Verfahren zur selektiven Analyse einzelner spurenförmiger Komponenten in Gasen und Flüssigkeiten

Abstract

 Das Analysenverfahren beruht darauf, daß die gesuchte Komponente durch eine Vortrennung angereichert und anschließend massenspektrometrisch identifiziert wird. Die Vortrennung geschieht dadurch, daß eine im wesentlichen ebene, nicht poröse Festkörperoberfläche mit dem zu untersuchenden Gas oder der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird und die gesuchte Komponente aus der gasförmigen oder flüssigen Phase direkt oder als Folgeprodukt im Bereich einer Monolage, vorzugsweise in der obersten Monolage, an der Festkörperoberfläche niedergeschlagen wird. Die Anreicherung kann in der Weise erfolgen, daß die Festkörperoberfläche mit einem Reagenz präpariert wird, das die gesuchte Komponente direkt oder als Folgeprodukt selektiv bindet. Ein anderer Weg besteht darin, daß die gesuchte Komponente zunächst kollektiv mit anderen Komponenten an der Festkörperoberfläche ausgefällt wird und anschließend die anderen Komponenten durch ein Lösungsmittel extrahiert werden. Für den massenspektrometrischen Nachweis sind Geräte geeignet, die oberflächenspezifisch arbeiten und eine hohe Nachweisempfindlichkeit besitzen. Bewährt haben sich vor allem Sekundärionenmassenspektrometer und laserangeregte Mikromassenanalysatoren.

Beschreibung

[0001] Die Synthese immer neuer anorganischer und organischer Substanzen, die Frage nach ihren Reaktions- und Abbauprodukten sowie das Interesse am möglichen Auftreten spurenförmiger Begleitstoffe bei der Synthese und/oder bei der Reaktion und/oder beim Abbau dieser Substanzen stellt stets neue und ständig erhöhte Anforderungen an die Nachweisanalytik. Dies gilt insbesondere für Produkte auf dem Pharma-, Pflanzenschutz- und Farbstoffsektor. Gleichzeitig wird auch die Forderung nach Vereinfachung und Automatisierung dieser Nachweistechniken erhoben. Dies gilt insbesondere für den klinischen Sektor, für Arzneimittel sowie für die Analytik von Schadstoffen bei Insektiziden, Herbiziden und Fungiziden und von umweltschädlichen Begleitstoffen im Abwasser resp. Abgas. Dabei sind auch Verfahren von Interesse, mit deren Hilfe der qualitative und quantitative Nachweis von spurenförmigen Substanzen in einer Gesamtheit vieler weiterer Komponenten in verschiedenen Konzentrationen gefordert wird, wobei die Art der nachzuweisenden Substanzen oder die zugehörige Substanzgruppe an sich bekannt ist. Solche Aufgabenstellungen liegen beispielsweise häufig in der klinischen Diagnostik oder in Zentrallaboratorien großer chemischer Werke vor.

[0002] Zu diesem Zweck wurden und werden hochwertige Trenn- und Nachweisverfahren entwickelt; besonders zu nennen_.sind hier Trennverfahren auf der Basis von Hochdruckflüssigkeitschromatographie(HPLC) und Dünnschichtchromatographie (TLC) sowie, meist in offline-Kombination mit diesen Trennverfahren, massenspektrometrische Nachweisgeräte. Bei letzteren werden zur Ionisierung der getrennten Moleküle die Felddesorption, laserstimulierte Ionendesorption, Californium-Technik, chemische Ionisation sowie Ionenanregung (Sekundärionenmassenspektrometrie) benutzt. Ein Überblick über den derzeitigen Stand der Entwicklung wurde beispielsweise auf der Pittsburgh-Conference 1981 gegeben.

[0003] Ferner wurde auch schon die bekannte Methode der Papierstreifenchromatographie mit einem Massenspektrometer kombiniert. Im Papierstreifen findet eine Vortrennung des Substanzgemisches statt. Der Papierstreifen wurde dann anschließend'in ein Massenspektrometer gebracht und die den einzelnen Substanzen zugehörigen Flecke mit SIMS analysiert (siehe R. J. Day et al, Anal. Chem. 52 Nr.4 (1980) S. 557a - 572a). Von Nachteil ist bei diesen Methoden, daß die Vortrennung auf chromatographischem Wege erfolgt, wobei lange Analysenzeiten in Kauf genommen werden müssen. In vielen Fällen ist die Vortrennung erschwert oder sogar unmöglich, vor allem dann, wenn sich die einzelnen Komponenten bezüglich ihrer Wanderungsgeschwindigkeit wenig unterscheiden. Allen chromatographischen Trennungsmethoden ist gemeinsam,daß es sich um einen Volumenvorgang handelt,d.h.,daß der Trenneffekt auf Transporterscheinungen beruht, die sich in einer viele tausend Moleküllagen dicken porösen Trägerschicht abspielen. Aufgrund der hohen inneren Oberfläche des Trägers sind dazu relativ große Substanzmengen erforderlich.

[0004] Eine Vortrennung mit Hilfe eines porösen Sinterkörpers in Kombination mit einem massenspektrometrischen Nachweis wird ferner in der GB-OS 2 008 434 beschrieben. Das hier beschriebene Verfahren ist allerdings auf Substanzen beschränkt, die im Massenspektrometer aus dem Sinterkörper heraus verdampfen könnnen. Die im Sinterkörper angereicherte Substanz wird nämlich durch Erhitzen in die Gasphase überführt und anschließend, z. B. durch Elektronenstoß oder Feldionisation ionisiert. Eine direkte Ionisierung am Festkörper ist nicht möglich. Die Vortrennung beruht entweder auf einem chromatographischen Trenneffekt oder ist auf eine Art fraktionierte Destillation innerhalb des Sinterkörpers zurückzuführen. Der wesentliche Nachteil dieses Verfahrens besteht darin,daß sich thermisch labile Substanzen bei der thermischen Austreibung aus dem Sinterkörper zum Teil oder vollständig zersetzen können und somit fehlerhafte oder nicht auswertbare Massenspektren ergeben. Dies gilt insbesondere für hochmolekulare organische Verbindungen.

[0005] Zielsetzung war es daher unter Anwendung der Massenspektrometrie, ein Analysenverfahren zu schaffen, das verglichen mit den bekannten Verfahren, die auf der Kombination einer chromatographischen Vortrennung mit massenspektrometrischem Nachweis beruhen, folgende Anforderungen erfüllt:

a) Geringer Substanzverbrauch,

b) hohe Empfindlichkeit,

c) hohe Analysengeschwindigkeit,

d) möglichst vollständige Erfassung der gesuchten Komponente in der angereicherten Schicht beim massenspektrometrischen Nachweis,

e) vielseitige Anwendbarkeit hinsichtlich der zu analysierenden Komponenten,

f)vertretbarer, apparativer Aufwand.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine im wesentlichen ebene, nicht poröse Festkörperoberfläche mit dem Gas oder der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird und die gesuchte Komponente aus der gasförmigen oder flüssigen Phase direkt oder als Folgeprodukt im Bereich einer Monolage, vorzugsweise in der ersten Monolage, an der Festkörperoberfläche niedergeschlagen wird. Unter der "ersten Monolage" soll dabei die Moleküllage verstanden werden, die einen direkten Kontakt zu der (ursprünglichen) Festkörperoberfläche (Substrat) hat. Unter dem "Monolagenbereich" soll eine Schichtdicke von höchstens einigen Monolagen verstanden werden, dergestalt, daß in diesem Dickenbereich das Adsorptionsverhalten der adsorbierenden Moleküle noch wesentlich von der ursprünglichen Substratoberfläche bestimmt wird. Diese Definiton steht in Einklang mit der Literatur (s. z.B. Adsorption on Solids by V. Ponec et al. Butterworth & Co., London). Die zu verwendenden Festkörperoberflächen müssen die Voraussetzungen für eine definierte Phasengrenze zwischen fest-flüssig bzw. fest-gasförmig erfüllen.Dies ist nur möglich, wenn eine durchgehende zusammenhängende Oberfläche vorliegt, wie z.B. bei Metall- oder Kunststoff-Folien. Dagegen wäre diese Voraussetzung bei einem Porenkörper nicht erfüllt, da sich hier das Gas oder die Flüssigkeit im gesamten Volumen verteilen kann. Dem massenspektrometrischen Nachweis mittels oberflächensensitiver Methoden, wie z.B. die Sekundärionenmassenspektrometrie, sind aber-im wesentlichen immer nur die obersten Moleküllagen zugänglich. Bei Verwendung eines porösen Körpers zur Vortrennung ist der größte Teil der nachzuweisenden Substanz in tieferliegenden Taschen und Kanälen enthalten und kann daher vom Massenspektrometer nicht erfaßt werden. Im Gegensatz dazu findet bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Vortrennung immer an der frei liegenden Grenzfläche Flüssigkeit/Festkörper bzw. Gas/Festkörper statt und die Deponierung der gesuchten Komponente erfolgt ausschließlich im Monclagenbereich. Aus diesem Grunde wird diese Art der Vortrennung im folgenden kurz als "Planartrenntechnik" bezeichnet.

[0007] Ein wichtiger Schritt zur Erzielung einer wirksamen Vortrennung ist die Präparation der Festkörperoberfläche mit einem Reagenz, das die gesuchte Komponente direkt oder als Folgeprodukt selektiv bindet.

[0008] Ein anderer Weg besteht darin, daß die gesuchte Komponente zunächst zusammen mit anderen Komponenten an der Festkörperoberfläche ausgefällt wird und anschließend die anderen Komponenten durch ein Lösungsmittel extrahiert werden. Im Rahmen der Vortrennung wird also die Festkörperoberfläche einer systematischen Vorbehandlung unterzogen, um die gesuchte Komponente oder ein für sie charakteristisches Folgeprodukt mit hoher Dichte auf der Festkörperoberfläche zu deponieren. Von massenspektrometrischer Seite kommt noch die praktisch immer erfüllbare Forderung hinzu, daß die deponierte Komponente bzw. das Folgeprodukt im Massenspektrum einen charakteristischen Peak liefert.

[0009] Durch laterale Unterteilung der Festkörperoberfläche in verschiedene Felder, die mit verschiedenen Reagenzien präpariert sind, kann man erreichen, daß auf einer einzigen Festkörperoberfläche verschiedene Komponenten nebeneinander angereichert werden können. Durch mechanische Verschiebung des Substrates können dann die verschiedenen Flächen getrennt im Massenspektrometer analysiert werden. Zur Identifizierung der angereicherten Kompozenze wird vorteilhaft ein massenspektrometrisches Verfanren benutzt, das nur den Monolagenbereich erfaßt, i.h. oberflächenspezifisch arbeitet. Aus diesem Grunds ist hier die Methode der Sekundärionenmassenspektromevie (SIMS) erfolgversprechend.

[0010] Anstelle von SIMS kann bei dem erfindungsgemäden Verfahren auch ein laserangeregter Mikromassenanalysator mit Flugzeitspektrometer eingesetzt werden. dieser Variante handelt es sich zwar streng genommen nicht um ein oberflächenspezifisches Nachweisverfahren. Aufgrund der durch die hohe Ionentransmission im Flugzeitspektrometer bedingten außerordentlich großen Nachweisempfindlichkeit ist dieses Verfahren jedoch ebenfalls geeignet, um die auf der Oberfläche einer Trägerfolie angereicherte Komponente zu detektieren.

[0011] Besonders aussichtsreich erscheint das erfindungsgemäße Verfahren in der medizinischen Diagnostik. Zu diesem Zweck wird die bekannte Teststreifenmethode zur Untersuchung von Körperflüssigkeiten in der Weise modifiziert, daß der Teststreifen im obigen Sinne als Festkörper verwendet und massenspektrometrisch ausgewertet wird.

[0012] Unter Teststreifen-Technik wird die Methode des selektiven optischen Nachweises einzelner Substanzen durch gezielte chemische Reaktion mit einer auf dem Teststreifen aufgebrachten chemischen Verbindung, verbunden mit einem Farbumschlag, verstanden. Solche Teststreifen sind beispielsweise für die Bestimmung von Zucker im menschlichen Harn bekannt. Zur simultanen optischen Analyse mehrerer Komponenten, z. B. im Blut oder im Urin, sind entsprechende Teststreifen und optische Nachweisgeräte im Handel.

[0013] Die Modifizierung der bekannten optischen Teststreifen-technik besteht darin, daß die speziellen chemischen Verbindungen, die aus dem vorgegebenen Substanzgemisch selektiv einzelne Substanzen durch Adsorption oder chemische Reaktion (z. B. Komplexbildung bei chemischen Substanzen oder enzymatische Reaktionen bei biochemischen Substanzen oder Antikörper-Antigen-Bindung bei biologischen Substanzen) herausholen, fest an der Oberfläche des massenspektrometrischen Objektträgers fixiert sind. Die Notwendigkeit eines optischen Nachweises durch Farbumschlag entfällt, da der Nachweis der einzelnen Substanzen nicht optisch, sondern massenspektrometrisch erfolgt. Damit werden die Möglichkeiten für das Auffinden selektiv arbeitender chemischer oder biochemischer Reagenzien ganz außerordentlich erweitert. So sind gezielte enzymatische Reaktionen oder gezielte Antikörper-Antigen-Reaktionen, die beide meist ohne Farbänderung ablaufen, in breitem Maße anwendbar.

[0014] Weitere Modifizierungen und Fortbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0015] Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:

a) Sehr geringer Substanzverbrauch (in der Größenordnung 10^-10 bis 10^-14 g), da als massenspektrometrischer Objektträger keine porösen Körper, wie Silicagel, Quarz oder Zellulose (Papier) mit hoher innerer Oberfläche bzw. großem Porenvolumen verwendet werden, sondern nichtporöse Träger wie z.B. Metallstreifen oder Polymerfolien;

b) extrem hohe Empfindlichkeit und klare Identifizierungsmöglichkeit der nachzuweisenden Substanz über ihr Massenspektrum; Nachweisgrenze bei SIMS bei ca. 10^-13 g, bei dem laserangeregten Mikromassenanalysator zwischen 10^-18 und 10^-20 g; dies ermöglicht eine starke Reduzierung der erforderlichen Substanzmengen und damit verbunden der Reagenz-ien bzw. Lösungsmittel für die Oberflächenpräparation;

c) hohe Analysengeschwindigkeit im Vergleich zu den relativ langen Meßzeiten bei der Kopplung von Massenspektrometrie mit Flüssigkeits- bzw. Papierchromatographie;

d) Reduzierung des experimentellen Aufwandes gegenüber der Kopplung von Massenspektrometern mit Chromatographiegeräten;

e) hohe Punktauflösung der Einzelanalyse bei der Kombination von Planar-Trenntechnik und Laseranregung, verbunden mit einem lateralen Auflösungsvermögen von ca. I_/um; diese Punktanalyse hoher Ortsauflösung ist für viele Anwendungsgebiete von großem Vorteil.

f) Analyse von organischen Verbindungen, die bisher dem massenspektrometrischen Nachweis unzugänglich waren.

[0016] Während der chromatographische Trenneffekt bei den bisher bekannten Verfahren auf Diffusions- und Transportvorgänge zurückzuführen ist und daher lange Meßzeiten erfordert, hängt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Geschwindigkeit, mit der die Vortrennung bzw. Anreicherung am Festkörper erfolgt, nur von der Kinetik des Absorptionsprozesses ab, der die Bindung der gesuchten Komponente an die Festkörperoberfläche bewirkt. Dieser Prozeß läuft aber in Zeiten ab, die um Größenordnungen unter den für die chromatographische Trennung erforderlichen Zeiten liegen. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren immer dann mit Erfolg eingesetzt werden, wenn die Aufgabe besteht, eine oder mehrere an sich bekannte Komponenten in einer Lösung"oder einem Gemisch (gasförmig oder flüssig) nachzuweisen. Dazu gehören insbesondere Lösungen von nicht verdampfbaren organischen Substanzen, die früher mit einem Flüssigkeitschromatographen analysiert wurden.

[0017] Die Anreicherung in einer Monolage an der Oberfläche des Festkörpers erlaubt die Anwendung aller oberflächenanalytischen Verfahren, die für den Nachweis von Elementen und bedingt auch von Verbindungen geeignet sind. Neben SIMS und Laseranregung kommt auch die Methode der Bombardierung mit schnellen Neutralteilchen (fast atom bombardement, FAB) in Frage.

[0018] Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Zeichnungen näher erläutert.

[0019] Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die selektive Ausfällung einer Komponente C aus einer Lösung mit mehreren Komponenten an einer präparierten Festkörper- oberfläche,

Fig. 2 schematisch die selektive Ausfällung verschiedener in einer Lösung vorhandener Komponenten A, B, C an einer Festkörperoberfläche mit unterschiedlich präparierten Feldern,

Fig. 3 eine schematische Übersicht über die der Planar- Trenntechnik zugrunde liegenden Verfahrensschritte,

Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau eines Sekundärionenmassenspektrometers (SIMS) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 den prinzipiellen Aufbau eines laserangeregten Mikromassenanalysators zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 6 eine Detailzeichnung der Probenhalterung bei der Apparatur gemäß Fig. 5 in Aufrißdarstellung,

Fig. 7 dieselbe Probenhalterung in Draufsicht,

Fig. 8 u. 9 die zu den Analysenbeispielen gehörenden Massenspektren.

[0020] Der erste Schritt des Verfahrens, d. h. die selektive Anreicherung der gesuchten Komponente an der Festkörperober- . fläche, beruht auf einer Ausfällung der gesuchten Substanz an der Oberfläche des Festkörpers. Gefällt werden kann aus einem Gas eine Gaskomponente, die mit der Oberfläche eine nicht flüchtige Bindung eingeht. Im Falle von Flüssigkeiten wird eine Flüssigkeitskomponente oder eine gelöste Komponente ausgefällt, die an der Oberfläche gebunden wird. Entsprechend der Bedeutung, die die analytische Bestimmung von Flüssigkeiten heute gewonnen hat, werden im folgenden Ausführungsbeispiele behandelt, die sich auf Lösungen beziehen.

[0021] Um eine bestimmte Substanz in einer Lösung nachzuweisen bzw. quantitativ zu bestimmen, wird diese in Kontakt mit einer Festkörperoberfläche gebracht. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung reagiert diese mit der zu erfassenden Lösungskomponente in der Art, daß die Festkörperoberfläche in einer für die Substanz spezifischen weise chemisch verändert wird. Im einfachsten Falle kann es sich hierbei um die direkte Bindung dieser Substanz an die Oberfläche handeln. Es können aber auch Folgeprodukte der Reaktion zwischen der Festkörperoberfläche und der Substanz aus der Lösung an der Oberfläche zurückbleiben.Der Nachweis der substanzspezifischen Oberflächen-Reaktionsprodukte erfolgt vorzugsweise in einem SIMS oder einem laserangeregten Mikromassenanalysator.

[0022] Entscheidend für diese Kombinationsverfahren ist die auf die betreffende Substanz bzw. Nachweisreaktion abgestimmte Oberflächen-Präparation der Testoberfläche. Sie kann mit verschiedenen chemischen und physikalischen Präparationsverfahren und deren Kombination erfolgen.

A. Chemische Präparationsverfahren:

Z. B. Aufbringen einer Reagenzverbindung, mindestens als Monolage, die mit der zu untersuchenden Substanz eine unlösliche Verbindung eingeht.

B. Physikalische Präparationsverfahren, z. B.:

- Aufdampfen

- Zerstäuben

- CVD (Chemical Vapor Deposition)

- Implantation.

C. Eine Kombination von Verfahren aus den Gruppen A und B.

[0023] Ein einfaches Beispiel ist der Nachweis von Cl in einer Lösung. Hier genügt als Reaktionsfläche eine gereinigte Ag-Folie. In der C1-haltigen Lösung bildet sich unlösliches AgCl, das mit SIMS als Cl^- oder AgCl₂^- nachgewiesen wird.

[0024] Der Nachweis von anderen Komponenten, z. 8. organischen Molekülen in Körperflüssigkeiten, setzt entsprechend präparierte Oberflächen voraus, die zu substanzspezifischen Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Oberfläche führen und die mit SIMS oder Laseranregung mit Mikromassenanalysator erfaßt werden können.

[0025] Fig. 1 zeigt schematisch den Ablauf des Substanznachweises in einer Lösung über eine mit SIMS erfaßte Oberflächenreaktion (Anlagerungsreaktion). Von den drei angenommenen Lösungskomponenten A, B, C kann z.B. nur die Komponente C irreversibel an das Oberflächenreagenz R gebunden werden. Bei der anschließenden SIMS-Analyse wird daher C neben dem Reagenz R nachgewiesen werden können. Neben einfachen "Anlagerungsreaktionen" kann der Nachweis einer Komponente auch über andere Reaktionsergebnisse an der Oberfläche erfolgen. Nimmt man z.B. an, daß sich die Komponente A mit dem Oberflächenreagenz R zum Folgeprodukt P umsetzt, so sind 3 Schritte zu unterscheiden:

1. Binden von A;

2. Verschwinden des Reagenz R;

3. Erzeugung einer neuen Produktkomponente P durch Reaktion zwischen dem Oberflächenreagenz R und der Lösungskomponente A

Selbstverständlich kann die Oberfläche auch mit komplexen Reagenzien (z.B. Gemischen) bedeckt werden, so daß auf einer Fläche substanzspezifische Reaktionen für verschiedene Lösungskomponenten nebeneinander ablaufen können, die dann über eine gemeinsame SIMS-Analyse der gleichen Fläche erfaßt werden.

[0026] Es ist auch möglich, auf einer Testoberfläche räumlich getrennt verschiedene Reagenzien aufzubringen. Die SIMS-Analyse gegebenenfalls mit mechanischer Verschiebung der Probe kann die verschiedenen Flächen dann getrennt analysieren. Diese Möglichkeit wird in Fig. 2 schematisch dargestellt.

[0027] Zur Einleitung, Verstärkung oder generell Steuerung der komponentenspezifischen Oberflächenreaktion können insbesondere dann, wenn die gelösten Substanzen als Ionen vorliegen oder ein Dipolmoment besitzen, elektrische Gleich-oder Wechselfelder eingesetzt werden. Deren Wirkung kann durch eine Mikrorauhigkeit der Oberfläche verstärkt werden.

[0028] Entsprechende Wirkungen können auch durch Zugabe geeigneter Zusatzreagenzien in die Lösung vor der Wechselwirkung mit der Festkörper-Oberfläche erzielt werden.

[0029] Durch geeignete chemische oder physikalische Nachpräparation kann zusätzlich eine Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit bzw. eine Vereinfachung des Nachweises der durch die Nachweisreaktion erfolgten Veränderung der Oberfläche mittels SIMS erreicht werden.

[0030] In ähnlicher Weise wie SIMS kann auch die Laserdesorption zur Erfassung der substanzspezifischen Oberflächenveränderungen verwendet werden.

[0031] Ein Monolagenverfahren ist deshalb besonders günstig, weil es die Verbindung als solche nachweist, eine extreme Empfindlichkeit besitzt und nur die oberste Monolage erfaßt.Neben den vorbeschriebenen Methoden kommen grundsätzlich auch andere massenspektrometrische Nachweisverfahren infrage, wie die ²⁵²Kalifornium-Technik und die Ionisierung durch Beschuß mit neutralen Atomen. Vorzuziehen sind diejenigen Methoden, bei denen die gesuchte Komponente oder deren Folgeprodukt in unzerstörter Form detektiert wird.

[0032] Anhand des Schemas nach Fig. 3 sollen die Möglichkeiten zur Realisierung der Planar-Trenntechnik zusammenfassend erläutert werden. Die zu untersuchende Flüssigkeit (Meßflüssigkeit) bzw. das zu untersuchende Gas (Meßgas) enthält die Komponenten A₁ ... An. Die gesuchte Komponente sei A_i. Der erste Schritt ist die Bindung bzw. Absorption der gesuchten Komponente Ai an der Festkörper- oberfläche. Das Endziel ist die möglichst quantitative massenspektrometrische Erfassung der auf der Festkörper- oberfläche angereicherten Komponente A_i. Praktisch läuft der erste Schritt in der Weise ab, daß der Festkörper mit seiner Testoberfläche in die zu untersuchende Flüssigkeit getaucht wird bzw. der zu untersuchenden Gasatmosphäre ausgesetzt wird. Bei dieser Exposition wird die gesuchte Komponente A_i gegebenenfalls zusammen mit einigen anderen Komponenten A_i ... A oder auch zusammen mit allen anderen Komponenten A ... An an der Oberfläche ausgefällt. Zur relativen Anreicherung an der Oberfläche stehen nun grundsätzlich zwei Wege offen:

1. Die Festkörperoberfläche ist so präpariert, daß von vornherein nur die gesuchte Komponente Ai ausgefällt wird, während die anderen Komponenten nicht absorbiert werden. Die Anreicherung erfolgt also dadurch, daß die gesuchte Komponente A_i im Grenzfall selektiv absorbiert wird. Der Festkörper mit der angereicherten Komponente A_i wird dann als Target in das Massenspektrometer eingeschleust und Ai identifiziert. Dieser Weg ist in Fig.3 mit I bezeichnet.

2. Im anderen Grenzfall werden zunächst sämtliche vorhandenen Komponenten A ... An an der gegebenenfalls präparierten Oberfläche abgeschieden. Die relative Anreicherung der gesuchten Komponente Ai erfolgt dann in einem nachgeschalteten Schritt dadurch, daß durch Behandlung des Festkörpers mit einem Lösungsmittel oder Spülmittel alle Komponenten außer der gesuchten Ai wieder entfernt werden. Dieser Vorgang wird im folgenden als Extraktion bezeichnet. Anschließend erfolgt der massenspektrometrische Nachweis der auf der Festkörperoberfläche verbliebenen Komponente A_i wie unter Pkt. 1. beschrieben.

[0033] Dieser Weg, der in Fig. 3 mit III bezeichnet ist, beruht also auf der kollektiven Ausfällung aller vorhandenen Komponenten an der Festkörperoberfläche und der nachfolgenden Konservierung der gesuchten Komponente Ai durch Behandlung der gegebenenfallsvorpräparierten Oberfläche mit einem Lösungsmittel, das die anderen gebundenen Komponenten wieder herauslöst (Extraktion).

[0034] Neben den Grenzfällen der selektiven Absorption von A_i an der Festkörperoberfläche und der kollektiven Absorption von A₁ ... A und anschließender selektiver Konservierung von Ai, besteht auch die Möglichkeit, daß · nur ein Teil der vorhandenen Komponenten einschließlich der gesuchten A_i an der Oberfläche absorbiert wird. Dieser Weg liegt bildlich gesprochen zwischen den beiden Grenzfällen I und III und ist in dem Schema

[0035] Fig. 3 mit II bezeichnet. Der massenspektrometrische Nachweis von A_i erfolgt entweder direkt oder nach Einschaltung eines Zwischenschrittes,bei dem alle Komponenten außer A_i in der beschriebenen Weise extrahiert werden. Wie unter III angedeutet, ist es auch denkbar, daß durch das Lösungsmittel nur ein Teil der anderen, nicht gesuchten Komponenten ausgewaschen wird und die gesuchte Komponente A_i zusammen mit wenigen anderen Komponenten auf der Oberfläche verbleibt. In solchen Fällen muß sichergestellt sein, daß der anschließende massenspektrometrische Nachweis von A_i nicht durch die anderen Komponenten gestört wird.

[0036] Bei SIMS ist es bekannt, daß man die Ionisierungswahrscheinlichkeit an der Festkörperoberfläche durch eine Dotierung mit bestimmten Substanzen, z.B. Alkali-Verbindungen, erhöhen kann. Die solchermaßen aktivierte Komponente kann dann mit erhöhter Empfindlichkeit nachgewiesen werden. Gemäß Fig. 3 wird dieser unmittelbar vor dem massenspektrometrischen Nachweis eingeschobene Schritt als"Aktivierung" bezeichnet.

[0037] Entscheidend für die Wirksamkeit der Planar-Trenntechnik mit den in Fig. 3 aufgezeigten Wegen ist die gezielte Präparation der Festkörperoberfläche, die dann als Target ins Massenspektrometer gebracht wird. So kommt es bei dem Anreicherungsweg gemäß I darauf an, daß das Oberflächenreagenz eine möglichst quantitative Abscheidung der gesuchten Komponente A_i bewirkt, während die anderen Komponenten in Lösung verbleiben. Dagegen liegt der Schwerpunkt der Vorbehandlung bei dem Anreicherungsweg nach III auf der Extrahierung der nicht gesuchten Komponenten mit einem geeigneten Lösungsmittel. Zur Lösung dieses Problemes können die bei der Chromatographie angewandten Eluationsmethoden gegebenenfalls in modifizierter Form herangezogen werden. Die Bindung einer Komponente an die Festkörper- oberfläche kann auf folgende Weise geschehen:

1. Physikalische Adsorption (Van der Waals-Kräfte bzw. elektrostatische Kräfte bei ionogener Bindung),

2. Chemisorption z.B. Bildung von Komplexen zusammen mit dem Oberflächenreagenz,

3. Enzymatische Bindung bei biochemischen Substanzen,

4. Antikörper-Antigen-Bindung bei biologischen Substanzen.

[0038] Bei allen Bindungstypen außer 1. reagiert die ausgefällte Komponente mit dem Oberflächenreagenz in der Weise, daß ein charakteristisches Folgeprodukt entsteht, das dann entweder direkt oder nach weiterer Modifizierung (wenn eine Extraktion und/oder Aktivierung vorgesehen ist) massenspektrometrisch identifiziert wird. Mit Ausnahme der physikalischen Adsorption findet in allen Fällen eine strukturelle Änderung des Oberflächenreagenz und der absorbierten Komponente statt .

[0039] Nachfolgend werden zwei Apparaturen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Das in Fig., 4 schematisch dargestellte Sekundärionenmassenspektrometer besteht im wesentlichen aus dem Massenspektrometerraum 1 mit Primärionenquelle 2, Ionenoptik 3 und Quadr_upol- massenfilter 4 mit Detektor 5. Die Ionenquelle 2 steht mit einer Argon-Flasche 6 in Verbindung. Die als Target 7 verwendete Festkörperoberfläche mit der darauf befindlichen angereicherten Komponente wird über eine Schleusenvorrichtung 8 in den Massenspektrometerraum 1 eingeführt. Die Vakuumversorgung für das Massenspektrometer besteht aus der Titansublimationspumpe 9, der Kryopumpe 10, der Turbomolekularpumpe 11 und der Rotationspumpe 12. Zur Kontrolle des Vakuums dienen Ionisationsmanometer 13. Die Ionenquelle 2 gestattet die Erzeugung von Primärionen (Argonionen) mit einer Energie von mehreren keV und einer Stromdichte von 10^-9 bis 10^-8 A/cm² . Die Messungen finden im Hochvakuum bei ca. 10 Torr statt.

[0040] Bei der zweiten Apparatur, die in Kombination mit der Planar-Trenntechnik benutzt wurde, handelt es sich um einen laser-angeregten Mikromassenanalysator. In diesem Zusammenhang wurden apparative Weiterentwicklungen durchgeführt, die ganz neue Anwendungsmöglichkeiten erschließen. Die in Fig. 5 schematisch dargestellte Apparatur besteht im wesentlichen aus einem Flugzeitmassenspektrometer 14 mit Detektor 15 und einem gepulsten Hochleistungslaser 16 zur Verdampfung und Ionisierung der Probe 17. Der Laserstrahl wird mit Hilfe eines Objektivs 18 auf die Probe 17 fokussiert. Mit Hilfe eines Spiegels 19 und eines Okulars 20 kann die Lage der Probe im Massenspektrometerraum bezüglich des Laserstrahles visuell kontrolliert und bei Bedarf nachjustiert werden.

[0041] Der Laser 16 erzeugt einen sehr kurzen Lichtimpuls (Laserblitz), der die auf einem geeigneten Objekthalter befindliche Probe sehr schnell verdampft und zum größten Teil ionisiert. Die gebildeten Ionen werden von dem Flugzeitmassenspektrometer 14 erfaßt und nach dem Prinzip der Laufzeitmessung separiert. Die am Multiplier 15 eintreffenden Ionen erzeugen ein elektrisches Signal, das nach Verstärkung (21) einem Transientenrecorder 22 zugeführt wird und anschließend auf einem Schreiber 23 und einem Oszillographen 24 dargestellt wird. Der Transientenrecorder 22 wird von dem Laser getriggert.Zur Erzeugung des notwendigen Vakuums ist das Flugzeitmassenspektrometer 14 mit entsprechenden Vakuumpumpen verbunden.

[0042] Bei den konventionellen Apparaturen dieser Bauart ist die Probe 17 auf einer dünnen polymeren Trägerfolie angeordnet und befindet sich im Hochvakuum des Massenspektrometers. Der Laserstrahl wird durch eine am Massenspektrometer 14 angebrachte Glasscheibe, die die vakuumdichte Trennung zwischen Massenspektrometer (Hochvakuum) und Laser (Luft) herstellt, auf die Probe fokussiert. Es wurde nun gefunden, daß die dünne polymere Trägerfolie (Dicke ca. 0,1 _/um) direkt als Trennfolie zwischen dem Lichtmikroskopraum (Luft) und dem Massenspektrometer (Hochvakuum) dienen kann und diese Trägerfolie auch bei mehrmaligem Durchschuß mit dem Laser nicht aufreißt, wobei auch das zum Betrieb des Massenspektrometers erforderliche Vakuum selbst durch mehrere solcher Löcher (Durchmesser ca. 2 _/um) nicht beeinträchtigt wird. Diese Tatsache ermöglicht es, daß die Trägerfolie mit der Probe auf der Außenseite des Massenspektrometers unter Atmosphärendruck oder Schutzgas angebracht wird. Der Laserblitz sorgt dann dafür, daß die auf der Folie befindliche Probe durch ein gleichzeitig entstehendes Loch in der Folie in den Massenspektrometerraum verdampft. Eine dementsprechend modifizierte Probenhalterung ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt.

[0043] Die Probe 17 liegt auf dem Probenhalter 25, der über den Dichtungsring 26 zentral über eine Aussparung 27 in der Außenwand 28 des Massenspektrometers 14'angeordnet ist. Als Probenhalter 25 können Blenden benutzt werden, wie sie beispielsweise in der Elektronenmikroskopie eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um massive Metallblättchen z.B. aus Platin, Silber, Stahl u. a. mit einer Dicke von ca. 1 mm, die eine oder mehrere Bohrungen 29 mit Durchmessern zwischen 10 und 100 _/um besitzen. Es sind auch Metallblättchen bekannt, die zentrisch eine größere Bohrung besitzen, die ihrerseits mit einem Metallnetz mit Maschenweiten zwischen 20 und 100 _/um abgeschlossen ist.

[0044] Auf diese Metallblenden werden dünne Polymerfolien gespannt, die einerseits als Vakuumabschluß dienen und andererseits nichtporöse Träger für die zu untersuchenden Substanzen darstellen. Zur Anreicherung der zu untersuchenden Substanz werden die Trägerfolien mit chemisch oder biochemisch selektiv wirkenden Reagenzien belegt,wie auf Seiten 14 - 17 beschrieben. Es ist auch denkbar, daß diese Reagenzien in der Folie selbst enthalten sind.

[0045] Das Material der Trägerfolie kann z.B. aus Kollodiumlack oder aus Zaponlack oder aus Formvar o. ä. bestehen; diese Materialien werden auch in der Elektronenmikroskopie als Trägerfolien benutzt. Die Aufbringung der Trägerfolie auf den Probenhalter 25 erfolgt durch Absenken einer durch Spreiten von Kollodiumlack oder Zaponlack oder Formvar o.ä. 'auf einer Wasseroberfläche erzeugten, sehr dünnen Folie, z.B. in einem Scheidetrichter oder durch Herstellung der Trägerfolie durch Spreiten des Lackes auf einem glatten Träger, z.B. einer Glasplatte, Ablösen der Folie, z.B. durch langsames Eintauchen in Wasser und Überführung der Trägerfolie auf den Probenhalter 25.

[0046] Der Beweis für die überraschend hohe Vakuumfestigkeit der Trägerfolien, selbst nach Durchschuß mehrerer Löcher mit dem Laserstrahl, konnte mit Hilfe elektronenmikroskopischer Aufnahme erbracht werden. Dabei zeigt es sich, daß der Laserstrahl nahezu kreisrunde Löcher mit einem Durchmesser von 1 bis 2 _/um in die 0,1 _/um starke Trägerfolie schmilzt.Durch Reihenmessungen konnte sicher gestellt werden, daß die Betriebsbereitschaft der Apparatur auch nach mehreren Durchschüssen erhalten bleibt. Die aufgrund der Durchschüsse entstehenden Lecks sind offensichtlich so klein, daß das Vakuum in der Apparatur nicht beeinträchtigt wird. Im übrigen besteht natürlich auch die Möglichkeit, daß nach einem Durchschuß das in der Trägerfolie entstandene Loch durch Betupfen mit einem Lack (z.B. Kollodiumlack) sofort wieder verschlossen wird.

[0047] Schwierigkeiten bereitet es, sowohl die Reagenzsubstanz als auch die nachzuweisende Substanz auf kleine vorbezeichnete Flächen, z.B. kreisförmige Flächen von 10 - 50 _/um auf der Trägerfolie, abzuscheiden. Dieses Problem kann aber dadurch gelöst werden, daß die an sich hydrophobe Trägerfolie durch Bestrahlung mit Elektronen mit einem entsprechend gebündelten Elektronenstrahl oder durch Behandlung in einer mit Gleich- oder Wechselstrom betriebenen Gasentladung unter Zwischenschaltung entsprechender Blenden mit kreisförmigen Ausschnitten geeigneter Größe örtlich hydrophiliert wird. Damit wird erreicht, daß sowohl bei der Aufbringung der Reagenzien aus einer Lösung bzw. einer Suspension als auch bei der Abscheidung der nachzuweisenden Substanzen aus der Lösung oder Suspension sich diese nur in dem durch Hydrophilierung vorbereiteten, eng umgrenzten, vorgewählten Bereich niederschlagen.

BEISPIELE FÜR DIE SELEKTIVE ABSCHEIDUNG UND ANSCHLIESSENDE SIMS-ERFASSUNG GELÖSTER CHEMISCHER VERBINDUNGEN AN PLANAREN FESTKÖRPEROBERFLACHEN

[0048] Die in den Beispielen verwendeten Substanzen sind in der beigefügten Tabelle zusammengestellt. Von den in dem Schema nach Fig. 3 angeführten selektiven Abscheidungswegen wurde der mit einer Abscheidung aller in der Lösung vorhandenen Komponenten beginnende Weg (III) eingeschlagen:

Durch Eintauchen eines geeigneten ebenen Targets in die entsprechende Lösung werden alle gelösten Substanzen (A₁....A_n) auf der Oberfläche abgeschieden. Bei dem anschliessenden Spülen in destilliertem Wasser (Selective Extraction)werden bis auf eine (A_i) alle aufgebrachten Verbindungen von der Oberfläche entfernt. Nach diesem Extraktions- oder Spülvorgang wird die einzige auf der Oberfläche verbleibende Komponente (A_i) aus der Mischung (A₁....A_n) über ein charakteristisches Sekundärion (M_i+Ag)⁺ oder (M_i-H)^- nachgewiesen.

1. Probenzusammensetzung

[0049] Die planare Trenntechnik wird an zwei verschiedenen Lösungen organischer Verbindungen in H₂0 erläutert:

Probe A: 2-Komponenten-Lösung

[0050] Die Ausgangslösung enthält je 1,5·10^-3 mol/1 der folgenden Komponenten in H₂O:

Mephobarbital

Sulfanilamid

Probe B: 4-Komponenten-Lösung

[0051] Die Ausgangslösung enthält je 0,75.10^-3 mol/l der folgenden Komponenten in H₂O:

Alanin

Phenylalanin

Adenin

Sulfanilamid

2. Trenn- und Nachweisfläche (Target)

[0052] Als Trenn- und Nachweisfläche dient ein 0,1 mm dickes Silberblech der Abmessung 10 x 20 mm. Das Blech wurde vor dem Eintauchen in die zu analysierende Lösung zur Reinigung und Aufrauhung für 3 Minuten in HNO₃ (20 %) getaucht, anschliessend 3 x mit destilliertem Wasser im Ultraschallbad gespült.

3. Aufbringen der in der Probe gelösten Verbindungen A1...A_n.

[0053] Das Aufbringen aller in der Probe gelösten Komponenten A₁...A_n erfolgte durch Eintauchen für etwa 2 - 3 Minuten des vorbehandelten Silberblechs in die Lösung..Dabei wurde die Flüssigkeit relativ zu der Ag-Oberfläche ständig in Bewegung gehalten. Das Target wurde dann aus der Lösung geholt, überschüssiges Lösungsmittel durch Abschütteln von der Oberfläche entfernt und das Target dann an Luft getrocknet. In diesem Zustand erfolgte die SIMS-Analyse des sogenannten "exponierten aber nicht gespülten" Targets.

4. Selektive Extraktion

[0054] Die selektive Extraktion erfolgte bei den hier beschriebenen Beispielen mit Wasser als Lösungsmittel. Das mit den Komponenten der Lösung beladene Target wurde zu diesem Zweck 3 x hinterander in destilliertes Wasser im Ultraschallbad für etwa 1 Minute eingetaucht. Anschliessend wurde das Target an Luft getrocknet, und stellte in dieser Form die Probe im Zustand "exponiert und anschliessend gespült" dar.

5. SIMS-Analyse

[0055] Die SIMS-Spektren der eingesetzten Einzelverbindungen sind aufgrund entsprechender Vorversuche bekannt. Zum Nachweis der an den jeweiligen Oberflächen vorhandenen Verbindungen wurden die "Parent-Ionen" (M+Ag)⁺ oder (M-H)^- (vgl. Tabelle) verwendet.

[0056] Nach Einschleusen der getrockneten Targets über ein Schnellschleusensystem innerhalb 1 Minute wurden die in den Abbildungen wiedergegebenen Spektrenausschnitte in Messzeiten von etwa 2 Minuten erhalten. Das eingeschleuste Target wurde dazu mit Ar -Ionen einer Energie von 3 keV und einer Stromstärke von. 2·10^-10 _A auf ₀,1 cm² beschossen. Die Massenanalyse der positiven bzw. negativen Sekundärionen erfolgte mit einem Quadrupolmassenspektrometer und anschliessendem Einzelionennachweis. Der bekannte Gesamtwirkungsquerschnitt für die Schädigung durch Ionenbeschuss beträgt bei allen vorliegenden Verbindungen dieser _Beispielreihe einige 10^-14 cm². Bei einer Scan-Geschwindigkeit von etwa 1 amu/s ist daher sichergestellt, dass in der Analysenzeit keine störende Änderung der Oberflächenkonzentration der untersuchten Verbindungen eintrat. Die Zeitkonstante des Schreibers betrug 1/4 s.

6. Ergebnisse

6.1 2-Komponenten-Probe (Fig. 8)

[0057] Der Nachweis der an der Oberfläche vorhandenen organischen Verbindungen aus der ursprünglichen Lösung erfolgte bei dieser Probe über die Sekundärionen (M -H) im negativen Sekundärionenspektrum. Das Spektrum der exponierten, nicht gespülten Probe zeigt Sulfanilamid und Mephobarbital über die Sekundärionen (M -H) . Die trotz gleicher Anfangskonzentrationen dieser Verbindungen in der Lösung im SIMS-Spektrum beobachteten unterschiedlichen Sekundärionenintensitäten sind im wesentlichen auf unterschiedliche Ionenausbeute dieser beiden Verbindungen zurückzuführen.

[0058] Im Spektrum werden ausserdem Sekundärionen beobachtet, die aufgrund der Wechselwirkung von Lösungsmittelverunreinigungen mit der Silberoberfläche entstanden sind. Sie beeinträchtigen die Analyse der eigentlichen Probensubstanzen jedoch nicht.

[0059] Nach dem Spülen ist das Sulfanilamid-Signal praktisch vollständig verschwunden (vgl. Pfeil in Abb. b), die Sekundärionenintensität für Mephobarbital ist demgegenüber konstant geblieben. Das bedeutet, dass durch einen selektiven Extraktionsvorgang die Oberflächenverbindung, die das Sulfanilamid mit dem Silber bildete, aufgelöst wurde, während die Mephobarbitalbindung an die Silberoberfläche von Wasser nicht gelöst werden kann.

6.2 4-Komponenten-Probe (Fig. 9)

[0060] Bei dieser Probe erfolgte der Nachweis der an der Oberfläche aus der Lösung abgeschiedenen Verbindungen im positiven Sekundärionenspektrum über die Ag-kationisierten Molekülionen (M +Ag) .

[0061] Bei der nicht gespülten exponierten Probe werden alle vier Verbindungen Alanin, Adenin, Phenylalanin und Sulfanilamid direkt nachgewiesen. Auch hier sind die unterschiedlichen Intensitäten auf unterschiedliche Ionisierungswahrscheinlichkeiten der entsprechenden Oberflächenkomplexe zurückzuführen. Nach dem Spülen dieser Probe a in destilliertem Wasser kann von den ursprünglich 4 deponierten Verbindungen nur noch eine, nämlich die des Adenin, nachgewiesen werden. Die Verbindungen des Alanins, des Phenylalanins und des Sulfanilamids mit der Silberoberfläche sind beim Spülen in H₂0 aufgebrochen und die entsprechenden Substanzen von der Oberfläche entfernt worden.

[0062] Beim Spülvorgang haben sich geringe Chlormengen aus dem destilliertem Wasser auf dem Silber abgeschieden (Ag₂Cl⁺).

[0063] 

Ansprüche

Verfahren zur analytischen Bestimmung einer in einem Gas oder einer Flüssigkeit enthaltenen Komponente, insbesondere einer organischen Verbindung, bei dem die gesuchte Komponente durch eine Vortrennung angereichert und anschließend massenspektrometrisch identifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen ebene, nicht poröse Festköperoberfläche mit dem Gas oder der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird und die gesuchte Komponente aus der gasförmigen oder flüssigen Phase direkt oder als Folgeprodukt im Bereich einer Monolage, vorzugsweise in der obersten Monolage, an der Festkörperoberfläche niedergeschlagen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperoberfläche mit einem Reagenz präpariert wird, das die gesuchte Komponente direkt oder als Folgeprodukt selektiv bindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet; daß die Festkörperoberfläche lateral in Felder unterteilt wird, die zur Bindung verschiedener Komponenten mit verschiedenen Reagenzien präpariert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesuchte Komponente zusammen mit anderen Komponenten an der Festkörperoberfläche ausgefällt wird und anschließend die anderen Komponenten durch ein Lösungsmittel extrahiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 zur Identifizierung der angereicherten Komponente ein Sekundärionenmassenspektrometer verwendet wird.

6 . Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifizierung der angereicherten 'Komponente ein laserangeregter Mikromassenanalysator mit Flugzeitspektrometer verwendet wird.

7 . Verfahren-nach Anspruch 3 und ₆, dadurch gekennzeichnet, daß als Festkörper eine organische Trägerfolie verwendet wird und daß zur örtlich-gezielten Abscheidung-der Reagenzsubstanz und/oder der nachzuweisenden Komponenten aus einer Lösung oder Suspension die organische Trägerfolie örtlich in einem Flächenbereich der Größenordnung des Laserstrahls durch Elektronenstrahlen oder durch eine Gasentladung hydrophiliert wird.

⁸ . Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie auf der Außenseite des Massenspektrometers unter Atmosphärendruck oder Schutzgas angebracht wird und daß mit einem Laserblitz die auf der Folie abgeschiedene Komponente durch ein gleichzeitig entstehendes Loch in der Folie in den Massenspektrometerraum verdampft wird.

9 . Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Festkörper ein Teststreifen zur Untersuchung von Körperflüssigkeiten verwendet wird.

Zeichnung