Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC/MS)
Beschreibung
Das Instrument der Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC/MS) trennt chemische Gemische (die GC-Komponente) und identifiziert die Komponenten auf amolekularer Ebene (die MS-Komponente). Es ist eines der genauesten Instrumente für die Analyse von Umweltproben. Die GC funktioniert nach dem Prinzip, dass sich ein Gemisch bei Erhitzung in einzelne Substanzen aufspaltet. Die erhitzten Gase werden durch eine Säule mit einem Inertgas (z. B. Helium) transportiert. Wenn die getrennten Substanzen aus der Säulenöffnung austreten, fließen sie in das MS. Die Massenspektrometrie identifiziert Verbindungen anhand der Masse des analysierten Moleküls. Eine Bibliothek bekannter Massenspektren, die mehrere tausend Verbindungen abdeckt, wird auf einem Computer gespeichert. Die Massenspektrometrie gilt als der einzige endgültige analytische Detektor.
Grenzwerte und Bedenken
Die Probenanalyse ist oft zeitaufwendig. Neu entwickelte tragbare GC/MS-Modelle können diese Bedenken ausräumen.
Anwendbarkeit
GC/MS ist eine Technik, die zur Trennung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) und Pestiziden verwendet werden kann. Tragbare GC-Geräte können zum Nachweis von Schadstoffen in der Luft verwendet werden und werden derzeit für Untersuchungen zur Dampfintrusion eingesetzt. Für Radionuklide, explosive Verbindungen wie Royal Demolition Explosive (RDX) und Trinitrotoluol (TNT) sowie Metalle wurden jedoch auch andere Anwendungen von GC oder MS in Kombination mit anderen Trenn- und Analysetechniken entwickelt. Einige davon werden im Folgenden beschrieben.
Eine Art der Spektrometrie kann auch zur kontinuierlichen Überwachung der Emissionen von Verbrennungsanlagen eingesetzt werden, anstelle einer Standardmethode, bei der Proben aus dem Abgasstrom zur Laboranalyse entnommen werden. Diese Standardmethode hat eine relativ lange Durchlaufzeit und liefert keine Informationen darüber, ob katastrophale Freisetzungen stattgefunden haben oder ob ein Systemausfall vorliegt. Bei der kontinuierlichen Überwachung in Echtzeit werden alle Freisetzungen überwacht, und bei einem Systemausfall kann das System abgeschaltet und/oder die umliegende Bevölkerung benachrichtigt werden.
Stand der Technologieentwicklung
Die erste allgemeine Anwendung der Molekularmassenspektrometrie erfolgte in den frühen 1940er Jahren in der Erdölindustrie zur quantitativen Analyse von Kohlenwasserstoffgemischen in katalytischen Crackern.In jüngster Zeit haben die Hersteller von GC/MS-Instrumenten die Gesamtgröße erheblich verringert und die Haltbarkeit erhöht. Dadurch kann ein Gerät, das früher als Laborgerät diente, nun auch für die Analyse vor Ort eingesetzt werden.
WebLinks
http://www.chem.vt.edu/chem-ed/sep/gc/gc.html
http://clu-in.org/char/technologies/gc.cfm
http://www.clu-in.org/char/technologies/mspec.cfm
SonstigeRessourcen und Demonstrationen
Siehehttp://www.clu-in.org/download/techdrct/tdmpa_gc-ms_report.pdffor ÒInnovations in Site Characterization-Technology Evaluation:Real-Time VOC Analysis Using a Field Portable GC/MSÓ (EPA542-R-01-011). Dieser Bericht beschreibt die Verwendung eines Feld-GC/MS zur Messung von Trichlorethylen auf Echtzeitbasis.
Siehehttp://minerals.cr.usgs.gov/icpms/intro.htmlfor eine Beschreibung der induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS), einer in den 1970er Jahren im Ames-Labor entwickelten Technik. Es handelt sich dabei um ein sehr empfindliches und selektives Werkzeug für die Analyse mehrerer Elemente. Für diese Methode werden nur sehr kleine Proben benötigt, von einem Nanoliter bis zu einem Mikroliter Volumen. Berichten zufolge können damit radioaktive Proben ohne oder mit nur geringem Aufwand analysiert werden.
Das Department of Energy (DOE) verwendet die Spektrometrie als Bestandteil eines ContinuousEmissions Monitor (CEM). Er analysiert und misst das Licht, das bei Abgasemissionen aus der thermischen Behandlung von gemischten Abfällen entsteht. Seine Hauptanwendung an den DOE-Standorten ist die Überwachung des flüchtigen Metalls Quecksilber (Hg), zweier halbflüchtiger Metalle, Cadmium (Cd) und Blei (Pb), und dreier schwerflüchtiger Metalle, Arsen (As), Beryllium (Be) und Chrom (Cr). Die U.S. Environmental Protection Agency hat diese Metalle als gefährliche Luftschadstoffe (HAPs) eingestuft. DOE-Verbrennungsanlagen, die gemischte Abfälle behandeln, müssen auch die Emissionen von Alphastrahlern, einschließlich Uran (U) und Plutonium (Pu), überwachen. Gegenwärtig verwendet das DOE Filter zur Kontrolle der Partikelemissionen und setzt zur Überwachung der Emissionen großvolumige Luftprobennehmer und Laboranalysen der Filter aus diesen Probennehmern ein.
Das DOE hat auch ein Direct Sampling Ion Trap Mass Spectrometry(DSITMS) entwickelt. Diese Technologie wird eingesetzt, um das Vorhandensein von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) und halbflüchtigen organischen Verbindungen (SVOCs) in Grundwasser und Boden sowie in gasförmigen Sanierungsströmen an gefährlichen Abfallstandorten zu bestimmen. Für das System wird ein handelsübliches Ionenfallen-Massenspektrometer verwendet. Mit einigen Modifikationen kann das Massenspektrometer feldtauglich gemacht werden.
Siehe http://clu-in.org/characterization/technologies/exp.cfm#86 für eine technische Beschreibung von Sprengstoffen in verschiedenen Medien und die Verwendung einiger Analysetechniken.
