Kopplung Einzelstoff-lsotopenmassenspektrometer und Massenspektrometer (LC-IRMS/MS)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des bewilligten Großgeräteantrages konnte eine völlig neue und bisher bei keinem anderen Nutzer weltweit installierte Gerätekombination aus einer HPLC-Anlage mit einerseits einem hochauflösenden Massenspektrometer und andererseits einem Isotopenmassenspektrometer beschafft werden. Dies beinhaltete auch zeitintensive Lernprozesse auf Seiten des Anbieters und Nutzers, unter anderem zur Realisierung und Optimierung der Splitflüsse. Es wurden aber bereits etliche Projekte, zum Teil in Kooperationen mit anderen Arbeitsgruppen umgesetzt, bei denen die beschafften Geräte eine zentrale Rolle spielten. Im Folgenden sind sechs wichtige Arbeiten exemplarisch aufgeführt. Die meisten Ergebnisse wurden bereits in hochrangigen internationalen Zeitschriften veröffentlicht. 1. In einem laufenden Projekt zum Glyphosatabbau konnten sehr interessante Ergebnisse erzielt werden, die mit anderen Gerätekombinationen so nicht zu erreichen gewesen wären. Diese Arbeiten werden in Kooperation mit der Universität Tübingen weiterverfolgt. 2. Der Zuckeralkohol Xylitol findet vielfältige Anwendung als Zuckerersatzstoff in der Lebensmittelproduktion und wegen seiner antibakteriellen Wirkung im Bereich der Zahnpflege. Als Birkenzucker findet sich Xylitol im Xylemsaft der Birke, es kann aber auch großtechnisch und billiger aus Mais produziert werden. Um die Authentizität von Birkenxylitol zu ermitteln, wurde mittels der HPLC-IRMS Kopplung eine Methode entwickelt, mit derer die pflanzliche Ausgangsbasis (C4- Pflanze Mais oder C3-Pflanze Birke) zur Herstellung von Xylitol anhand des δ13C Wertes ermittelt werden kann. 3. Da die nasschemische Oxidation durch Sulfatradikale den essentiellen Schritt zur Messung der Kohlenstoff-Isotopie darstellt, sollte aufgrund des geringen Wissensstandes bei der Charakterisierung der Mineralisierungsprodukte sowie der Reaktionskinetik eine detaillierte Untersuchung durchgeführt werden. Die HPLC-IRMS Kopplung wurde genutzt, um Methoden zur Bestimmung der Oxidationsausbeute zu entwickeln und zu validieren. 4. Mittels der HPLC-IRMS Kopplung wurde modellhaft der Abbau des Antibiotikums Sulfamethoxazol mittels verschiedener Oxidationsmittel (Ozon, Chlordioxid) und direkter Photolyse untersucht. Durch diese Studie konnte gezeigt werden, dass die IRMS eine ideale Ergänzung der ebenfalls genutzten hochauflösenden Massenspektrometrie (HRMS) zur Untersuchung von Transformationsprozessen bildet. Diese Arbeiten bieten die notwendige Grundlage für einen fast finalisierten DFG-Antrag zur Charakterisierung von Oxidationsprozessen mittels HRMS und IRMS, einem Feld, das wir in Zukunft weiter ausbauen werden. 5. Entwicklung einer Methode zur Kohlenstoff-Isotopenmessung an einzelnen Aminosäuren mittels HPLC-IRMS und erste Anwendungen auf aquatische Organismen und ihre Parasiten. Diese Arbeiten legen auch die Grundlage zur Beteiligung an einem von Prof. Sures (UDE) beantragten SFB. 6. Datenprozessierung und Datenauswertung werden zunehmend als limitierende Schritte in der Nutzung der HRMS erkannt. In einer Dissertation und einem damit verbundenen DFG-finanzierten Anbahnungsprojekt mit Prof. Maryam Vosough, Teheran, wurden beide Bereiche angerissen. Erste Ergebnisse zeigen das große Potential, das in einem gemeinsamen Antrag an die DFG weiter verfolgt werden soll.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Degradation of sulfamethoxazole using ozone and chlorine dioxide - Compound-specific stable isotope analysis, transformation product analysis and mechanistic aspects. Water Research, 122, 280-289.
Willach, Sarah; Lutze, Holger V.; Eckey, Kevin; Löppenberg, Katja; Lüling, Michelle; Terhalle, Jens; Wolbert, Jens-Benjamin; Jochmann, Maik A.; Karst, Uwe & Schmidt, Torsten C.
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Direct Photolysis of Sulfamethoxazole Using Various Irradiation Sources and Wavelength Ranges—Insights from Degradation Product Analysis and Compound-Specific Stable Isotope Analysis. Environmental Science & Technology, 52(3), 1225-1233.
Willach, Sarah; Lutze, Holger V.; Eckey, Kevin; Löppenberg, Katja; Lüling, Michelle; Wolbert, Jens-Benjamin; Kujawinski, Dorothea M.; Jochmann, Maik A.; Karst, Uwe & Schmidt, Torsten C.
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Origin of Xylitol in Chewing Gum: A Compound-Specific Isotope Technique for the Differentiation of Corn- and Wood-Based Xylitol by LC-IRMS. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 66(8), 2015-2020.
Köster, Daniel; Wolbert, Jens-Benjamin; Schulte, Marcel S.; Jochmann, Maik A. & Schmidt, Torsten C.
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Implementation of Chemometric Tools To Improve Data Mining and Prioritization in LC-HRMS for Nontarget Screening of Organic Micropollutants in Complex Water Matrixes. Analytical Chemistry, 91(14), 9213-9220.
Hohrenk, Lotta L.; Vosough, Maryam & Schmidt, Torsten C.
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Monitoring of the total carbon and nitrogen balance during the mineralization of nitrogen containing compounds by heat activated persulfate. Chemical Engineering Journal, 367, 160-168.
Köster, Daniel; Jochmann, Maik A.; Lutze, Holger V. & Schmidt, Torsten C.
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New Concepts for the Determination of Oxidation Efficiencies in Liquid Chromatography–Isotope Ratio Mass Spectrometry. Analytical Chemistry, 91(8), 5067-5073.
Köster, Daniel; Sanchez Villalobos, Irene M.; Jochmann, Maik A.; Brand, Willi A. & Schmidt, Torsten C.
