Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Chemie

Fachgebiet: Analytische Chemie

Betreuer: Prof. Dr. Ralf Zimmermann



Christopher Paul Rüger
(e-mail: christopher.rueger@uni-rostock.de )

Development and evaluation of innovative sampling, separation and ionization techniques for ultra-high resolution mass spectrometry – Analysis of petroleum and combustion aerosol samples

Die hochauflösende Massenspektrometrie ist eines der wichtigsten und leistungsfähigsten Werkzeuge der analytischen Chemie und ermöglicht die Zuweisung von Summenformeln zu Einzelkomponenten in komplexen Mischungen und damit ihre detaillierte chemische Beschreibung. Die Zielsetzung der Arbeit ist es, durch die Weiterentwicklung und Kopplung leistungsstarker Ionisierungstechniken und neuer Methoden der Probenaufgabe und Trennung das Potential der hochauflösenden Massenspektrometrie zu erweitern. Dabei konnte im Bereich der Laserdesorptionsionisierung eine Methode zur direkten Charakterisierung von Verbrennungsaerosol entwickelt werden. Im Feld der Elektrosprayionisierung wurden polare Verbindungen gezielt untersucht und ein neuartiges Dopant (Protonenschwamm) eingeführt. Für die Kopplung der Gaschromatographie an die Ionisierung unter Atmosphärendruck wurden komplexe, automatisierte Algorithmen zur Verbesserung der Datenverlässlichkeit entwickelt. Die Kopplung der thermischen Analyse erweiterte das Spektrum an detektierbaren Substanzen und wurde erstmals im Rahmen der Dissertation publiziert und auf verschiedene komplexe Proben, zum Beispiel Rohöle, Proben aus der Petrochemie und Biomasse, angewandt. Es konnte unter anderem eine detaillierte chemische Beschreibung der kompliziertesten Erdölfraktion, der Asphaltene, vorgenommen werden. Zusammenfassend konnten neue Ansätze zur Analyse hochkomplexer Probenmaterialien auf molekularer Ebene entwickelt werden. Es wurden wesentliche Fortschritte insbesondere im Bereich der Probenaufgabe und Ionisierungstechnik sowie der komplexen Datenauswertung bei der Kopplung mit Gaschromatographie und erstmalig auch mit der thermischen Analyse erzielt.

High-resolution mass spectrometry is one of the most important and powerful instruments in analytical chemistry and enables the assignment of elemental compositions to single compounds in complex mixtures and, thus, a detailed description of the chemical composition. This work aimed to push the methodologies in the field of high-resolution mass spectrometry with powerful ionisation techniques and novel methods for separation and sampling. In the field of laserdesorption ionisation a method, which enables the direct measurement of combustion particles, was developed, whereas in electrospray ionisation polar species were addressed and a new dopant (proton sponge) was introduced. For the coupling of gas chromatography to atmospheric pressure ionisation advanced, automatised algorithms providing more reliable data were developed. The range of detectable species is enlarged by the coupling of atmospheric pressure ionisation high-resolution mass spectrometry to thermal analysis. This approach is evaluated for the analysis of complex mixtures, such as crude oils, petrochemicals and lignocellulosic biomass, and published in the framework of this thesis for the first time. Among other studies, a detailed chemical description of the most complex crude oil fraction, asphaltenes, could be shown. In summary, the presented dissertation introduces novel approaches for the analysis of highly-complex mixtures on the molecular level in the field of high-resolution mass spectrometry. Advances in data analysis by use of sophisticated algorithms were achieved. Substantial improvements were accomplished combining atmospheric pressure ionisation methods with gas chromatography and thermal analysis for the first time.