren auch quantitativ erfassbar.

Eine Verdampfung eines Aerosols, das durch ein Platzen von in Flüssigkeit aufsteigenden Gasbläschen entstanden ist, erfolgt vorzugsweise durch ein über der Flüssigkeitsoberfläche angeordnetes Heizelement. Die Heizelementoberfläche ist bevorzugt horizontal angeordnet.

Eine weitere Ausführung umfasst ein offenporiges Heizelement, wobei das Aerosol durch die offenen Poren durchtritt und dabei verdampft wird. Die offene Porosität bilden dabei die Heizkapillaren, deren Wandungen die Heizelementoberflächen darstellt und ggf. im o. g. Sinne beschichtet oder behandelt sind. Durch eine Unterdruckansaugung wird das Aerosol durch die Heizkapillaren angesaugt. Bei der Ausführung mit einer Aerosolbildung durch aufsteigende platzende Gasbläschen ist das offenporige Heizelement vorzugsweise plattenförmig o- berhalb der Flüssigkeitsoberfläche angeordnet.

Die Erfindung umfasst ferner eine Ionisierung sowie Mittel zur Ionisierung von Molekülen oder Molekülgruppen der Zielsubstanz in der Gasphase zu Ionen. Die Ionisierung erfolgt vorzugsweise als Photoionisierung bevorzugt mit einer Laserlicht- VUV- oder UV-Quelle. In einer bevorzugten Ausführungsform dient die Laserlicht- VUV- oder UV- Quelle nicht nur der Photoionisierung, sondern auch der integralen oder lokalen Aufheizung der Heizelementoberfläche, entweder als einzige oder als zusätzliche Energiequelle.

Ferner umfasst die Erfindung einen spektrometrischen Nachweis sowie ein Massenspektrometer zur Durchführung dieses Nachweises. Es liegt im Rahmen der Erfindung, das Verfahren und die Vorrichtung für den quantitativen Nachweis bestimmter biologischer oder biochemischer Substanzen wie Axeropthene, Retinole, Terpineole, Citrale, Ge- ranylacetate, Nootkatione, Bisabolene oder Decane als Zielsubstanz absolut oder aus einer Substanzmischung heranzuziehen, wobei die Heizelementoberflächen auch durch natürliche oder bearbeitete Probenoberflächen bis hin zu Pfanzenteilen oder Gewebeproben bildbar sind und z.B. durch Lichtanstrahlung erwärmbar sind. Der Nachweis schließt in vitro-Untersuchungen an Körperflüssigkeiten sowie in situ-Unter- suchungen mit ein.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig.l ein erstes Ausführungsbeispiel mit unbeschichteten Heizelement,

Fig.2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit beschichteten Heizelement,

Fig.3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit aufsteigenden und an einer Flüssigkeitsoberfläche zerplatzenden Gasbläschen zur Aerosolbildung,

Fig.4a bis c weitere Ausführungsbeispiele mit Ansaugkapillaren zu einem Massenspektrometer,

Fig.5 ein Ausführungsbeispiel mit einer Verdampfungsvorrichtung mit Laserscanner sowie

Fig.6 ein im Rahmen der Erfindung ermitteltes Massenspektrum für einen Tropfen einer 1 mg/L-Lösung aus D10-pyrene in Methanol sowie

Fig.7a bis c jeweils ein im Rahmen der Erfindung ermitteltes Massenspektrum einer 10 mg/L HSL Standardlösung bei 80⁰C (a) , 100⁰C (b) und 102⁰C (c) Verdampfungstemperatur. Wie in Fig.l bis 5 dargestellt, umfassen die Ausführungsbeispiele für eine Vorrichtung für den Nachweis von mindestens einer Zielsubstanz einen Dispensor 1 (Fig.l, 2, 4 und 5) oder eine Gasbläschen 6 bildende Flüssigkeit 7 (Fig.3) als Aerosolbildner, der mit seiner Hauptstrahlrichtung 2 des Aerosols auf die Heizelementoberfläche 3 ausgerichtet ist. Trifft das Aerosol auf die Heizelementoberfläche 3, entsteht durch Verdampfung eine Gasphasenwolke 4, die dann mit einem Lichtstrahl 5 einer Laser- , UV- oder VUV-Quelle 8 angestrahlt wird und die Moleküle der Zielsubstanzen ionisiert. Die Ionisierten Moleküle werden aus der Gasphasenwolke abgezogen und in ein Mas- senspektrometer 11 weitergeleitet

Fig.2 zeigt beispielhaft eine Beschichtung 9 auf dem Heizelement 10, z.B. eine der vorgenannten funktionale Beschichtung mit Nanopartikel (vgl. Fig.4c und d) . Die Aufheizung der Heizelementoberfläche 3, d.h. die für das Aerosol zur Verdampfung freiliegenden Oberfläche, erfolgt somit indirekt durch die Beschichtung.

Fig.l, 4a, 4c und 5 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen der Lichtstrahl 5 auf die Heizelementoberfläche 3 gerichtet ist und als eigenständige oder zusätzliche Heizung für die Verdampfung heranziehbar ist. Sie sind in diesen Fällen auch Bestandteil der Verdampfungsvorrichtung.

Fig.5 gibt ein Ausführungsbeispiel wieder, bei dem der Lichtstrahl 5 auf der Heizelementoberfläche einer zellenförmige Scanbewegung 12 folgt und damit zeitaufgelöst nur die unmittelbar mit Lösungsmittel angestrahlten Substanzen auf den Oberflächenbereiche zur Verdampfung bringt. Eine derartige Ausführungsform eignet sich bevorzugt für Adsorptionsuntersuchungen von Zielsubstanzen auf natürlichen oder nachbearbeiten Oberfläche mit mehreren unterschiedlichen Oberflächenbereichen als Heizelementoberfläche. Die Aufheizung der Heizelemente erfolgt bevorzugt ausschließlich durch den Lichtstrahl. - S -

Fig.4a bis c zeigen beispielhaft Vorrichtungen, bei denen die Moleküle in der Gasphase durch eine Kapillare 14 angesaugt werden und zum Massenspektrometer 11 weitergeleitet werden. Fig.4a (vgl. auch Fig.5) zeigt eine Ausführungsform, bei der die Kapillare in der Gasphasenwolke 4 endet, vorzugsweise an oder möglichst nahe an der Stelle auf dem Heizelement, an der die Gasphase durch Verdampfung entsteht. Fig.4b zeigt im Gegensatz zu allen anderen gezeigten Systemen beispielhaft ein Ausführungsbeispiel mit Verdampfungskammer 13 (geschlossenes System) . Ferner kann die Kapillare 14 auf ihrem Weg zum Massenspektrometer 11 von einer Ionisierungskammer 15 mit Ionisierungsmitteln wie z.B. einer Laser-, UV- oder VUV-Quelle 8 (vgl. Fig.4b) und/oder mit einer GC-Kapillaren 16 (vgl. Fig. 4c) versehen sein. Eine Hintereinanderschaltung der beiden vorgenannten Ionisierungskammer und GC-Kapiilare in der Kapillare ist grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge möglich. Die Wirksamkeit einer GC-Kapillare ist jedoch auch von einer Ionisierung der durchgeleiteten Substanzen abhängig, wobei eine Reproduzierbarkeit einer Substanzauftrennung insbesondere bei nicht ionisierten Substanzen gewährleistet ist. Daher umfasst eine bevorzugte Ausführungsform eine Kapillare 14 mit integrierter Ionisierungskammer 15 und GC-Kapiilare 16, wobei die Ionisierungskammer einer oder mehrerer GC-Kapillaren nachgeschaltet und dem Massenspektrometer 11 direkt vorgeschaltet ist (vgl. Fig.4d) .

Grundsätzlich ist aber auch eine Ionisierung von Molekülen an zwei Stellen, d.h. wie z.B. sowohl an der Heizelementoberfläche (vgl. Fig.l, 2, 3, 4a, 4c und 5) und in einer separaten Ionisierungskammer (vgl. Fig.4b und 4d) insbesondere in Kombination mit anderen Trennvorrichtungen wie z.B. eine GC-Kapillare für eine Optimierung der Selektivität des Verfahrens für bestimmte Zielsubstanzen nutzbar.

Fig.6, 7a bis c sowie 8 geben beispielhaft Massenspektren, d.h. die Intensitäten 18 aufgetragen über das Verhältnis aus Masse zu Ladung 17 wieder, wie sie bei Versuchen im Rahmen der Erfindung ermittelt wurden. Die für die Versuche herangezogenen Lösungsmittel sind kommerziell erhältliche Produkte von analytischer Qualität. Das in Fig.6 dargestellte Spektrum gibt die Sensitivität des Verfahrens wieder. Es wurde an einer Vorrichtung gem. Fig.l, mit Laserionisierung d.h. mit einer Verdampfung von Einzeltropfen (Tropfenvolumen 52,5 pL) durch einen Dispensor an einer unbeschichteten Heizelementoberfläche ermittelt. Das Ergebnis gibt die Auflösung eines einzigen Tropfens einer Lösung aus 1 mg/L DlO Pyren in Methanol als Peak 19 wieder. Dieser Peak ragt selbst bei der Auswertung eines Tropfens signifikant über die ihn umgebenden Signale heraus; das Verfahren weist eine hohe Sensitivität, d.h. eine niedrige Nachweisgrenze auf.

Eine Ermittlung eines Spektrums gem. Fig.6 lässt sich mit einer schnellen Trennungen mit einer UPLC-Anlage (Ultra Performance Liquid Chromatographie, HPLC Hochleistungsflüssigkeitschromatografie) wie folgt erheblich beschleunigen. Ausgangsprodukt war dabei eine Mischung aus mehreren polzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAH), die zunächst der UPLC-Trennung zugeführt wurde. Die zu untersuchenden separierten PAH werden dann mit einem Mischungsverhältnis zwischen 30 und 100% in Acetonitrile bei einem Flussrate 0,9 mL/min in 0,5 min eingemischt, gefolgt von einem isokratischen Fluss (100% Acetonitril) von 0,2 min zur Homogenisierung. Auf diese Weise ließ sich innerhalb von 1,2 min eine D10-Pyren-Fraktion von 52,5 pL (1

Tropfen) aus einer Gesamtfraktion am Ausgangsprodukt von 1080 μl isolieren, mit z.B. einem Dispensor dosieren, mit einer UV-Quelle der eingangs genannten Art ionisieren, mit ICR-FT-Massenspektrometer de- tektieren und ein Spektrum gem. Fig.6 ermitteln.

Die vorgenannte Vorgehensweise zeichnet sich durch eine schonende Aufgabe und Behandlung der Biomoleküle einerseits und die Isolierung der Substanz in sehr kurzer Zeit andererseits aus und ermöglicht damit auch die Erfassung z.B. auch atmosphärensensibler oder anderweitig empfindlicher Stoffe für die Identifikation von Metaboliten (Me- tabolomics) , Atemluftkondensate, Liquor cerebrospinalis (Gehirn- Rückenmarks -Flüssigkeit) oder Mikrobiopsieproben. Die Gefahr einer thermischen Zersetzung bei der Ionisation der Moleküle wird damit e- benso reduziert wie eine Fragmentierung der zu untersuchenden Substanzen. Die für eine zuverlässige Analyse erforderliche grundsätzlich geringe Probenmenge ermöglicht wichtige zukünftige Anwendungen wie z.B. mikrotechnischer Analysesysteme (LabOnChip) , umfassend z.B. eine Substanztrennung in fluidischen Chips auf engstem Raum oder mit großen Durchsätzen zur Isolierung von Spurenbestandteilen mit sehr geringen Konzentrationen. Vorteilhaft sind insbesondere die sehr hohe Trennleistung in kürzester Zeit sowie der erforderliche Bedarf an A- nalyten nach der Trennung im Pikoliterbereich .

Fig.7a bis c zeigen dagegen Spektren, ermittelt ebenfalls in einer Vorrichtung gem. Fig.l, allerdings mit UV-Ionisierung. Als Verdampfungstemperaturen auf der Heizelementoberfläche wurden 80, 100 und 12O⁰C (vgl. Fig.7a, b bzw. c) gewählt. Die als Modellsubstanz herangezogene Lösung bestand aus 10 Mg/L N-Acyl-Homoserine Lacton (HSL) mit Kohlenstoffketten mit 4, 6, 8, 10, 12 und 14 Kohlenstoffatomen Kettenlänge (in Fig.7a bis c als c4 bis cl4) in Methanol, wobei die Anteile der jeweiligen Kettenlängen in der Lösung bei allen drei Versuchen identisch waren. HSL sind Signalsubstanzen, die in der interbakteriellen Kommunikation einiger Bakterien eine wichtige Rolle einnehmen. In den ermittelten Spektren ist eine durch die Temperatur der Heizelementoberfläche vorgegebene Selektivität der HSL in Abhängigkeit der Kettenlänge deutlich erkennbar. Während kurzkettige HSL, insbesondere die c4 und C6-HSL überwiegend bei Verdampfungstemperaturen bis 100⁰C überwiegen (vgl. Fig.7a und b) , treten sie bei 12O⁰C gegenüber den länger kettigen cl2 und C14-HSL in den Hintergrund (vgl. Fig.7c) . Während C14-HSL bei 80⁰C praktisch nicht in Erscheinung tritt (vgl. Fig.7a), bildet sie bei 120⁰C den höchsten Peak. Dieses Versuchsbeispiel verdeutlicht die Möglichkeit einer Steuerung der Selektivität am Beispiel einer Temperaturabhängigkeit einer Lösung mit mehreren Zielsubstanzen. Höhere Temperaturen verdampfen dabei zunehmend auch die größeren Moleküle höherpolarigerer Zielsubstanzen, während kurzkettigere Zielsubstanzen eine geringere thermisch Stabilität aufweisen und bereits bei geringeren Temperaturen verflüchtigen. Diese Selektivität lässt sich auch für eine Eingrenzung zunächst unbekannter Zielsubstanzen in einer Lösung nutzen.

Bezugszeichenliste :

1 Dispensor

2 Hauptstrahlrichtung

3 Heizelementoberfläche

4 Gasphasenwolke

5 Lichtstrahl

6 Gasbläschen

7 Flüssigkeit

8 VUV-Quelle

9 Beschichtung

10 Heizelement

11 Massenspektrometer

12 Scanbewegung

13 Verdampfungskammer

14 Kapillare

15 Ionisierungskammer

16 GC-Kapillare

17 Verhältnis aus Masse zu Ladung

18 Intensität

19 Peak von DlO Pyren

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren für den Nachweis von mindestens einer Zielsubstanz, umfassend a) eine Überführung von Molekülen mindestens einer der Ziel- substanzen in einen gasförmigen Zustand sowie b) einen spektrometrischen Nachweis der Moleküle, dadurch gekennzeichnet, dass c) die Überführung eine lösliche Vermischung, Aerosolbildung und Verdampfung mindestens einer der Zielsubstanzen mit einem Lösungsmittel umfasst, wobei die Moleküle in eine Gasphase integriert werden, sowie d) der spektrometrische Nachweis eine Ionisierung der Moleküle in der Gasphase zu Ionen umfasst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vermischung mit dem Lösungsmittel selektiv nur einem Teil der Zielsubstanzen erfolgt, wobei der verbleibende Teil der Zielsubstanzen mit dem Lösungsmittel unlöslich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Moleküle der Zielsubstanz vor der Vermischung mit dem Lösungsmittel mit einer zusätzlichen Trägersubstanz vermischt werden, wobei die Trägersubstanz mit dem Lösungsmittel löslich ist und die Moleküle adsorbiert.

4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Verdampfung auf einer Heizelementoberfläche mit einer Oberflächentemperatur oberhalb der Siedetemperatur des Lösungsmittels erfolgt .

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Oberflächentemperatur die Siedetemperatur mindestens einer Zielsubstanz nicht überschreitet.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei auf der Heizelementoberfläche mindestens eine der Zielsubstanzen durch eine erhöhte Adhäsionsneigung angebunden wird.

7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei alle oder nur ein Teil der Zielsubstanzen in einer Flüssigkeit als Lösungsmittel gelöst ist, in der sich Gasblasen mit Gasvolumina bilden, die Zielsubstanz sich bei der Bildung in die Gasvolumina oder an den an die Gasvolumina angrenzenden Flüssigkeitsgrenzflächen einmischt und die Aerosolbildung durch ein Zerplatzen der Gasblasen an der Flüssigkeitsoberfläche erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Ionisierung mittels einer Photoionisierung während und/oder nach der Verdampfung erfolgt, wobei die Zielsubstanzen und das Lösungsmittel auch unmittelbar vor und nach der Verdampfung von einer Laserlicht-, VUV- oder UV-Quelle bestrahlt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der für die Verdampfung erforderliche Energieeintrag durch die Laserlicht-, VUV- oder UV- Quelle erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 7, umfassend eine Weiterleitung den verdampften Zielsubstanzen und den Lösungsmittel in eine Ionisierungskammer, in der die Zielsubstanzen und das Lösungsmittel nur nach der Verdampfung von einer Laserlicht-, VUV- oder UV-Quelle bestrahlt ionisiert werden.

11. Vorrichtung zum Nachweis von mindestens einer Zielsubstanz zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche, umfassend a) eine Mischvorrichtung, ein Aerosolbildner (1) und eine Verdampfungsvorrichtung (3, 10) für das Lösungsmittel und Moleküle mindestens einer der Zielsubstanzen, b) eine Laserlicht-, VUV- oder UV-Quelle (8) für eine Photoionisierung der Moleküle zu Ionen sowie c) ein Massenspektrometer (11) zum spektroraetrischen Nachweis der Ionen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Mischvorrichtung und der Aerosolbildner eine Zweistoffdüse oder einen Dispensor (1) um- fasst .

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Mischvorrichtung und der Aerosolbildner eine Vorrichtung zur Aerosolbildung durch Blasenplatzen umfasst.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Verdampfungsvorrichtung eine Heizelementoberfläche (3) umfasst.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Heizelementoberfläche (3) eine funktionale Beschichtung (9) mit Nanopartikel oder einer Po- lymer-Adsorptionsbeschichtung zur Aufkonzentrierung von Zielsubstanzen aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Verdampfungsvorrichtung eine natürliche oder eine bearbeitete Oberfläche einer Probe mit Heizmitteln umfasst.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Heizmittel eine Laserlicht-, VUV- oder UV-Quelle (8) umfassen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Massenspektrometer eine auf die Verdampfungsvorrichtung gerichtete Ansaugkapillare (14) aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Ansaugkapillare (14) einen Gaschromatographen (16) umfasst.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Ansaugkapillare

(14) in eine abgeschlossene Ionisierungskammer (15) mit der Laserlicht-, VUV- oder UV-Quelle (8) ausmündet.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei die Mischvorrichtung eine HPLC- oder eine elektrophoretische Trennvorrichtung umfasst.