Entwicklung eines Pikoliter-Tropfengenerators für die Massenspektrometrische Spuren- und Speziesanalytik

Die Dissertationsschrift beschäftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung einer alternativen Probenzuführungstechnik für flüssige Proben in der Massenspektrometrie. Obwohl bereits einige Anstrengungen zur Verbesserung unternommen wurden, weisen konventionelle pneumatische Zerstäuber- und Sprühkammersysteme, die in der Elementspurenanalytik mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) standardmäßig verwendet werden, eine geringe Gesamteffizienz auf. Pneumatisch erzeugtes Aerosol ist durch eine breite Tropfengrößenverteilung gekennzeichnet, was den Einsatz einer Sprühkammer bedingt, um die Aerosolcharakteristik an die Betriebsbedingungen des ICPs anzupassen.. Die Erzeugung von Tropfen mit einer sehr engen Tropfengrößenverteilung oder sogar monodispersen Tropfen könnte die Effizienz des Probeneintrags verbessern. Ein Ziel dieser Arbeit ist daher, Tropfen, die mittels des thermischen Tintenstrahldruckverfahrens erzeugt werden, zum Probeneintrag in der Elementmassenspektrometrie einzusetzen. Das thermische Tintenstrahldruckverfahren konnte in der analytischen Chemie im Bereich der Oberflächenanalytik mittels TXRF oder Laserablation bisher zur gezielten, reproduzierbaren Deposition von Tropfen auf Oberflächen eingesetzt werden. Um eine kontinuierliche Tropfenerzeugung zu ermöglichen, wurde ein elektronischer Mikrokontroller entwickelt, der eine Dosiereinheit unabhängig von der Hard- und Software des Druckers steuern kann. Dabei sind alle zur Tropfenerzeugung relevanten Parameter (Frequenz, Heizpulsenergie) unabhängig voneinander einstellbar. Die Dosiereinheit, der "drop-on-demand" Aerosolgenerator (DOD), wurde auf eine Aerosoltransportkammer montiert, welche die erzeugten Tropfen in die Ionisationsquelle befördert. Im Bereich der anorganischen Spurenanalytik konnten durch die Kombination des DOD mit einem automatischen Probengeber 53 Elemente untersucht und die erzielbare Empfindlichkeiten sowie exemplarisch für 15 Elemente die Nachweisgrenzen und die Untergrundäquivalentkonzentrationen ermittelt werden. Damit die Vorteile komfortabel genutzt werden können, wurde eine Kopplung des DOD-Systems mit der miniaturisierten Fließinjektionsanalyse (FIA) sowie miniaturisierten Trenntechniken wie der µHPLC entwickelt. Die Fließinjektionsmethode wurde mit einem zertifizierten Referenzmaterial validiert, wobei für Vanadium und Cadmium die zertifizierten Werte gut reproduziert werden konnten. Transiente Signale konnten bei der Kopplung des Dosiersystems in Verbindung mit der ICP-MS an eine µHPLC abgebildet werden. Die Modifikation der Dosiereinheit zum Ankoppeln an einen kontinuierlichen Probenfluss bedarf noch einer weiteren Reduzierung des verbleibenden Totvolumens. Dazu ist die Unabhängigkeit von den bisher verwendeten, kommerziell erhältlichen Druckerpatronen anzustreben, indem die Dosiereinheit selbst gefertigt wird. Die Vielseitigkeit des Dosiersystems wurde mit der Kopplung an eine kürzlich neu entwickelte Atmosphärendruck-Ionisationsmethode, die "flowing atmospheric-pressure afterglow" Desorptions/Ionisations Ionenquelle (FAPA), aufgezeigt. Ein direkter Eintrag von flüssigen Proben in diese Quelle war bislang nicht möglich, es konnte lediglich eine Desorption von eingetrockneten Rückständen oder direkt von der Flüssigkeitsoberfläche erfolgen. Die Präzision der Analyse ist dabei durch die variable Probenposition eingeschränkt. Mit dem Einsatz des DOD-Systems können flüssige Proben nun direkt in die FAPA eingetragen, was ebenfalls das Kalibrieren bei quantitativen Analysen organischer Verbindungen ermöglicht. Neben illegalen Drogen und deren Metaboliten konnten auch frei verkäufliche Medikamente und ein Sprengstoffanalogon in entsprechend präpariertem reinem Lösungsmittel nachgewiesen werden. Ebenso gelang dies in Urinproben, die mit Drogen und Drogenmetaboliten versetzt wurden. Dabei ist hervorzuheben, dass keinerlei Probenvorbereitung notwendig war und zur Ermittlung der NWG der einzelnen Spezies keine interne oder isotopenmarkierte Standards verwendet wurden. Dennoch sind die ermittelten NWG deutlich niedriger, als die mit der bisherigen Prozedur zur Analyse flüssiger Proben erreichbaren. Um im Vergleich zu der bisher verwendeten "pin-to-plate" Geometrie der FAPA die Lösungsmittelverdampfung zu beschleunigen, wurde eine alternative Elektrodenanordnung entwickelt, bei der die Probe länger in Kontakt mit der "afterglow"-Zone steht. Diese Glimmentladungsquelle ist ringförmig und erlaubt einen Probeneintrag mittels eines zentralen Gasflusses. Wegen der ringförmigen Entladung wird der Name "halo-FAPA" (h-FAPA) für diese Entladungsgeometrie verwendet. Eine grundlegende physikalische und spektroskopische Charakterisierung zeigte, dass es sich tatsächlich um eine FAPA Desorptions/Ionisationsquelle handelt.

Determination of Δ9-tetrahydrocannabinolic acid A (Δ9-THCA-A) in whole blood and plasma by LC–MS/MS and application in authentic samples from drivers suspected of driving under the influence of cannabis

Delta-9-tetrahydrocannabinolic acid A (THCA-A) is the biosynthetic precursor of delta-9-tetrahydrocannabinol (THC) in cannabis plants, and has no psychotropic effects. THCA-A can be detected in blood and urine, and several metabolites have been identified. THCA-A was also shown to be incorporated in hair by side stream smoke to a minor extent, but incorporation via blood stream or sweat seems unlikely. The detection of THCA-A in biological fluids may serve as a marker for differentiating between the intake of prescribed THC medication – containing only pure THC – and cannabis products containing THC besides THC-acid A and other cannabinoids. However, the knowledge about its usefulness in forensic cases is very limited. The aim of the present work was the development of a reliable method for THCA-A determination in human blood or plasma using LC–MS/MS and application to cases of driving under the influence of drugs. Fifty eight (58) authentic whole blood and the respective plasma samples were collected from drivers suspected of driving under the influence of cannabis from the region of Bern (Switzerland). Samples were first tested for THC, 11-OH-THC and THC-COOH, and then additionally for THCA-A. For this purpose, the existing LC–MS/MS method was modified and validated, and found to be selective and linear over a range of 1.0 to 200 ng/mL (the correlation coefficients were above 0.9980 in all validation runs). Limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) were 0.3 ng/mL and 1.0 ng/mL respectively. Intra- and inter-assay accuracy were equal or better than 90% and intra- and inter-assay precision were equal or better than 11.1%. The mean extraction efficiencies were satisfactory being equal or higher than 85.4%. THCA-A was stable in whole blood samples after 3 freeze/thaw cycles and storage at 4 °C for 7 days. Re-injection (autosampler) stability was also satisfactory. THC was present in all blood samples with levels ranging from 0.7 to 51 ng/mL. THCA-A concentrations ranged from 1.0 to 496 ng/mL in blood samples and from 1.4 to 824 ng/mL in plasma samples. The plasma:blood partition coefficient had a mean value of 1.7 (±0.21, SD). No correlation was found between the degree of intoxication or impairment stated in the police protocols or reports of medical examinations and the detected THCA-A-concentration in blood.

Faunal analysis and Mg/Ca records of planktic foraminifera in sediment core SO189/2_039KL

Climate phenomena like the monsoon system, El Niño Southern Oscillation (ENSO) and the Indian Ocean Dipole (IOD) are interconnected via various feedback mechanisms and control the climate of the Indian Ocean and its surrounding continents on various timescales. The eastern tropical Indian Ocean is a key area for the interplay of these phenomena and for reconstructing their past changes and forcing mechanisms. Here we present records of upper ocean thermal gradient, thermocline temperatures (TT) and relative abundances of planktic foraminifera in core SO 189-39KL taken off western Sumatra (0°47.400' S, 99°54.510' E) for the last 8 ka that we use as proxies for changes in upper ocean structure. The records suggest a deeper thermocline between 8 ka and ca 3 ka compared to the late Holocene. We find a shoaling of the thermocline after 3 ka, most likely indicating an increased occurrence of upwelling during the late Holocene compared to the mid-Holocene which might represent changes in the IOD-like mean state of the Indian Ocean with a more negative IOD-like mean state during the mid-Holocene and a more positive IOD-like mean state during the past 3 ka. This interpretation is supported by a transient Holocene climate model simulation in which an IOD-like mode is identified that involves an insolation-forced long-term trend of increasing anomalous surface easterlies over the equatorial eastern Indian Ocean.

Planktonic foraminifera Mg/Ca-based temperatures and planktonic foraminiferal cenus counts of core GeoB10065-7 (Lombok Basin, Indonesia)

Modern variability in upwelling off southern Indonesia is strongly controlled by the Australian-Indonesian monsoon and the El Niño-Southern Oscillation, but multi-decadal to centennial-scale variations are less clear. We present high-resolution records of upper water column temperature, thermal gradient and relative abundances of mixed layer- and thermocline-dwelling planktonic foraminiferal species off southern Indonesia for the past two millennia that we use as proxies for upwelling variability. We find that upwelling was generally strong during the Little Ice Age (LIA) and weak during the Medieval Warm Period (MWP) and the Roman Warm Period (RWP). Upwelling is significantly anti-correlated to East Asian summer monsoonal rainfall and the zonal equatorial Pacific temperature gradient. We suggest that changes in the background state of the tropical Pacific may have substantially contributed to the centennial-scale upwelling trends observed in our records. Our results implicate the prevalence of an El Niño-like mean state during the LIA and a La Niña-like mean state during the MWP and the RWP.

SRS-1c, Shark River Slough

This material is based upon work supported by the National Science Foundation through the Florida Coastal Everglades Long-Term Ecological Research program under Cooperative Agreements #DBI-0620409 and #DEB-9910514. This image is made available for non-commercial or educational use only.

SRS-1c, Shark River Slough

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SRS-1c, Shark River Slough

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SRS-1c, Shark River Slough

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SRS-1d, Shark River Slough

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Aerial view of SRS-3, Shark River Slough

http://digitalcommons.fiu.edu/fce_lter_photos/1269/thumbnail.jpg

Vegetation near TS/Ph-1a, Taylor Slough

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TS/Ph-5 from a distance, Taylor Slough

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Left to right: Greg Koch, Kim de Mutsert, Sharon Ewe, Edward Castaneda taking a break during sampling, Shark River Slough

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Periphytometer at TS/Ph-2, Taylor Slough

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