Frischer Wind im Labor! - gerstel.de · Frischer Wind im Labor! Intelligent automatisierte...

Frischer Windim Labor!

Intelligent automatisierte Probenvorbereitung für die LC/MS und GC/MS

im µ-Maßstab und lösungsmittelfreie

Extraktion

Doppelt misst besser

Neue Twister-Phase im Test

Pestizide

Rückstandsanalytik vom Feinsten

mittels LC-MS/MSVerduften ausgeschlossen

Weinaromen auf dem

analytischen Prüfstand

Geisterjäger in der Wüste

Naturphänomenen auf der Spur

ISS

N 1

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Kundenzeitschrift der GERSTEL GmbH & Co. KG · Eberhard-Gerstel-Platz 1 · 45473 Mülheim an der Ruhr · Telefon +49 2 08 - 7 65 03-0 · [email protected] ww

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Nr. 45 April 2012

Pestizide


mittels LC-MS/MS

Liebe Leserinnen und Leser, zu Beginn des neuen Jahres wartet GERSTEL mit einigen Produktinnovationen auf, die wie ein frischer Wind durchs GC/MS- und LC/MS-Labor wehen …

Vor etwa einer Dekade präsentierten wir Ihnen mit der Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) und unserem mit Polydimethylsiloxan (PDMS) ummantel-ten patentierten GERSTEL-Twister eine Weltneuheit, die, einem Wirbelsturm gleich, die Probenvorbereitung für die Gaschromatographie aufmischte. Im Laufe der Zeit konnte sich die SBSE erfolgreich neben etablierten Techni-ken wie der Festphasenmikroextraktion (SPME) behaupten. In manchen Anwendungsbereichen wie der Wasser- oder Lebensmittelanalytik entwickelt sich der GERSTEL-Twister sogar zum Extraktionsmedium der Wahl, wie der Beitrag „Weichspüler im Schleudergang“ zeigt, in dem davon die Rede ist,

GERSTEL Aktuell Nr. 45 Lesen Sie in dieser Ausgabe:

Analyse von Weinaromen: Verduften ausgeschlossen

Wer unterschiedliche Extraktionstechniken kombinieren, multidimensional trennen, an-reichern und massenselektiv detektieren kann, ist klar im Vorteil beim Nachweis von Aromen. ......3

Geheimnisvolle Naturphänomene:Geisterjäger in der Wüste

Die „Feenkreise“ in der Wüste Namib ähneln den hierzulande bekannten Kornkreisen. Was aber hat sie entstehen lassen? Südafrikanische Wissenschaftler lüften das Geheimnis. ..................6

Duftstoff-Profiling I: Auf den Geruch gekommen?

Ein Geruch ist selten das Produkt einiger weniger chemischer Verbindungen, sondern einer ganzen Schar. Die Dynamische Headspace-Technik hilft dabei, sie zu identifizieren. ............. 10

Duftstoff-Profiling II:Weichspüler im Schleudergang

Auf der Suche nach dem, was Wäsche weich und wohlriechend macht? Der GERSTEL-Twister stellt aufs Neue sein Können unter Beweis. ...... 14

Genotoxische Verunreinigungen:Besser vorbeugen als nachsorgen

Bei der Herstellung von Medikamenten können gefährliche Verbindungen entstehen. Die Pharmaindustrie macht Jagd auf diese Stoffe mithilfe von GERSTEL-Systemen. .............17

Pestizide: Rückstandsanalytik vom FeinstenQuEChERS-Extrakte bilden häufig die Basis einer umfangreichen Pestizidanalytik. Wir zeigen, wie es geht: Erst effizient aufreinigen, dann folgt die LC-MS/MS-Analyse. ...................... 20

Arzneimittel- und Drogenscreening:Analytik mit KöpfchenOrganische Verbindungen extrahiert der GERSTEL-PDMS-Twister auf einfache Weise aus wässrigen Lösungen. Wie aber ist es um die Extraktion von Arzneimittel- und Drogen-wirkstoffen aus Blut und Gewebe bestellt? ...... 24

Neue Twister-Extraktionsphasen im Test:Doppelt misst besserWünsche gehen in Erfüllung: Erstmals lässt sich die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) mit dem GERSTEL-Twister auch auf polare Verbindungen anwenden. Unser Testbericht. ............................... 26

News ....................................................................... 13, 23

Impressum................................................................... 32

Eberhard G. Gerstel

Holger Gerstel

Ralf Bremer

wie Wissenschaftler des Duftstoffherstellers Firmenich eine Methode, die bislang auf der Flüssig-flüssig-Extraktion (LLE) basierte, vollständig auf die SBSE umstellten. Nicht allein der einfachen Handhabung wegen, sondern auch aufgrund der enormen Extraktionsleistung und der unvergleichlichen Sensitivität.

Im Laufe der Zeit wurden Stimmen laut, die eine Weiter-entwicklung des Twisters wünschten, um die SBSE vor allem auch auf Analyten polarer Natur anwenden zu können. Nur so viel an dieser Stelle: Ihr Wunsch geht in Erfüllung! Mehr darüber erfahren Sie in dieser GERSTEL Aktuell ab Seite 26 im Bericht „Doppelt misst besser“.

Die vorliegende GERSTEL Aktuell steht nicht allein im Zeichen der Innovation, sondern auch des guten Geschmacks beziehungsweise des guten Geruchs. Kolle-gen der GERSTEL K.K., unserer Tochtergesellschaft in Japan, haben eine effiziente Methode ersonnen, Geruchsverursa-chern u. a. in Wein auf die Schliche zu kommen – nicht irgendwie, sondern nach allen Regeln der Kunst. Was das von unseren japanischen Kollegen entwickelte „Selectable-1D/2D-GC-O/MS-System“ mit anschließender präparativer Anreicherung interessanter Fraktionen zu leisten in der Lage ist, lesen Sie ab Seite 3.

Und um bei den leicht flüchtigen Verbindungen zu bleiben: Wie Sie mittels der automatisierten Dynamischen Headspace-Technik (DHS) unter Nutzung des Totalver-dampfungsverfahrens (Full Evaporation Technique, FET) eine große Bandbreite unterschiedlicher Duftstoffverbin-dungen aus Deos, Seifen und anderen Konsumgütern extra-hieren können, erfahren Sie ab Seite 10.

Deutsche und US-amerikanische Experten haben das Potenzial des GERSTEL-Twisters inzwischen auch für foren-sisch-toxikologische Anwendungen erkannt und nutzen es

erfolgreich zum Nachweis von Drogen- und Medikamentenwirkstoffen in Kör-perflüssigkeiten. Details dazu auf Seite 24.

Wie sich inzwischen herausgestellt hat, setzt GERSTEL bei der Bestimmung von Pestiziden weltweit Maßstäbe. Ob mittels GC/MS oder LC/MS: Bei der Suche nach einer effizienten, automatisierten Handhabung von QuEChERS-Extrakten gelangen Anwender eher früher als später zu einer GERSTEL-Lösung, etwa der mittels LC-MS/MS ab Seite 20. Das zentrale Element bildet in dieser Applikation – wie auch in den meisten anderen – der GERSTEL-MultiPurpose-Sampler (MPS), der in puncto automatisierter Probenvorbereitung kaum noch einen Anwenderwunsch offen lässt.

Was lesen Sie sonst noch in dieser 45. Ausgabe der GERSTEL Aktuell? Zum Beispiel wie Pharmaunternehmen Arzneimittel treffsicher auf gesund-heitsschädliche Mesylate untersuchen (Seite 17) oder Wissenschaftler aus Südafrika in der Rolle von Geisterjägern in der Wüste Namib mithilfe des GERSTEL-ThermalDesorptionSystem (TDS) dem bislang geheimnisvollenNaturphänomen der Feenkreise auf die Spur kommen (Seite 6).

Viel Vergnügen bei der Lektüre wünscht Ihnen

die Geschäftsführung der GERSTEL GmbH & Co. KG

2 GERSTEL Aktuell – April 2012

In puncto seiner olfaktorischen Fähigkeiten zieht der Mensch gegenüber seinen tieri-

schen Artgenossen den Kürzeren. Das Riech-zentrum eines Hundes zum Beispiel ist rund 40 Mal größer als das seines Herrchens. Der Schäferhund etwa verfügt über 220 Millionen Riechzellen, unsereiner kommt auf lediglich fünf Millionen. Weil der Hund schneller und intensiver atmet, bringt er es zudem auf eine signifikant größere Riechleistung, das heißt, er nimmt mehr geruchsverursachende Ver-bindungen pro Zeiteinheit wahr. Dass aber der Mensch den Hund an der Leine führt und nicht umgekehrt, belegt: Der Geruchs-sinn ist zwar wichtig, entscheidet jedoch nicht darüber, wer Herr ist und wer Hund! Homo sapiens verfügt über eine Vielzahl unter-schiedlichster Kompetenzen, mit denen er seine olfaktorischen Defizite trefflich aus-gleichen kann.

Etwa durch seine Fähigkeit, Analysenge-räte zu entwickeln, mit denen sich Geruchs-verursacher auch aus komplexen Matri-ces sowohl sensorisch als auch analytisch, sprich: qualitativ und quantitativ bestim-

Die Nase vorn hat, wer bei der Bestimmung geruchsverursachender Verbindungen unterschiedliche Extraktions-techniken kombinieren, wahlweise ein- oder zweidimensional trennen, massenselektiv und zeitgleich olfaktorisch bestimmen oder interessante Fraktionen sammeln kann, um sie erneut derselben oder einer anderen Analyse zuzuführen. Dass sich genannte Schritte effizient und praktikabel auf nur einem GC/MS-System realisieren lassen,

haben japanische Wissenschaftler jüngst erfolgreich demonstriert.

Analyse von Weinaromen

Verduften ausgeschlossen

men lassen. Insbesondere die Gaschromato-graphie (GC), verbunden mit der Olfakto-metrie (O), erweist sich als überaus wirksameMethode: Durch Teilen des Eluats am Säulen-ende lässt sich ein OlfactoryDetectionPort (ODP) anschließen, um potenziell geruchs-aktive Verbindungen zu erschnüffeln und zu bewerten und zeitgleich die Signale mittels eines massenselektiven Detektors unter Zuhilfenahme der in Datenbanken gespeicherten massenspektrometrischen Informationen zu identifizieren.

Nebenbei bemerkt, die Kombination von ODP und MSD macht eine Schwä-che der Technik offenkundig: „Nicht immer zeigt sich im Chromatogramm ein Signal, obgleich man zum selben Zeitpunkt mit der Nase am ODP einen sensorischen Eindruck erhält“, sagt Dr. Nobuo Ochiai, Applikati-onsspezialist von GERSTEL K.K. in Tokio, Japan. Damit steht wohl außer Frage, dass die menschliche Nase in puncto Riechleistung zwar nicht mit der des Hundes konkurrie-ren kann, sie ist jedoch von Fall zu Fall immer noch sensitiver in ihrer Wahrnehmung, als jedes Messgerät. Bereits wenige Milli-

gramm Methylmercaptan etwa, ein in Knoblauch enthaltenes Arom, in 100 Mio. Kubikmetern Luft genügen, um im Menschen eine Hier-stimmt-etwas-nicht-Emp-

findung auszulösen. Um die Vorstellungskraft von der Größe des Raumes zu beflügeln: Das Gemäuer des Kölner Doms umschließt ein Volumen von rund 260.000 Kubikmetern Luft. Wenn es um einen flüchtigen Geruchs-eindruck geht oder darum, einen Geruch bewusst wahrzunehmen und ihn konkret beschreiben zu können, bedarf es hingegen einer vielfach höheren Duftstoffkonzentra-tion oder aber es gelingt, störende Begleit-gerüche zu entfernen, um die Riechzellen in der Nase zu entlasten.

Per Knopfdruck in die zweite Dimension

So illusorisch die Idee mit dem Ausblen-den olfaktorischer Störungen klingt, so ein-fach lässt sie sich technisch umsetzen – und zwar in einem einzigen GC/MS-System, das für die wahlweise ein- und zweidimensi-onale Trennung (1D/2D) vorbereitet und mit einem MSD sowie einem parallelgeschalte-ten ODP ausgestattet ist. Mit ihrem kom-pakten Selectable-1D/2D-GC-O/MS-Sys-tem, das einen Wechsel zwischen 1D- und 2D-Trennung eines Heart-cuts des interes-santen Chromatogrammbereichs auf Maus-klick ermöglicht, haben Dr. Ochiai und Kolle-gen bereits erfolgreich unter anderem Aroma- und Duftstoffe in Lebensmittel- und Kon-

GERSTEL Aktuell – April 2012 3

1D/2D-TIC und olfaktometrische Signale, erhalten vom SBSE-TD- Selectable-1D/2D-GC-O/MS für im Bereich von 5-50 ng/L gespikten Wein. (a) = 1D/2D-TIC; (b) = 1D/2D olfaktometrische Signale.

sumgütern sensitiv und sicher nachgewie-sen, also Probenarten, die über eine als kom-plex zu bezeichnende Matrix verfügen. Darin befindliche koeluierende Bestandteile kön-nen die Analyse sowie die Zuordnung der Signale im Chromatogramm beziehungs-weise Olfaktogramm, in das der Anwender seinen Geruchseindruck des jeweiligen Sig-nals auf einer Zeitachse einträgt, erschweren beziehungsweise vereiteln.

Wie die Praxis zeigt, gelingt es leider nicht per se, trotz mehrdimensionaler Schal-tungen und Geruchswahrnehmung im ODP, zu passender Retentionszeit auch Signale im Gesamt-Ionen-Chromatogramm (TIC) auf-zuzeichnen; ein Anzeichen dafür, dass die Konzentration der interessanten Analyten zu gering ist. Um nun aber ein reproduzier-bares Signal im MSD zu erzielen, haben sich die japanischen Wissenschaftler dafür ent-schieden, die infrage kommenden Fraktionen mit einem einkanaligen präparativen Frakti-onensammler (Single Trap Preparative Frac-tion Collector, Single-PFC) anzureichern.

Leistungscheck mit dotiertem Wein

Indem sie zwei kommerziell erhältliche Weißweine der Rebensorte Sauvignon blanc und Chardonnay untersuchten, stellten Dr. Nobuo Ochiai und Kollegen ihr kombinier-tes Selectable-1D/2D-GC-O/MS-Single-PFC-System auf die Probe. Seine Praxis-tauglichkeit testeten sie durch den Nach-weis von Fehlgerüchen, namentlich Trichlor-anisol (TCA), den klassischen Korkschme-cker, 2-Isobutyl-3-Methoxypyrazin (IBMP), das einen paprikaartigen Geschmack besitzt, sowie das muffig-erdige Geosmin, mit dem sie den Wein versetzten. Bereits winzigste Mengen genannter Verbindungen reichen aus, um von der menschlichen Nase wahr-genommen zu werden: Bei IBMP genügen 25 ng/L, TCA „stinkt uns“ bereits bei 5 ng/L und Geosmin in einer Konzentration von 50 ng/L. Um die Leistungsfä-higkeit der Aufkonzentrie-rung mittels Single-PFC zu bestimmen, versetzten sie den Wein jeweils mit

folgenden 15 Stan-dardverbindungen in pg-Dosen: Hexanal, 1-Hexanol, 3-Hexenol, Linalool, Citronellol, Geraniol, p-Cymen-8-ol, Phenethylalko-hol, Guaiacol, Ethyl-hexanoat, Ethylocta-noat, Phenethylace-tat, Beta-Damascenon, Gamma-Nonalacton und Limonen.

D i e d o t i e r t e n Wohl- und Fehlgerü-che extrahierten die Wissenschaf tler in geschlossenen Head-space-Vials unter Ein-satz der Stir Bar Sorp-tive Extraction (SBSE) mit dem GERSTEL-Twister. Im Anschluss wurden die PDMS-ummantelten Rühr-stäbchen entnommen, trocken getupft und in Glasröhrchen überführt. Die thermische Desorption der Analyten erfolgte automati-siert durch den GERSTEL-MultiPurpose-Sampler (MPS) in der GERSTEL-Thermal-DesorptionUnit (TDU): Die Starttempera-tur im TDU betrug 30 °C (Haltezeit 0,5 min) und wurde mit 720 °C/min auf 200 °C (Hal-tezeit 3 min) und einem Desorptionsfluss von 50 mL/min gesteigert. Bei dem eingesetz-ten Trägergas handelte es sich um Helium. Die desorbierten Analyten wurden im GC-Einlass, dem GERSTEL-KaltAufgabeSys-tem (KAS), bei 10 °C auf einem mit Tenax TA gepackten Liner fokussiert und tem-peraturprogrammiert mit 720 °C/min auf 240 °C aufgeheizt und im Splitlos-Modus (2 min) auf die 1D-Trennsäule überführt; die Endtemperatur wurde für die Dauer des GC-Laufs beibehalten.

Bei dem eingesetzten GC/MS-System handelte es sich um eine Kombination von GC 7890 und MSD 5975C von Agilent Tech-nologies. Die Trennung in der ersten Dimen-sion erfolgte auf einer DB-Wax-Säule von Agilent Technologies (30 m lang, 0,25 mm ID, 0,25 µm Filmdicke), die Trennung in der

zweiten Dimension auf einer DB-5-Säule (10 m lang, 0,18 mm ID, 0,40 µm Filmdicke), eben-falls von Agilent Tech-nologies. Beide Säulen

befanden sich nicht im GC-Ofen, s o n d e r n i n zwei am GC-Gehäuse von außen mon-tierten, unab-hängig vonein-ander heiz- und

kühlbaren Low-Thermal-Mass-(LTM)-Modulen (Agilent Technologies). Der GC-Ofen behielt während der gesamten Analy-sendauer eine konstante Temperatur von 250 °C und beheimatete ausschließlich die Trans-ferkapillaren sowie die Module zur Überfüh-rung auf ODP, MSD und Single-PFC.

Bewertung der 1D/2D-Trennung und der PFC-Anreicherung

In zwei Schritten gingen die japanischen Wissenschaftler schließlich vor: Zuerst tes-teten sie die Funktionstüchtigkeit ihres ein-kanaligen PFC-Moduls (GERSTEL) unter Einsatz eines Adsorbensröhrchens, das über eine geschickte Säulenschaltung angesteu-ert wurde. Was, am Rande bemerkt, hervor-ragend gelang, wie Dr. Nobuo Ochiai und Kollegen berichten: Es ergab sich eine sehr gute Wiederfindung von 85–98 % mit einer relativen Standardabweichung (RSD) von < 3,2 % (n = 7), schreiben die Wissenschaft-ler. Anschließend evaluierten sie die Wie-derfindung der Anreicherung mit 20 Injek-tionszyklen, die bei 98–116 % lag. Dr. Nobuo Ochiai: „Die hohen Wiederfindungen der PFC-Anreicherung der Modellverbindun-gen im Sub-ng-Bereich zeugen von der Güte und Wirksamkeit des verwendeten Systems.“

Im Anschluss an diese ersten Testläufe erfolgte die Identifizierung der dotierten Off-Flavor-Verbindungen mittels Selec-table-1D/2D-GC-O/MS nach automati-sierter Thermodesorption. Die Tempera-tur der 1D-Säule wurde programmiert von 40 °C (2 min) mit 10 °C/min auf 240 °C hochgefahren. Die Temperatur der 2D-Säule betrug ebenfalls 40 °C und wurde entweder während des GC-Laufes bei diesem Wert belassen oder, zur 2D-Trennung, program-miert mit 5 °C/min auf 150 °C und mit 20 °C/min auf 280 °C (gehalten) hochgeheizt. Te

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1D/2D-TIC und Massenchromatogramm (m/z 195 und 197) der PFC-Anreiche-rung mit 20 Injektionszyklen für gespikten Wein (Zoom in 2D-GC-MS-Analyse). (1) = IBMP zu 25 ng/L; (2) = TCA zu 5 ng/L; (3) = Geosmin zu 50 ng/L.

Vergleich gemessener Massenspektra von IBMP (a-1), TCA (a-2) und Geosmin (a-3) in gespiktem Wein, erhalten mittels SBSE- Single-PFC-Anreicherung mit 20 Injektionszyklen und anschlie-ßende TD-1D/2D-GC-O/MS-Analyse mit Massenspektra aus der Wiley-Bibliothek für IBMP (b-1), TCA (b-2) und Geosmin (b-3).

Kikuo Sasamoto Dr. Nobuo Ochiai

Literatur

Nobuo Ochiai, Kikuo Sasamoto, J. Chromatogr. A, 1218 (2011) 3180-3185.

Für das MS und den ODP wählten die japa-nischen Wissenschaftler ein Splitverhältnis von 1:2.

Das MS wurde im Scan- und im SIM-Modus betrieben. Der Scan-Bereich betrug 29 bis 300 (m/z), die Scan-Geschwindigkeit 2,68 Hz. Im SIM wurden 9 Ionen beobach-tet (m/z 124, 151 und 94 für IBMP, m/z 112, 125 und 182 für Geosmin, m/z 195, 197 und 210 für TCA; m/z 124 [IBMP], 112 [Geos-min] und 195 [TCA] wurden für die Bestim-mung verwendet). Die Geschwindigkeit für die Datenakquisition betrug 3 Hz für jedes Ion. Die Temperatur des ODP betrug 250 °C.

Off-Flavor-Verbindungen in Ultraspurenmengen nachweisen

So viel vorneweg: IBMP, TCA und Geos-min wurde mittels SBSE-TD-Selectable-1D/2D-GC-O/MS im Scan-Modus ana-lysiert und olfaktorisch eindeutig bestimmt. Die Retentionszeiten des GC-O-Signals lagen bei 12,45 min (IBMP), 16,25 min (TCA) und 16,55 min (Geosmin). „Diese Peaks waren jedoch vollständig verborgen im 1D-TIC“, schreiben die Wissenschaft-ler. Deshalb wurden die relevanten Bereiche im 1D-Chromatogramm (Retentionszeiten: 12,40-12,55 min und 16,10-17,00 min) aus-geschnitten (Heart-cut) und der 2D-Tren-nung zugeführt.

Die 2D-GC-O/MS erfolgte unmittelbar nach dem 1D-Lauf auf demselben System, ohne jede Veränderung. Nebenbei bemerkt: Die 2D-Trennung startete bei einer Retenti-onszeit von 17,50 min; zeitgleich wurde der Eluent durch Modulation des Eingangs-drucks aus der 1D-Säule rückgespült.

Die drei Off-Flavor-Verbindungen wur-den schließlich olfaktorisch im Zuge der 2D-Trennung klar detektiert, wenngleich sich bei der MS-Detektion im Scan-Modus kein verwertbares Signal zeigte. Um nun auch im Scan-Modus Signale zu erhalten, führ-ten die Wissenschaftler eine Anreicherung der Zielverbindungen von 20 sequenziell vermessenen SBSE-Proben mittels nach-

geschaltetem Sin-gle-PFC durch. Die Tenax-TA-Falle des PFC wurde anschlie-ßend auf demselben System thermisch desorbiert und mittels 2D-GC-O/MS ana-lysiert, ohne dass am Systemaufbau etwas verändert wurde.

Die Ergebnisse der Messung spre-chen für sich:

Die Peaks von IBMP und Geosmin, die ihren olfaktomet-rischen Signalen ent-

sprachen, konnten auch im 2D-TIC identi-fiziert werden. Obgleich der TCA-Peak im 2D-TIC fast vollständig verborgen lag, wur-den spezifische Massenchromatogramme (z. B. m/z 195 und 197) zeitgleich mit dem olfaktometrischen Signal von TCA aufge-zeichnet.

Die Massenspektra aller Zielverbindun-gen wurden unter Verwendung der Agilent-ChemStation mit denen einer Wiley-Lib-rary verglichen. Nach der Identifizierung erfolgte eine Quantifizierung der drei Off-Flavor-Verbindungen im Sau-vignon blanc mittels Einzel-SBSE-TD-1D/2D-GC-O/MS im SIM-Modus unter Ver-wendung einer 4-Punkt-Stan-dardadditions-Kalibration.

Für alle Verbindungen wurde eine sehr gute Linearität mit Korrelationskoeffizienten (r2) von mehr als 0,9990 erhal-ten. Nur IBMP wurde in der Sauvignon-blanc-Probe detek-tiert und in einem Ultraspuren-bereich von 13 ng/L bestimmt (RSD = 4,4 %, n = 6).

Erfreuliches Fazit zu ziehen

Dr. Nobuo Ochiai: „Mit unse-rem System lassen sich 1D-GC-O/MS-, 2D-GC-O/MS-, 1D-GC-PFC- und 2D-GC-PFC-Analysen durchfüh-ren, ohne dass eine Änderung des Systemaufbaus erforder-lich ist.“ Die ThermalDesorp-tionUnit (TDU), mit dem das System ausgestattet ist, könne die angereicherten Verbindun-gen im Splitlosmodus in das-selbe GC-System injizieren und erlaube die Identifizierung von Geruchsverbindungen mittels 2D-GC-O/MS-Analyse im Scan-Modus. Die Leistungs-

fähigkeit des Systems konnten Dr. Nobuo Ochiai und Kikuo Sasamoto anhand der Identifizierung dreier Off-Flavor-Verbind-ungen, im vorliegenden Fall TCA, IBMP und Geosmin, demonstrieren, mit denen sie den untersuchten Wein in Mengen von 5–50 ng/L dotiert hatten. Die gute Leistungsfähig-keit der SBSE-PFC-Anreicherung (71-78 %) zeige, berichten die Wissenschaftler, „dass eine kombinierte Vorgehensweise, bestehend aus SBSE, TD, 1D/2D-GC-O/MS mit Single-PFC, praktizierbar ist für die Identifi-zierung von Geruchsverbindungen im ng/L-Bereich in wässrigen Proben“.


Es ist heiß in der Namib und kalt. Das Quecksilber überschreitet am Tage man-

cherorts die 50-°C-Marke und sinkt in der Nacht unter den Gefrierpunkt. Die Trocken-heit in der kargen, von Gras durchzogenen Wüstenlandschaft ist namenlos. Wenn die Sonne über dem afrikanischen Kontinent aufgeht, lässt sie nicht alleine die Temperatur in der Wüste hochschnellen. Sie wirft dabei auch ihr Licht auf das von Mythen und Mär-chen umwobene Rätsel der Feenkreise, die sich zu Tausenden in die Weite der Namib erstrecken, Kreis neben Kreis, und dem Wüs-tenboden ein pockennarbiges sandfarbenes Antlitz verleihen.

Ihre Gleichförmigkeit, Menge und Anordnung regten zu allen Zeiten die Fan-tasie des Menschen an. Weil es seine Eigenart ist, hinter Naturdarbietungen von solch regu-lärer Art einen tieferen Sinn oder eine höhere Macht zu vermuten, entstanden Geschich-ten. In den Erzählungen der Himba, eines in Nordnamibia halbnomadisch lebenden Vol-kes, ist von einem Drachen die Rede, der im Wüstenboden haust und Feuer atmet, das in heißen Blasen an die Erdoberfläche steigt und den Boden kreisrund versengt – gemäß den Vorstellungen der Himba die Geburts-stunde eines Feenkreises.

Diese Beschreibung ist naiv – wie so vieles Folkloristische; dennoch erweist sie sich bei genauem Hinsehen näher an der Wahrheit als jene Erklärungen, die Wissenschaftler in den 1970er- und 1980er-Jahren fanden und an denen manch vermeintlich kluger Kopf bis heute festhält: Demnach seien Feenkreise die Hinterlassenschaft kleiner Termiten, die auf ihrer Futtersuche kreisrunde Löcher in den kargen Rasen fraßen. Andere Experten ver-dächtigten Ameisen, die den Boden in geo-metrisch runder Form von Grassamen befrei-

Geheimnisvolle Naturphänomene

Für das Volk der Himba sind die vegetationsreduzierten runden Gebilde im Boden der Wüste Namib mystischen Ursprungs. Sie gleichen den hierzulande seit Jahrhunderten bekannten Kornkreisen, die mancher als Hinterlassenschaft Außerirdischer interpretiert wissen will. Wissenschaftler aus Südafrika haben sich zum Ziel gesetzt, das Geheimnis der rätselumwobenen „Feenkreise“ zu lüften. Aus ihrer Perspektive liegen die Ursachen allerdings

nicht extraterrestrisch, sondern ganz ordinär innerirdisch.

ten und damit für eine punktuelle zirkulare Vegetationslosigkeit sorgten [1].

„Dem ist nicht so“, räumen nun Wissen-schaftler der Universität Pretoria in Südaf-rika mit dem ganzen Hokuspokus auf. Statt sich auf Spekulationen zu stützen, machten sich die Chemiker Yvette Naudé und Egmont Rohwer vom Fachbereich Chemie und Kol-legin Gretel van Rooyen vom Fachbereich Botanik auf den Weg in die Namib, um mit den Mitteln der instrumentellen chemi-schen Analytik an einer naturwissenschaft-lich korrekten, nachvollziehbaren Aufklärung des Phänomens der Feenkreise zu arbeiten. Die Erkenntnisse ihrer Forschung lassen erstmals einen wirklich ernstzunehmenden Rückschluss auf die wahren, so viel scheint sicher, natürlichen und mit geochemischen Prozessen zu erklärenden Ursachen zu [2].

Und der Boden atmet doch

Der erste Schritt, den Naudé und Kolle-gen vor Ort in der Wüste vollzogen, war die optische Bestandsaufnahme, ähnlich der, die Kriminalbeamte an einem Tatort vorneh-men. Fürs Protokoll: Feenkreise sind runde, vegetationsfreie beziehungsweise von noch lebender (vergilbender) oder abgestorbener (vergilbter) Vegetation besiedelte Bodenare-ale. Gesäumt sind sie in der Regel von ver-gleichsweise üppiger Vegetation. „Keines der vergilbten Gräser im Kreisinnern wies Spu-ren der Fresswerkzeuge von Termiten auf“, schildert Yvette Naudé die Beobachtungen. Und die Tatsache, dass im inneren Zirkel sowohl tote wie lebende Vegetation vorzu-finden sei, gebe Grund zu der Annahme, mut-maßt die Wissenschaftlerin, dass man es hier mit einem Feenkreis zu tun habe, der sich in der Entstehung befinde. So weit zur Theo-

Geisterjäger in der Wüste

Oben: Yvette Naudé und Kollegen sammelten Bodenproben im „Namib Rand Naturreservat“. Die exakte Stelle findet sich bei Ziffer 7. Feenkreise treten vor allem in einem extrem niederschlagsar-men, unterbrochenen Band der Pro-Namib-Zone auf, die an der Westküste Südafrikas beginnt und sich durch Namiba hindurch bis nach Angola erstreckt. Abdruck der Karte mit freundlicher Genehmigung von: M. W. Van Rooyen, G. K. Theron, N. Van Rooyen, W. J. Jankowitz, W. S. Matthews: Mysterious circles in the Namib Desert: review of hypotheses on their origin. Journal of Arid Environments 57 (2004) 467-485.

Angehörige eines in der Namib lebenden Himba-Stammes.

Hintergrund: Die Namib ist mit 80 Mio. Jahren die älteste Wüste der Erde. Der „Ort, wo nichts ist“ oder „leere Platz“, wie sich der Name übersetzen lässt, erstreckt sich im südwestlichen Afrika auf dem Gebiet von Namibia und Angola auf einer Fläche von rund 100.000 Quadratkilometern etwa 2000 Kilometer entlang des Atlantischen Ozeans bis etwa 160 Kilometer ins Landesinnere hinein. Te

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rie von fressenden Termiten und Grassamen sammelnden Ameisen, die damit widerlegt wurde und als falsch abgehakt werden kann.

Kommen wir zu einer anderen Beobach-tung: Die teils üppige Vegetation am Rand der Feenkreise bringt eine weitere Annahme ins Spiel, nämlich die der allelopathischen Verbindungen, die u. a. manche Pflanze abzu-sondern in der Lage ist, um eine andere Vege-tationsform zu schädigen, die ihr den Lebens-raum streitig macht. Sind die Pflanzen im vegetationsüppigen Randbereich der Feen-kreise dazu in der Lage? Diese Überlegung erscheine bei einer oberflächlichen Betrach-tung zunächst einmal durchaus plausibel, urteilt Yvette Naudé. Anbauversuche bewie-sen jedoch, dass Allelopathie hier keine Rolle spielt. Außerdem bilden sich Feenkreise auch in per se völlig vegetationsfreien, sandigen Arealen: „Der Sandboden in diesen Feen-kreisen sieht erschüttert und aufgewühlt aus“, schildern die Forscher, „ähnlich den Kratern, die man auf dem Meeresboden entdeckt hat und die von aus dem Erdreich aufsteigenden Gasblasen herrühren.“

Von dieser Kausalität ausgehend, formu-lierten Yvette Naudé und Kollegen eine vor-sichtige Hypothese, nämlich dass Gase und Flüssigkeiten geologischen Ursprungs bei der Entstehung der Feenkreise die entscheidende Rolle spielen. Die Theorie der Wissenschaft-ler: „Sie sickern ins Erdreich ein und steigen auf spezifischen Migrationswegen auf, und wenn sie die Oberfläche erreichen, breiten sie sich aus und bilden Kreise.“ Mögliche Quellen für Gase oder Gasblasen gäbe es zur Genüge, meint Yvette Naudé, angefangen bei großen Erdöl- und Erdgasvorkommen, die man in Namibia gefunden habe, bis hin zur Geothermie, über die das Land verfüge und die sich an den hei-ßen Quellen in den Kurorten Namibias zeige.


Die Wissenschaftler starteten ihre Unter-suchungen damit, in ausgewählten Feenkrei-sen sowie im Bereich dazwischen, also dem Erdreich ohne geobotanische Anomalie, der Matrix, durch Einbringen geeigneter Trich-ter die Gaszusammensetzung im Boden zu bestimmen. Im Tagesverlauf wurde mittels eines tragbaren Gasanalysators mehrfach der Gehalt an Kohlenmonoxid (CO), Kohlendi-oxid (CO2), Sauerstoff (O2), Schwefelwas-serstoff (H2S) sowie Stickstoffdioxid (NO2) bestimmt. Die Gasanalyse erlaube etliche Aussagen hinsichtlich der Bodenchemie, berichtet Yvette Naudé.

CO etwa lasse Rückschlüsse auf das Vor-handensein von Erdgas zu. Erdgas erweist sich zwar nicht als Pflanzengift, jedoch als ein wichtiger Stressfaktor für die Vegetation. Es habe sich nämlich gezeigt, dass Kohlenwasser-stoffe die Tätigkeit von oxidierenden wie auch zum Beispiel Schwefel reduzierenden Bakte-rienstämmen steigert, welche den Sauerstoff-gehalt im Boden reduzieren. Dies kann weit-reichende, geradezu kaskadenartige Folgen für die Bodenchemie haben, erklären die Wissen-

schaftler: „Unabhängig davon, dass der Sau-erstoffgehalt im Boden der Feenkreise perio-disch sinkt, wie wir es auch bei unseren Mes-sungen feststellen konnten, kann der Auftrieb von Gasen zu einer vermehrten Bildung orga-nischer Säuren führen, die wiederum den pH-Wert des Bodens und damit die Verfügbar-keit von Mineralstoffen, die für das Pflanzen-wachstum notwendig sind, schmälern.“

Pflanzen, die in separiertem Erdreich aus Feenkreisen angebaut wurden, berichten die Wissenschaftler weiter, „blühten nicht, im Gegensatz zu Pflanzen, die in Erde aus den vegetationsreichen Randbezirken der Feen-kreise sowie in der Matrix angepflanzt wur-den“. Um sich ein genaueres Bild von der Zusammensetzung der Kohlenwasserstoff-verbindungen im Erdreich der Feenkreise zu machen, bedienten sich die Wissenschaftler der Thermodesorption (GERSTEL-TDS) in Verbindung mit der Gaschromatographie und der massenselektiven Detektion. Vor-teil dieser Methode: „Sie ist kostengünstig, einfach und ungefährlich in der Umsetzung, weil sie ohne toxische organische Lösungs-

mittel auskommt“, freut sich Yvette Naudé. Zudem benötigt die Thermodesorptions-GC/MS viel kleinere Probenmengen, als es zum Beispiel bei der Soxhlet-Extraktion der Fall ist, die typischerweise zur Isolierung und Analyse von Kohlenwasserstoffen aus Böden genutzt wird.

Die Wissenschaftler entnahmen an aus-gewählten Stellen Bodenproben; jeweils 40 Gramm wurden in ein vorbereitetes Glasvial gefüllt. Hinzu gaben sie als Extraktions-medium zunächst den mit Polydimethyl-siloxan ummantelten GERSTEL-Twister, der sich bereits in einer Vielzahl von Fällen für die Extraktion organischer Verbindun- gen aus dispergierten, aufgeschlämmten und flüssigen Proben sowie zum qualitativen Nachweis aus gasförmigen Matrices be- währt hat. Die Vials wurden verschlossen und für die Dauer von 50 Minuten auf 50 °C erwärmt. Als die Wissenschaftler das Rührstäbchen der Probe entnahmen, haf-teten an dessen Ende magnetische Partikel. Laut Yvette untermauert das ihre Theorie der Mikroversickerung von Kohlenwasserstoff-

Die Feenkreise („Fairy circles“) bedecken weite Landstriche der Namib und verleihen dem Erdboden ein sandfarbenes pockennarbiges Antlitz.

Nach den Vorstellungen der Himba ist ein Drache, der im Boden lebt, für die Feenkreise verantwortlich.

Verschiedene Wissenschaftler sehen Insekten als Urheber der Feenkreise an. Yvette Naudé und Kollegen von der Universität in Pretoria, Südafrika, verfolgten eine andere Theorie ...

Die üppige Vegetation am Rande der Feenkreise brachte Yvette Naudé und Kollegen auf die Idee,


Ein besonderes Dankeschön geht an Dr. Yvette Naudé und Kollegen sowie an Marc Springer von der „Namibia Allgemeine Zei-tung“ für die Überlassung des im vorliegen-den Beitrag verwendeten Bildmaterials.

Danksagung

verbindungen: „Rund 80 % aller entdeckten Öl- oder Gasvorkommen sind mit durch Kohlenwasserstoffe induzierte magnetische Anomalien gekennzeichnet“, berichten die Forscher. Die oberflächennahen magnetischen Ablagerungen wiederum würden vorwiegend durch mikrobielle Änderungen magnetischer bzw. eisenhaltiger Mineralien innerhalb der Kohlenwasserstoffversickerung hervorgerufen.

Um eine Störung der Thermodesorp-tions-GC/MS durch magnetische Partikel zu unterbinden, setzte Yvette Naudé anschlie-ßend eine pure PDMS-Phase als Extrakti-onsmedium ein, überschüttete diese im Vial mit der Bodenprobe, die sie in ähnlicher Weise wie den PDMS-Twister behandelte und ther-misch desorbierte.

Im Anschluss daran wurden die PDMS-Phase der Probe entnommen und in den Glasli-ner eines ThermalDesorptionsSystems (TDS) überführt, in dem die thermische Desorption der extrahierten organischen Analyten vollzo-gen wurde. Sie wurden im KaltAufgabeSys-tem (KAS) cryofokussiert und temperatur-programmiert auf die GC-Säule überführt,

aufgetrennt und massenselektiv detektiert. Auch die hierbei erzielten Resultate stützen die Hypothese der Wissenschaftler: „Wir detek-tierten Alkene, mikrobiologische Abbaupro-dukte von Alkanen: größere Alkengehalte im Boden aus dem Zentrum der Feenkreise, kleinere in der Matrix, also im Boden ohne geobotanische Anomalie.“ Das wiederum zeuge von einer hohen mikrobiellen Aktivität im Boden der Feenkreise. Zudem ließe das Verhältnis von Alkan- und Alkengehalt Rück-schlüsse auf die Aktivität des Feenkreises zu: Größere Alkangehalte lassen auf einen kürz-lich aktiven Kreis schließen.

„Unsere Ergebnisse stützen die Theorien über Termiten oder Ameisen nicht“, bringt es Yvette Naudé auf den Punkt. Bleibt jetzt nur noch zu klären, warum Feenkreise rund sind! Yvette Naudé hat eine plausible Erläuterung: „Der aufliegende Sand verursacht eine Ver-teilung beziehungsweise ein kegelformartiges Einsickern der aufsteigenden Gase, was, ober-flächlich betrachtet, als kreisrunde Vegetations- armut sichtbar wird. Die Kreise sind von unter-schiedlicher Größe und können je nach Ver-

Referenzen

sickerungsraten, Sandbedingungen und der zugrundeliegenden Geologie beträchtlich variieren.“

Möglicherweise haben Naudé und Kolle-gen mit ihrer Erklärung der Feenkreise durch geochemische Prozesse in der Namib nun auch einen plausiblen Ansatz geliefert, um das Geheimnis der hierzulande bekannten Korn-kreise zu lüften.

Die Himba glauben, dass der Drache tief im Erdreich Feuer atmet, das in Blasen an die Erdoberfläche steigt und dort kreisförmig die Vegetation versengt: die Geburt eines Feenkreises.

Yvette Naudé mit Pieter Stoutjesdijk, GERSTEL Regional Sales Manager für Europa, den Mittleren Osten, Afrika und Indien. Naudé löste das Geheimnis der Feenkreise mithilfe des GERSTEL-TDS und des Twisters.

dass geologische Phänomene wie das Vorhanden-sein von Erdgas und Erdöl ursächlich sein könnten.

[1] Basic and Applied Dryland Research 1, 2 (2007) 121-137[2] Journal of Arid Environments 75, 5 (2011)

446-456


Die Nase gereicht ihrem Besitzer nicht allein zur Zierde. Sie im Umkehrschluss

als bloßes Riechorgan zu bezeichnen, wäre ebenfalls zu kurz gegriffen angesichts des einerseits äußerst komplizierten, wissen-schaftlich bislang noch nicht vollständig entschlüsselten Riechprozesses, andererseits der mit ihr verbundenen psychologischen Komponente, die in vielen Redewendungen anklingt: Von Durchsetzungsfähigkeit kann die Rede sein, wenn alle nach jemandes Nase tanzen. Der neugierige Mensch steckt seine Nase in die Dinge anderer Leute, der erfolg-reiche hat sie vorn. Veralbert wird, wer an der Nase herumgeführt wurde; die Nase voll hat, wem es reicht. Wir fallen auf die Nase, wenn etwas misslingt, oder kriegen eins auf die Nase, gehen wir zu weit. Und wenn es uns stinkt, rümpfen wir die Nase und wenden uns angewidert ab.

Kassenschlager oder Ladenhüter – der Nasenfaktor ist entscheidend

Was hingegen gut riecht, kommt meist gut an. Das gilt für Menschen ebenso wie für all die Dinge, die uns nähren, kleiden, pflegen oder schmücken: Gerüche können, kaum dass sie in die Nase gestiegen sind, wie kein anderer Sinneseindruck in uns ein neuronales Feu-erwerk entfachen und Reaktionen von Ekel über Wohlgefallen bis hin zur Schnüffelsucht anstoßen.

Diese Erkenntnis erweist sich auch den Herstellern von Konsumgütern als wertvol-les Instrument im Marketingkoffer, das, vir-tuos gespielt, dazu beitragen kann, die Kar-riere eines Produktes zu beflügeln und das Schicksal, als Ladenhüter im untersten Regal zu enden, abzuwenden.

Mit anderen Worten: Wohlgeruch stei-gert die Wahrnehmung und Akzeptanz eines Produkts aufseiten der Anwender, hat fol-gerichtig eine verkaufsfördernde Wirkung. Womit sich der Einsatz von Aroma- und Duftstoffen in der Konsumgüterindustrie erklären lässt. Um im Wettbewerb die Nase vorn zu haben, setzen die Hersteller von Kon-sumgütern große Stücke auf die Aroma- und Duftstoffforschung unter Einsatz „schweren Geräts“: Insbesondere moderne GC/MS-Systeme eignen sich dazu, hinreichend ver-wertbare qualitative und quantitative Infor-mationen über die chemische Zusammen-setzung einer Probe zu erhalten. Ein wichti-ger Schritt bei der Bestimmung interessan-ter Aromen und Duftstoffe ist die Proben-vorbereitung, deren Kern ein Extraktionsver-fahren bildet.

Traditionell werden zur Isolierung und Anreicherung olfaktorisch relevanter Analy-ten die Flüssig-flüssig- und Soxhlet-Extrak-tion eingesetzt. Gleiches gilt für die Likens-Nickerson-Extraktion, eine simultane Destil-lation und Extraktion (SDE), deren Handha-bung sich in der Praxis jedoch als arbeits- und zeitintensiv herausstellt und die darüber hin-aus oft nur sehr ungenaue Ergebnisse liefere, sagt Andreas Hoffmann: „Das SDE-Verfah-ren ist zeitaufwendig, und während der Pro-benvorbereitung können einige polare und/oder halbflüchtige Verbindungen verloren gehen“, bemerkt der Applikationsexperte von GERSTEL.

Auch die Solid Phase Micro Extrac-tion (SPME) erweise sich nicht als Königs-weg, ungeachtet ihrer weiten Verbreitung. Das SPME-Verfahren gelte zwar als „schnellere Lösung“, zeige jedoch in puncto Selektivität und Kapazität gewisse Schwächen.

Duftstoff-Profiling I

Auf den Geruch gekommen?

Um dem Geruchsgeheimnis eines Konsumguts auf die Spur zu kommen, bedarf es analytischer Raffinesse und einer ausgefeilten Analysentechnik. Wie das folgende Beispiel zeigt, profitiert der

Anwender bei der olfaktorischen Detektivarbeit von einer automatisierten Probenvorbereitung und einer

Extraktionstechnik, die im Handumdrehen ein Maximum an Aufklärung bietet.

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Auf der Suche nach der idealen quali-tativen und quantitativen Bestimmungsme-thode von Duftstoffen in Konsumgütern haben Andreas Hoffmann und Kollege Dr. Oliver Lerch die automatisierte Dynami-sche Headspace-Technik (DHS) auf den Prüfstand gestellt. Damit untersuchten sie u. a. ein mit einer bekannten Duftstoff-mischung versetztes Duschgel. Um die Ver-gleichbarkeit zu gewährleisten, wurde das Gel auch nach der Likens-Nickerson-Methode extrahiert. „Allerdings, so viel vorwegge-nommen“, erklärt Dr.Oliver Lerch, „hat die DHS beim Nachweis von Duftstoffen in Konsumgütern die Nase vorn.“

Praxiseinsatz spricht für die DHS zwecks Duftstoffnachweis

Im nächsten Schritt wurde das Experiment auf die Bewältigung anspruchsvollerer Matri-

ces erweitert. „Wir wollten wissen“, erläutert Dr. Oliver Lerch, „inwieweit die Matrix auf eine Duftstoffmischung wirkt und ihre Stabi-lität sowie den Nachweis beeinflusst.“

Unter anderem analysierten die Wissen-schaftler Konsumgüter wie Deospray, Seifen, Kerzen und Haarfärbemittel, die mit dem-selben Duftstoffmix versetzt waren wie das untersuchte Duschgel. Auch in diesen Fällen, sagt der Wissenschaftler, belegten die Ergeb-nisse die Wirksamkeit der Dynamischen Headspace-Technik bei der Duftstoffanalyse.

Dr. Oliver Lerch: „Unter Nutzung des Totalverdampfungsverfahrens (Full Evapora-tion Technique, FET) ermöglicht die DHS die quantitative Extraktion einer großen Bandbreite unterschiedlicher Duftstoffver-bindungen. Sie liefert dabei Ergebnisse, wel-che die tatsächliche Duftstoffzusammenset-zung besser widerspiegeln als herkömmliche Extraktionsverfahren.“

Obendrein habe man mit der DHS noch schwer flüchtige Verbindungen (SVOC) bestimmen können, die traditionellen Extrak-tionsverfahren und -techniken in der Regel durch die Lappen gehen. Dr. Oliver Lerch: „Durchgängig zeigte sich die DHS-GC/MS-Analyse von Duftstoffen aus Konsumgütern als effizientere Alternative zu traditionellen Verfahren.“

Das Experiment im Detail

Zur Bestimmung der Duftstoffe verwen-det wurde folgende Gerätekombination: GC 7890, MSD 5975 von Agilent Tech-nologies in Verbindung mit folgenden GERSTEL-Geräten und -Systemen: • ThermalDesorptionUnit (TDU), • KaltAufgabeSystem (KAS) und • MultiPurposeSampler (MPS) mit

DHS-Option. Das GERSTEL-DynamicHeadspace-

System (DHS) ist ein Modul des MultiPur-poseSamplers, das den dynamischen Trans-port der Analyten aus dem Dampfraum (Headspace) sowie ihre Anreicherung auf einem entsprechenden Adsorbens vornimmt. Hierzu werden im vorliegenden Fall wenige Mikroliter eines methanolischen Extrakts der Probe in ein Headspace-Vial pipettiert und auf 80 °C erhitzt.

Aufgrund der Temperatureinwirkung gehen die Leicht- und Schwerflüchter in den Dampfraum über, und nichtverdampf-bare Matrixbestandteile bleiben im Vial zurück. Bei dieser Verfahrensweise, die als Totalverdampfung, neudeutsch: Full Eva-

Analysenbedingungen

Adsorbens: Tenax TADHS: 20 °C Fallentemperatur, 80 °C Inkubationstemperatur, 500 mL Extraktionsvolumen, 50 mL/min ExtraktionsflussTDU: Solvent-vent-Modus, 20 °C (3 min); 100 °C/min; 250 °C (5 min)KAS: Tenax TA Liner, 0,2 min Solvent-vent-Modus (30 mL/min), Split 10:1, 20 °C; 12 °C/s; 280 °C (5 min)Säule: 30 m Stabilwax (Restek), di = 0,25 mm df = 0,25 μmPneumatik: He, konstanter Fluss = 1 mL/minOfen: 40 °C (1 min); 3 °C/min; 240 °C (20 min)MSD: Scan, 29-350 amu

Überlagerung der Signale von Duftstoffstandards (schwarz) und Duschgel (rot). Die blauen Ziffern markieren Duftstoffe (siehe Tabellen auf Seite 12), grüne Ziffern folgende Matrixkomponenten: 1. Methyllaurat, 2. n-Dodecanol, 3. Caprylsäure, 4. 2-Phenoxyethanol, 5. Laurylethoxylat, 6. Laurinsäure, 7. Methyl-p-hydroxybenzoat, 8. N-propyl-p-hydroxybenzoat.

Schematische Darstellung des DHS-Prozesses.

TDU-Röhrchen

Adsorbens

Gas Gas

ProbeTotalverdampfung

Optionale Trock-nung, Entfernung

des LösungsmittelsDesorption in der TDU,Refokussierung im KAS

KAS


Wiederfindung von Duftstoffverbindungen aus unterschiedlichen Matrices.

Nr. Verbindung Duschgel [%] Stück Seife [%] Kerzenwachs [%] Deospray [%] Haarfarbe [%] 1 Ethylbutyrat 80 n. n. n. n. 51 n. n. 2 Limonen 82 10 32 64 20 3 Hexylacetat 90 n. n. 22 55 n. n. 4 Allylcaproat 101 n. n. 31 71 n. n. 5 Dihydromyrcenol 100 96 48 74 24 6 Linalool 92 92 39 63 24 7 Agrumex 97 99 51 73 23 8 α -Terpineol 90 104 39 65 21 9 Styrallylacetat 99 54 40 65 n. n. 10 Benzylacetat 85 5 35 53 n. n. 11 Florol 98 108 52 55 34 12 Dihydrojasmon 95 105 43 49 19 13 DMBC-Butyrat 101 110 56 87 24 14 ß-Ionon 90 120 35 49 24 15 cis-Jasmon 95 112 47 46 n. n. 16 Clonal 96 99 46 74 n. n. 17 Lilial 49 60 32 1 Spur 18 Bacdanol 83 95 34 n. n. 28 19 Hydroxycitronellol 109 72 44 26 23 20 Aldehyd C-14 105 11 56 70 n. n. 21 Hedion 95 99 48 28 4 22 Galaxolid 50 IPM 81 122 75 56 24 23 Hexylcinnamaldehyd 85 105 22 57 5 24 Helional 37. n. n. 27 38 n. n. 25 Cumarin 86 100 43 27 n. n. 26 Ethylvanillin 133 29 31 n. n. 11 27 Moschus T 93 78 10 72 28 n. n. 28 Frambinon 49 41 28 n. n. 12

poration Technique (FET), bezeichnet wird, muss keine Rücksicht auf die Einstellung eines Gleichgewichts der Analyten zwischen Dampfraum und Probe genommen werden. „Und wir finden, was wir finden sollen“, sagt Andreas Hoffmann.

Lenken wir einmal den Blick auf die weiteren Details der DHS-GC/MS-Ana-lyse: Die Analyten werden vollständig ver-dampft und vermittels eines kontinuierlichen Gasstroms durch einen mit einem geeigne-ten Adsorbensmaterial gefüllten Glasliner gespült und angereichert. Das Adsorbens-röhrchen wird anschließend in die Thermal-DesorptionUnit (TDU) überführt und die angereicherten Analyten werden thermisch desorbiert. Nachdem sie im KaltAufgabe-

Nr. Verbindung Likens-N. Likens-N. DHS Hexan Frigen [%] [%] [%] 1 Ethylbutyrat 40 120 80 2 Limonen 53 67 82 3 Hexylacetat 50 90 90 4 Allylcaproat 60 100 101 5 Dihydromyrcenol 62 73 100 6 Linalool 83 100 92 7 Agrumex 96 108 97 8 α-Terpineol 75 100 90 9 Styrallylacetat 117 150 99 10 Benzylacetat 100 120 85 11 Florol 36 32 98 12 Dihydrojasmon 150 200 95 13 DMBC-Butyrat 143 179 101 14 ß-Ionon 167 135 90 15 cis-Jasmon 125 115 95 16 keine Angaben 17 Lilial 183 117 49 18 Bacdanol 130 120 83 19 Hydroxycitronellol n. n. n. n. 109 20 Aldehyd C-14 75 150 105 21 Hedion 67 50 95 22 Galaxolid 50 IPM 150 125 81 23 Hexylcinnamaldehyd 100 60 85 24 Helional 69 52 37 25 Cumarin 80 93 86 26 Ethylvanillin Spur 60 133 27 Moschus T 93 3 3 78 28 Frambinon n. n. n. n. 49

Vergleich der Wiederfindung von Duftstoffverbin-dungen mit verschiedenen Extraktionsmethoden.

System (KAS) cryofokussiert und tempe-raturprogrammiert auf die GC-Säule über-führt wurden, erfolgten die Trennung und die massenselektive Detektion. Insbesondere die Cryofokussierung im KAS, bestätigt Andreas Hoffmann, sorge für scharfe Peaks und stei-gere die Sensitivität des Verfahrens. „Sämtli-che Arbeitsschritte lassen sich dank der Auto-matisierung sehr effizient gestalten. Darüber hinaus“, freut sich der Wissenschaftler, „pro-fitiert der Anwender, dauert die DHS-Ana-lyse doch nur einen Bruchteil der Zeit, die zum Beispiel die Likens-Nickerson-Extrak-tion in Anspruch nimmt.“

Referenz

www.gerstel.de/Applikationen/... GERSTEL-AppNote 2009-08. „Fragrance Pro-filing of Consumer Products using a FullyAutomated Dynamic Heaspace System.“ (www.gerstel.de/pdf/p-gc-an-2009-08.pdf)

Andreas Hoffmann, Dr. Oliver Lerch,GERSTEL GmbH & Co. KG, Eberhard-Gers-tel-Platz 1, D-45473 Mülheim an der Ruhr.Volker Hudewenz, Drom FragrancesInternational GmbH & Co. KG, Oberdiller Straße 18, D-82065 Baierbrunn

Weitere Informationen


Ungebrochen steigende Kundennachfrage: GERSTEL K.K. expandiert am Standort Tokio

Kundenorientierte Lösungen mit dem gewissen Plus

Die große Nachfrage im Land nach „GERSTEL-Lösungen“ hat die

japanische Tochter des Unternehmens, GERSTEL K.K., bewogen, am Standort Tokio neue, größere Büro- und Labor-räume zu beziehen. Damit hat das welt-weite Wachstum der Unternehmensgruppe nun auch den Fernen Osten erreicht. Die GERSTEL K.K. verfügt nun nach dem Umzug über deutlich mehr Platz, eine bessere Ausstattung sowie einen optima-len, zentralen Standort in der Hauptstadt des Landes, um die Kunden und Partner des Unternehmens in allen Belangen best-möglich zu unterstützen – applikativ wie in puncto kundenorientierter Lösungen für die GC/MS und LC/MS.

2004, sechs Jahre nachdem Dr. Fred Schwarzer für GERSTEL Deutsch-land nach Tokio ging, um den dorti-gen Geschäftspartner Yokogawa Ana-lytical Systems Inc. bei der Erschließung des japanischen Marktes zu unterstüt-zen, wurde die GERSTEL K.K. gegrün-det. Dr. Schwarzer kehrte wenig später nach Deutschland zurück, um als Leiter der Software-Entwicklung eine Schlüs-

Neu und geräumiger: der neue Firmensitz der GERSTEL K.K. an zentraler Stelle in Tokio, Japan.

Das Team der GERSTEL K.K. um Chef Hirooki Kanda (sitzend, 2. v. links)

selposition im Unternehmen zu besetzen. Geschäftsführer der GERSTEL K.K. ist seit damals Hirooki Kanda; er und sein Team haben die GERSTEL K.K. nicht nur in Japan, sondern über die Landes-grenzen hinaus bekannt gemacht.

Der Name „GERSTEL“ gilt auch in der japanischen Laborbranche als Mar-kenzeichen für eine intelligente, leistungs-starke automatisierte Probenvorbereitung und Probenaufgabe in der GC/MS und LC/MS.

Mit dem Fokus auf kundenorien-tierte Lösungen hat die GERSTEL K.K. seit ihrer Gründung ein beständiges, soli-des Wachstum gezeigt. Unter ihren japa-nischen Kunden befinden sich zahlrei-che namhafte Global Player aus den Bereichen Automobilherstellung, Halb-leitertechnik, Aroma- und Duftstoff-produktion, Lebensmittel- und Getränke-herstellung sowie pharmazeutische Unternehmen und Wasserversorger.Applikativ betreut und untertsützt werden sie von einem erstklassigen, international erfahrenen Team unter der Leitung von Dr. Nobuo Ochiai.

GLOBAL ANALYTICAL SOLUTIONS

GERSTEL und Agilent: Partner seit mehr als 25 Jahren

nung der langjährigen Verbundenheit, stellvertretend für die Geschäftsführung Eberhard G. Gerstel eine Auszeichnung, die sich einreiht in die Liste von Agi-lent Technologies verliehener Preise für Höchstleis-tungen. Das Unternehmen hat GERSTEL bereits vor Jahren als „Premier Solution Partner, Platin Level“, ausgezeichnet; GERSTEL ist der einzige Agilent-Solution-Partner weltweit, der diesen Titel trägt.

Mitte der Achtzigerjahre erkannten beide Unter-nehmen ihr gemeinsames Synergiepotenzial und

Fred Strohmeier Eberhard G. Gerstel Danilo Cazzola

Am 30. November 2011 kamen das GERSTEL-Management und das europäische Management von Agilent Technologies zusammen, um gemeinsam die inzwischen mehr als 25 Jahre währende Kooperation in puncto kundenorientierter Lösungen für die GC/MS und LC/MS zu feiern. GERSTEL ist derweltweit größte Partner von Agilent Technologies im Bereich der Gas- und Flüssigchromatographie.

An der Feierlichkeit in der deutschen Niederlassung von Agilent Tech-

nologies in Waldbronn nahmen die GERSTEL-Geschäftsführung, nament-lich Eberhard G. Gerstel, Holger Gers-tel und Ralf Bremer, sowie Repräsentan-ten aus den Bereichen Verkauf, Service und Marketing teil. Empfangen und beglück-wünscht wurde die Delegation u. a. von Danilo Cazzola, Vizepräsident EMEA Verkauf, Marketing und Service, Mauri-zio Rosati, leitender Direktor für Verkauf EMEA, und Fred Strohmeier, Vizeprä-sident und Geschäftsführer der Agilent Deutschland GmbH. In ihren Anspra-chen hoben sie zahlreiche Höhepunkte der seit nun 25 Jahren währenden engen und intensiven Kooperation hervor.

Den Erfolg, den beide Unternehmen in ihrer Zusammenarbeit erzielt haben, spiegelt u.a. das Resultat einer Befragung wider, in dem von einer hohen Zufrieden-heit gemeinsamer Kunden die Rede ist. Danilo Cazzola überreichte, in Anerken-

d ie Mög l i ch-keit, durch eine engere Koope-ration mehr für ihre Kunden zu erreichen. Heute sind GERSTEL-Geräte und -Sys-teme für die Pro-benvorbereitungund Probenaufgabe oftmals integralerBestandteil der GC/MS- und LC/MS-Systeme von Agilent Technologies; die Softwaresteuerung beider Welten, kom-fortabel vernetzt, wird als Gesamtlösung von GERSTEL unterstützt.

Beide Unternehmen erkannten den hohen Nutzwert einer Zusammenarbeit und stellten diese vor 25 Jahren auf eine vertragliches Fundament. Seit damals wurde vieles erreicht, und noch manches ist möglich. Beide Seiten pflichten bei, dass die bestehende Partnerschaft erst der Anfang einer langen Erfolgsgeschichte sei.


Weichspüler sind für den Waschvorgang eher unwichtig, bieten aber eine Viel-

zahl positiver Effekte, die Mann und Frau gleichermaßen spätestens am Bügelbrett zu schätzen wissen. Obendrein verleihen Weichspüler der Wäsche einen unverwech-selbaren Duft, den der Verbraucher als „seine Marke“ zu identifizieren weiß und der die Bindung des Kunden zum Produkt nachhal-tig beeinflusst. Düfte sind bekanntermaßen nicht allein die Wirkung einzelner flüchti-ger chemischer Verbindungen, sondern in der Regel das Resultat des Zusammenspiels vieler verschiedener Duftstoff- bzw. Parfümkom-ponenten, die erst in der Gesamtheit einen markanten olfaktorischen Eindruck hinter-lassen. Aufgabe der Qualitätssicherung ist es u. a., den Geruchseindruck von Charge zu Charge sicherzustellen. Wie effizient das gelingt, hängt entscheidend von der Proben-vorbereitung und dem verwendeten Extrak-tionsverfahren ab.

Um parfümierende, sprich: flüchtige organische Verbindungen aus Reinigungs-mitteln wie Seifen, Waschmitteln oder Flüssigweichspülern zu isolie-ren, kommt immer noch die konventionelle Flüs-sig-flüssig-Extraktion (Liquid Liquid Ext-raction, LLE) zum Ein-satz. Ihr Funktionsprinzip basiert auf der unterschied-lichen Löslichkeit von Ana-lyten in zwei nicht miteinan-der mischbaren Flüssigkeiten, wobei es sich in der Regel auf der einen Seite um eine hydrophile, also wässrige Phase han-

delt und auf der anderen Seite um ein hydro-phobes, organisches Lösungsmittel. Eben hier offenbart sich der Nachteil der LLE, bringt es Khim Hui, Wissenschaftler bei Firmenich Asia Private Ltd. in Singapur, auf den Punkt: „Die LLE erfasst zwar selektiv die inte-ressan- ten Analyten

auch aus k o m -

p l e -

Effizient und sicher bestimmen, was Wäsche weiß, weich und wohlriechend macht: Zur Bestimmung von Duftstoffen in Reinigungs- und Waschmitteln kommt die GC/MS in Verbindungen mit der konventionellen Flüssig-flüssig-Extraktion (LLE) zum Einsatz. Wissenschaftler aus der Forschungsabteilung des Duftstoffherstellers Firmenich haben auf der Suche nach einer effizienten Alternative die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) als Extraktionsmethode

getestet – mit überzeugenden Resultaten.

Duftstoff-Profi ling II

Weichspüler im Schleudergang

xen Matrices, allerdings erweist sich diese Form der Probenvorbereitung als sehr zeit- und arbeitsintensiv.“

Die Phasentrennung ist oft ein Problem bei tensidhaltigen Proben. Darüber hinaus sei der Lösungsmittelverbrauch enorm, was sich nachteilig auf die Kosten der Analyse auswirke, vom Aufwand einer fachgerechten Entsorgung der Lösungsmittelreste ganz zu schweigen.

Mit dem Ziel, hier Abhilfe zu schaffen, machten sich Khim Hui und die wissen-

schaftliche Mitarbeiterin Diana Koh auf die Suche nach einer attraktiven

alternativen Extraktionstechnik, die idealerweise nur wenig oder

gar kein Lösungsmittel erfordert, die Duftstoffkomponenten sensitiv

auch in Spuren aus komplexen Mat-rices zu isolieren in der Lage ist und

die darüber hinaus allenValidierungs-ansprüchen genügt. Die Wissenschaft-

ler aus Singapur stießen nach ausführli-cher Recherche auf die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE), ein vergleichsweises jun- Te

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ges Extraktionsverfahren, das sich bereits bei der Analyse einer Vielzahl organischer Ver-bindungen aus den unterschiedlichsten Mat-rices bewährt hat.

Das Bestechende an der SBSE sei nicht alleine die Tatsache, dass diese Probenvorbereitung ohne bzw. nur mit einem Minimum organischen Lösungsmittels aus-komme. Khim Hui: „Die SBSE ist über-raschend einfach zu handhaben und größ-tenteils automatisierbar, was die Analytik sehr effizient macht.“ Die SBSE erfolgt unter Ein-satz eines speziellen Rührfischs (Twister), der – im vorliegenden Fall – mit Polydimethyl-siloxan (PDMS) als Extraktionsmedium ummantelt ist, dessen Menge die vergleich-barer Phasen, etwa der Solid Phase Micro Extraction (SPME), aufgrund der Größe um ein Vielfaches überragt; diese Tatsache erklärt letztlich die sehr hohe Ausbeute beim Nachweis von Spurenanalyten. Der Twis-ter wird einfach in die Probe gegeben, die er wirbelnd durchmischt, um zeitgleich die Analyten anzureichern. Nach einer von Pro-benart zu Probenart unterschiedlichen Zeit wird der Twister entnommen, trocken getupft und in einen Glasliner überführt. Anschlie-ßend erfolgt die automatisierte thermische Desorption der Analyten vom Twister in der ThermalDesorptionUnit (GERSTEL-TDU) sowie deren Überführung und Cryo-fokussierung im GC-Injektor (GERSTEL-KaltAufgabeSystem, KAS) und die Analyse im GC/MS-System (Agilent 6890/5973N).

Am Rande bemerkt: Für das Funktions-prinzip der SBSE ist der Verteilungskoeffizi-ent zwischen PDMS und Wasser von Bedeu-tung. Das mit PDMS beschichtete Rührstäb-chen durchmischt die wässrige Probe, wobei die Extraktion beziehungsweise Sorption der weniger polaren Inhaltsstoffe in den PDMS-Mantel erfolgt.

Für viele Substanzen ist der Logarithmus ihres PDMS-Wasser-Verteilungskoeffizien-ten annähernd äquivalent dem Logarithmus ihres Oktanol-Wasser-Verteilungskoeffizi-enten (Log KOW). KOW ist ein physiko-che-mischer Parameter, der verwendet wird, die hydrophilen oder hydrophoben Eigenschaf-ten einer Chemikalie zu beschreiben. [2]

Ein großer Log KOW steht für hohe Hyd-rophobizität, was bedeutet, dass die Substanz

sehr gut im PDMS sorbiert und sich mit ent-sprechend hoher Wiederfindung mit dem Twister extrahieren lässt.

Aus der Theorie in die Praxis

Um das SBSE-Verfahren zu testen und für die Bestimmung von Parfüm- und Duftstof-fen im eigenen Unternehmen zu etablieren, analysierten die Wissenschaftler Weichspü-lerproben (je 30 mg), die sie mit gängigen Duftstoffen dotierten. Dabei handelte es sich um folgende Analyten: 1,8-Cineol (RM 1), Zestover (RM 2), Kampher (RM 3), Verdox (RM 4), Decal (RM 5), Lilial (RM 6), Amyl-zimtaldehyd (RM 7), Hexylsalicylat (RM 8), Hexylzimtaldehyd (RM 9) sowie Galaxolid 70 MIP (RM 10). Das Twister-Rührstäb-chen wurde zuvor mit internem Standard (IS) beladen, indem man den Twister in 100 µL der IS-Lösung (150 mg/L 1,4-Dibrom-benzol in Acetonitril) mit dazugegebenen 20 mL deionisiertem (DI) Wasser eine Stunde lang rühren ließ. Anschließend wurden 20 mL DI-Wasser zu den dotierten Weichspü-lerproben hinzugegeben und mit dem Twis-ter extrahiert.

Die Kinetik der Extraktion hängt von der Migrationsrate der Analyten ins PDMS des Twister ab; sie wird unter anderem durch die Diffusionsparameter, die Rührbedingungen und das Probenvolumen beeinflusst. Diana Koh Guat Fen: „Im Prinzip ist die Peakflä-che bis zur Einstellung eines dynamischen Gleichgewichts umso größer, je länger die Extraktionszeit ist.“

Im Fall ihrer Studie habe sich eine Extraktionsdauer von einer Stunde bei einer Extraktionsgeschwindigkeit von 800 Um- drehungen pro Minute (UpM) bei Zimmer- temperatur als optimaler Mittelweg herausgestellt. Um statistisch überprüfbare Daten zu gewinnen, führte Diana Koh die Messungen an fünf verschiedenen Tagen durch, wobei sich eine durchweg gute Wiederholbarkeit der Messung mit relativen Standardabwei-chungen von maximal 16 Prozent zeigte.

Vergleich von SBSE und LLE

Aus den an fünf Tagen durchgeführten ins-gesamt 50 Messungen, zehn Versuche pro

Tag, berechnete Diana Koh die relative Stan-dardabweichung, die bei unter 12,5 Prozent lag. Die Linearität wurde letztlich mittels einer Dreipunktkalibrierung überprüft und erbrachte „eine gute lineare Regression für alle eingesetzten Duftstoffe, durchgängig mit R2-Werten von über 0,996“, schildern die Wissenschaftler.

Wie aber schnitt die SBSE gegenüber der im Unternehmen validierten und umfang-reich in der Praxis getesteten LLE ab? Khim Hui: „Zum Vergleich beider Methoden wur-den Referenzproben mit verschiedenen Kon-zentrationen (0,30 %, 0,50 % und 0,75 %) vor-bereitet. Dabei zeigte sich, dass die mittels SBSE nachgewiesene Konzentration ziem-lich nah an dem Resultat lag, das wir auf kon-

Wiederholbarkeit

Tag 1 Tag 2 Tag 3 Tag 4 Tag 5Komponenten Mittelwert STDEV RSD % Mittelwert STDEV RSD % Mittelwert STDEV RSD % Mittelwert STDEV RSD % Mittelwert STDEV RSD %

Eucalyptol 0,011391 0,000569 5,0 0,012481 0,001269 10,2 0,012263 0,000979 8,0 0,012726 0,001675 13,2 0,012806 0,001285 10,0Zestover 0,004632 0,000450 9,7 0,004311 0,000264 6,1 0,004320 0,000135 3,1 0,004182 0,000423 10,1 0,004503 0,000408 9,1Kampher 0,016166 0,000759 4,7 0,016907 0,001131 6,7 0,016440 0,000769 4,7 0,016788 0,002001 11,9 0,016717 0,001316 7,9Verdox 0,915239 0,018752 2,0 0,972578 0,033094 3,4 0,866965 0,046048 5,3 0,861180 0,067641 7,9 0,891986 0,042382 4,8Decal 0,014214 0,001540 10,8 0,013926 0,001113 8,0 0,012846 0,000584 4,5 0,011892 0,001824 15,3 0,011710 0,000817 7,0Lilial 0,543458 0,019006 3,5 0,578859 0,027545 4,8 0,545785 0,035792 6,6 0,541996 0,053128 9,8 0,538627 0,025521 4,7Amylzimtsäurealdehyd 0,157428 0,006136 3,9 0,171888 0,012369 7,2 0,155054 0,011036 7,1 0,156900 0,017694 11,3 0,159980 0,008911 5,6Hexylsalicylat 0,166794 0,015632 9,4 0,194849 0,020899 10,7 0,172095 0,019607 11,4 0,170137 0,026629 15,7 0,174985 0,013832 7,9Hexylzimtsäurealdehyd 0,082476 0,006007 7,3 0,093632 0,009226 9,9 0,081535 0,008477 10,4 0,082533 0,012220 14,8 0,084395 0,005973 7,1Galaxolid 70 MIP 0,058829 0,004466 7,6 0,067701 0,006918 10,2 0,058252 0,007216 12,4 0,056675 0,008331 14,7 0,058113 0,004954 8,5

Tabelle 1: % RSDs, berechnet auf Basis der Extraktion zehn gelisteter Probenkomponenten.

Komponente Mittelwert STDEV % RSD

Eucalyptol 0,012334 0,001270 10,3Zestover 0,004390 0,000377 8,6Kampher 0,016604 0,001255 7,6Verdox 0,901589 0,059065 6,6Decal 0,012918 0,001589 12,3Lilial 0,549745 0,036067 6,6Amylzimtsäurealdehyd 0,160250 0,012906 8,1Hexylsalicylat 0,175772 0,021475 12,2Hexylzimtsäurealdehyd 0,084914 0,009471 11,2Galaxolid 70 MIP 0,059914 0,007433 12,4

Methodenparameter

TDU: Desorptionsmodus: splitlos mit 80 mL/min; 50 °C; 80 °C/min; 150 °C (1 min)KAS : Liner gefüllt mit Tenax TA; Solvent-vent-Modus; 10 °C; 12 °C/min; 280 °C (10 min) Agilent GC/MS 6890/5973N

GC-Ofen: 50 °C (3 min); 3 °C/min; 260 °C 20 °C/min; 300 °C (5 min)

Säule: HP-5MS, 30 m x 0,25 mm x 0,25 μm

Trägergas: Helium, konstanter Fluss 1,2 mL/min

MSD: Massenbereich: 29-400 Quadrupol: 150 °C, Quelle: 230 °C

Tabelle 2: Berechnete % RSD des Mittelwerts von 50 Messungen.


Chromatogramm der Flüssig-flüssig-Extraktion (LLE): Beobachtbar, zeigen sich keine bzw. nur geringe Signale für die überwachten Komponenten (10 RMs).

Chromatogramm einer Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE): Die Sensitivität ist größer, was die Bestimmung eines Verlusts an Rohmaterial aus verkapselten Duftstoffen im Spurenbereich erlaubt.

Weitere Informationen

Diana Koh Guat Fen, Khim Hui Ng, Firmenich Asia Private Limited, 10 Tuas West Road, Sin-gapore 638377

Literatur

y=5.409e -002

R2=0.9989

0

1.00e-002

2.00e-002

0 0.2 0.4

EUCALYPTOLResponse Ratio

Concentration Ratio

RM 1

0

0.05

0.1

0 0.5 1 1.5

RM 10Response Ratio

Concentration Ratio

y=8.549e -002

R2=0.9986

0

5.00e-003

1.00e-002

0 0.05 0.1 0.15

ZESTOVERResponse Ratio

Concentration Ratio

RM 2

y=6.715e -002

R2=0.9969

0

1

0 1 2 3

VERDOXResponse Ratio

Concentration Ratio

RM 4

y=6.097e -001

R2=0.9999

0

2.00e-002

0 0.05 0.1 0.15

RM 5Response Ratio

Concentration Ratio

y=2.176e -001

R2=0.9977

0

0.5

1

0 0.5 1 1.5

RM 6Response Ratio

Concentration Ratio

y=7.397e -001

R2=0.9998

0

0.2

0 0.5 1 1.5

RM 7Response Ratio

Concentration Ratio

y=2.111e -001

R2=0.9999

0

0.1

0 0.5 1 1.5 2

RM 9Response Ratio

Concentration Ratio

y=7.646e -002

R2=0.9989

Twister-Kalibrationsgerade jeder Komponente.

ventionelle Weise mit der LLE erzielt hat-ten.“ Darüber hinaus habe der Methoden-vergleich eine deutlich größere Sensitivität der SBSE gegenüber der LLE offenkundig gemacht. „Zusammenfassend lässt sich fest-stellen“, bringt es Khim Hui auf den Punkt, „die SBSE hat als schnelle, empfindliche und höchst reproduzierbare Alternative zu gängi-gen Probenvorbereitungsmethoden wie LLE bei der Analyse von Duftstoffen in Weich-spülern überzeugt.“ Daneben ermögliche die SBSE die Nutzung relativ geringer Proben-mengen und beeindruckte durch ihre höhere Sensitivität bei der quantitativen Analyse. Nicht zuletzt lasse sich der bisherige Ver-brauch an organischen Lösungsmitteln dank SBSE drastisch senken. „Ein durch und durch positives Resultat“, freut sich der Wissen-schaftler.

[1] C. Franc, F. David, G. de Revel. J. Chromatogr. A 1216 (2009) 3318-3327

[2] M. W. Maylan, P. H. Howard; J. Pharm. Sci. 84 (1995) 83-92

Mittels SBSE überwachte Parfümrohstoffe in Weichspüler: Vergleich der Flüssig-flüssig-Extraktion (LLE) mit der Stir Bar Sorptive Extraction (SBE) bei gleicher Dosierung (Anwendung der Verkapselungstechnologie).


Bei der Herstellung pharmakologisch wirksamer Substanzen können unter ungünstigen Bedingungen alkylierende Sulfonate entstehen, die das Erbgut schädigen und Krebs hervorrufen können. Gemäß FDA und Europäischem Arzneibuch sind potenziell belastete Arzneimittel auf Kontaminationen zu untersuchen.Die Gaschromatographie erweist sich dafür als Trenntechnik der Wahl. Wie die beiden in diesem Beitragzusammengefassten Anwendungen aus den USA und Europa zeigen, bietet das Prozedere der Probenvorbereitung

gute Ansätze, die Methode zu optimieren und die Analyse den individuellen Anforderungen anzupassen.

Genotoxische Verunreinigungen

Besser vorbeugen als nachsorgen

In Gegenwart niedermolekularer Alkohole können unter ungünstigen Bedingun-

gen aus Sulfonsäuren Alkylsulfonate entste-hen, etwa Methylmethansulfonat (MMS) in methanolischer Lösung, Ethylmethansulfo-nat (EMS) unter Einfluss von Ethanol, Iso-propylmethansulfonat (IPMS) in Anwesen-heit von Isopropanol. Die auch als Mesylate bezeichneten Verbindungen sind selten erwünscht, besitzen sie doch allesamt eine mehr oder weniger ausgeprägte genotoxische Wirkung, das heißt MMS, EMS und IPMS greifen die DNS an, können Zellmutationen hervorrufen und Krebserkrankungen auslö-sen, paradoxerweise infolge der Einnahme gesundheitsfördernder Präparate.

Sulfonsäuren werden häufig für die Salz-bildung während der Synthese und Produk-tion der aktiven pharmazeutischen Inhalts-stoffe (API) eingesetzt. Die Pharmaindustrie hat große Anstrengungen unternommen, die Entstehung von Alkylsulfonaten zu begrei-fen und ihr Aufkommen in Medikamenten

zu minimieren. Ungeachtet dessen bleibt – je nach Herstellungsprozess – das Restrisiko einer Kontamination, dem man allerdings mit analytischen Mitteln zu begegnen weiß und so den Schutz des Verbrauchers gewährleistet.

Der Gesetzgeber reagierte folgerichtig:Im Jahr 2006 wurde von der Europäischen Arzneibuch-Kommission eine „Guide-line on the Limits of Genotoxic Impurities“ beschlossen, wonach Arzneimittel auf eine Belastung mit genotoxischen Verunreini-gungen zu untersuchen sind. Von der Euro-pean Medicines Agency (EMA) wurde in diesem Zuge ein offizieller Grenzwert fest-gelegt (TTC = threshold of toxicological con-cern), der die Aufnahme genotoxischer Ver-unreinigungen auf maximal 1,5 µg pro Per-son und Tag beschränkt. [1]

Alkylsulfonate im Fokus

Für die Bestimmung genannter Alkylsulfo-nate wurden in der Vergangenheit verschie-

dene Methoden entwickelt; wie der Blick in die Fachliteratur offenkundig macht, basieren die heute wichtigsten auf der Gaschromato-graphie in Verbindung mit der massenselek-tiven Detektion. Auf die GC/MS-Methode zum Nachweis u. a. von Ethylmethansulfonat (EMS) aus der Medikamentenmatrix setzen auch die Experten unterschiedlicher interna-tional namhafter Pharmafirmen wie Astra-Zeneca, Pfizer, GlaxoSmithKline und Roche Pharma AG.

In einem unternehmens- bzw. konzern-übergreifenden Projekt in Zusammenarbeit mit dem Research Institute for Chromato-graphy (RIC) unternahmen sie den Versuch, Mechanismen und Kinetik der Bildung von Sulfonsäureestern in der Wirkstoffmatrix besser zu verstehen. Ihren Fokus legten sie zu Anfang der Experimente auf die Reak-tion von Methansulfonsäure und Ethanol zu Ethylmethansulfonat (EMS).

Im Journal of Pharmaceutical and Bio-medical Analysis [2] schildern sie u. a. das


Ergebnis der MPS-HS-GC/MS: Das durch die Umsetzung von EMS mit PFTP entstandene Penta-fluorphenylethylsulfid (Et-TPFB) eluierte bei 9 min, der deuterierte Standard (Et-TPFB-d5) kurz zuvor.

In Gegenwart niedermolekularer Alkohole können unter ungünstigen Bedingungen aus Sulfonsäuren Alkylsulfonate entstehen (obere Reaktionsgleichung). Die untere Reaktionsgleichung demonstriert den Prozess der Umsetzung von EMS mit PFTP.

Manko bisher gängiger GC/MS-Methoden. Diese besäßen zwar eine hohe Sensitivität im ppm-Bereich (µg/g), litten aber darunter, dass etwa eine unmittelbare Injektion der Medi-kamentenmatrix zu einer Kontamination des GC-Inlets oder auch zu einer Stoffzerset-zung führe. Obendrein sei beobachtet wor-den, dass sich im beheizten GC-Inlet durch thermische Zersetzung oder unter Einfluss des verwendeten Lösungsmittels Sulfonsäu-reester bilden könnten, deren Gegenwart die Richtigkeit des resultierenden Messergebnis-ses infrage stellt.

Als zuträglich für die Stabilität der Substanzen und deren Nachweis im unte-ren ppm-Bereich hingegen erwies sich die In-situ-Derivatisierung, gefolgt von der sta-tischen Headspace, dank der eine Konta-mination des GC/MS-Systems verhindert wird. Damit war die Richtung für die wei-tere Arbeit vorgegeben.

GC/MS mit Derivatisie-rung und automatisier-ter Headspace-Technik

Für ihre Messung verwende-ten die Wissenschaftler eine Gerätekombination, bestehend aus einem Agilent GC 6890 und Agilent MSD 5973. Sämt-liche Schritte, von der Dosierung des inter-nen Standards (deuterierter Alkohol) über die Zugabe des Derivatisierungsreagenz (6,4 mg/L Pentafluorthiophenol [PFTP] und 20 mg/mL Natriumhydroxid in Wasser) bis zur statischen Headspace-Extraktion und -Pro-benaufgabe, erfolgten vollständig automati-siert mit dem GERSTEL-MultiPurpose-Sampler (Dual-Rail-MPS), der aufgrund seiner Bauweise zwei unterschiedliche Sprit-zen handhaben kann – für die Dosierung von Flüssigkeiten wie auch für die Aufgabe gas-förmiger Headspace-Proben. Die Äquilibrie-rung der statischen Headspace-Extraktion

erfolgte im Agitator bei 105 °C für eine Dauer von 15 min, wobei die Probe mit einer Dreh-zahl von 600 pro Minute geschüttelt wurde. Die Aufgabe von 1 mL Headspace geschah mit einer gasdichten Spritze im Splitmodus 1:10 bei einer Temperatur des Injektors von 250 °C. Für die Trennung der Analyten wurde eine DB-VRX-Säule (20 m x 0,18 mm ID x 1 µm df ) von Agilent Technologies verwendet. Beim Trägergas handelte es sich um Helium, das mit 0,8 mL/min durch die Säule strömte. Der GC-Ofen wurde von 60 °C (1 min) mit 10 °C/min auf 130 °C aufgeheizt und von die-sem Punkt aus mit 30 °C/min auf die End-temperatur von 250 °C. Die massenselektive Erfassung erfolgte im SIM-Modus.

Das Resultat der MPS-HS-GC/MS: Das durch die Umsetzung von EMS mit PFTP gebildete Pentafluorphenylethylsulfid (Et-TPFB) eluierte bei 9 min, der deuterierte Standard (Et-TPFB-d5) kurz zuvor. Beide Signale ließen sich mittels der extrahierten Ionenchromatogramme bei m/z 228 bzw. 233 quantifizieren. In ihrem Beitrag schlussfol-gern die Wissenschaftler, dass sie mit der von ihnen verwendeten Methode und dem einge-setzten GC/MS-System überaus zufrieden-stellende Resultate erzielt haben, sprich: eine exzellente Linearität (R2= 0,999) und Wie-derholbarkeit sowie eine Robustheit, die kine-tische Studien hinsichtlich der Bildung von

ren ppm-Bereich hingegen erwies sich die In-situ-Derivatisierung, gefolgt von der sta-tischen Headspace, dank der eine Konta-mination des GC/MS-Systems verhindert wird. Damit war die Richtung für die wei-

liche Schritte, von der Dosierung des inter-nen Standards (deuterierter Alkohol) über die Zugabe des Derivatisierungsreagenz (6,4 mg/L Pentafluorthiophenol [PFTP] und 20 mg/mL Natriumhydroxid in Wasser) bis zur statischen Headspace-Extraktion und -Pro-benaufgabe, erfolgten vollständig automati-siert mit dem GERSTEL-MultiPurpose-Sampler (Dual-Rail-MPS), der aufgrund seiner Bauweise zwei unterschiedliche Sprit-zen handhaben kann – für die Dosierung von Flüssigkeiten wie auch für die Aufgabe gas-förmiger Headspace-Proben. Die Äquilibrie-rung der statischen Headspace-Extraktion

ren ppm-Bereich hingegen erwies sich die Erfassung erfolgte im SIM-Modus. ren ppm-Bereich hingegen erwies sich die In-situ-Derivatisierung, gefolgt von der sta-tischen Headspace, dank der eine Konta-mination des GC/MS-Systems verhindert wird. Damit war die Richtung für die wei-

liche Schritte, von der Dosierung des inter-nen Standards (deuterierter Alkohol) über die Zugabe des Derivatisierungsreagenz (6,4 mg/L Pentafluorthiophenol [PFTP] und 20 mg/mL Natriumhydroxid in Wasser) bis zur statischen Headspace-Extraktion und -Pro-benaufgabe, erfolgten vollständig automati-siert mit dem GERSTEL-MultiPurpose-Sampler (Dual-Rail-MPS), der aufgrund seiner Bauweise zwei unterschiedliche Sprit-zen handhaben kann – für die Dosierung von Flüssigkeiten wie auch für die Aufgabe gas-förmiger Headspace-Proben. Die Äquilibrie-rung der statischen Headspace-Extraktion

Erfassung erfolgte im SIM-Modus.

Mit dem Dual-Head-GERSTEL-MPS lässt sich die Dosierung von Flüssig-keiten sowie die Aufgabe gasförmiger Headspace-Proben komfortabel und sicher automatisieren.

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Sulfonaten aus Sulfonsäuren erlaubt. Die Nachweisgrenze (Limit of detection, LOD) von EMS lag bei < 0,5 µg/L, die relative Stan-dardabweichung (RSD) bei 3,5 %.

Autosampler für die leichte Hand-habung unterschiedlicher Volumina

Von ähnlich erfreulichen Resultaten berich-ten Johanna Ubben, Amy Birch und Fenghe Qiu von der Boehringer Ingelheim Phar-maceuticals, Inc. in Ridgefield, Connecticut/USA [3]. Ebenso wie ihre europäischen Kol-legen setzten die US-Experten beim Nach-weis von Methylmethansulfonat (MMS) auf die GC/MS, allerdings bei der Proben-vorbereitung nicht auf die statische Head-space-Technik, sondern auf die Flüssig-flüs-sig-Extraktion, wobei sie die Dual-Head-Variante des GERSTEL-MPS einsetzten, und zwar unter Verwendung von zwei Sprit-zen: zur Handhabung großer Flüssigkeits-mengen (250 µL) für die Dosierung der Rea-genzien und für die Probenaufgabe von Mik-rolitermengen ins GC/MS-System (10 µL).

Das grundlegende Ziel der Wissen-schaftler war es, die relative Reaktivität von Methansulfonsäure (MSA) und Natrium-methansulfonat (MSA-Na) in methanoli-scher Umgebung auf die Bildung von MMS zu untersuchen. Hierzu kann man sich der Flüssig-flüssig-Extraktion (FFE) bedienen; manuell ein überaus arbeits- und zeitinten-sives Verfahren, das obendrein nur einen geringen Probendurchsatz erlaubt. Dieser Sachverhalt war Johanna Ubben und ihren Kollegen offenbar bewusst, denn es bestand der Plan, die bislang praktizierte manuelle FFE quasi eins zu eins auf den MPS-Labor-roboter zu übertragen und damit die Effi-zienz der Probenvorbereitung nachhaltig zu steigern. Besonders bestach der Aspekt, dass sich die Proben mit dem MPS rühren las-sen, was die automatisierte Durchführung von In-situ-Extraktionen erlaube.

Literatur

[1] Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit

[2] K. Jacq, E. Delaney, A. Teasdale, S. Eyley, K. Tayler-Worth, A. Lipczynski, V. D. Reif, D. P. Elder, K. L. Facchine, S. Golec, R. Schult Oesterich, P. Sandra, F. David: Develop-ment and validation of an automated sta-tic headspace gas chromatography-mass spectrometry (SHS-GC-MS) method for monitoring the formation of ethyl methane sulfonate from ethanol and methane sulfonic acid. J. Pharm. Biomed. Anal. 48(5) (2008) 1339-44.

[3] J. Ubben, A. Birch, F. Qui: Use of the GERSTEL Multi-Purpose Sampler (MPS) as a sample preparation tool to enhance the efficiency of mesylate formation stu-dies. Posterpräsentation.

Herstellung von Arzneimitteln bei AstraZeneca Qualitätssicherung bei AstraZeneca Verpackung von Arzneimitteln bei AstraZeneca

Der MPS füllte 100 µL der Probe in ein Röhrchen mit 500 µL deionisiertem Was-ser und 500 µL Methylenchlorid. Es folgte die Extraktion bei 600 Umdrehungen pro Minute für die Dauer von einer Minute. Für die Phasentrennung wurden 20 Minu-ten veranschlagt; durch stündliche Injektion ins GC/MS-System wurde die MMS-Bil-dung verfolgt.

Ihre Analyse führten die Wissenschaft-ler auf einem GC 7890A in Kombination mit einem MSD 5975C, beide von Agilent Technologies, durch. Die Trennung erfolgte auf einer Kapillarsäule von Restek (Rtx-VRX, 30 m x 0,25 mm, 1,4 µm). Als Trä-gergas diente Helium mit einem konstanten Fluss von 1,0 mL/min. Der GC-Ofen wurde temperaturprogrammiert von 100 °C (1 min) mit 10 °C/min auf 160 °C aufgeheizt. Die Injektion der Probe (1µL) erfolgte mit einem Splitverhältnis von 10:1, die massenselektive Detektion nach Elektronenstoßionisierung im SIM-Modus, wobei folgende Parameter berücksichtigt wurden: für Methylmethan-sulfonat (MMS) Retentionszeitraum 3,0-5,0 min, Target-Ion 80 (m/z), Qualifier-Ion 110 (m/z), Verweilzeit 100 ms; für Ethyl-methansulfonat (EMS) Retentionszeitraum 5,0-7,0 min, Target-Ion 109 (m/z), Quali-fier-Ion 79, Verweilzeit 100 ms.

Ende gut, alles gut? So oder ähnlich darf wohl die Aussage von Johanna Ubben, Amy Birch und Fenghe Qiu von der Boehringer Ingelheim Pharmaceuticals Inc. in Ridge-field, Connecticut/USA gewertet werden. Die Wissenschaftler fanden nämlich heraus, dass sich mehr Methylmethansulfonat bil-det, je weiter sich das Verhältnis von MSA/MSA-Na in Richtung Methansulfonsäure verschob: „Die MMS-Bildung beschleu-nigte sich in der Lösung mit 50 % oder mehr MSA“, bringen es Ubben und Kollegen auf den Punkt. Erstes Ziel erreicht, auf zum nächsten: Darüber hinaus habe die Auto-matisierung der Methode auf dem MPS

eine unkomplizierte stündliche Datener-fassung ermöglicht. Sie wurde validiert und habe sich als selektiv und linear erwie-sen; die statistischen Daten für Wiederfin-dung und Wiederholbarkeit überzeugten, und die Lösung war über einen Zeitraum von 24 Stunden stabil. Während die manu-elle Methode die Präsenz eines Anwenders erforderte, bot der MPS die Chance, Proben unbeobachtet auch über Nacht zu vermes-sen. Auf den Punkt gebracht, schreiben die Wissenschaftler, habe der MPS die Proben-vorbereitung auf ein Viertel der bislang übli-chen Zeit reduziert. Sie schließen ihre Arbeit mit einem Verweis auf die Möglichkeit der In-situ-Extraktion: „Dieser neue Prozess macht nicht nur die Forschung effizienter, sondern reduziert auch die Variabilität der Resultate, was wiederum zu einer robuste-ren Analyse führt.“

Klingt, wie schon mal gehört, …

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Pestizide

Rückstandsanalytik vom FeinstenPestizidrückstände in Lebensmitteln lassen sich sicher und sensitiv bestimmen. Zur GC/MS- bzw. LC/MS-Analysegelangen zunehmend QuEChERS-Extrakte, die aufgrund ihrer hohen Matrixlast jedoch aufzureinigen sind.Die konventionelle manuelle Vorgehensweise ist mit zahlreichen zeit- und arbeitsintensiven Schritten verbunden.

Die Automatisierung der Aufreinigung erweist sich als sinnvoll und möglich.

Der chromatographische Nachweis von Pestizidrückständen in einer Reihe von

Lebensmitteln [1], insbesondere in Obst- und Gemüseproben, erfolgt zunehmend nach Extraktion der Analyten gemäß der QuE-ChERS-Methode. Sie empfiehlt sich sowohl dem Namen als auch der Laborpraxis nach als schnelle, einfache, preiswerte, effektive, robuste und sichere Art der Probenvorberei-tung (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, Safe). Allerdings sind die resultierenden Extrakte in der Regel immer noch stark matrixbehaftet, sodass sie vor der GC/MS- beziehungsweise LC/MS-Analyse mittels

detektiert vermittels eines Agilent G6460A Triple-Quadrupol-Massenspektrometers. Sensitivität und Selektivität des LC-MS/MS-Systems ermöglichen eine Realisierung der von Kontrollbehörden geforderten nied-rigen Nachweisgrenzen. Die Injektion der Proben erfolgt via Probenschleife (2 µL).Materialien: Untersucht wurden von der US Food and Drug Administration (FDA) zur Verfügung gestellte und mit Pestiziden ange-reicherte Hopfen- und Ginsengproben.

Gleiches gilt für in Acetonitril angesetzte Stammlösungen unterschiedlicher Pestizide (siehe Tabelle auf Seite 22). Durch Verdün-nung der Stammlösung mit mobiler Phase sowie reinem Hopfen- und Ginsengextrakt wurden Kalibrierungs- und Matrix-ange-passte Standards mit Konzentrationen von: 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500 und 1000 ng/mL hergestellt. Vorbehandlung des QuEChERS-Acetoni-tril-Extrakts: 1 mL Extrakt werden aus

dem ersten Zentrifugationsschritt der QuEChERS-Methode in ein Vial

pipettiert, das mit einem zur Aufreinigung fetthaltiger Pro-ben geeigneten Sorptionsma-terial gefüllt ist. Anschließend wird das Gefäß an entsprechen-

der Stelle in der GERSTEL-MPS-PrepStation positioniert.

Die Schritte der nachfolgenden auto-matisierten QuEChERS-Aufreinigung sind im nebenstehenden Schema dargestellt.

GERSTEL-DualHead-MultiPurposeSampler (MPS XL), konfiguriert für automatisierte Aufreinigung und LC-MS/MS-Analyse von QuEChERS-Extrakten.

dispersiver SPE und Zentrifugieren aufzu-reinigen sind – manuell ein sehr zeit- und arbeitsintensiver Prozess. Hierin liegt das wohl einzige Manko der revolutionären QuEChERS-Methode, das sich allerdings ausschalten lässt, wird die Aufbereitung des Extrakts automatisiert. Ziel der hier vorlie-genden Arbeit war es, eine dispersive Fest-phasenextraktion (dSPE) zur Reinigung der QuEChERS-Extrakte zu automatisieren, verbunden mit unmittelbar sich anschlie-ßender LC-MS/MS-Analyse [2] der gerei-nigten Extrakte.

Material und Methoden

Instrumentierung: Die Automatisierung der Probenvorbereitung erfolgte auf einer GERSTEL-MPS-PrepStation (XL Dual-Head-MultiPurposeSampler), ausgestattet mit einer Zentrifuge. Getrennt wurden die Analyten auf einem Agilent 1290 HPLC,


Analysenbedingungen LC

Mobile Phase: A – 5 mM Ammonium- formiat in Wasser mit 0,01 % Ameisensäure B – 0,01 % Ameisen- säure in AcetonitrilGradient: 0,0 min 94 % A / 6 % B 0,3 min 94 % A / 6 % B 14 min 5 % A / 95 % B 17 min 5 % A / 95 % BDruck: 600 barFlussrate: 500 μL/minLaufzeit: 17 minEquilibrierzeit: 2,5 minSäule: 2,1 mm x 100 mm, 1,8 μm, Zorbax Eclipse Plus C18 RRHT (Agilent)Ofen: 55 °CInjektionsvolumen: 2 μL

Probenvorbereitung

Automatisierte QuEChERS-Aufreinigung.Schütteln der jeweiligen Probe für 1 Minute.

Zentrifugieren bei 575 g für eine Dauer von 3 Minuten.

Filtrieren von 500 μL des resultierenden Überstands durch einen 0,45 μm

Filter.

Mischen von 100 μL des resultierenden Filtrats mit 400 μL mobiler Phase A in

einem sauberen 2-mL-Vial.

Schütteln des Probenvials (30 Sekunden).

Injektion von 2 μL in das LC-MS/MS-System.

Die Vorbereitung aller Standards erfolgte mit der für die automatisierte QuEChERS-

LC-MS/MS-Analyse konfigurierten GERSTEL-MPS-PrepStation:

Transfer von 100 μL vorher extrahierter reiner Matrix oder 100 % Acetonitril in ein

leeres 2-mL-Autosampler-Vial.

Transfer von 250 μL der mobilen Phase A in das Vial.

Transfer von 150 μL der jeweiligen Stamm-lösung in das Vial.

Schütteln des Vials (30 Sekunden).

Schema (unten): Prep-Sequenz für die Durch-führung eines automatisierten QuEChERS-LC-MS/MS-Durchlaufs. Rechts: Screenshot des Probenvor-bereitungsszenarios in der MAESTRO-Software.

Charakteristi-sches Chroma-togramm für eine niedrig konzentrierte QC-Probe.

Ergebnis und Diskussion

Die Erfassungsparameter des Massenspek-trometers und die jeweiligen Quantifier/Qualifier-Ionenübergänge wurden mithilfe der Pestizid-Datenbank für die MassHun-ter-Software ausgewählt. Rund 200 Pestizide wurden mit der hier vorgestellten automa-tisierten MPS-PrepStation-LC-MS/MS-Methode untersucht (siehe Tabelle auf Seite 22) und erfolgreich in pflanzlichen Extrak-ten (Hopfen und Ginseng) bestimmt. Die Gesamtzeit, die per Probe für die Reinigung

des QuEChERS-Extrakts benötigt wurde, betrug 15 Minuten und damit weniger als die Dauer des LC-MS/MS-Analyselaufs. Probenvorbereitung und Analyse ließen sich zeitlich verschachteln; der Probendurchsatz wurde maximiert und die Produktivität des Verfahrens signifikant gesteigert.

Analysenbedingungen MS

Betriebsmodus: Elektrospray, positiver Modus (Jet Stream)Zeitfilter: 0,04 minScan-Typ: Dynamischer MRMDelta EMV: 0 VZykluszeit: 660 msGastemperatur: 225 °CGasfluss (N2): 10 L/minZerstäuberdruck: 25 psiHüllgas (N2): 350 °C / 11 L/minKapillarspannung: 4500 VDüsenspannung: 500 V


3-Hydroxycarbofuran Acephat Acetamiprid Acibenzolar-S-methyl Alanycarb Aldicarb Aldicarbsulfon Aldicarbsulfoxid Aspon Avermectin B1a Avermectin B1b Azadirachtin Azoxystrobin Benalaxyl Bendiocarb Benfuracarb Benoxacor Benthiavalicarb Benzoximat Bifenazat Bifenthrin Bitertanol Boscalid Bromuconazol-1 Bromuconazole-2 Bupirimat Buprofezin Butafenacil Butocarboxym Butoxycarboxim Cadusafos Carbaryl Carbendazim Carbetamid Carbofuran Carboxin Carfentrazonethyl Chlordimeform Chlorfenvinphos-beta Chlorfluazuron Chlorotoluron Chloroxuron Clethodim Clofentezin Clothianidin Coumaphos Cumyluron Cyanazine Cyanophos Cyazofamid Cycluron Cymoxanil Cyproconazol Cyprodinil Cyromazin d10-Diazinon d6-Dichlorvos d6-Dimethoat d6-Diuron d6-Linuron d6-Malathion Daimuron Dazomet Deltamethrin Diazinon Dichlorvos Dicrotophos Diethofencarb Difenoconazol Diflubenzuron Dimethenamid Dimethoat Dimethomorph A Dimethomorph B Dimoxystrobin Diniconazol Dinotefuran Dioxacarb Disulfoton Dithiopyr Diuron Dodemorph 1 Dodemorph 2 E-Fenpyroximat Emamectin B1a Emamectin B1b Epoxiconazol Eprinomectin B1a EPTC Esprocarb Ethidimuron Ethiofencarb Ethion Ethiprol Ethirimol Ethofumesat Ethoprop Etobenzanid Etofenprox Etoxazol Famoxadon Fenamidon Fenarimol Fenazaquin Fenbuconazol Fenhexamid Fenoxanil Fenoxycarb Fenpropathrin Fenpropimorph Fenuron Flonicamid Flucarbazone Fludioxinil Flufenacet Flufenoxuron Flumetsulam Flumioxazin Fluometuron Fluquinconazol Flusilazol Fluthiacetmethyl Flutolanil n Flutriafol Forchlorfenuro Formetanat Fuberidazol Furalaxyl Furathiocarb Heptenophos Hexaconazol Hexaflumuron Hexythiazox Hydramethylnon Imazalil Imazapyr Imibenconazol Imidacloprid Indanofan Indoxacarb Ipconazol Iprovalicarb Isocarbamid Isofenfos Isopropalin Isoproturon Isoxaben Isoxaflutol Kresoximmethyl Lactofen Leptophos Linuron Lufenuron Mandipropamid Mefenazet Mepanipyrim Mepronil Metalaxyl Metconazol Methabenzthiazuron Methamidophos Methiocarb Methomyl Methoprotryn Methoxifenozid Metobromuron Metribuzin Mevinphos Mexacarbat Molinat Monocrotophos Monolinuron Moxidectin Myclobutanil Neburon Nitenpyram Norflurazon Novaluron Nuarimol Omethoat Oxadixyl Oxamyl Paclobutrazol Penconazol Pencycuron Phenmedipham Picoxystrobin Piperonylbutoxid Pirimicarb Prochloraz Promecarb Prometon Prometryn Propachlor Propamocarb Propargit Propazin Propham Propiconazol Propoxur Pymetrozin Pyracarbolid Pyraclostrobin Pyridaben Pyrimethanil Pyriproxyfen Quinoxyfen Rotenon Sebuthylazin Secbumeton Siduron Simazin Simetryn Spinosyn A Spinosyn D Spirodiclofen Spiromesifen Spiroxamin Sulfentrazon Tebuconazol Tebufenozid Tebufenpyrad Tebuthiuron Teflubenzuron Temephos Terbumeton Terbutryn Terbutylazin Tetraconazol Tetramethrin cis Thiabendazol Thiacloprid Thiametoxam Thiazopyr Thidiazuron Thiobencarb Thiofanox Thiophanatemethyl Triadimefon Triadimenol Trichlamide Trichlorfon Tricyclazol Trifloxystrobin Triflumizol Triflumuron Triticonazol Uniconazol Vamidothion Zoxamide

Übersicht der rund 200 Pestizide, die mit der automatisierten QuEChERS-LC-MS/MS-Methode bestimmt wurden.

Charakteristisches Chromatogramm eines reinen Standards von 10 ppb.

Charakteristisches Chromatogramm eines Hopfen-matrix-basierten Standards von 10 ppb.

Charakteristisches Chromatogramm eines Ginsengmatrix-basierten Standards von 10 ppb.

Autoren

Fred FosterGERSTEL, Inc., 701 Digital Dr. Suite J,Linthicum, MD 21090, USA

Paul RobertsAnatune, Ltd., Broadway House, 148-152 St. Neots Road, Hardwick, Cambridge, CB23 7QJ, UK

Peter StoneAgilent Technologies, 5301 Stevens Creek Blvd., Santa Clara, CA 95051-7201, USA

Joan StevensAgilent Technologies, 2850 Centerville Rd.,Wilmington, DE 19808, USA

Jon Wong, Kai ZhangUS FDA, 5100 Paint Branch Parkway, HFS-3 36, College Park, MD 20740, USA

Automatisierte Vorbereitung eines reinen Standards: Thiabendazol. Die Kalibriergeraden waren von min-destens 1 bis 200 ppb linear, wobei eine lineare 1/x-Regressionsmethode verwendet wurde.

Literatur

[1] Fully Automated QuEChERS clean-up and LC/MS-QQQ analysis of pesticides in Fruits and Vegetables. Anatune Chromatography Technical Note, No. AS90, Paul H. Roberts, Anatune Ltd., 2009.

[2] Determination of pesticide residues in foods by acetonitrile extraction and parti-tioning with magnesium sulfate: collabo-rative study. Lehotay, SJ., J. AOAC Int. 90 (2007) 485

Hinweis

Weitere Informationen erhalten Sie im Inter-net unter: www.gerstel.de/pdf/p-lc-an-2010-04.pdf


Innovation

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eine Aufstellung der erforderlichen Materialien und Reagenzien, dann geht es schrittweise über zur Laborroutine und zur Erstellung von Laborprotokollen. Ebenfalls finden sich Tipps und Ratschläge, Fehler zu vermeiden, beziehungsweise solche zum „Troubleshooting“.

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Will man geruchsverursa-chenden Verbindungen

auf die Spur kommen, stoßen übliche Analysemethoden schnell an ihre Grenzen. Nur der Einsatz analytisch sensitiver und präziser Instrumente im Verbund mit unserem Geruchssinn erzielt aussagekräftige Antworten.

Der GERSTEL Olfactory Detection Port (ODP) macht‘s möglich! Inzwischen haben sich mehr als eintausend Anwender für den ODP in Verbindung mit ihrem GC/MS-System entschie-den. Der gesamte Transferweg der Probe ist effektiv beheizt.

Der ODP ermöglicht die sensorische Bestimmung von Gerüchen durch die Nase zeit-gleich mit der analytischen Bestimmung der Analyten mit allen gängigen GC-Detektoren einschließlich MSD, FID und FPD.

Die integrierte Spracherken-nungssoftware ermöglicht dem Sensoriker, Gerüche oder Düfte in Echtzeit zu beschreiben und aufzuzeichnen; die in Worten formulierten Geruchsempfin-dungen lassen sich in editierbare

Textdokumente umwandeln. Für jeden GC/MS-Lauf wird

ein Bericht erstellt, einschließlich eines Chromatogramms, über-lagert mit einem kommentier-ten Olfaktogramm. Der Text der gesprochenen Beschreibung wird über den jeweiligen Peak auf dem Olfaktogramm platziert.

Der Anwender kann jedem eluierenden Bestandteil eines von vier Intensitätsniveaus zuordnen; das Olfaktogramm wird mit dieser Intensitätsinfor-mation aufgezeichnet.

Fazit: Der ODP ist ein effek-tives Instrument für die gleich-zeitige Erstellung sensorischer und analytischer Informationen zur Bestimmung von Aromen und Gerüchen in Lebensmitteln, Getränken, Düften und anderen komplexen Proben. Gleichzeitigerweist sich der ODP als große Hilfe etwa bei der Identifika-tion von Geruchsquellen und Geruchsverursachern.


Für die Arbeit des forensischen Toxikolo-gen ist es bedeutsam, schnell Auskunft zu

erhalten, ob eine von ihm untersuchte Urin-, Blut- oder Gewebeprobe, die in der Regel im Zusammenhang mit einer Ordnungswid-rigkeit oder einem Kriminalfall genommen wurde, Drogen- oder Arzneimittelrückstände enthält. Durch ein Screening verschafft sich der Toxikologe einen Überblick über mög-liche Analyten. Verläuft die Qualifizierung negativ, also ohne den Nachweis eines foren-sisch relevanten Inhaltsstoffs, ist der Fall für ihn abgeschlossen. Nicht so, verläuft das Screening positiv; dann folgt die Quantifi-zierung, die mengenmäßige Bestimmung der Analyten. Die Qualifizierung stellt somit den grundlegenden Schritt bei der Beurteilung des forensisch-toxikologischen und auch des juristischen Sachverhaltes dar. Wie die Praxis indes zeigt, reicht selten eine einzige Methode zur umfassenden Qualifizierung einer Kör-perflüssigkeit oder eines Körpergewebes; vielmehr kommt es auf eine kluge Kombi-nation verschiedener Verfahren, Methoden und Techniken an, um den Sachverhalt hin-reichend genau zu erhellen. Ungeachtet des-

Arzneimittel- und Drogenscreening

Analytik mit KöpfchenDie Analyse von Blut, Urin und Gewebe auf Arzneimittel- und Drogenrückstände zählt zu den Hauptaufgaben des forensisch-toxikologischen Labors. US-Anwender haben die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) erfolgreich für die effiziente Extraktion einer großen Bandbreite relevanter Analyten getestet. Auch die Mitglieder der Gesellschaft für Toxikologische und Forensische Chemie (GTFCh) konnten sich im Rahmen ihres Workshops „Post Mortem Toxikologie“ an der Universität Düsseldorf von der Wirksamkeit der SBSE mit dem GERSTEL-Twister in der forensisch-toxikologischen Praxis überzeugen [6,7].

sen liegt es im Interesse von Anwender, Poli-zei und Justiz, möglichst schnell und zeit-optimiert verlässliche und gerichtsverwert-bare Resultate zu erhalten.

Attraktive Alternative zur Flüssig-flüssig-Extraktion

Optimierungspotenzial bietet vor allem die Probenvorbereitung, namentlich die Isola-tion und Anreicherung der Analyten, die im Bereich der forensischen Toxikologie häufig auf der Flüssig-flüssig-Extraktion, der Fest-phasen-Extraktion oder der Proteinabschei-dung basiert. Mit dem Ziel, eine möglichst breite Palette forensisch relevanter Verbin-dungen in einem Schritt beziehungsweise mit einer Extraktionstechnik zu erfassen, haben Joseph A. Crifasi und Kollegen vom Saint Louis University Forensic Toxicology Laboratory in St. Louis, USA, die StirBar-SorptiveExtraction (SBSE) mit dem GERS-TEL-Twister auf den Prüfstand gestellt und sie mit der Flüssig-flüssig-Extraktion ver-glichen. Das Ergebnis ihrer Untersuchung

Versuchsaufbau

Die Analyse der Proben wurde an zwei GC/MS-Systemen (GC 6890/MSD 5973 von Agilent Technologies) durchgeführt. Für die Analyse der Twister-Proben wurde der GC 6890 mit einem GERSTEL-KaltAufgabeSys-tem (KAS) und einer GERSTEL-ThermalDe-sorptionUnit (TDU) ausgestattet.

Für die Analyse der Flüssig-flüssig-Extrak-tionen wurde der zweite GC/MS mit dem Agilent-Split/Splitless-Eingang und dem 7673 ALS ausgestattet. Die verwendete Säule, das Ofentemperaturprogramm, der Säulenfluss und die MS-Bedingungen waren dieselben wie für die TDU-Anwendung beschrieben.

Twister-Methode

Säule: 35 m Rtx-5Sil (Restek) 5 m Integraguard (Restek) di = 0,20 mm, df = 0,33 μm

Pneumatik: Helium Solvent-vent 50 mL/min konst. Säulenfluss = 1,3 mL

Ofen: 70 °C (1 min); 25 °C/min; 310 °C (19,4 min)

MSD: Scan, 40-550 amu

TDU: Splitless, 30 °C; 60 °C/min; 270 °C (5 min)

KAS: Split 20:1 -120 °C; 12 °C/s; 280 °C (5 min)

Flüssiginjektion

S/SL: 250 °C, Splitless

Inj.-menge: 2 μL Text

: Gui

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eußi

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sen liegt es im Interesse von Anwender, Poli-zei und Justiz, möglichst schnell und zeit-optimiert verlässliche und gerichtsverwert-

Attraktive Alternative zur Flüssig-

lasse den Schluss zu, äußern sich die Wis-senschaftler im Journal of Analytical Toxi-cology (30 [2006] 581-592), dass sich die SBSE als wirksame und attraktive Alterna-tive gegenüber den in forensisch-toxikologi-schen Laboratorien gängigen Extraktions-techniken darstelle.

Der Einsatz des Twisters geschah im vor-liegenden Fall mit dem Wissen, schreiben die Wissenschaftler, dass sich die SBSE bereits in einem breiten Anwendungsspektrum zur Extraktion und Analyse GC-gängiger orga-nischer Analyten aus wässrigen Matrices bewährt habe, unter anderem beim Nach-weis von Drogen- und Arzneimittelrückstän-den aus Urin, Wasser, Speichel und Rinder-serum, Pestiziden in Wein, Verunreinigun-gen in Oberflächengewässern sowie Fremd-


und Konservierungsstoffen in Lebensmitteln. Um das Potenzial der SBSE für den

Nachweis forensisch-toxikologischer Inhalts-stoffe aus biologischen Proben zu bestim-men, untersuchten Crifasi und Kollegen unter anderem Blutproben, die sie zuvor mit 145 verschiedenen Drogen- und Arzneimit-telwirkstoffen versetzt hatten. Die anschlie-ßende Extraktion der Analyten erfolgte unter Routinebedingungen mittels der SBSE und – zum Vergleich – mittels der Flüssig-flüssig-Extraktion. Die Analyse wurde mit der GC/MS beziehungsweise der GC/NPD (Stick-stoff-Phosphor-Detektion) vorgenommen.

Am Rande bemerkt: Unter den einge-setzten Analyten befanden sich Wirkstoffe, die Bestandteil der Standard-Drogen- und Medikamentenmischung der Gesellschaft für Toxikologische und Forensische Chemie (GTFCh) sind, etwa Kokain, Kodein, Dia-zepam, Doxepin und Morphin. Als internen Standard setzten die US-Toxikologen Proa-difen (SKF-525A) ein.

Kleiner Unterschied, große Wirkung

Das Handling macht den Unterschied: Die Flüssig-flüssig-Extraktion erfordert eine Vielzahl zeit- und arbeitsintensiver Schritte, bis die Probe in eine analysierbare Form überführt ist. Der pH-Wert muss mittels eines Carbonat-Bicarbonat-Puffers einge-stellt werden, der interne Standard dosiert, die Probe gemischt, die Extraktionslösung erstellt und dosiert, die Probe extrahiert und zentrifugiert und der Überstand abgenom-men, angesäuert und unter Stickstoff einge-engt, der Rückstand in Ethylacetat aufge-nommen und in ein Autosampler-Vial über-führt werden.

Der Aufwand für die SBSE erweist sich demgegenüber als ungleich geringer: Die jeweilige Probe wird in ein 20-mL-Head-space-Vial gegeben und mit 50 µL der Inter-nen-Standard-Lösung versetzt. Anschlie-ßend gibt man den Twister in die Probe und füllt das Vial mit Pufferlösung auf. Die Vials werden verschlossen, auf einem Magnetrüh-rer platziert und die Proben über Nacht auf höchster Stufe durchmischt. Tags darauf wer-den die Twister der Probe entnommen, mit destilliertem Wasser von anhaftenden Mat-rixbestandteilen befreit, trocken getupft und in ein TDU-Glasröhrchen überführt. Die automatisierte Desorption und GC-Ana-lyse schließen sich an.

Innovative Extraktionsmethode für forensisch-toxikologische Laboratorien

Abgesehen vom Handling der Probenvor-bereitung, das, auf den Punkt gebracht, kür-zer und einfacher nicht sein kann, liefert die SBSE forensisch-toxikologisch relevanter Verbindungen aus komplexen und schwieri-gen Matrices wie Blut, Urin, Mageninhalt, Gallenflüssigkeit und Gewebe vergleichbar gute Resultate wie die alteingefahrene Flüs-sig-flüssig-Extraktion. Die Twister-Extrak-tionsmethode erweist sich laut den Wis-senschaftlern als „brauchbare Alternative zu Flüssig-flüssig- oder Festphasenextrakti-onen für das Screening nach gängigen Drogen und Arzneistoffen in biologischen Proben“. Sie vereinfache die Extraktion im Vergleich zur typischen mehrstufigen Probenvorberei-tung und mache den Einsatz von Lösungs-mitteln, die normalerweise für Extraktio-nen gebraucht werden, überflüssig. Darü-

Weiterführende Literatur

[1] Sandra, P., Baltussen, E., David, F., Hoffmann, A., GERSTEL AppNote 1/2000.

[2] Vendenin, A., Suvorkin, V. und Kachur, E., GERSTEL AppNote 7/2004.

[3] Pfannkoch, E., Whitecavage, J., Bramlett, R., GERSTEL AppNote 6/2005.

[4] Crifasi, J., Bruder, M., Long, C. und Janssen, K. J. Anal. Tox. Ausgabe 30 (2006) 81-92.

[5] Crifasi, J., Bruder, M., Long, C. und Jans-sen, K. J., GERSTEL AppNote 11/2006.

[6] GERSTEL Aktuell 44 (2011) 11[7] Lerch, O., Sperling, S., GERSTEL AppNote

8/2010.

Vergleich der Chromatogramme von der SBSE mit dem GERSTEL-Twister (A) mit der Flüssig-flüssig-Extraktion (B) vom Drogen- und Medikamentenscreening einer Blutprobe (Fallstudie). Die Blutprobe war positiv für Propofol mit 0,5 mg/L und Diazepam mit 0,08 mg/L.

Screening von Medikamentenrückständen in Blut (A) und Urin (B) mit dem GERSTEL-Twister (SKF: interner Standard).

ber hinaus erweise sich die SBSE aufgrund des relativ großen Phasenvolumens (24 µL) als sehr sensitiv, da sich die in der Sorbens-phase des Twisters angereichterten Analyten zu 100 Prozent auf die GC-Säule transferie-ren lassen. Die Wiederfindungen eines Test-gemisches aus 25 basischen Drogen liege je nach Verbindung zwischen 23 und 99 Pro-zent; durch Auswahl geeigneter Parameter für das Einlasssystem am Gaschromatographen (GERSTEL-KaltAufgabeSystem, KAS) und durch Konditionierung der wiederverwend-baren Twister-Rührstäbchen ließen sich Ver-schleppungen (Carry-over) verhindern.

Auf dem Weg aus der Versuchsphase in die Routineanalytik untersuchten die US-Wissenschaftler schließlich postmortal gewonnene Blutproben aus früheren Fällen und verglichen die Messergebnisse mit den Resultaten, die sie unter Einsatz der Flüssig-flüssig-Extraktion ermittelt hatten. Ihr Fazit: „Twister-Extraktionen halten dem Vergleich mit den Flüssig-flüssig-Extraktionen, gefolgt von der GC/MS-Analyse, gut stand.“


Neue Twister-Extraktionsphasen im Test

Doppelt misst besserNeue kombinierte Sorptionsphasen wurden für die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) mit dem GERSTEL-Twister entwickelt und getestet, um den Extraktionsbereich nun auch auf polare Analyten auszuweiten. In diesem Artikel wird die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Twister-Typen untersucht, und zwar bei der Erstellung qualitativer Geschmacksprofile von Getränken wie Whisky, Weißwein und Multivitaminsaft. Die Nase vorn im Test hat das

Duo EG-Silikon- und PDMS-Twister.

Die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) basiert auf einem der Festphasenmikroextraktion (Solid Phase Micro Extraction,

SPME) vergleichbaren Funktionsprinzip. Bei beiden Methoden erfolgt die Extraktion der Analyten aus flüssiger (wässriger) Phase (Probe) in eine polymere Sorptionsphase, die mit der Probe in Kon-takt gebracht wird. Bei der SPME befindet sich die Sorptionsphase aufgebracht auf eine Faser; bei der SBSE wiederum wird als Träger des Sorptionsmaterials ein glasgekapseltes Rührstäbchen für Mag-netrührer (GERSTEL-Twister) verwendet, das mit dem jeweiligenSorptionsmedium regelrecht ummantelt ist: Der Twister bietet seinerGeometrie wegen nicht nur den Vorzug einer der SPME gegen-über deutlich großvolumigeren Sorptionsphase, sondern eben-falls eine überaus effiziente Handhabung. So erfolgt die Extraktion der Analyten, während der Twister – seiner Natur nach ein „Rühr-fisch“ – die Probe durchmischt. Anschließend wird der Twister der Probe entnommen, trocken getupft, in ein Glasröhrchen über-führt und mittels GERSTEL-MultiPurposeSampler (MPS) in Ver-bindung mit der GERSTEL-ThermalDesorptionUnit (TDU) oder dem GERSTEL-ThermalDesorptionSystem (TDS/TDSA) auto-matisiert in einem Trägergasfluss thermisch desorbiert, wobei die Analyten freigesetzt und in ein GC/MS-System überführt werden.

Seit mehr als zehn Jahren erfolgreich im Einsatz: der GERSTEL-PDMS-Twister

Die am häufigsten genutzte Twister-Phase ist das vergleichsweise unpolare Polydimethylsiloxan (PDMS). Wie sich der einschlägigen

Fachliteratur entnehmen lässt, besitzt der PDMS-basierte Twister eine bis zu 250-mal höhere Extraktionseffizienz als eine mit PDMS beschichtete SPME-Faser [1], was am deutlich höheren Sorptions-phasenvolumen liegt und woraus sich ein günstigeres Phasenverhält-nis ergibt. Die genannten Aspekte begründen die effiziente Extraktion vor allem größerer Probenvolumina bis zu 50 oder 100 mL.

Obgleich erst um die Jahrtausendwende in den Markt eingeführt, konnte sich die SBSE in den zurückliegenden Jahren in einer Vielzahl von Anwendungsfällen gegenüber herkömmlichen Extraktionstech-niken durchsetzen und etablieren. Bislang wurde die SBSE erfolg-reich angewendet zur Extraktion und Bestimmung etwa von VOCs, SVOCs, PAHs, Pestiziden und Fremdgerüchen aus wässrigen Pro-ben, Drogenwirkstoffen wie Tetrahydrocannabinol (THC), Barbitu-raten und Benzodiazepinen aus Körperflüssigkeiten und -geweben, Phthalaten und verschiedenen Metaboliten in biologischen Flüssig-keiten sowie Geschmacks- und Geruchsstoffen, Konservierungsmit-teln, Trichloranisol, Pestiziden und Fungiziden in Lebensmitteln und Getränken [2,3].

Für polare Verbindungen mit einem Oktanol/Wasser-Verteilungs-koeffizienten (Kow) unter 10.000 (log Kow < 4) gilt: Unter Einsatz des PDMS-Twisters nimmt die Wiederfindung der Analyten mit klei-ner werdendem Kow allmählich ab. Zu den stärker hydrophilen Ver-bindungen zählen zum Beispiel polare Pestizide, Alkohole, Ester und phenolische Verbindungen (siehe Kasten auf Seite 31).

Die Extraktion vieler polarer Pestizide konnte in den letzten Jah-ren erfolgreich verbessert werden, etwa durch Hinzufügen von 30 % NaCl (w/w) zur Probe. Diese Methode des Aussalzens zeigt allerdings


nicht notwendigerweise bei allen polaren Verbindungen Wirkung. (Siehe auch GERSTEL Aktuell 43, Seite 18: „(Nimm 2)2“ über den Einsatz der „sequentiellen SBSE“ als Multirückstandsmethode zum Nachweis einer großen Bandbreite unterschiedlich polarer Pestizide.)

Nachvollziehbar, warum vonseiten der Anwender der Ruf nach einem Twister laut wurde, der über eine polare Phase verfügt. Dar-aufhin hat GERSTEL im Rahmen eines geförderten, umfangrei-chen Forschungs- und Entwicklungsprojekts verschiedene Sorpti-onsmaterialien auf Eignung getestet; durchgesetzt und als überaus wirksam in der Praxis haben sich zunächst der sogenannte Polyac-rylat (PA)-Twister und im Nachgang des Förderprojektes der Ethy-lenglycol (EG)-Silikon-Twister. Beide neuen Twister-Phasen extra-hieren aufgrund ihrer chemischen Natur verschiedene Klassen pola-rer Verbindungen effizienter als der PDMS-Twister. Der EG-Sili-kon-Twister zeigt sich zudem seines unpolaren Silikonanteils wegen geeignet für die Extraktion nicht-polarer Verbindungen.

Neue Twister-Phasen auf dem Prüfstand

Für den Phasenvergleich wurden mit dem PDMS-, EG-Sili-kon- und PA-Twister unterschiedliche Probenmatrices untersucht, namentlich handelt es sich dabei um Scotch Whisky (40 % EtOH v/v), Weißwein (Sauvignon blanc; 13 % EtOH v/v) und Multivit-aminsaft. Nach der Extraktion der jeweiligen Proben beziehungs-weise Analyten wurden die Twister auf den GERSTEL-Mul-tiPurposeSampler (MPS) übertragen und automatisiert in der GERSTEL-ThermalDesorptionUnit (TDU) thermisch desor-biert; die Analyten wurden auf das GERSTEL-KaltAufgabeSys-tem (KAS) mit temperaturgesteuertem Verdampfungs-(PTV)-Inlet überführt. Die anschließende Trennung und Detektion der Analy-ten erfolgte mit einer Gerätekombination GC 6890 N/MSD 5975 B von Agilent Technologies. Das gesamte Analysesystem wurde unter Kontrolle der GERSTEL-MAESTRO-Software betrieben, integriert in die Agilent ChemStation-Software unter Verwendung einer einzelnen integrierten Methode und einer einzelnen integrierten Sequenztabelle.

Analysenbedingungen

TDU: 40 mL/min Solvent-vent (0,5 min) EG-Silikon- und PA-Twister: 40 °C (0,5 min); 120 °C/min; 220 °C (5 min) PDMS-Twister: 40 °C (0,5 min); 120 °C/min; 270 °C (5 min)KAS: Split 1:10 -100 °C (0,5 min); 12 °C/s; 300 °C (5 min)

Polare Trennung

Säule: 15 m ZB-FFAP (Phenomenex) di = 0,25 mm, df = 0,25 μmPneumatik: He, konstanter Fluss = 1,4 mL/minGC-Ofen: 50 °C (2 min); 5 °C/min; 60 °C; 10 °C/min; 165 °C; 20 °C/min; 250 °C (5 min)

Unpolare Trennung

Säule: 30 m ZB-5 (Phenomenex) di = 0,25 mm, df = 0,25 μmPneumatik: He, konstanter Fluss = 1,2 mL/minGC-Ofen: 60 °C (2 min); 5 °C/min; 200 °C; 10 °C/min; 300 °C (5 min)

Abbildung 1. Chromatogramme der Whisky-Extraktion unter Einsatz des EG-Silikon-, Acrylat- und PDMS-Twisters: 5 mL Whiskyprobe (20 % EtOH (v/v), 1:1 Verdünnung mit Wasser, 1000 UpM) für die Dauer einer Stunde bei Zimmertemperatur. Peak-Identifikation: 1. Phenol; 2. Ethylhexanoat; 3. o-Kresol; 4. p-Kresol; 5. Phenethylalkohol; 6. o-Ethylphenol; 7. 2,4-Xylenol; 8. Ethyloctanoat; 9. Octansäure; 10. Ethyldecanoat; 11. Decansäure; 12. Ethyldodecanoat; 13. Dodecansäure.

Tabelle 1. Peakflächen markanter Peaks, erhalten durch Anwendung dreier verschiedener Twister-Typen. Peak Komponente Extracted Peak-Flächen Nr. [m/z] Ion EG-Silikon PA PDMS 1 Phenol 94 1,1E+07 2,3E+06 6,0E+04 2 Ethylhexanoat 88 1,8E+06 2,8E+05 7,6E+06 3 o-Cresol 108 1,5E+07 1,7E+06 1,8E+05 4 p-Cresol 108 1,1E+07 1,4E+06 1,6E+05 5 Phenethylalkohol 91 2,4E+07 7,9E+06 1,6E+06 6 o-Ethylphenol 107 9,3E+06 6,1E+05 2,1E+05 7 2,4-Xylenol 107 1,7E+07 1,3E+06 43E+05 8 Ethyloctanoat 88 1,5E+08 4,0E+06 1,4E+08 10 Ethyldecanoat 88 2,3E+08 1,2E+07 2,3E+08 12 Ethyldodecanoat 88 1,1E+08 5,0E+06 7,0E+07


Tabelle 2 deutlich zu sehen, wurde mit dem EG-Sili-kon-Twis te r eine wesent-l i c h h ö h e r e Anzahl an Phe-nolen und aroma-tischen Verbindungen aus der Whiskyprobe extrahiert als mit dem PDMS-Twister. Die Gesamtzahl der extrahierten Ver-bindungen beträgt 126 für den EG-Silikon-Twister und nur 92 für den PDMS-Twister. Für die anderen Verbindungsgruppen extrahieren beide Twister eine ähnli-che Anzahl Verbindungen, doch erzielt der EG-Silikon-Twister gene-rell eine bessere Wiederfindung.

Um eine bessere Trennung polarer Verbindungen aus der Whisky-probe zu erreichen, wurde eine ZB-FFAP-Säule verwendet. Das resul-tierende Chromatogramm ist in Abbildung 2 zu sehen; das Whisky-profil wurde auf Basis der Extraktion mit einem EG-Silikon-Twister gewonnen. Die gefundenen und mit den Daten der Massenspektren (Datenbank Wiley 6N) verglichenen Verbindungen sind in Tabelle 3 gelistet. Die Substanzbenennungen zeigen eine Trefferqualität von über 80.

Abbildung 2. SBSE-TD-GC/MS-Chromatogramm, polare Säulentrennung, resultierend aus EG-Silikon-Twister-Extraktion einer 5-mL-Whiskyprobe, 1:1 mit Wasser verdünnt (20 % EtOH v/v). Die Probe wurde für eine Stunde bei Zimmertemperatur extrahiert.

Tabelle 2: Whisky-Verbindungen nach SBSE mithilfe des PDMS- beziehungs-weise des EG-Silikon-Twisters.

Komponentenklasse PDMS EG- Silikon Phenole und aromatische Verbindungen 14 40 Fuselalkohole 10 10 Fettsäuren 11 11 aliphatische Säureethylester 15 15 andere Ester-Verbindungen 22 22 Lactone 1 2 Acrolein-Derivate 7 7 Terpene und Norisoprenoide 6 7 verschiedene 6 12

gesamt 92 126 Tabelle 3. Vorläufig identifizierte Verbindungen, die in Scotch Whisky durch Twis-ter-Extraktion und GC/MS-Analyse auf einer ZB-FFAP-Säule gefunden wurden.

Peak Verbindung Peak Verbindung Peak Verbindung Nr. gemäß Datenbank Nr. gemäß Datenbank Nr. gemäß Datenbank 1 Ethyloctanoat 9 Trans-Whiskylacton 17 Caprinsäure 2 Ethylnonanoat 10 o-Cresol 18 Farnesol 3 Ethyldecanoat 11 p-Ethylguaiacol 19 Laurinsäure 4 1-Decanol 12 d-Nerolidol 20 Vanillin 5 Phenethylacetat 13 Octansäure 21 Ethylvanillin 6 Ethyldodecanoat 14 o-Ethylphenol 22 Myristinsäure 7 Guaiacol 15 2,4-Xylenol 8 Phenethylalkohol 16 p-Ethylphenol

Blick auf den allgemeinen Extraktionsprozess

Die Extraktion wässriger Proben mit einem EG-Silikon- oder einem PA-Twister wird in exakt derselben Weise durchgeführt wie mit einem PDMS-Twister. Ihrer Natur folgend lagern die stärker polaren PA- und EG-Silikon-Twister allerdings während der Extraktion wässriger Proben etwas Wasser ein. Dieses kann jedoch vor der GC/MS-Ana-lyse in Kombination mit dem Thermodesorptionsschritt automati-siert durch Trocknung entfernt werden. Hierzu wird die TDU für eine gewisse Dauer im Solvent-vent-Modus betrieben und das Lösungs-mittel Wasser durch Verdunsten bei niedriger Ausgangstemperatur,

etwa 30-40°C, und geringem Druck (0 kPa) aus dem Sys-tem durch hohen Carrier-Gasfluss beseitigt.

Eine Alternative zur Reduzierung des Wasser-einflusses ist es, die Twister für etwa 15 min der Luft aus-zusetzen.

Zur Twister-Extrak-tion wurde wässrige Probe in 20-mL-Headspace-Vials eingefüllt. Der jeweilige Twister wurde hinzugefügt und das Röhrchen mit einer Schraubkappe verschlossen. Die Extraktion erfolgte bei Zimmertemperatur für die Dauer von 60 min bei 1000 (800 bei den polaren Twis-

tern!) Umdrehungen pro Minute (UpM) auf einem Multipositions-Magnetrührer (GERSTEL). Nach Abschluss der Extraktionsphase wurde der Twister mit einem Magnetstab der Probe entnommen, kurz mit HPLC-Wasser abgespült und vorsichtig mit einem fusselfreien Papiertuch trocken getupft, in ein 1,5-mL-Vial überführt und bis zur GC/MS-Analyse aufbewahrt. Hierzu wurde der Twister auf einem abgedichteten Probentray des MPS in einem TDU-Glasliner platziert.

Extraktion und Analyse von Scotch Whisky

Der EG-Silikon-Twister eignet sich in besonderer Weise für die Extraktion polarer Verbindungen, die wie Phenole und ähnliche Ver-bindungen Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden. Dies belegt die Extraktion von Scotch Whisky (Abbildung 1): Der EG-Silikon-Twis-ter lieferte die beste Wiederfindung für Phenole, Ethylester und Fett-säuren. Der EG-Silikon-Twister extrahiert deutlich mehr Verbindun-gen in größerer Menge (siehe dazu Tabelle 1). Die Peakflächen, die aus der Extraktion mit dem EG-Silikon-Twister stammen, sind für fast alle Verbindungen eine Größenordnung höher als die Signale der Ver-bindungen, die mit dem PA- oder PDMS-Twister extrahiert wurden.

Aufgrund seiner Polydimethylsiloxan-Basis besitzt der EG-Sili-kon-Twister ebenfalls eine starke Affinität für nicht-polare Verbin-dungen wie Ethylester sowie Säuren mit langen Kohlenstoffketten. Wie der Chromatogrammvergleich offenkundig macht, liefert der EG-Silikon-Twister im Elutionsbereich nach 25 Minuten dieselbe Anzahl an Peaks wie der PDMS-Twister, allerdings sind die Peaks deutlich größer, sprich: die Wiederfindung ist erheblich besser.

Peakflächenvergleiche belegen, dass der EG-Silikon-Twister phenolische Substanzen sehr effizient extrahiert und für die Bestim-mung vieler nicht-polarer Verbindungen bestens geeignet ist. Wie in


der Analyte zur Ex-traktionsphase blo-ckiert und/oder die Phasentrennung nach der Extrak-tion beeinträchtigt. Fruchtfleisch übt al-lerdings keinen Effekt auf den SBSE-Extraktionspro-zess für Multivitaminsaft aus. Eine 10-mL-Probe wurde direkt in ein 10-mL-Vial gefüllt, der Twis-ter wurde hinzugegeben und die Probe für die Dauer von einer Stunde gerührt. Extra-hiert wurde sowohl mit dem EG-Silikon- als auch mit dem PDMS-Twister. Wie die Chro-matogramme (Abbildung 3) der anschließenden Thermodesorp-tions-GC/MS-Analyse zeigen, extrahiert der EG-Silikon-Twis-ter mehr Verbindungen mit einer besseren Wiederfindung als der PDMS-Twister.

Abbildung 3. Multivitaminsaft-Chromatogramm, erhalten nach Extraktion mittels EG-Silikon- und PDMS-Twister; Trennung auf einer unpolaren Säule. 10-mL-Probe, eine Stunde, Zimmertemperatur.

Peak Nr. Komponente Extracted Ion Peakfläche [m/z] EG-Silikon PDMS 7 alpha-Pinen 93 1,7E+05 3,9E+05 10 beta-Myrcen 93 1,4E+06 2,6E+06 11 delta-3-Carene 93 2,8E+06 4,7E+06 12 D-Limonen 68 1,3E+07 1,8E+07 16 Linalool 71 1,5E+06 4,3E+05 19 4-Terpineol 71 4,3E+05 2,7E+05 20 alpha-Terpineol 59 1,5E+06 4,3E+05 27 Nerolidol 69 5,2E+05 4,8E+05

Tabelle 5. Peakflächenvergleich ausgewählter Terpene aus Twister-Extraktionen von Multivitaminsaft.

Tabelle 4. Identifizierte Verbindungen, gefunden in Multivitaminsaft durch Twister-Extraktion und GC/MS-Analyse auf einer ZB-5-Säule.

Peak Verbindung Peak Verbindung Peak Verbindung Nr. gemäß Datenbank Nr. gemäß Datenbank Nr. gemäß Datenbank 1 Ameisensäure 14 gamma-Terpinen 27 Nerolidol 2 Essigsäure 15 alpha-Terpinolen 28 Methoxyeugenol 3 Furfural 16 Linalool 29 alpha-Cubeben 4 Furfuralalkohol 17 Apfelöl 30 Myristinsäure 5 Isoamylacetat 18 2,3-Dihydro-3,5- 31 Nootkaton dihydroxy-6-methyl- 4H-pyran-4-one 6 2-Hydroxycyclopent- 19 4-Terpineol 32 8-Hydroxy-6- 2-en-one methoxy 7 alpha-Pinene 20 alpha-Terpineol 33 9-Hexadecensäure 8 3-Methyl-2,5- 21 Hydroxymethyl- 34 Palmitinsäure Furandion furfurol (HMF) 9 5-Methyl-2-furfural 22 Eugenol 35 Limetin 10 beta-Myrcene 23 trans-Caryophyllen 36 Xanthotoxin 11 delta-3-Carene 24 alpha-Humulen 37 Linolsäure 12 D-Limonen 25 Valencen 38 Isopimpinellin 13 Isoamylbutyrat 26 Elemicin 39 Squalen

Die Plausibilität der Identifikation wurde durch Literaturverglei-che geprüft, um sicherzustellen, dass die gefundenen Verbindungen bekanntermaßen in Whisky vorkommen. Unter Einsatz der pola-ren Säule zeigen die Peaks für Säuren, Phenole und andere polare Verbindungen eine bessere Signalform im Chromatogramm. Viele wichtige Whiskyverbindungen (Vanillin, Ethylvanillat usw.), die von breiten, koeluierenden Säurepeaks überdeckt wurden, wenn die ZB-5 (nicht-polare Säule) benutzt wurde, erweisen sich als gut getrennt und einfach zu identifizieren.

Extraktion und Analyse von Multivitaminsaft

Die Extraktion von Multivitaminsaft oder anderen Fruchtsäften wird häufig durch Fruchtfleisch negativ beeinflusst, das den Zugang

Die Bestimmung der mit dem EG-Silikon-Twister extrahierten Analyten erbrachte 39 klar zu identifizierende Peaks. Mit dem PDMS-Twister wurden hingegen neun Verbindungen gar nicht gefunden oder identifiziert: Ameisensäure, Essigsäure, Furfural, Furfuralalkohol, 2-Hydroxycyclopent-2-en-on, 3-Methyl-2,5-Furandion, 5-Methyl-2-Furfural, 2,3-Dihydro-3,5-Dihydroxy-6-Methyl-4H-Pyran-4-on und Hydroxymethylfurfurol (HMF). Die meisten dieser Verbindun-gen sind Furfurale und Furan-Derivate.

Die Analyse des EG-Silikon-Twisters erbrachte hinge-gen für die besagten neun Verbindungen sehr große Peaks, wie es zum Beispiel Peak 3 (Furfural) und Peak 21 (HMF) bele-gen (siehe Abbildung 3). Einige wichtige Terpene im Multivi-taminsaft wurden von beiden Twistern extrahiert; diese sind in Tabelle 5 aufgelistet. Die Signale von acht ausgewählten Terpe-nen wurden basierend auf extrahierten Ionen-Chromatogrammen (EICs) integriert. Die verwendeten EIC-Massen und die resul-tierenden Peakflächen sind in Tabelle 6 aufgeführt. Es ist offenkundig, dass EG-Silikon- und PDMS-Twister eine ähnliche Extraktionseffi-zienz für Terpene besitzen, ausgehend von den sehr ähnlichen Signal-flächen im Chromatogramm, die mit den beiden Twister-Typen erhal-ten wurden. Für die stärker polaren Alkohol-Terpene Linalool, 4-Ter-pineol, alpha-Terpineol und Neridol gelang dem EG-Silikon-Twister


eine bessere Wie-derfindung als dem PDMS-Twister. Im Gegensa tz dazu erreicht der P D M S -Tw i s -ter eine bessere Wiederfindung f ü r M on o t e r -pene wie alpha-

Pinen, beta-Myr-cen, delta-3-Caren

und d-Limonen.

Extraktion und Analyse von Weißwein (Sauvignon blanc)

EG-Silikon-, PA- und PDMS-Twister wurden verwendet, um ein breites Spektrum flüchtiger Verbindungen zu extrahieren und ein Aro-masubstanzprofil von Weißwein zu erstellen; anschließend wurden die Extraktionsresultate verglichen. Während sich die Weinproben mit dem PA- und PDMS-Twister ohne Modifikation extrahieren lassen, erforderte der Einsatz des EG-Silikon-Twisters eine pH-Anpassung der Weinprobe auf 3,6, um eine partielle Hydrolyse der Sorptionsphase zu verhindern. Die thermodesorbierten Analyten wurden sowohl auf einer unpolaren ZB-5- als auch auf einer polaren ZB-FFAP-Säule getrennt. Die vorläufig identifizierten Weinverbindungen finden sich in Tabelle 6. Während die Temperaturprogramme und die Säulenfluss-raten von Fall zu Fall variierten, wurden die Bedingungen für TDU, KAS und MSD in allen Fällen konstant gehalten.

Es zeigte sich: Der EG-Silikon-Twister extrahiert gegenüber dem PDMS- und PA-Twister eine größere Anzahl individueller Subs-tanzen (30 vorläufig identifizierte Peaks) aus Wein (siehe Abbildung 4). Substanzen wie Furfural, cis- und trans-4-Hydroxymethyl-2-me-thyl-1,3-dioxolan, Glycerin, Äpfelsäure und Methyl-2,3-Dihydroxy-benzoat werden, wie die Chromatogramme zeigen, offenkundig nur von EG-Silikon- und PA-Twister extrahiert. Darüber hinaus sind die meisten Peaks im EG-Silikon-Twister-Chromatogramm deut-lich größer als die im PA-Twister-Chromatogramm. Der EG-Silikon-Twister extrahiert Säuren effizienter aus Wein als der PDMS-Twis-ter, wie die Signale 11, 17, 21, 22 und 24 im Chromatogramm bele-gen. Ähnlich verhält es sich in Bezug auf Alkohole wie 2,3-Butan-diol (3), 1-Hexanol (6) und Phenethylalkohol (15).

Im Gegensatz zum EG-Silikon-Twister extrahiert der PDMS-Twister größere Mengen Esterverbindungen (4, 7, 12, 13, 18, 25). Um eine bessere Auflösung und Trennung der aus dem Wein extrahierten polaren Verbindungen zu erzielen, wurde eine polare Säule verwendet. Wie in Abbildung 5 ersichtlich, produziert die polare Säule scharfe Säure-Peaks, und sie ermöglichte die Trennung verschiedener pola-rer Schlüsselverbindungen, die im Chromatogramm der nicht-polaren Säule von dominanten Signalen koeluierender Ester überdeckt wer-den. Obwohl die Säulen in ihrer Polarität variieren, ergibt die Identi-

Weitere Informationenwww.gerstel.de/Applications/... AppNote 3/2011 (www.gerstel.com/pdf/p-gc-an-2011-03.pdf)

Tabelle6. Vorläufig identifizierte Verbindungen in den Chromatogrammen (Abb. 4), extrahiert aus Weißwein mithilfe verschiedener Twister und getrennt auf einer ZB-5-GC-Säule.

Peak gemäß Datenbank Peak gemäß Datenbank Peak gemäß Datenbank Nr. Nr. Nr. 1 2-Methyl-butanol 11 Hexansäure 21 Nonansäure 2 3-Methyl-butanol 12 Ethylhexanoat 22 Äpfelsäure 3 2,3-Butanediol 13 1-Hexylacetat 23 Methyl-2,3-dihy- droxybenzoat 4 Ethylbutanoat 14 Glycerin 24 Caprinsäure 5 Furfural 15 Phenethylalkohol 25 Ethyldecanoat 6 1-Hexanol 16 2,3-Dihydro-3,5- 26 p-Hydroxyphenethyl- dihydroxy-6-methyl- alkohol 4H-pyran-4-one 7 Isoamylacetat 17 Octansäure 27 2,4-Di-tert-butylphenol 8 trans-4-Hydroxymethyl- 18 Ethyloctanoat 28 Methyl-2,5-dihy- 2-methyl-1,3-dioxolane droxybenzoat 9 cis-4-Hydroxymethyl- 19 Phenethylacetat 29 Laurinsäure 2-methyl-1,3-dioxolane 10 Citraconsäureanhydrid 20 Ethyl-dl-Malat 30 Ethyllaurat

fizierung der EG-Silikon- und PDMS-Twister-Extraktionen bei den verschiedenen Verbindungsklassen gute Übereinstimmungen. Einige polare Säuren, Alkohole und andere polare Verbindungen konnten nur mit dem EG-Silikon-Twister extrahiert werden. Allerdings ließen sich folgende Verbindungen nur dann aufklären, wenn die Trennung der mittels EG-Silikon-Twister extrahierten Analyten auf einer polaren Säule erfolgte (siehe Tabelle 7): 5-Methyl-2-Furfural (11), Hydroxy- methylfurfurol (HMF) (24), p-Hydroxyphenethylalkohol (27) und Ethyl-3-(4-Hydroxyphenyl)-Propenoat (Z oder E) (29).

Zusammenfassung

Wie die vorliegende Arbeit zeigt, ermöglicht der neuartige EG-Sili-kon-Twister von Fall zu Fall eine höhere Extraktionseffizienz als der traditionelle PDMS-Twister, und zwar für polare Verbindun-gen; untersucht wurden im Rahmen dieser Studie Whisky, Multi-

Abbildung 4. Chromatogrammvergleiche der Analyse eines Weißweins nach thermischer Desorption der EG-Silikon-, PDMS- und PA-Twister: 5-mL-Proben, Extraktion für eine Stunde, ZB-5-Säule.


Abbildung 5. Sauvignon-blanc-Chromatogrammprofile, erhalten durch SBSE von 5-mL-Proben mit EG-Silikon- und PDMS-Twister; eine Stunde Extraktion, Trennung auf einer polaren Säule.

Peak gemäß Peak gemäß Peak gemäß Nr. Datenbank Nr. Datenbank Nr. Datenbank 1 1-Hexylacetat 11 5-Methyl-2-furfural 21 Glycerin 2 1-Hexanol 12 Phenethylacetat 22 2,3-Dihydrobenzofuran 3 Ethyloctanoat 13 Hexansäure 23 Laurinsäure 4 Essigsäure 14 Phenethylalkohol 24 Hydroxymethyl- furfurol (HMF) 5 Furfural 15 Ethyl-dl-malat 25 Äpfelsäure 6 trans-4-Hydroxy- 16 Octansäure 26 Myristinsäure methyl-2-methyl- 1,3-dioxolan 7 2,3-Butanediol 17 Nonansäure 27 p-Hydroxy- phenethylalkohol 8 Ethyldecanoat 18 2,3-Dihydro-3,5- 28 Palmitinsäure dihydroxy-6-methyl- 4H-pyran-4-on 9 cis-4-Hydroxymethyl- 19 Decansäure 29 Ethyl-3-(4- 2-methyl-1,3-dioxolan hydroxyphenyl)- propenoat (Z oder E) 10 Clorius 20 2,4-Di-tert-butylphenol

Tabelle 7. Vorläufig identifizierte Verbindungen in den Chromatogrammen (Abb. 5), extrahiert aus Weißwein mit verschiedenen Twistern und getrennt auf einer ZB-FFAP-Säule.

Autoren

Yunyun Nie, Dr. Eike Kleine-Benne, GERSTEL GmbH & Co. KG, Eberhard-Gerstel-Platz 1, D-45473 Mülheim an der Ruhr, Deutschland

Referenzen

[1] Frank David, Bart Tienpont, Pat Sandra: Stir-bar sorptive extraction of trace organic compounds from aqueous matrices, LCGC North

America, 21 (2003) 21-27[2] Kevin Mac Namara, Michelle Lee, Albert Robbat Jr., J. Chromatogr. A 1217 (2010) 136[3] Kevin Mac Namara, Dagmara Dabrowska, Meike Holtmann,

Norbert Helle, LC/GC Chromatography, Sept. 2011[4] M. W. Maylan, P. H. Howard: Atom/Fragment contribution method for estimating octanol-water partition coefficients. J. Pharm Sci. 84 (1995) 83-92 [5] G. Deußing. (Nimm zwei)2. GERSTEL Aktuell 44 (2011) 18-20

Danksagung

Unser Dank gilt in besonderer Weise Dr. Kevin Mac Namara, Irish Distillers, Pernod-Ricard, Irland, für seine freundliche Unterstützung. Des Weiteren bedanken wir uns beim Bundeswirtschaftsministerium der Bundesrepublik Deutschland, die das vorliegende Projekt im Rahmen des Programms ProINNO II finanziell gefördert hat (Förderkennzeichen KF 0189604VT). Ebenfalls bedanken wir uns beim Leibniz-Institut für Oberflächen-modifizierung (IOM) in Leipzig für die Entwicklung der Acrylatphasen.

Oktanol-Wasser-Verteilungskoeffizient

Der Oktanol-Wasser-Verteilungskoeffizient (Kow) ist ein dimensions-loser Wert, der das Verhältnis der Konzentrationen einer Chemikalie in einem Zweiphasensystem, bestehend aus 1-Octanol und Wasser, angibt. Der Logarithmus des Kow einer Substanz beschreibt in guter Annäherung ihr Verteilungsverhalten in einem PDMS/Wasser-System. Der Kow dient dazu, die hydrophoben beziehungsweise hydrophilen Eigenschaften einer Chemikalie zu beschreiben [4]. Ein großer Log Kow-Wert steht für hohe Hydrophobizität, was bedeutet: Die Substanz sorbiert sehr gut im PDMS und lässt sich mit entsprechend hoher Wiederfindung mit dem GERSTEL-Twister extrahieren.

vitaminsaft und Weißwein. Der EG-Silikon-Twister überzeugt bei der Extraktion vor allem polarer Komponenten wie Phenole, Furane, Alkohole und Säuren. Nicht so das PA-Material, aufgrund dessen wird im Folgenden nicht darauf eingegangen.

Entscheidend für eine gute Extraktionseffizienz der Verbindungen mit dem EG-Silikon-Twister scheint die Fähigkeit zur Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen als H-Donoren zu sein. Für nicht-polare Verbindungen wie Terpene und Ethylester u. a. bieten EG-Silikon-Twister aufgrund ihrer unpolaren Dimethylsiloxan-Basis eine Extraktionseffizienz vergleichbar dem PDMS-Twister. Das Resultat der vorliegenden Studie lässt den Schluss zu, dass sich ein umfangrei-ches Profil der unterschiedlichen Analyten einer Probe erstellen lässt, werden der EG-Silikon-Twister und der PDMS-Twister in Form einer sequenziellen SBSE auf die zu untersuchende Probe angewandt [5]. Der pH-Wert der Probe ist eine kritische Marke für den EG-Sili-kon-Twister. In wasserbasierten Standards liegt der optimale Bereich zwischen pH 3,5 und 10,0, bei Weinproben zwischen pH 3,6 und 7,0. Die Durchführung der SBSE mit dem EG-Silikon-Twister ist ähnlich einfach wie mit dem PDMS-Twister; es bedarf ausschließ-lich der Abstimmung einiger instrumenteller Parameter. Hervorzuhe-ben sind im Fall der thermischen Desorption des EG-Silikon-Twis-ters die niedrige Desorptionstemperatur und die Einstellung des Sol-vent-vent-Modus am TDU, um überschüssiges Wasser zu entfernen, welches aufgrund seiner polaren Natur im Sorptionsmaterial zurück-behalten wird. Durch die Ausblendung des Lösungsmittels bleibt das GC/MS-System unbelastet.

Das Fazit der Experten: PDMS-Twister und EG-Silikon-Twister bilden ein starkes Duo mit enormem Potenzial für die Extraktion einer deutlich erweiterten Bandbreite unterschiedlich polarer Verbindungen.


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Das lesen Sie in unserer nächsten Ausgabe Im Internet

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GERSTEL online: Hinweise zu Produkten, Terminen, Veranstaltungen und Applikatio-nen sowie weitere Informationen über das Unternehmen und seine kundenorientier-ten Lösungen finden Sie im Internet unter www.gerstel.de. Dort finden Sie u. a. auch die vorliegende GERSTEL Aktuell 45 sowie viele weitere Ausgaben als PDF-Dateien zum Herunterladen.

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Nr. 45

April 2012

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EUROFINS in Hamburg hat sich die Frage gestellt, wie es ein Standardverfahren zum Nachweis von PAK-Rückständen u. a. in Öl auf Basis der GPC optimieren kann. In Zusam-menarbeit wurde ein Online-Festphasenextraktions-GC/MS entwickelt und damit die Effizienz der Analyse deutlich und nachhaltig gesteigert.

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Je mehr die Wissenschaft über Pheromone in Erfahrung bringt, desto mehr Fragen wirft sie auf. Bei der Untersu-chung der chemischen Botenstoffe bedarf es einer der Duftstoffforschung vergleichbaren Analysenmethode. Zum Nachweis der meist gering konzentrierten, flüchtigen che-mischen Verbindungen bedient man sich der Kapillar-GC im Verein mit einer effektiven Extraktionstechnik.

Impressum

HerausgeberGERSTEL GmbH & Co. KGEberhard-Gerstel-Platz 145473 Mülheim an der RuhrKonzeption, Text, RedaktionRedaktionsbüro Guido Deußing Presse Text KommunikationUhlandstraße 16, 41464 [email protected] BeiratDr. Eike [email protected] IS

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Auch im Reitsport wird zu leistungssteigernden Mitteln gegriffen. Doch das ist illegal. Um allerdings Dopingwirk-stoffe in Körperflüssigkeiten von Pflanzenfressern nachzu-weisen, braucht es eine effiziente Probenvorbereitung. Die dispersive Festphasenextraktion (DPX) erweist sich als über-aus interessante Alternative zu konventionellen Techniken.

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