Non-Target-Analytik

Was kann die Non-Target-Analytik?

Bei der organischen Spurenanalytik wird üblicherweise eine gezielte Messung auf bekannte Stoffe mittels niedrigauflösender Massenspektrometrie (MS(/MS)) durchgeführt ("Target-Analytik"). Das Analysenverfahren wird dabei so optimiert, dass eine möglichst niedrige Bestimmungsgrenze für diese Zielsubstanzen erreicht werden kann. Informationen über darüber hinaus in den Proben vorkommende Stoffe werden dabei allerdings nicht erzielt.

Im Gegensatz dazu werden bei der sog. "Non-Target-Analytik" mittels Hochdruckflüssigchromatographie (LC) oder Gaschromatographie (GC) gekoppelt an hochauflösende Massenspektrometrie (HRMS) alle unter den jeweils gewählten Messbedingungen erfassbaren Stoffe registriert. Dabei fallen Daten zur exakten Masse, zur Retentionszeit sowie zur Intensität jedes registrierten Signals an. Durch die Verwendung der hochauflösenden Massenspektrometrie (Auflösung je nach Gerät und Massenbereich typischerweise 20.000 bis 280.000) lassen sich auch Stoffe mir sehr ähnlichen Massen unterscheiden. Aus den exakten Massen und der gemessenen Isotopenverteilung können die theoretisch möglichen Summenformeln berechnet werden. Bei ausreichender Intensität eines Substanzsignals können zudem gezielt MS2 -Spektren von diesen Substanzen aufgenommen werden, die zur Identifizierung verwendet werden (können).

Durch die Aufnahme und Speicherung aller mit dieser Technik erfassbaren Signale steht ein Abbild des Stoffinventars jeder Probe für weitergehende Auswertungen dauerhaft zur Verfügung. Bei der Analyse eines Kläranlagenablaufs werden so beispielsweise rund 5.000 einzelne Signale erfasst, von denen bislang nur ein Bruchteil (< 5 %) eindeutig identifiziert werden können.

Aus den exakten Massen, Summenformeln und den MS2-Spektren kann mit Hilfe von (automatisierter) Softwareunterstützung die Identifizierung einzelner Stoffe gelingen. Mit der Non-Target-Analytik ist es somit möglich, die Identität bisher nicht untersuchter und auch bislang in Umweltproben noch nicht identifizierter Stoffe aufzuklären. Dabei muss in einem letzten Schritt der jeweilige Stoff als Referenzsubstanz zur Verfügung stehen, um eine abschließende und eindeutige Identifizierung zu realisieren. Die identifizierten Stoffe können auf ihre Relevanz geprüft und ggf. anschließend in Monitoringprogramme übernommen werden.

Aus dem mit der hochauflösenden Massenspektrometrie gewonnenen Rohdatensatz können auch bereits bekannte Stoffe herausgefiltert und quantifiziert werden (Target-Analytik) ohne dafür weitere Messungen durchführen zu müssen. Allerdings ist die absolute Empfindlichkeit gegenüber den klassischen LC-MS/MS-Geräten meist etwas geringer.

Einsatz in der Gewässerüberwachung und im Gewässermonitoring

Am Rhein wird beispielsweise an der Internationalen Messstation Weil a. Rhein eine Mischprobe täglich mit Non-Target-Analytik untersucht. Die Datensätze werden über die Zeit systematisch verglichen und auf auffällige Stoffe geprüft. dabei kann z. B. das Auftreten einer Substanz an Wochentagen, aber nicht am Wochenende und auch nicht im August (Betriebsferien?) festgestellt werden. Sind einzelne Stoffe nur kurzzeitig auffällig, wird versucht, diese eindeutig zu identifizieren und die jeweilige Quelle (z.B. Abwassereinleitung) aufzuspüren und die Einleitung ggf. zu reduzieren.

Das LfU analysiert seit 2018 im Rahmen von mehreren Projekten flächenhaft Oberflächengewässer mit der Non-Target-Analytik. Somit können Auswertungen z.B. für Gewässerlängsschnitte oder für (Teil-)Einzugsgebiete vorgenommen werden.

Retrospektives Monitoring

LC-HRMS Orbitrap

Ergänzend zur Analytik für Oberflächengewässer wurden am LfU standardisierte Analyseverfahren für Schwebstoffe und Fische entwickelt. Alle mit diesen Methoden aufgenommenen Daten können nachträglich unter bestimmten Gesichtspunkten ausgewertet werden. Wird z.B. ein Stoff neu identifiziert, kann rückwirkend festgestellt werden, in welchen Gewässern dieser Stoff in den letzten Jahren ebenfalls nachweisbar war und der Stoff einer orientierten Bewertung und Relevanzprüfung zugeführt werden.