Beschaffung eines Tandem-Quadrupol-Massenspektrometers mit einer GC-Anlage

Die Ausschreibung umfasst die Anschaffung eines Massenspektrometers mit GC-MS/MS-System vorrangig für die Analytik der Stoffgruppe der Pyrethroide. Dies sind hochwirksame Insektizide, die bereits in geringsten Konzentrationen (pg/L) negative Auswirkungen auf Menschen und Umwelt besitzen. Mit der Richtlinie 2026/805 vom 30.03.2026 wurden 5 Pyrethroide als Prioritäre Stoffe definiert und somit sind für diese Stoffe ab Ende 2027 Messungen in Oberflächengewässern verpflichtend durchzuführen. Die maximal erlaubten Jahresdurchschnittskonzentration (JD-UQN) in Oberflächenwasser sind hierbei:

Stoff JD-UQN (pg/L) Bifenthrin 9 Cypermethrin 30 Deltamethrin 1,7 Esfenvalerat 17 Permethrin 270

Die Bestimmungsgrenzen (BG) der einzelnen Analyten sollen zur sicheren Überprüfung der Einhaltung der UQN-Werte maximal 30% der UQN betragen. Daher werden für die Stoffe BG im unteren pg/L-Bereich erforderlich. Für Deltamethrin leitet sich beispielsweise eine Soll-BG von 0,3 x 1,7 pg/L = ca. 0,5 pg/L ab. Diese extrem niedrigen Bestimmungsgrenzen sorgen für sehr hohe Ansprüche an die Analytik im Labor. Dies umfasst neben einer äußerst genauen und blindwertfreien Arbeitsweise, einer effizienten Probenvorbereitung und -aufkonzentration vor allem die Verwendung eines sehr empfindlichen Messsystems. Aufgrund ihrer Stoffeigenschaften können Pyrethroide mit Hochleistungschromatographie-Systemen gekoppelt an Massenspektrometrie (LC-MS-Systeme) nicht hinreichend sensitiv erfasst werden, sondern es ist eine gaschromatographische Auftrennung der Stoffe mit Anschluss an die Massenspektrometrie (GC-MS) anzuwenden.

Dazu gibt es prinzipiell verschiedene Möglichkeiten der Kopplung von GC und MS-Systemen und der Ionisierungstechnik. Die im Routinebetrieb befindlichen Systeme basieren dabei auf drei verschiedenen Möglichkeiten: LV-EI (Large Volume – Electron Ionization) NCI (Negative Chemical Ionization) APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization)

Mit dem entsprechenden Ionisierungstechniken und verwendeten MS-Systemen können unterschiedliche Bestimmungrenzen für Pyrethroide bei gleicher Probenvorbereitung erzielt werden. Für Oberflächenwasser können für Deltamethrin mit den Systemen anhand der Ergebnisse eigener Messungen und den Berichten von nationalen und internationalen Arbeitsgruppen zur Analytik für Pyrethroiden mit diesen Systemen in etwa die folgenden Bestimmungsgrenzen erreicht werden:

LV-EI: ca. 100 pg/L NCI: ca. 50 pg/L APGC (Fa. Waters): ca. 10 pg/L

Hier zeigt sich, dass APCI-Systeme deutlich niedrigere Bestimmungsgrenzen erzielen und nur mit diesem Systemen Konzentrationen erfasst werden können, wie sie aufgrund der niedrigen UQN-Werte erforderlich sind.

Die Ionisierungstechnik der APCI in Kombination mit GC-MS-Systemen wird prinzipiell von mehreren Herstellern (Waters, Agilent, Bruker) angeboten. Die speziellen Anforderungen der sehr sensitiven Pyrethroid-Analytik werden allerdings nur von der Quelle der Fa. Waters GmbH (APGC-Quelle) in Kopplung mit einem entsprechend sehr nachweisstarken Triple-Quadrupol-Massenspektrometern erfüllt. APCI-Quellen anderer Hersteller können zwar auch mit Massenspektrometern (hochauflösende Systeme) kombiniert werden, allerdings nicht routinemäßig mit den nachweisstärkeren Triple-Quadrupol Massenspektrometern. Nur die Kopplung von GC-APCI mit einem mit Triple-Quadrupol Massenspektrometer erlaubt aufgrund dessen hoher Selektivität und Sensitivität einen zuverlässigen Nachweis von Pyrethroiden im gesetzlich geforderten niedrigen pg/L Bereich. Diese Alleinstellung der sehr hohen Sensitivität der Systeme der Fa. Waters GmbH ist durch einen intensiven Austausch mit anderen Laboren, die bereits Pyrethroid-Analytik betreiben, bestätigt. Die Nachweisstärke des APGC-MS-Systems der Fa. Waters GmbH wird durch ein Peak-to-peak Signal-zu Rausch-Verhältnis > 20 bei einer Injektion von 500 ag (atogramm) 2,3,7,8 TCDD on-column belegt. Andere Anbieter erreichen mit ihren Systemen diese erforderliche Empfindlichkeit nicht.