10.09.2026

Zwei Geräte, eine Sprache: Wie eine neue Ionenquelle GC- und LC-Pestizidanalytik zusammenführt

Petra Romero , Plasmion GmbH

Ciara Conway, Technische Universität München

Stark matrixbelastete Erzeugnisse sind für jedes Rückstandslabor ein Prüfstein: Ein dichtes Gemisch pflanzeneigener Begleitstoffe sorgt in der Gaschromatographie mit Elektronenstoßionisierung (GC-EI) für massive Matrixstörungen.

Eine neue Ionenquelle auf Basis der dielektrischen Barriereentladung (DBD) setzt genau hier an: Sie ionisiert schonender als die klassische EI - erzeugt also weniger Fragmentsignale, die mit dem Matrix-Hintergrund konkurrieren - und liefert dabei ein für GC und LC einheitliches Ion, das beide Trennmethoden erstmals über eine gemeinsame Ionenchemie verbindet. Was das für den Laboralltag bedeutet, zeigt ein Blick auf eine solche Matrix.

Der Praxisfall: Warum komplexe Matrizes zwei Plattformen brauchen

Wer stark matrixbelastete Erzeugnisse auf Pestizidrückstände prüft, kennt das Problem aus eigener Erfahrung. Eine typische Multirückstandsmethode muss gleichzeitig auf leichtflüchtige, unpolare Wirkstoffe - etwa Diazinon oder verschiedene Pyrethroide - und auf polare, thermolabile Substanzen wie Acephat oder Methomyl prüfen können. Die einen lassen sich nur per GC-EI zuverlässig erfassen, die anderen würden unter GC-Bedingungen zerfallen und benötigen zwingend LC-ESI. Ein vollständiges Rückstandsprofil verlangt also von Anfang an zwei getrennte Messläufe, zwei Probenvorbereitungen und am Ende zwei Ergebnislisten, die erst im Bericht wieder zusammengeführt werden.

Zur analytischen Komplexität kommt die matrixbedingte hinzu. Manche Erzeugnisse bringen eine hohe Dichte an Begleitstoffen mit - Carotinoide, Flavonoide, Wachsschichten -, die im GC-EI-Chromatogramm mit den ohnehin fragmentierten Pestizidsignalen um denselben unteren Massenbereich konkurrieren. Genau hier zeigt sich die Schwäche der klassischen Elektronenstoßionisierung besonders deutlich: Sie zerlegt jedes Analytmolekül in ein charakteristisches, aber breites Muster aus 10 bis 20 Fragmentpeaks.

In einer sauberen Lösung ist das kein Problem, in einem entsprechenden Matrixextrakt nahe der Bestimmungsgrenze schon. Die Folge ist ein hoher manueller Nachbearbeitungsaufwand: Analysten müssen Analyt-Peaks visuell gegen Matrix-Signale abgrenzen, Verhältnisse charakteristischer Ionen prüfen und im Zweifel eine zweite, LC-MS/MS-gestützte Bestätigungsmessung ansetzen - inklusive neuer Probenvorbereitung. Genau an diesem Punkt setzt die Idee einer gemeinsamen Ionenquelle an.

Das Prinzip: Sanfte Ionisierung statt Fragmentierung

Eine von der Firma Plasmion unter dem Namen SICRIT® kommerzialisierte DBDI-Quelle arbeitet fundamental anders als die klassische Elektronenstoßionisierung. Statt Analytmoleküle mit hochenergetischen Elektronen zu beschießen, erzeugt eine Wechselspannung ein kaltes, ringförmiges Plasma, durch das die Substanzen hindurchgeleitet werden - angesaugt vom Vakuum des nachgeschalteten Atmosphärendruck-Massenspektrometers. Entscheidend ist, dass Plasma und Probe dabei nicht direkt in Kontakt kommen. Der Ladungstransfer erfolgt indirekt, wodurch das Molekül weitgehend intakt bleibt.

Für die Praxis heißt das: Aus den 10 bis 20 Fragmentpeaks der EI wird im besten Fall ein einziges dominantes Signal, meist das protonierte Molekülion [M+H], seltener [M]. Für ein komplexes, matrixbelastetes Chromatogramm ist der Effekt direkt spürbar - die Signalintensität konzentriert sich, statt sich zu verteilen, was die Abgrenzung gegen Matrixsignale erheblich erleichtert und die Zahl falsch-negativer oder unklarer Befunde reduziert, gerade nahe dem regulatorischen Höchstgehalt (MRL). Der eigentliche Clou liegt aber nicht nur in der saubereren GC-Messung selbst, sondern darin, was mit diesem Molekülion anschließend möglich wird. (Abbildung 1)

Abb.1: Gegenüberstellung der MS¹-Spektren für Diazinon: klassische EI-Ionisierung (links) versus DBDI-Ionenquelle (rechts). Während EI ein stark fragmentiertes Spektrum mit über 20 konkurrierenden Peaks erzeugt, dominiert bei der DBDI-Ionenquelle das intakte [M+H]⁺-Ion.

Die Brücke zur LC-Welt: Eine Bibliothek für beide Plattformen

Weil die DBDI-Quelle ein [M+H]-Vorläuferion liefert - chemisch identisch zu dem, was eine klassische ESI-Quelle in der LC-MS erzeugt -, lässt sich der aus der LC-Welt vertraute Bestätigungs-Workflow direkt auf GC-Daten anwenden. Über datenabhängige Akquisition (DDA) kann eine Collission Induced Dissociation (CID)-Fragmentierung ausgelöst werden, sobald ein interessantes Vorläuferion detektiert wird. Die resultierenden MS²-Spektren lassen sich anschließend ohne Umweg gegen bestehende LC-MS/MS-Spektrenbibliotheken abgleichen.

Für ein Pestizidrückstands-Labor bedeutet das konkret: Ein Wirkstoff wie Diazinon, der bislang als GC-Peak detektiert, aber wegen dichter Fragmentierung nur mit zusätzlichem Interpretationsaufwand sicher identifiziert wurde, lässt sich künftig mit derselben MS²-Bibliothek bestätigen, die das Labor ohnehin für seine LC-ESI-Methoden pflegt - ganz ohne separate LC-MS/MS-Nachmessung und neue Probenvorbereitung.

Am Modellanalyten Diazinon wurde dieser direkte Abgleich bereits demonstriert: Das aus der GC-DBDI-Messung gewonnene MS²-Spektrum stimmte mit dem entsprechenden LC-MS/MS-Bibliothekseintrag als Top-Treffer überein - ganz ohne Übersetzung oder Anpassung der Spektren.

Was die Zahlen zeigen

Wie belastbar dieses Prinzip ist, wurde in zwei aufeinander aufbauenden Studien geprüft. In einer ersten Versuchsreihe wurden 74 Pestizide aus drei kommerziellen Multirückstandsstandards über eine GC-DBDI-QTOF-Kopplung vermessen, kalibriert über fünf Punkte von 1 ppb bis 1 ppm. Bereits im untargeted Full-Scan-Modus - also ganz ohne den für GC-EI üblichen Empfindlichkeitsgewinn per SIM oder MRM - erreichten 70 der 74 Verbindungen Nachweisgrenzen unterhalb des EU-Standardhöchstwerts von 10 ppb. Für ein Praxislabor ist das ein bemerkenswerter Befund: Es deutet darauf hin, dass mit gezielter Optimierung, etwa durch SIM-Fenster oder den Wechsel auf Triple-Quadrupol-Systeme, noch deutlich niedrigere Nachweisgrenzen realistisch erscheinen (Abbildung 2).

Abb.2: LOD-Verteilung für 74 Pestizide auf logarithmischer Skala (log₁₀).
Referenzlinien markieren den EU-Standard-MRL-Schwellenwert (10 ppb), 100 ppt und 10 ppt. Alle Messungen im Full-Scan MS¹-Modus.

In einer zweiten, im Rahmen eines Promotionsprojekts an der Technischen Universität München durchgeführten Studie wurde die Methode auf 687 Pestizide aus sowohl GC- als auch LC-geeigneten Verbindungsklassen skaliert. Bereits im ersten, nicht weiter optimierten Durchlauf wurden 99,1 Prozent der Verbindungen nachgewiesen - darunter auch klassisch LC-gängige, polare oder thermolabile Substanzen, die ohne jede Derivatisierung allein über die GC-Trennung erfasst wurden. Der lineare dynamische Bereich überstieg drei Größenordnungen, und die erreichte Empfindlichkeit lag für alle nachgewiesenen Verbindungen unter den EU-MRL-Schwellenwerten (Abbildung 3).

Abb.3: Simultane GC-DBDI-MS-Analyse von 687 Pestiziden (GC- und LC-geeignete Verbindungsklassen) in einer Matrix.
Laufzeit 15 min mit Wasserstoff als Trägergas. LODs erfüllen EU-MRL-Anforderungen (< 10 ppb).

Auch an einer weiteren Stellschraube wurde gearbeitet, die für den Laborbetrieb direkt relevant ist: Der Wechsel des Trägergases von Helium zu Wasserstoff reduzierte die Laufzeit um rund 40 Prozent auf 15 Minuten - bei gleicher chromatographischer Auflösung und ohne Einbußen bei MS-Leistung oder Spektrenqualität. Für ein Labor mit hohem Probendurchsatz, wie es in der Lebensmittelüberwachung üblich ist, ist das ein Faktor, der sich direkt in Kapazität übersetzt.

Was das für die Laborpraxis konkret bedeutet

Zurück zur Ausgangsfrage: Ein Labor, das eine solche Matrix nach heutigem Stand mit zwei getrennten Plattformen bearbeitet, unterhält zwei Massenspektrometer, zwei Ionenquellen, zwei Spektrenbibliotheksformate und entsprechend zwei parallele Methodenentwicklungs- und Validierungspipelines - mit allem, was das an Wartung, Ersatzteilhaltung und Schulungsaufwand für das Personal bedeutet.

Abb. 4: Shimadzu Nexis GC-2030,
Sicrit GC-Modul und Shimadzu LC 9030 QTOF

Mit einer gemeinsamen DBDI-Ionenquelle für GC und LC teilen sich beide Trennmethoden dieselbe Ionenchemie, dieselbe Spektrenbibliothek und denselben Bestätigungs-Workflow. Das bedeutet nicht, dass GC-EI und LC-ESI überflüssig werden. Es wird weiterhin Anwendungen geben, die gezielt vom charakteristischen EI-Fragmentierungsmuster zur Identifizierung profitieren, ebenso wie Verbindungen, die eine GC-Trennung schlicht nicht überstehen und auf ESI angewiesen bleiben.

Für den wachsenden Anteil an Substanzen jedoch, der sich mit einem einzigen Ionisierungsprinzip über beide Verbindungsräume abbilden lässt, sinkt der Aufwand für Geräteinfrastruktur, Methodenentwicklung, Wartung und Schulung spürbar.

Für ein Labor, das stark matrixbelastete Erzeugnisse analysiert, hieße das im Idealfall: ein GC-DBDI-QTOF-System, das sowohl die klassischen GC-Analyten wie Diazinon zuverlässig und mit sauberer Bestätigung erfasst, als auch einen relevanten Anteil der bislang LC-gängigen, polaren Substanzen mit abdeckt. Dieser Ansatz eröffnet einen Weg, die Unterteilung von GC und LC aufzulösen, ohne auf die analytische Tiefe einer der beiden Methoden zu verzichten.

Ob sich die vielversprechenden Ergebnisse auch auf Triple-Quadrupol-Systeme und die deutlich größeren Substanzlisten der routinemäßigen Rückstandsüberwachung übertragen lassen, müssen weiterführende Arbeiten zeigen. Es bleibt spannend zu beobachten, ob sich aus dieser Ionenchemie tatsächlich ein Weg ergibt, zwei bislang getrennte Welten der Rückstandsanalytik ein Stück näher zusammenzubringen.

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