Umgebungsdruck Laserdesorption

Die schnelle Detektion von sicherheitsrelevanten Substanzen, wie z.B. Sprengstoffe oder Drogen, kann ausschlaggebend dafür sein, dass bestmöglichste Entscheidungen in Einsatzlagen getroffen werden können. Hierfür ist ein leistungsfähiges und flexibles analytisches Werkzeug essenziell, das Zielsubstanzen, z.B. Spuren von Sprengstoffen, schnell und sicher nachweisen kann. Eine der größten Herausforderungen beim Nachweis dieser Substanzen ist der häufig sehr niedrige Dampfdruck oder die Instabilität der Zielanalyte. Atmosphärendruck Laserdesorption gekoppelt an ein handheld IMS oder Massenspektrometer ermöglichen hierbei eine schnelle und einfache Probennahme und Analyse von auf Oberflächen adsorbierten Analyten [1]. Die Umgebungsdruck Laserdesorption (APLD) ist eine hervorragende Alternative, um auf Oberflächen abgeschiedene Substanzen für die Detektion in die Gasphase zu bringen, ohne die Zerstörung des Analyten durch erhöhte thermische Belastung fürchten zu müssen [2]. Aufgrund der kurzen Laserpulsdauer, die im Nanosekundenbereich liegt, kann der thermische Energieeintrag in den Analyten minimiert werden.

Bei der APLD wird der Analyt direkt, mittels einer sehr kurzen Laserpulses, von der Oberfläche desorbiert. Ein Nd: YAG Laser erzeugt dabei diese Laserpulse, welche anschließend über eine Laserfaser zur Oberfläche transferiert werden. Dadurch wird der Analyt von der Oberfläche gelöst und anschließend durch eine Transferkapillare in ein Ionenfallenmassenspektrometer transferiert. Um eine Adsorption des Analyten auf Oberflächen zu verhindern, wird sowohl der Desorptionskopf als auch die Transferkapillare geheizt. Um bei einer Berührung der Oberfläche eine gleichzeitige thermische Desorption zu verhindern, ist die  Oberfläche mit einer Schicht Polytetrafluorethylen (PTFE) versehen. Der praktische Nutzen der Laserdesorption konnte bereits durch realistische Messungen mit sicherheitsrelevanten Substanzen demonstriert werden. Im Rahmen dieser Messungen wurden u.a EGDN (Ethylenglycol-dinitrat), Harnstoffnitrat, PETN (Nitropenta), HMT (Hexamethylentriperoxiddiamin), RDX (Hexogen), Tetryl (2,4,6-Trinitrophenyl-methylnitramin) und auch TNT (Trinitrotoluol) untersucht. Hierbei beliefen sich die erreichten Nachweisgrenzen je nach Substanz auf 0,5 bis 50 ng/cm², wobei diese durch aktuelle Verbesserungen in der LD Einheit, aber gerade auch durch das gekoppelte IMS weiter gesenkt werden. Die prinzipielle Eignung und Leistungsfähigkeit der APLD konnte bei Labor- und Feldtests, unter anderem in Kooperation mit dem Bundeskriminalamt Wiesbaden (BKA), für verschiedene Explosivstoffe, Drogen und Drogenvorläufer untersucht und gezeigt werden [3].

Links: Prinzip der Laserdesorption auf Oberflächen. Mitte: Darstellung der Beprobung einer Aluminiumoberfläche. Rechts: Übersicht des Gesamtaufbaus für die Laserdesorption von Oberflächen
Oben links: Stattfindende Desorption.
Mitte links: vollständiges Gerät.
Unten links: Laser zur Erzeugung von Laserpulsen im Nanosekundenberich
Rechts: Schematischer Aufbau des APLD-IT-MS-Systems.
Detektion von 200ng RDX auf einem Aluminium Träger mittels APLD-IMS [1].
Literatur

Literatur

[1] Ehlert, S., et al., Ambient Pressure Laser Desorption and Laser-Induced Acoustic Desorption Ion Mobility Spectrometry Detection of Explosives, Anal. Chem., 85(22), S. 11047-11053, 2013, DOI: 10.1021/ac402704c

[2] Li, L., et al., Pulsed laser desorption method for volatilizing thermally labile molecules for supersonic Jet Spectroscopy, Rev. of Sci. Inst., 59(4), S. 557-561, 1988, DOI: 10.1063/1.1139832

[3] Ehlert, S., et al., Rapid on-site detection of explosives on surfaces by ambient pressure laser desorption and direct inlet single photon ionization or chemical ionization mass spectrometry, Anal Bioanal Chem, 405(22), S. 6979-6993, 2013, DOI: 10.1007/s00216-013-6839-8