TY  - THES
A1  - Erler, Alexander
T1  - Entwicklung von online-Detektionsverfahren für landwirtschaftlich relevante Analyten
N2  - Die Entwicklung nachhaltiger Bewirtschaftungs- und Produktionsmethoden ist eine der zentralen Fragestellungen der modernen Agrarwirtschaft. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit zwei Forschungsthemen, die das Konzept Nachhaltigkeit beinhalten. In beiden Fällen werden analytische Grundlagen für die Entwicklung entsprechender landwirtschaftlicher Arbeitsmethoden gelegt.
Das erste Thema ist an den sogenannten Präzisionsackerbau angelehnt. Bei diesem wird die Bearbeitung von Agrarflächen ortsabhängig ausgeführt. Das heißt, die Ausbringung von Saatgut, Dünger, Bewässerung usw. richtet sich nach den Eigenschaften des jeweiligen Standortes und wird nicht pauschal gleichmäßig über ein ganzes Feld verteilt. Voraussetzung hierfür ist eine genaue Kenntnis der Bodeneigenschaften. In der vorliegenden Arbeit sollten diese Parameter mittels der analytischen Technik der Laser-induzierten Breakdown Spektroskopie (LIBS), die eine Form der Elementaranalyse darstellt, bestimmt werden. Bei den hier gesuchten Bodeneigenschaften handelte es sich um die Gehalte von Nährstoffen sowie einige sekundäre Parameter wie den Humusanteil, den pH-Wert und den pflanzenverfügbaren Anteil einzelner Nährstoffe. Diese Eigenschaften wurden durch etablierte Referenzanalysen bestimmt. Darauf aufbauend wurden die Messergebnissen der LIBS-Untersuchungen durch verschiedene Methoden der sogenannten multivariaten Datenanalyse (MVA) ausgewertet. Daraus sollten Modelle zur Vorhersage der Bodenparameter in zukünftigen LIBS-Messungen erarbeitet werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten, dass mit der Kombination von LIBS und MVA sämtliche Bodenparameter erfolgreich vorhergesagt werden konnten. Dies beinhaltete sowohl die tatsächlich messbaren Elemente als auch die sekundären Eigenschaften, welche durch die MVA mit den Elementgehalten in Zusammenhang gebracht wurden. 
Das zweite Thema beschäftigt sich mit der Vermeidung von Verlusten durch Schädlingsbefall bei der Getreidelagerung. Hier sollten mittels der Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) Schimmelpilzkontaminationen detektiert werden. Dabei wurde nach den flüchtigen Stoffwechselprodukten der Pilze gesucht. Die durch Referenzmessungen mit Massenspektrometern identifizierten Substanzen konnten durch IMS im Gasvolumen über den Proben, dem sogenannten Headspace, nachgewiesen werden. Dabei wurde nicht nur die Anwesenheit einer Kontamination festgestellt, sondern diese auch charakterisiert. Die freigesetzten Substanzen bildeten spezifische Muster, anhand derer die Pilze identifiziert werden konnten. Hier wurden sowohl verschiedene Gattungen als auch einzelne Arten unterschieden. Die Messungen fanden auf verschiedenen Nährböden statt um den Einfluss dieser auf die Stoffwechselprodukte zu beobachten. Auch die sekundären Stoffwechselprodukte der Schimmelpilze, die Mykotoxine, konnten durch IMS detektiert werden.
Beide in dieser Arbeit vorgestellten Forschungsthemen konnten erfolgreich abgeschlossen werden. Sowohl LIBS als auch IMS erwiesen sich für den Nachweis der jeweiligen Analyten als geeignet, und der Einsatz moderner computergestützter Auswertemethoden ermöglichte die genaue Charakterisierung der gesuchten Parameter. Beide Techniken können in Form von mobilen Geräten verwendet werden und zeichnen sich durch eine schnelle und sichere Analyse aus. In Kombination mit entsprechenden Modellen der MVA sind damit alle Voraussetzungen für Vor-Ort-Untersuchungen und damit für den Einsatz in der Landwirtschaft erfüllt.
N2  - The basis of modern agriculture is sustainable cultivation and production. Two of the research subjects of this thesis are related to this topic. The aim of both is the development of an analytical method for sustainable agriculture.
The first topic is an application for precision agriculture, which is the side specific cultivation of agricultural areas. The local properties of each m² of the field are determined and used for sowing, fertilizing or irrigation instead of using standardized quantities for the entire field. This practice requires detailed knowledge of the soil properties. In this work, some of these soil properties were determined by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), which is a form of elementary analysis. The evaluated properties are the total amounts of several elemental nutrients as well as some secondary parameters, such as pH value, humus-content and the plant available contents of a number of nutrients. Soil samples with reference values from established analytical methods were used. Various methods of multivariate analysis (MVA) were used for developing different calibration models based on the LIBS data. These models can be used to predict soil properties from future LIBS experiments on soils. The results of the combination of LIBS and MVA were reliable predictions for the total amounts of elements, which can directly be correlated to LIBS signals in the measurements, as well as the secondary parameters, which can only be correlated with the LIBS spectra by MVA.
The second topic of this thesis was the detection of pest infestations of stored grains for preventing economic losses. Ion mobility spectrometry (IMS) was used to detect mould fungus contaminations. The target substances were volatile metabolites emitted by the fungi. Reference measurements by mass spectrometry (MS) identified the substances found in the headspace of the samples, which are also detected by IMS. In addition to the detection of a contamination, an identification of the contaminant was also possible because the substances emitted by the fungi formed specific patterns. Therefore, it was possible to discriminate not only various fungus genera but also individual species. Additionally, the influence of different growth media used for fungus cultivation on the metabolites emitted was investigated. In addition to the detection of volatile metabolites, the direct detection of mycotoxins by IMS could also be demonstrated.
The goals of both research topics presented in this thesis were successfully achieved. LIBS and IMS could be used to detect the respective analytes and a characterization of the target parameters was possible using computer-assisted data processing. Common features of both techniques are the availability of mobile instrumentation and a fast and reliable analytical performance. In combination with MVA-based prediction models, they fulfil the requirements for in-field analysis, which potentially makes them well suited to a wide range of applications in modern agriculture.
KW  - Ionenmobilitätsspektrometrie
KW  - Laser induzierte Breakdown Spektroskopie
KW  - Schimmelpilze
KW  - Bodenanalytik
KW  - ion mobility spectrometry
KW  - laser induced breakdown spectroscopy
KW  - mold fungi
KW  - soil analysis
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-473406
ER  - 
TY  - THES
A1  - Michalik-Onichimowska, Aleksandra
T1  - Real-time monitoring of (photo)chemical reactions in micro flow reactors and levitated droplets by IR-MALDI ion mobility and mass spectrometry
N2  - Eine nachhaltigere chemische Industrie erfordert eine Minimierung der Lösungsmittel und Chemikalien. Daher werden Optimierung und Entwicklung chemischer Prozesse vor einer Produktion in großem Maßstab in kleinen Chargen durchgeführt. Der entscheidende Schritt bei diesem Ansatz ist die Skalierbarkeit von kleinen Reaktionssystemen auf große, kosteneffiziente Reaktoren. Die Vergrößerung des Volumens des Reaktionsmediums geht immer mit der Vergrößerung der Oberfläche einher, die mit dem begrenzenden Gefäß in Kontakt steht. Da das Volumen kubisch, während die Oberfläche quadratisch mit zunehmendem Radius skaliert, nimmt ihr Verhältnis nicht linear zu. Viele an der Grenzfläche zwischen Oberfläche und Flüssigkeit auftretende Phänomene können die Reaktionsgeschwindigkeiten und Ausbeuten beeinflussen, was zu falschen Prognosen aufgrund der kleinskaligen Optimierung führt. Die Anwendung von schwebenden Tropfen als behälterlose Reaktionsgefäße bietet eine vielversprechende Möglichkeit, die oben genannten Probleme zu vermeiden.
In der vorgestellten Arbeit wurde eine effiziente Kopplung von akustisch schwebenden Tropfen und IM Spektrometer für die Echtzeitüberwachung chemischer Reaktionen entwickelt, bei denen akustisch schwebende Tropfen als Reaktionsgefäße fungieren. Das Design des Systems umfasst die berührungslose Probenahme und Ionisierung, die durch Laserdesorption und -ionisation bei 2,94 µm realisiert wird. Der Umfang der Arbeit umfasst grundlegende Studien zum Verständnis der Laserbestrahlung von Tropfen im akustischen Feld. Das Verständnis dieses Phänomens ist entscheidend, um den Effekt der zeitlichen und räumlichen Auflösung der erzeugten Ionenwolke zu verstehen, die die Auflösung des Systems beeinflusst.
Der Aufbau umfasst eine akustische Falle, Laserbestrahlung und elektrostatische Linsen, die bei hoher Spannung unter Umgebungsdruck arbeiten. Ein effektiver Ionentransfer im Grenzflächenbereich zwischen dem schwebenden Tropfen und dem IMS muss daher elektrostatische und akustische Felder vollständig berücksichtigen. Für die Probenahme und Ionisation wurden zwei unterschiedliche Laserpulslängen untersucht, nämlich im ns- und µs-Bereich. Die Bestrahlung über µs-Laserpulse bietet gegenüber ns-Pulse mehrere Vorteile: i) das Tropfenvolumen wird nicht stark beeinflusst, was es ermöglichet, nur ein kleines Volumen des Tropfens abzutasten; ii) die geringere Fluenz führt zu weniger ausgeprägten Schwingungen des im akustischen Feld eingeschlossenen Tropfens und der Tropfen wird nicht aus dem akustischen Feld rückgeschlagen, was zum Verlust der Probe führen würde; iii) die milde Laserbestrahlung führt zu einer besseren räumlichen und zeitlichen Begrenzung der Ionenwolken, was zu einer besseren Auflösung der detektierten Ionenpakete führt. Schließlich ermöglicht dieses Wissen die Anwendung der Ionenoptik, die erforderlich ist, um den Ionenfluss zwischen dem im akustischen Feld suspendierten Tropfen und dem IM Spektrometer zu induzieren. Die Ionenoptik aus 2 elektrostatischen Linsen in der Nähe des Tropfens ermöglicht es, die Ionenwolke effektiv zu fokussieren und direkt zum IM Spektrometer-Eingang zu führen. Diese neuartige Kopplung hat sich beim Nachweis einiger basischer Moleküle als erfolgreich erwiesen. Um die Anwendbarkeit des Systems zu belegen, wurde die Reaktion zwischen N-Boc Cysteine Methylester und Allylalkohol in einem Chargenreaktor durchgeführt und online überwacht. Für eine Kalibrierung wurde der Reaktionsfortschritt parallel mittels 1H-NMR verfolgt. Der beobachtete Reaktionsumsatz von mehr als 50% innerhalb der ersten 20 Minuten demonstrierte die Eignung der Reaktion, um die Einsatzpotentiale des entwickelten Systems zu bewerten.
N2  - One aspect of achieving a more sustainable chemical industry is the minimization of the usage of solvents and chemicals. Thus, optimization and development of chemical processes for large-scale production is favourably performed in small batches. The critical step in this approach is upscaling the batches from the small reaction systems to the large reactors mandatory for cost efficient production in an industrial environment. Scaling up the bulk volume always goes along with increasing the surface where the reaction medium is in contact with the confining vessel. Since volume scales proportional with the cubic dimension while the surface scales quadratic, their ratio is size-dependent. The influence of reaction vessel walls can change the reaction performance. A number of phenomena occurring at the surface-liquid interface can affect reaction rates and yields, resulting in possible difficulties in predicting and extrapolating from small size production scale to large industrial processes. The application of levitated droplets as a containerless reaction vessels provides a promising possibility to avoid the above-mentioned issues. 
In the presented work, an efficient coupling of acoustically levitated droplets to an ion mobility (IM) spectrometer, operating at ambient conditions, was designed for real-time monitoring of chemical reactions. The design of the system comprises noncontact sampling and ionization of the droplet realised by laser desorption/ionization at 2,94 µm. The scope of the work includes fundamental studies covering understanding of laser irradiation of droplets enclosed in an acoustical field. Understanding of this phenomenon is crucial to comprehending the effects of temporal and spatial resolution of the generated ion plume that influence the resolution of the system.
The set-up includes an acoustic trap, laser irradiation and ion manipulation electrostatic lenses operating at high voltage at ambient pressure. The complexity of the design needs to fully be considered for an effective ion transfer at the interface region between the levitated droplet and IM spectrometer. For sampling and ionization, two distinct laser pulse lengths were evaluated, ns and µs. Irradiation via µs laser pulses provides several advantages: i) the droplet volume is not extensively impinged, as in case of ns laser pulses, allowing the sampling of only the small volume of the droplet; ii) the lower fluence results in less pronounced oscillations of the droplet confined in the acoustic field. The droplet will not be dissipated out of the acoustic field leading to loss of the sample; iii) the mild laser irradiation results in better spatial and temporal ion plume confinement, leading to better resolution of the detected ion packets. Finally, this knowledge allows the application of ion optics necessary to induce ion flow between the droplet suspended in the acoustic field and the IM spectrometer. The ion optics, composed of 2 electrostatic lenses placed in the near vicinity of the droplet, allow effective focusing of the ion plume and its redirection directly to the IM spectrometer entrance. This novel coupling has proved to be successful for detection of some simple molecules ionizable at the 2.94 µm wavelength. To further demonstrate the applicability of the system, a proof-of-principle reaction was selected, fulfilling the requirements of the system, and was subjected to comprehensive investigation of its performance. Herein, the reaction between N-Boc cysteine methyl ester and allyl alcohol has been performed in a batch reactor and on-line monitored via 1H NMR to establish reaction propagation. With the additional assessment, it was confirmed that the thiol-ene coupling can be performed within first 20 minutes of the irradiation with a reaction yield above 50%, proving that the reaction can be applied as a study case to assess the possibilities of the developed system.
T2  - Echtzeit-Überwachung von (Photo)chemischen Reaktionen in Mikroströmungsreaktoren und schwebenden Tropfen durch IR-MALDI Ionenmoblität- und Massenspektrometrie
KW  - ion mobility spectrometry
KW  - mass spectrometry
KW  - acoustically levitated droplets
KW  - photochemical reactions
KW  - akustisch schwebende Tropfen
KW  - Ionenmobilitätspektrometrie
KW  - Massenspektrometrie
KW  - Photochemische Reaktionen
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-557298
ER  - 
TY  - THES
A1  - Riebe, Daniel
T1  - Experimental and theoretical investigations of molecular ions by spectroscopy as well as ion mobility and mass spectrometry
T1  - Experimentelle und theoretische Untersuchungen molekularer Ionen durch Spektroskopie sowie Ionenmobilitäts- und Massenspektrometrie
N2  - The aim of this thesis was the elucidation of different ionization methods (resonance-enhanced multiphoton ionization – REMPI, electrospray ionization – ESI, atmospheric pressure chemical ionization – APCI) in ion mobility (IM) spectrometry. In order to gain a better understanding of the ionization processes, several spectroscopic, mass spectrometric and theoretical methods were also used. Another focus was the development of experimental techniques, including a high resolution spectrograph and various combinations of IM and mass spectrometry.
The novel high resolution 2D spectrograph facilitates spectroscopic resolutions in the range of commercial echelle spectrographs. The lowest full width at half maximum of a peak achieved was 25 pm. The 2D spectrograph is based on the wavelength separation of light by the combination of a prism and a grating in one dimension, and an etalon in the second dimension. This instrument was successfully employed for the acquisition of Raman and laser-induced breakdown spectra.
Different spectroscopic methods (light scattering and fluorescence spectroscopy) permitting a spatial as well as spectral resolution, were used to investigate the release of ions in the electrospray. The investigation is based on the 50 nm shift of the fluorescence band of rhodamine 6G ions of during the transfer from the electrospray droplets to the gas phase.
A newly developed ionization chamber operating at reduced pressure (0.5 mbar) was coupled to a time-of-flight mass spectrometer. After REMPI of H2S, an ionization chemistry analogous to H2O was observed with this instrument. Besides H2S+ and its fragments, H3S+ and protonated analyte ions could be observed as a result of proton-transfer reactions.
For the elucidation of the peaks in IM spectra, a combination of IM spectrometer and linear quadrupole ion trap mass spectrometer was developed. The instrument can be equipped with various ionization sources (ESI, REMPI, APCI) and was used for the characterization of the peptide bradykinin and the neuroleptic promazine.
The ionization of explosive compounds in an APCI source based on soft x-radiation was investigated in a newly developed ionization chamber attached to the ion trap mass spectrometer. The major primary and secondary reactions could be characterized and explosive compound ions could be identified and assigned to the peaks in IM spectra. The assignment is based on the comparison of experimentally determined and calculated IM. The methods of calculation currently available exhibit large deviations, especially in the case of anions. Therefore, on the basis of an assessment of available methods, a novel hybrid method was developed and characterized.
N2  - Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung unterschiedlicher Ionisationsmethoden (Resonanz-verstärkte Mehrphotonenionisation – REMPI, Elektrosprayionisation – ESI, chemische Ionisation bei Atmosphärendruck – APCI) in der Ionenmobilitäts (IM)-Spektrometrie. Um ein besseres Verständnis der Ionisationsprozesse zu erhalten, wurden zusätzlich ver¬schiedene spektroskopische, massenspektrometrische und theoretische Methoden eingesetzt. Ein weiterer Schwerpunkt war die Entwicklung neuer experimenteller Techniken, darunter ein hochauflösender Spektrograph und verschiedene Kombinationen von IM- und Massenspektrometern.
Der neuartige, hochauflösende 2D Spektrograph ermöglicht spektroskopische Auflösungen im Bereich kommerzieller Echelle-Spektrographen. Die geringste erreichte Halbwertsbreite eines Peaks betrug 25 pm. Der 2D Spektrograph beruht auf der Wellenlängenseparation von Licht durch eine Kombination aus einem Prisma und einem Gitter in der einen Dimension und einem Etalon in der zweiten Dimension. Das Instrument wurde erfolgreich zur Aufnahme von Raman- und laserinduzierten Plasmaspektren ein¬gesetzt.
Verschiedene spektroskopische Methoden (Lichtstreuung und Fluoreszenzspektroskopie), die sowohl eine räumliche, als auch eine spektrale Auflösung erlauben, wurden zur Untersuchung der Freisetzung der Ionen im Elektrospray angewandt. Die Untersuchung beruht auf der Verschiebung der Fluoreszenzbande von Rhodamin 6G-Ionen um 50 nm beim Übergang aus den Elektrospray-Tropfen in die Gasphase.
Eine neuent¬wickelte Ionisationskammer bei reduziertem Druck (0,5 mbar) wurde an ein Flugzeit-Massenspektrometer gekoppelt. Darin wurde nach REMPI von H2S eine zum H2O analoge Ionisationschemie beobachtet. Neben H2S+ und seinen Fragmenten wurden als Ergebnis von Proto-nen-Transferreaktionen H3S+ und protonierte Analytionen beobachtet.
Zur Aufklärung der Peaks in IM-Spektren wurde eine Kopplung von IM-Spektrometer und linearem Quadrupol-Ionenfallen-Massenspektrometer entwickelt. Die Kopplung kann mit verschiedenen Ionisationsquellen (ESI, REMPI, APCI) ausgestattet werden und wurde zur Charakterisierung des Peptids Bradykinin und des Neuroleptikums Promazin angewendet.
Die Ionisation von Sprengstoffen in einer APCI-Quelle, die auf weicher Röntgenstrahlung beruht, wurde in einer neu entwickelten, an das Ionenfallen-Massenspektrometer gekoppelten Ionisationskammer untersucht. Dabei konnten die wichtigsten Primär- und Sekundärreaktionen charakterisiert, sowie Sprengstoffionen identifiziert und den Peaks in den IM-Spektren zugeordnet werden. Diese Zuordnung beruht auf dem Vergleich von experimentell bestimmten und berechneten IM. Da die aktuell verfügbaren Berechnungsmethoden insbesondere für Anionen zu große Abweichungen zu den experimentell bestimmten IM aufweisen, wurde auf Basis der Bewertung verfügbarer Methoden eine neue Hybridmethode entwickelt und charakterisiert.
KW  - ion mobility spectrometry
KW  - mass spectrometry
KW  - explosives
KW  - X-ray
KW  - photoionization
KW  - ion mobility calculations
KW  - Ionenmobilitätsspektrometrie
KW  - Massenspektrometrie
KW  - Sprengstoffe
KW  - Röntgenstrahlung
KW  - Photoionisation
KW  - Ionenmobilitäts-Berechnungen
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-94632
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zühlke, Martin
T1  - Elektrosprayionisation Ionenmobilitätsspektrometrie
T1  - Electrospray ionization Ion mobility spectrometry
BT  - Entwicklung, Charakterisierung und Anwendung zur HPLC-Detektion und zum Reaktionsmonitoring
BT  - development, characterization and application for HPLC detection and 
reaction monitoring
N2  - Die Elektrosprayionisation (ESI) ist eine der weitverbreitetsten Ionisationstechniken für flüssige Pro-ben in der Massen- und Ionenmobilitäts(IM)-Spektrometrie. Aufgrund ihrer schonenden Ionisierung wird ESI vorwiegend für empfindliche, komplexe Moleküle in der Biologie und Medizin eingesetzt. Überdies ist sie allerdings für ein sehr breites Spektrum an Substanzklassen anwendbar. Die IM-Spektrometrie wurde ursprünglich zur Detektion gasförmiger Proben entwickelt, die hauptsächlich durch radioaktive Quellen ionisiert werden. Sie ist die einzige analytische Methode, bei der Isomere in Echtzeit getrennt und über ihre charakteristische IM direkt identifiziert werden können. ESI wurde in den 90ger Jahren durch die Hill Gruppe in die IM-Spektrometrie eingeführt. Die Kombination wird bisher jedoch nur von wenigen Gruppen verwendet und hat deshalb noch ein hohes Entwick-lungspotential. Ein vielversprechendes Anwendungsfeld ist der Einsatz in der Hochleistungs-flüssigkeitschromatographie (HPLC) zur mehrdimensionalen Trennung. Heutzutage ist die HPLC die Standardmethode zur Trennung komplexer Proben in der Routineanalytik. HPLC-Trennungsgänge sind jedoch häufig langwierig und der Einsatz verschiedener Laufmittel, hoher Flussraten, von Puffern, sowie Laufmittelgradienten stellt hohe Anforderungen an die Detektoren. Die ESI-IM-Spektrometrie wurde in einigen Studien bereits als HPLC-Detektor eingesetzt, war dort bisher jedoch auf Flussratensplitting oder geringe Flussraten des Laufmittels beschränkt.
In dieser kumulativen Doktorarbeit konnte daher erstmals ein ESI IM-Spektrometer als HPLC-Detektor für den Flussratenbereich von 200-1500 μl/min entwickelt werden. Anhand von fünf Publi-kationen wurden (1) über eine umfassende Charakterisierung die Eignung des Spektrometers als HPLC-Detektor festgestellt, (2) ausgewählte komplexe Trenngänge präsentiert und (3) die Anwen-dung zum Reaktionsmonitoring und (4, 5) mögliche Weiterentwicklungen gezeigt.
Erfolgreich konnten mit dem selbst-entwickelten ESI IM-Spektrometer typische HPLC-Bedingungen wie Wassergehalte im Laufmittel von bis zu 90%, Pufferkonzentrationen von bis zu 10 mM, sowie Nachweisgrenzen von bis zu 50 nM erreicht werden. Weiterhin wurde anhand der komplexen Trennungsgänge (24 Pestizide/18 Aminosäuren) gezeigt, dass die HPLC und die IM-Spektrometrie eine hohe Orthogonalität besitzen. Eine effektive Peakkapazität von 240 wurde so realisiert. Auf der HPLC-Säule koeluierende Substanzen konnten über die Driftzeit getrennt und über ihre IM identifi-ziert werden, sodass die Gesamttrennzeiten erheblich minimiert werden konnten. Die Anwend-barkeit des ESI IM-Spektrometers zur Überwachung chemischer Synthesen wurde anhand einer dreistufigen Reaktion demonstriert. Es konnten die wichtigsten Edukte, Zwischenprodukte und Produkte aller Stufen identifiziert werden. Eine quantitative Auswertung war sowohl über eine kurze HPLC-Vortrennung als auch durch die Entwicklung eines eigenen Kalibrierverfahrens, welches die Ladungskonkurrenz bei ESI berücksichtigt, ohne HPLC möglich. Im zweiten Teil der Arbeit werden zwei Weiterentwicklungen des Spektrometers präsentiert. Eine Möglichkeit ist die Reduzierung des Drucks in den intermediären Bereich (300 - 1000 mbar) mit dem Ziel der Verringerung der benötigten Spannungen. Mithilfe von Streulichtbildern und Strom-Spannungs-Kurven wurden für geringe Drücke eine verminderte Freisetzung der Analyt-Ionen aus den Tropfen festgestellt. Die Verluste konnten jedoch über höhere elektrische Feldstärken ausgeglichen werden, sodass gleiche Nachweisgrenzen bei 500 mbar und bei 1 bar erreicht wurden. Die zweite Weiterentwicklung ist ein neuartiges Ionentors mit Pulsschaltung, welches eine Verdopplung der Auflösung auf bis zu R > 100 bei gleicher Sensitivität ermöglichte. Eine denkbare Anwendung im Bereich der Peptidanalytik wurde mit beachtlichen Auflösungen der Peptide von R = 90 gezeigt.
N2  - Electrospray ionization (ESI) is one of the most widespread ionization techniques for liquid samples in mass and ion mobility (IM) spectrometry. Due to its gentle ionization, ESI is often used for sensitive, complex molecules in biology and medicine. However, it is also applicable to a wide range of substance classes. IM spectrometry was originally developed for the detection of gaseous samples, which are mainly ionized by radioactive sources. It is the only analytical method in which isomers can be separated in real time and directly identified by their characteristic IM. ESI was introduced to IM spectrometry by the Hill Group in the 90s. So far, the combination was only used by a limited number of groups and therefore there is still a large development potential. A highly promising field of application is highperformance liquid chromatography (HPLC) for multidimensional separations. At present, HPLC is the standard method for the separation of complex samples in routine analysis. However, HPLC separations are often time-consuming and the use of different solvents, high flow rates, buffers, as well as solvent gradients impose high demands on the detectors. ESI IM spectrometry was already used as an HPLC detector in a number of studies. However, these studies were restricted to splitting or low flow rates of the mobile phase.
In this cumulative thesis, an ESI IM spectrometer was developed as an HPLC detector for the flow rate range of 200-1500 μl/min for the first time. Based on five publications, (1) the suitability of the spectrometer as an HPLC detector was comprehensively characterized, (2) selected complex separations are presented, and (3) the application to the reaction monitoring as well as (4, 5) possible further developments are shown.
With the in-house developed ESI IM spectrometer, typical HPLC conditions such as water contents in the mobile phase of up to 90%, buffer concentrations of up to 10 mM, as well as detection limits of up to 50 nM, were achieved successfully. Furthermore, on the basis of a complex separation (24 pesticides/18 amino acids), it could be demonstrated that HPLC and IM spectrometry possess a high degree of orthogonality. An effective peak capacity of 240 was thus realized. Substances coeulating on the HPLC column could be separated in the drift time and were identified by their IM. Thus, the overall separation times could be significantly reduced. The applicability of the ESI IM spectrometer for the monitoring of chemical syntheses was demonstrated for a three-stage reaction. The main starting materials, intermediates and products of all stages could be identified. A quantitative evaluation was possible both by means of a short HPLC pre-separation as well as by a newly developed calibration procedure, which takes charge competition during ESI into account, without HPLC. In the second part of the thesis, two further developments of the spectrometer are presented. One possibility is a reduction of the pressure to the intermediate range (300 - 1000 mbar) with the aim of reducing the required voltages. With the help of scattered light images and current-voltage curves, a reduced release of analyte ions from the droplets was determined at low pressures. However, these losses could be compensated for by higher electric field strengths. Therefore, the same detection limits were achieved at 500 mbar and at 1 bar. The second development is a novel ion gate with pulse switching, which allows a doubling of the resolution up to R > 100 with equal sensitivity. A possible application in the field of peptide analysis was demonstrated, achieving a considerable resolutions of R = 90 for the peptides.
KW  - HPLC
KW  - HPLC
KW  - Ionenmobilitätsspektrometrie
KW  - Elektrosprayionisation
KW  - ion mobility spectrometry
KW  - electrospray ionization (ESI)
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407452
ER  -