Headspace-Techniken im Vergleich - Gerstel GmbH & Co.KG

GERSTEL Aktuell Applikation
Headspace-Techniken im Vergleich
DHS garantiert Höchstleistungen
Die statische Headspace-Technik (HS) ist in der
Gaschromatographie (GC) gängige Praxis, um
flüchtige Inhaltsstoffe aus festen und flüssigen
Proben zu extrahieren. Die HS lässt sich leicht
handhaben, ist zuverlässig im Gebrauch und automatisierbar.
Allerdings liefert sie keine so niedrigen
Detektionslimits wie die Headspace-Festphasen-Mikroextraktion
(HS-SPME) oder die dynamische
Headspace-Technik (DHS). Wie leistungsfähig
sind die genannten HS-Techniken
wirklich? GERSTEL wollte es genau wissen und
unterzog sie einem Vergleichstest. Zur Extraktion
und Analyse wählten die Applikationsexperten
von GERSTEL Proben mit vergleichsweise komplexen
Matrices: Kaffeepulver, Duschgel und Käse.
Ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen
konnte dabei ein neues, von GERSTEL entwickeltes
Zubehör für den MultiPurposeSampler (MPS)
für die automatisierte DHS. Zum Einsatz kam auch
ein neuartiges DHS-System, mit dem sich größere
Probenmengen extrahieren lassen. Das Resultat
des unter realen Laborbedingungen durchgeführten
Experiments erfüllte die Erwartungen
aller. Aber, bitte, lesen Sie selbst!
Probenvorbereitung
Für HS, HS-SPME und DHS wurden die Proben
in 20-mL-Vials mit Schraubkappen gefüllt.
Die Probenmengen betrugen 100 mg für Kaffeepulver
und Duschgel sowie 300 mg für Käse.
Der Käse wurde in einem Gefrierschrank aufbewahrt
und vor dem Wiegen zerstoßen.
Für den Großproben-DHS-Prototypen wurden
50 mL eines Kräuterlikörs, das Stück eines
Dufttuches für Wäschetrockner sowie eine
ganze Nelke in ein 500-mL-Gefäß gefüllt. Die
Nelke wurde mit einem Heizband, das außen
am Gefäß befestigt war, auf 60 °C aufgeheizt.
Jede Probe, also Käse, Kaffeepulver und
Duschgel, wurde jeweils sechsmal je Technik
extrahiert und analysiert. Mit Ausnahme der
Großproben, die mit dem DHS-Prototypen von
GERSTEL untersucht wurden, erfolgten alle Extraktionen
auf dem MPS in Kombination mit
einem GC 6890/MSD 5975 von Agilent Technologies.
Der GERSTEL-MultiPurposeSampler
(MPS) war für die HS, DHS und HS-SPME ausgerüstet.
Die Thermodesorption der mit Adsorbens
gefüllten Traps erfolgte mit der GERSTEL-
ThermalDesorptionUnit (TDU) in Verbindung
mit den DHS-Modulen.
GC/MS
Analysenbedingungen (außer DHS-Großprobe)
Säule: 30 m SolGel Wax (SGE)
di = 0,25 mm, df = 0,25 µm
Pneumatik: He, konstanter Fluss =
1,2 mL/min
Ofen: 40 °C (2 min); 15 °C/min
250 °C (2 min)
MSD: Scan-Modus, 28 – 280 amu
MultiPurposeSampler (MPS)
DHS-Modus
Die Proben wurden automatisiert aufgeheizt
und die extrahierten Analyten in mit Tenax TA
gepackten TDU-Röhrchen getrappt. Die Desorption
der Röhrchen erfolgte in der TDU, wohin
sie der MPS transportierte. Die Analyten
wurden im KaltAufgabeSystem GERSTEL-
KAS 4 kryofokussiert, anschließend temperaturprogrammiert
auf die GC-Säule überführt.
DHS-Bedingungen
Trap: Tenax TA
MPS 2: Traptemperatur 25 °C
Inkubationstemperatur 25
oder 40 °C
Purgefluss 20 mL/min
KAS 4: Lösungsmittelausblendung 10:1,
–100 °C, 12 °C/s;
280 °C (8 min)
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© GERSTEL GmbH & Co. KG.
HS-SPME-Modus
Die Proben wurden im Agitator des MPS inkubiert
und extrahiert. Eine 50/30 µm DVB/Car/
PDMS SPME-Faser wurde im Gasraum des jeweiligen
Probenvials exponiert und anschließend
im Agilent-Split/Splitlos-Injektor desorbiert.
SPME-Bedingungen
Faser: DVB/Car/PDMS; 50/30 µm
MPS 2: Inkubation bei 30 oder 40 °C
(30 min)
S/SL: 250 °C; Split 10:1
1. Ein mit Adsorbens gefülltes TDU-Röhrchen wird
in den DHS-Extraktionskopf über dem Probengefäß
eingeführt, zwei Nadeln durchstoßen das Septum
und verbinden den Gasraum über der Probe mit
dem TDU-Röhrchen.
2. In der DHS-Station wird die Probe geschüttelt
und je nach Bedarf beheizt oder gekühlt, wobei
ein permanenter Gasstrom die Analyten aus dem
Dampfraum über der Probe auf das Adsorbens
transportiert.
3. Bei einigen Proben wird neben den Analyten
auch unerwünschte Feuchtigkeit aufgefangen. Hier
ermöglicht das DHS-System die automatisierte
Trocknung des Adsorbensröhrchens im Gasstrom.
4. Zur Überführung der Analyten auf das GC-
System wird das TDU-Röhrchen im GERSTEL-
ThermalDesorptionUnit (TDU) thermisch desorbiert,
die Analyten werden im KAS kryofokussiert
und anschließend zur Analyse auf die GC-Säule
überführt.
HS-Modus
Die Inkubation der Proben erfolgte im Agitator
des MPS. Mit einer gasdichten Spritze wurde
aus dem Gasraum eine 1-mL-Aliquote entnommen
und in den Split/Splitlos-Injektor aufgegeben.
HS-Bedingungen
Injektion: 1 mL
MPS 2: Inkubation bei 30 oder 40 °C
(30 min)
S/SL: 250 °C; Split 10:1
GERSTEL Aktuell – September 2007

GERSTEL Aktuell Applikation
Prototyp der DHS-
Einheit für große
Proben.
Kaffee
Gesamtionenchromatogramme von Kaffeepulver
für jede Extraktionstechnik.
DHS für große Proben
Im Anschluss an die Extraktion in der Großproben-DHS-Einheit
wurden die mit Tenax TA
gefüllten TDU-Röhrchen (Traps) manuell in das
VT-98t-Tray des MPS gestellt und anschließend
in der TDU thermisch desorbiert.
Dufttuch für
Wäschetrockner
Gesamtionenchromatogramme von HS
(oben) und DHS (Mitte) eines neuen
Trocknungstuches sowie DHS (unten)
eines gebrauchten Dufttuches. Die
Technik ist empfindlich genug, um
viele derselben Peaks zu sehen, auch
nachdem das Tuch gebraucht wurde.
Das meint der Experte:
Duschgel
Gesamtionenchromatogramme von Duschgel für
jede Extraktionstechnik.
Käse
Gesamtionenchromatogramme von Käse für jede
Extraktionstechnik. Die DHS-Extraktion zeigt für die
meisten Komponenten die beste Empfindlichkeit.
Weitere
Informationen
www.gerstel.de/
p-gc-an-2007-01.pdf
Carlos Gil
Applikationsexperte
GERSTEL GmbH & Co. KG
carlos_gil@gerstel.de
Ein Chromatogramm sagt mehr als tausend Worte: Ob bei der
Extraktion von Kaffee, Duschgel oder Käse – die dynamische Headspace
(DHS) überzeugt in allen drei Fällen. Obschon in der Wiederholbarkeit
mit allen anderen Schwestertechniken vergleichbar,
erweist sich die DHS als wesentlich sensitiver.
In der Kaffeeprobe wurden 50 der identifizierten Analyten ausgewertet, in der
Duschgelprobe mehr als 30. Die Standardabweichung (RSD) lag bei Messung der
DHS-Extrakte meistens unter fünf Prozent und war damit vergleichbar mit der RSD
der SPME und HS-Extraktion. In der Käseprobe wurden mittels DHS mehr als 20
Analyten untersucht, wobei der RSD unter zehn Prozent lag. Keine der anderen
HS-Extraktionstechniken brachte ein solch erstklassiges Ergebnis zutage.
Die dynamische Headspace ist ein einfaches und zuverlässiges analytisches
Hilfsmittel, um geringe Mengen von Analyten aus festen oder flüssigen Matrices
konzentrieren zu können. Auf den DHS-Modus eingestellt, arbeitet der MultiPurposeSampler
10- und 20-mL-Standardvials vollständig automatisiert ab. Verschleppungen
sind durch die Möglichkeit zum Wechseln der Traps für jede Probe minimiert.
Zum Trappen steht eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien zur Verfügung,
etwa Adsorbentien auf Kohlenstoffbasis, Tenax TA und PDMS-Schaum.
Was den Einsatz des DHS-Prototypen zur Extraktion großvolumiger Proben
betrifft, so erweisen sich die Ergebnisse als überaus vielversprechend vor allem
im Hinblick auf den Anwendungsbereich der DHS, der sich damit merklich erweitern
lässt.
GERSTEL Aktuell – September 2007