GERSTEL Aktuell Nr. 47 - Gerstel GmbH & Co.KG

www.gerstel.de 

Kundenzeitschrift der GERSTEL GmbH & Co. KG · Eberhard-Gerstel-Platz 1 · 45473 Mülheim an der Ruhr · Telefon +49 2 08 - 7 65 03-0 · gerstel@gerstel.de 

ISSN 1618 - 5900 

Nr. 47 47 Dezember 2013 

Atmosphärenforschung 

Zauberhafte Vanille 

Ein Ansatz zur Analyse von 

Vanilleschoten und -extrakten 


Miefige Tabletten – nein danke! 

Geruchsverursachern in Pharmazeutika 

auf der Spur 

Achtung, Weichmacher! 

Phthalate sicher 

und sensitiv in 

Kinderspielzeug bestimmen 

Vorsicht, Fettnäpfchen! 

Deklarationspflichtige Fettanteile 

in Lebensmitteln 

effizient und sicher ermitteln

Liebe Leserinnen 

und Leser, 

kein vernunftbegabter Mensch würde je behaupten, die Welt, in 

der wir leben, ließe sich auf einfache Weise und mit wenigen 

Worten in ihrer ganzen Breite und Tiefe erfassen. Das Gegenteil 

ist der Fall. 

Allein der forschende Blick in das zarte Band, das die Erde 

umhüllt, die Atmosphäre, macht offenkundig: Die Dinge sind 

überaus komplex und diffizil. 

Glücklicherweise gibt es, wie 

unser Themenschwerpunkt „Atmosphärenforschung“ 

zeigt, kundige 

Wissenschaftler, die sich dieser flüchtigen 

und sensiblen Materie engagiert 

und beherzt annehmen und den Versuch 

unternehmen, die funktionalen 

Zusammenhänge zwischen Himmel 

und Erde aufzuklären, um zum Beispiel 

Modellrechnungen zu ermöglichen, 

die uns helfen, schon heute 

eine Vorstellung davon zu entwickeln, 

wie unsere Welt künftig aussieht. 

Es ist wichtig, die Dinge auch von 

ihrem Ende her zu betrachten, damit 

Eberhard G. Gerstel 

wir zur rechten Zeit das Richtige tun und die anthropogenen 

Einflussfaktoren, die Erderwärmung, Klimawandel und Naturkatastrophen 

begünstigen, in den Griff bekommen und somit 

absehbar eine Hinwendung zum Besseren bewirken. 

Ohne instrumentelle Analytik ist moderne Atmosphärenforschung 

undenkbar. Schön, dass GERSTEL mit maßgeschneiderten, 

technisch einzigartigen Entwicklungen zur Aufklärung 

beitragen kann. 

Viel Vergnügen bei der Lektüre der 47. Ausgabe unserer 

GERSTEL Aktuell wünscht Ihnen Ihr 

Eberhard G. Gerstel 

Geschäftsführender Gesellschafter der GERSTEL GmbH & Co. KG 

Ausschreibung 

Eberhard-Gerstel-Preis 

EGP 

2014 

Die von GERSTEL gesponserte Auszeichnung wird auf der analytica 

2014 zum dritten Mal von der Gesellschaft Deutscher Chemiker 

(GDCh) an eine(n) herausragende(n) Wissenschaftler/in 

auf dem Gebiet der analytischen Trenntechniken verliehen. 

Vom Arbeitskreis „Separation 

Science“ wird 2014 zum dritten 

Mal der Eberhard-Gerstel- 

Preis für eine herausragende 

Publikation auf dem Gebiet der 

analytischen Trenntechniken 

vergeben. 

Gestiftet wird der alle zwei 

Jahre ausgelobte Preis in Höhe 

von 2500 Euro von GERSTEL. 

Das Unternehmen wurde 

1967 von Eberhard Gerstel 

senior gegründet und hat sich 

seitdem zu einem weltweit führenden 

Anbieter von Systemen 

und Lösungen für die automatisierte 

Probenvorbereitung und 

Probenaufgabe in der GC/MS 

und LC/MS entwickelt. 

Verliehen wird der Eberhard-Gerstel-Preis 

im Rahmen 

der analytica-Conference auf 

der analytica (1.-4. April 2014) 

in München. Bewerber sollten 

Erstautor (corresponding author) 

einer 2012/2013 von einer 

international anerkannten Fachzeitschrift 

gedruckten oder 

zum Druck akzeptierten Publikation 

sein. Autoren können sich 

bewerben bzw. für diese Auszeichnung 

vorgeschlagen werden. 

Eine international besetzte 

Jury wählt den Preisträger. 

Bewerbungen bzw. Kandidatenvorschläge 

sollten elektronisch, 

idealerweise als zusammenhängende 

PDF-Datei, bis spätestens 

10. Januar 2014 (Stichtag) eingereicht 

werden. Kopie der Publikation, 

Lebenslauf des Autors, Stellungnahme 

bzw. Empfehlung 

sind einzureichen an: 

Prof. Dr. Werner Engewald, 

Universität Leipzig, Institut für 

Analytische Chemie, Linnéstr. 

3, 04103 Leipzig, Deutschland 

E-Mail: engewald@uni-leipzig.de 

GERSTEL Aktuell Nr. 47 

Lesen Sie in dieser Ausgabe: 

Anwenderseminar-Tour 2013 

GC/MS- und LC/MS-Applikationen 

im Mittelpunkt 

Um den Erfahrungsaustausch der Anwender von GERSTEL-Geräten und 

-Systemen zu fördern, hat sich das Unternehmen auch in diesem Jahr 

wieder mit seiner Anwenderseminar-Tour auf die Reise durch zehn Städte 

in Deutschland, der Schweiz und Österreich begeben. ........................................3 

Schwerpunktthema: Atmosphärenforschung 

Labor im Porträt: Atmosphärenphysik, Bergische Universität Wuppertal 

Pfadfinder der Lüfte 

Es bedarf der Kenntnis der chemischen, aber auch der physikalischen Prozesse, 

um die Atmosphäre hinreichend zu verstehen und Modelle entwerfen 

zu können, die helfen, die Verteilung von Schadstoffen 

in der Umwelt nachzuvollziehen oder das Klima präzise 

vorherzusagen. Hier setzt die Arbeitsgruppe Atmosphärenphysik 

von der Bergischen Universität Wuppertal unter 

Leitung von Professor Ralf Koppmann Maßstäbe. ............7 

Atmosphärenchemie 

In-situ-Analytik zwischen Himmel 

und Erde 

Im Rahmen des von der EU geförderten PEGASOS- 

Projekts untersuchten Wissenschaftler des Forschungszentrums 

Jülich den oxidativen Abbau von 

VOC in der Atmosphäre. Ein speziell für die Erfordernisse 

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Nr. 47 Dezember 2013 

der Onlinemessung auf Flugzeugen und Zeppelinen konzipiertes 

HALO-GC/MS-System erwies sich als zentrales Instrument. .........................11 

Pharmaanalytik 

Miefige Tabletten – nein danke! 

Um Fehlgerüchen in Pharmazeutika und Pharmaverpackungen nachzuspüren, 

haben US-Wissenschaftler ein hochsensitives GC-MS/MS-Verfahren 

mit vorangehender Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) entwickelt. .............14 

Lebensmittelanalytik 


Um den Nährwert eines Lebensmittels quantifizieren zu können, braucht 

es die instrumentelle Analytik, im Fall relevanter Fettparameter idealerweise 

die Gaschromatographie (GC) – aber bitte automatisiert. ................17 

Materialanalytik 


Das US-Prüfverfahren CPSC-CH-C1001-09.3 verlangt den Nachweis von 

Weichmachern in Kinderspielzeug und Babyartikeln. Das Verfahren umfasst 

die GC/MS-Bestimmung kritischer Phthalate nach einer in der Regel aufwendigen, 

oft manuell ausgeführten Probenvorbereitung; dabei lässt sich 

die Analyse intelligent automatisieren. .................................................................... 20 

Nachwuchsförderung/Wissenstransfer 

Mit Herzblut bei der Sache 

Ein Unternehmen, das wie GERSTEL über kompetente Mitarbeiter verfügt 

und in Forschung und Ausbildung investiert, hat stets auch Interessantes 

zu berichten und weiterzugeben. ............................................................................ 23 

Aromaanalytik 


Das charakteristische Geschmacksmuster von Vanille wird nicht allein 

durch Vanillin, dem Hauptaromastoff der Vanille, geprägt, sondern durch 

eine Komposition verschiedener Verbindungen. Zu deren Aufklärung und 

Identifizierung sowie zur Qualitätssicherung und Herkunftsbestimmung 

von Vanilleschoten und Vanilleextrakten leisten Headspace- 

Techniken und die Thermodesorption einen wichtigen 

Beitrag. ............................................................................................. 25 

Zauberhafte Vani le 

Ein Ansat zur Analyse von 

Vani leschoten und -extrakten 


Schädliche Weichmacher 

sicher und sensitiv in Kinderspielzeug 

bestimmen 

Vorschau und Impressum.................................................28 



Miefige Table ten – nein danke! 

Geruchsverursacher in Pharmazeutika 

auf der Spur 

„ Immer bestens informiert. “ 


Vorsicht, Fe tnäpfchen! 

Deklarationspflichtige Fe t- 

anteile in Lebensmi teln 

e fizient und sicher ermi teln 

ISSN 1618 5900 

2 GERSTEL Aktuell – Dezember 2013

Anwenderseminar-Tour 2013 

Mülheim an der Ruhr 

GC/MS- und 

LC/MS-Applikationen 

im Mittelpunkt 

Text: Guido Deußing; Fotos: GERSTEL, Jan Garbe-Immel 

Um den Erfahrungsaustausch der Anwender von GERSTEL-Geräten und -Systemen zu fördern, 

hat sich das Unternehmen auch in diesem Jahr wieder auf die Reise durch zehn Städte in 

Deutschland, der Schweiz und erstmals auch Österreich begeben. Der GERSTEL-Zug machte 

Station in Hamburg, Potsdam, Hannover, Münster, Mülheim an der Ruhr, Karlsruhe, München, 

Bern, Olten und Wien, wo Anwender aus der Praxis und versierte Applikationsspezialisten 

des Unternehmens den geladenen Gästen ihre Eindrücke und Erfahrungen im Umgang 

mit GERSTEL-Technologie vor- und zur Diskussion stellten. „Die Resonanz war, wie schon 

in den Jahren zuvor, überwältigend“, urteilten alle Beteiligten. Im Folgenden bieten wir 

einen kurzen Überblick, aufgeschlüsselt nach Anwendungsfeldern, über die verschiedenen 

Themen (deren Titel sind im nachfolgenden Text hervorgehoben), die während der GERSTEL- 

Anwenderseminar-Tour 2013 beleuchtet wurden. 

Lebensmittel-, Duft- und 

Naturstoffanalytik 

Wenn es um die Themen Methodenentwicklung und Anwendung der 

HPLC/MS geht, greift GERSTEL auf die kompetente Unterstützung 

von Dr. Nobert Helle von der TeLA GmbH in Bremerhaven zurück. 

Überzeugt von dessen applikativem Knowhow auf den unterschiedlichsten 

Anwendungsfeldern, baten wir den Wissenschaftler beziehungsweise 

seine Mitarbeiterin Franziska Chmelka, über Intelligente 

Probenvorbereitung für LC und LC/MS in der Lebensmittel- 

und Umweltanalytik zu referieren. 

Welche Rolle unter anderem auch die Probenvorbereitung spielt 

bei der Acrylamid-Bestimmung in Kaffee mittels automatisierter 

LC-MS/MS im Vergleich zur klassischen GC/MS-Methode, 

darüber berichtete Oliver Süße-Herrmann von der CR3-Kaffeeveredelung 

M. Hermsen GmbH in Bremen. Einen Überblick über die Anwen- 

Hannover 

Neueste GERSTEL- 

LC/MS-Applikationen 

Development of an Automated 

Sample Preparation 

and Analysis Workflow for 

Mycotoxin Residues in 

Different Food Matrices 

AppNote 10/2013 

Automated Derivatization, 

SPE Cleanup and LC/ 

MS/MS Determination 

of Glyphosate and Other 

Polar Pesticides, 


Automated Sample 

Preparation and Analysis 

Workflow for Pesticide 

Residue Screenings in 

Food Samples using DPX- 

QuEChERS with LC/MS/MS, 


Determination of Barbiturates 

and 11-Nor-9-carboxy- 

Δ9-THC in Urine using 

Automated Disposable 

Pipette Extraction (DPX) 

and LC/MS/MS, 


Automated Solid Phase 

Extraction (SPE)-LC-MS/ 

MS Method for the Determination 

of Acrylamide in 

Brewed Coffee Samples, 


Alle AppNotes finden 

Sie zum Herunterladen 

unter www.gerstel.de 

GERSTEL Aktuell – Dezember 2013 3

Olten 

dung der Gaschromatographie in der Kaffeeforschung bot 

auch Barbara Schönbächler von der Zürcher Hochschule für Angewandte 

Wissenschaften (ZHAW) in Wädenswil, Schweiz. 

Bern 

Über pflanzliche Komponenten können Pyrrolizidinalkaloide 

in unsere Nahrung gelangen. Gemäß den Richtlinien des Verbraucherschutzes 

gilt es, jedwedes Gefährdungspotenzial auf ein 

Minimum zu reduzieren. Wie der Nachweis von Pyrrolizidinalkaloiden 

in Lebensmitteln unter Verwendung einer 

automatisierten Festphasenextraktion (SPE) effizient und 

sicher gelingt, darüber berichtete Oliver Keuth vom Chemischen 

und Veterinäruntersuchungsamt Münsterland-Emscher-Lippe 

(CVUA-MEL) in Münster. 

Apropos Gefährdung: Bislang streiten die 

Gelehrten darüber, ob von dem vielfach eingesetzten 

Pflanzenschutzmittel Glyphosat eine 

Gefahr für den Menschen ausgeht. Dessen ungeachtet 

gilt: Nur wer den analytischen Nachweis 

führt, geht auf Nummer sicher. Dr. Andrea Kuhr 

von der Eurofins Dr. Specht Laboratorien GmbH 

in Hamburg präsentierte ihre Methode zur 

Bestimmung von Glyphosat und AMPA in 

einem Routine-Labor mit LC-MS/MS nach 

automatisierter Derivatisierung und SPE. 

Entwickelt und etabliert wurde die Methode von 

Dr. Norbert Helle und Franziska Chmelka von 

der TeLA GmbH in Bremerhaven. 

Mag einer sagen, die LC schmecke ihm – mit 

Fug und Recht behaupten kann das Marit Gillmeister 

von der Hochschule Anhalt in Bernburg. 

Mit der analytisch-präparativen HPLC und 

nachgeschalteter sensorischer Beurteilung von Probenmatrices 

auf Basis der LC-Taste-Technologie [1] kommt 

sie dem Geschmack von in Wasser löslichen Komponenten mittels 

Zunge und Gaumen auf die Schliche. Ihr Kollege Mario 

Scharmer vom dortigen Institute of Bioanalytical Science (IBAS) 

stellte seine Bestimmung von Betacarotin in wasserlöslichen 

Mikrogranulaten vor. 

Um Naturstoffe, Düfte und Aromen drehten sich drei weitere 

Vorträge vornehmlich in der Schweiz: Bernhard Burn von 

der Interlabor Belp AG im gleichnamigen Belp betreibt Naturstoffanalytik 

mittels GC/MS und wirft dabei einen besonderen 

Blick auf die Dynamische Headspace-Technik und die Ther- 

Karlsruhe 


Potsdam 

modesorption. Der Fokus von Dr. Katharina Breme, Agroscope 

Liebefeld-Posieux (ALP) in Bern, lag auf der Aromaanalytik 

in Milch- und Fleischprodukten und Dr. Matthias Held vom 

Institut für Zoologie der Université de Neuchâtel 

beschrieb in seinem Vortrag: Rettende Düfte 

– die auf Duftstoffen basierende indirekte 

Abwehr von Pflanzen. 

Verfahren für Substanzen in Kunststoffen für die Verpackung 

von Lebensmitteln und medizinisch-pharmazeutischen 

Produkten vor. Und während sich Dr. Ingo Mayer von 

Polymer- und Materialanalytik 

Aus der Summe der Vorträge kristallisierte sich 

als Themenschwerpunkt u. a. die Polymer- und 

Materialanalytik heraus. Andreas Westphal von 

tesa SE in Hamburg etwa zeigte in seinem Vortrag 

Pyrolyse-GC/MS in der Polymeranalytik 

die Vorzüge des GERSTEL-Pyro-Modules für 

die ThermalDesorptionUnit (TDU) auf bei der 

Aufklärung der Zusammensetzung unterschiedlicher 

komplexer Kunststoffmatrices. In ihrem 

Vortrag thematisierte Dr. Veronica Osorio-Piniella 

von der OFI Technologie & Innovation GmbH 

aus Wien die Bestimmung der witterungsbedingten 

Migration beziehungsweise des 

Wien 

Abbaus von Additiven in Polymeren mittels Thermodesorption 

und GC/MS. Dipl.-Ing. Lucas Sternbauer von der 

Johannes-Kepler-Universität Linz stellte ein GC/MS-Screening- 

der Berner Fachhochschule für Architektur, Holz und Bau im 

schweizerischen Biel auf die Bestimmung und sensorische 

Beurteilung von Baustoffemissionen konzentrierte, fokussierte 

Dr. Armin Hauk von Intertek Expert Services 

in Basel auf die Bewertung von Druckfarben 

und Aufklebern auf pharmazeutischen 

Verpackungen und Lebensmittelverpackungen. 

Über Neue analytische Verfahren 

in der Automobilindustrie berichtete 

Dr. Benedikte Roberz von der Adam Opel AG 

in Rüsselsheim. 

Getränke- und Wasseranalytik 

Münster 

Der Mensch lebt nicht vom Brot allein. Um 

Gesundheit und Wohlbefinden zu fördern, wird 

empfohlen, mindestens eineinhalb Liter Wasser 

täglich zu sich zu nehmen. Es steht außer Frage, 

dass Trinkwasser frei von Schadstoffen sein 

sollte. Die instrumentelle Analytik hilft dabei, 

die Trinkqualität von Wasser sicherzustellen, wie 

Thomas Funke vom CVUA-MEL in Münster am 


Hamburg 


München 

Beispiel der Bestimmung potenziell endokriner Substanzen 

in Mineralwässern und Kunststoff-Migranten mittels 

der GERSTEL-ThermalDesorptionUnit (TDU) zeigte. 

Zur Getränkeanalytik-Fraktion gesellten sich auch die Applikationsexperten 

von GERSTEL, namentlich Andreas Hoffmann, Carlos 

Gil, Thomas Albinus und Jochen Vandenberg sowie Susanne 

Rose, die u.a. einen Blick warfen auf die Vorzüge der Dynamischen 

Headspace-Technik (DHS) in der Getränkeanalytik 

beziehungsweise Zwei SBSE-Methoden zur Bestimmung 

phenolischer Komponenten in Trinkwasser verglichen. 

Forensische Toxikologie 

und klinische Analytik 

In den letzten fünf Jahren hat sich GERSTEL im Bereich der forensischen 

Toxikologie, insbesondere beim Nachweis von Drogenwirkstoffen, 

zu einem kompetenten Anbieter intelligent automatisierter 

analytischer Lösungen entwickelt. Eine Tatsache, die 

auch während der Anwenderseminar-Tour 2013 deutlich wurde, 

etwa im Vortrag Bestimmung von THC und seinen Metaboliten 

im Serum mittels vollautomatisierter SPE-GC/MS- 

Analyse von Dr. Getrud Rochholz vom Institut für Rechtsmedizin 

der Universitätsklink Schleswig-Holstein in Kiel. Über die 

Art und Weise der THC-Analytik am Institut für Rechtsmedizin 

in Basel unter Einsatz von GERSTEL-Technologie berichtete 

Dr. Sarah Hangartner. Last but not least konnte auch 

Dr. Oliver Lerch brandaktuelle Automatisierte Analysenmethoden 

im forensischen Labor: Bestimmung 

von THC und Metaboliten sowie Opiaten 

und Kokain aus Blutserum präsentieren, die in 

enger Kooperation mit dem Institut für Rechtsmedizin 

der Universität Düsseldorf entwickelt wurde. 

„ Einfach unseren 

Newsletter abonnieren 

und Sie sind immer 

bestens informiert! 

Alle Infos und Anmeldung 

unter www.gerstel.de“ 

Chris-Elmo Ziener von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und 

Arbeitsmedizin in Berlin informierte über die Automatisierung 

chemischer Spurenanalytik in menschlicher Ausatemluft, 

ein vergleichsweise neuer Weg im arbeitsmedizinischen 

Biomonitoring. 

Bio- und andere Technologien 

Welchen Einfluss die richtige Analysentechnik beziehungsweise 

die gewählten Module auf die Effizienz und Präzision der Analyse 

haben, wurde deutlich im Vortrag GERSTEL-MPS mit Wägeoption: 

Erkennung potenzieller Fehlerquellen und deren 

Behebung, gehalten von Andreas Teevs und Kerstin Schrader 

von der Schülke & Mayr GmbH in Norderstedt. Dass die Metabolitenanalytik 

mittels GC/MS ein Schlüssel zur biotechnologischen 

Prozessoptimierung darstellt, machte Dr. Christina 

Haberhauer-Troyer von der Universität für Bodenkultur (BOKU) 

Wien, Department für Chemie, Abteilung für Analytische Chemie, 

deutlich. Überhaupt eröffne die Gerätekombination 7200 

GC/Q-TOF – neue analytische Möglichkeiten, wie Dr. Jörg 

Riener von Agilent Technologies in Waldbronn betonte. 

Allerdings, ein Wort zum Schluss, ohne Probenvorbereitung 

ist alle Analytik nichts. In diesem Sinne brachte das GERS- 

TEL-Entwicklerteam Dr. Eike Kleine-Benne, Susanne Rose und 

Dirk Bremer die Seminarteilnehmer in gebotener Kürze auf den 

neuesten Stand in puncto Innovationen. 

Nähere Informationen 

Sollten Sie Informationen zu einem oder mehreren der oben 

genannten Vortragsthemen wünschen, lassen Sie es uns wissen. 

Unsere Vertriebsmitarbeiterin Andrea Hamm freut sich 

auf Ihre Zuschrift an andrea_hamm@gerstel.de. 

Querverweis 

[1] GERSTEL Aktuell 34 (2006) 16 

[www.gerstel.de/pdf/GERSTEL_Aktuell_34_16_de.pdf] 

GERSTEL Aktuell – Dezember 2013

Labor im Porträt: 

Atmosphärenphysik, Bergische Universität Wuppertal 

Pfadfinder der Lüfte 

Die Atmosphäre ist die wunderbare, überaus komplexe, immer noch nicht vollständig verstandene Lufthülle 

unseres Planeten. Eine der Fragen, mit denen sich die Atmosphärenforschung derzeit intensiv beschäftigt, gilt 

dem Stofftransport, etwa von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC). Wie und in welcher Zeit verteilen sich 

Spurenstoffe wie die VOC in der Atmosphäre? Es bedarf der Kenntnis der chemischen aber auch der physikalischen 

Prozesse wie den Transportmechanismen und -wegen, um die Atmosphäre hinreichend zu verstehen und Modelle 

entwerfen zu können, die helfen, die Verteilung von Schadstoffen nachzuvollziehen oder das Klima vorherzusagen. 

Hier setzt die Arbeitsgruppe Atmosphärenphysik der Bergischen Universität Wuppertal unter Leitung von Professor 

Ralf Koppmann Maßstäbe. 

Text: Guido Deußing; Fotos: Guido Deußing, GERSTEL, Bergische Universität Wuppertal; Grafik: Guido Deußing 

Wenn in China der 

sprichwörtliche 

Sack Reis umfällt, 

mag das für uns ohne 

Bedeutung sein. Wenn 

aber irgendwo auf der 

Welt Radioaktivität entweicht 

oder ein Vulkan 

ausbricht und Asche in 

die Atmosphäre spuckt, 

sind wir unweigerlich 

betroffen. Jüngste Beispiele 

dafür sind die 

Nuklearkatastrophe 

im japanischen Kernkraftwerk 

Fukushima 

im Jahr 2011 oder der 

Ausbruch des Eyjafjallajökull 

auf Island im Jahr 2010. Dessen Vulkanaschewolke, 

genährt aus einer scheinbar endlosen 

Eruption, verteilte sich über die nördliche Hemisphäre 

und brachte den Luftverkehr in Nord- und 

Kennen und schätzen einander seit vielen Jahren: Professor Ralf Koppmann (r.) 

und GERSTEL-Entwicklungsleiter Dirk Bremer. 

Mitteleuropa zum Erliegen. Tausende Menschen 

saßen an Flughäfen und Urlaubsorten fest, Güter 

wurden nicht ausgeflogen, Airlines und Unternehmen, 

die mittel- oder unmittelbar mit dem Flugverkehr 

zu tun haben, 

mussten finanzielle 

Einbußen hinnehmen. 

„Um die Auswirkungen 

und Folgen 

eines Vulkanausbruchs 

in der Dimension 

eines Eyjafjallajökull 

einschätzen und 

angemessen reagieren 

zu können, muss man 

wissen, wie und in welcher 

Zeit sich Vulkanasche 

oder andere 

luftgetragene Partikel 

und Schadstoffe in der 

Atmosphäre verteilen“, 

erklärt Professor Ralf 

Koppmann, Leiter der Arbeitsgruppe Atmosphärenphysik 

an der Bergischen Universität in Wuppertal. 

Es genüge nicht, nur die chemischen Abläufe 

der Atmosphäre zu untersuchen, „es müssen auch 


Heterosphäre 

Homosphäre 

Ionosphäre 

km 

1000 

800 

600 

400 

200 

100 

80 

60 

40 

20 

10 

8 

6 

4 

2 

1 

0 

Hochgebirge 

Ozonschicht 

GEOPHYSICA** 

HALO*** 

km 

1000 

800 

600 

400 

200 

100 

80 

60 

40 

* ISS: Internationale Raumstation, ** GEOPHYSICA: Russisches Höhenforschungsflugzeug, 

*** HALO: High Altitude and LOng Range Research Aircraft, PEGASOS: Pan-European Gas-AeroSOls-climate interaction Study 

ISS* 

20 

10 

8 

6 

4 

2 

1 

0 

Exosphäre 

Thermopause 

Thermosphäre 

Mesopause 

Mesosphäre 

Stratopause 

Stratosphäre 

Tropopause 

Troposphäre 

Meeresspiegel 

Copyright: GDeußing, Neuss (www.pressetextkom.de) Infografik: PauraDesign, Hagen (www.paura.de) 

Mit freundlicher Unterstützung von Professor Ralf Koppmann, Bergische Universität Wuppertal. 

Als Erdatmosphäre bezeichnet man die 

Gashülle unseres Planeten. Die Bezeichnung 

„Sphäre“ ist griechischen Ursprungs 

und lässt sich mit „Hülle“ oder „Ball“ 

übersetzen. Die Erdatmosphäre setzt 

sich aus mehreren Sphären zusammen, 

die sich unter anderem in Dichte, Druck 

und Temperatur grundlegend voneinander 

unterscheiden. In der bodennahen 

Troposphäre, die rund drei Viertel der 

Luftmasse und fast den gesamten Wasserdampf 

enthält, laufen alle wetterrelevanten 

Phänomene wie Wind und Wolkenbildung 

ab. Die Temperatur sinkt mit 

steigender Höhe; sie liegt an der höchsten 

Stelle der Troposphäre bei minus 60 °C. 

Der Übergang von der Troposphäre in die 

Stratosphäre wird als Tropopause bezeichnet. 

Für Atmosphärenphysiker ist dieser 

Bereich von großem Interesse, da noch 

nicht vollständig aufgeklärt ist, wie der 

Übergang von biogenen oder anthropogenen 

Emissionen von der Troposphäre 

in die darüberliegenden Schichten erfolgt. 

Besonderes Merkmal der Stratosphäre ist 

der deutliche Anstieg der Ozonkonzentration, 

deren Maximum in einer Höhe von 

etwa 30 Kilometern erreicht ist. Da Ozon 

für uns schädliches kurzwelliges Sonnenlicht 

absorbiert, ist die Temperaturverteilung 

der Stratosphäre nicht homogen. In 

unteren Bereich gleicht sie in etwa jener 

der Troposphäre, im oberen Bereich aber 

steigt sie aufgrund der Aufnahme von 

Sonnenenergie auf etwa 0 °C an. 

die komplexen dynamischen Vorgänge verstanden, 

Stofftransportwege erkundet und aufgeklärt werden, 

um die Atmosphäre so vollständig wie möglich 

zu beschreiben“, betont der Wissenschaftler. Gerade 

weil die Atmosphäre für den Menschen existenziell 

ist, sei es von grundlegender Bedeutung, die in ihr 

ablaufenden Prozesse in ihrer Gesamtheit und damit 

auch die komplexen Wechselwirkungen zwischen 

der Erdoberfläche, der Biosphäre, den Ozeanen 

und der Atmosphäre möglichst genau zu verstehen. 

Keine Tat bleibt ohne Folgen 

Die Atmosphäre umhüllt unseren Planeten wie ein 

zarter Hauch, im Vergleich zur Erde ist sie nur von 

sehr geringer Größe. Bei der Atmosphäre handelt es 

sich nicht um eine homogene Phase, bestehend aus 

Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid sowie in Spuren 

vorkommenden Gasen. Die Erdatmosphäre besteht 

aus mehreren angrenzenden Schichten, wobei die 

bodennahe luftreichste Troposphäre (bis 15 km 

Höhe) und die darauf folgende Stratosphäre (bis 50 

km), in der sich die schützende Ozonschicht befindet, 

sowie die zwischen Troposphäre und Stratosphäre 

liegende Grenzschicht derzeit besonders im 

Fokus von Professor Koppmann liegen. „Alles, was 

wir Menschen in Bodennähe emittieren“, betont der 

Wissenschaftler, „landet in der Troposphäre und 

vieles davon früher oder später auch in der Stratosphäre.“ 

Die mangelnde Kenntnis von den Zusammenhängen 

und Prozessen in der Atmosphäre kann 

gravierende Folgen für Mensch und Umwelt haben, 

wie das Ozonloch verdeutlicht: „Wir haben über Jahrzehnte 

im großen Stil Fluorchlorkohlenwasserstoffe 

(FCKW) als Treibmittel eingesetzt und in die Atmosphäre 

geblasen. Den Schaden, den wir dabei in der 

Stratosphäre angerichtet haben, werden wir wohl 

auch dann noch feststellen, wenn der letztmalige 

FCKW-Einsatz schon Jahrzehnte zurückliegt“, meint 

Professor Koppmann mit Blick auf das „Langzeitgedächtnis“ 

der Erdatmosphäre, ohne außer Acht zu 

lassen, dass Mutter Natur auch über starke Selbstheilungskräfte 

verfügt. 

Ralf Koppmanns Arbeitsgebiet ist die Atmosphärenphysik. 

Allerdings bedient er sich der instrumentellen 

chemischen Analytik, etwa um dem 

Stofftransport in der Atmosphäre auf die Spur zu 

kommen. Der Physiker und sein zwanzigköpfiges 

Team nutzen dazu die Gaschromatographie 

in Verbindung mit der massenselektiven Detektion 

nach vorangegangener „megamäßiger“ Ther- 

Blick ins Labor der Wuppertaler Atmosphärenforscher: 

Das GERSTEL-TDS-G-Large nimmt eine zentrale 

Position ein. 


„Stabile Isotopenverhältnisse stellen eine Art 

Fingerabdruck für Prozesse dar, welche die 

Konzentration und die Verteilung eines 

Spurengases beeinflussen. “ Prof. Ralf Koppmann 

modesorption mit einem von GERSTEL entwickelten 

und gebauten ThermalDesorptionSystem der 

Marke „TDS-G-Large“. Damit werden flüchtige organische 

Verbindungen (VOC), die Tracer für atmosphärische 

Prozesse sind, aus Luftproben extrahiert 

[1]. Im Fokus steht insbesondere die Isotopenzusammensetzung 

dieser Verbindungen, die eine Art 

„Fingerabdruck“ in der Atmosphäre ablaufender 

Prozesse darstellt. 

Isotope – ähnlich, aber 

nicht gleich 


Spurengase wie die flüchtigen organischen Verbindungen 

spielen eine wichtige Rolle in der Erdatmosphäre. 

Chemische und dynamische Prozesse lassen 

sich oft nur indirekt messen, indem man die Konzentration 

und die Verteilung von Spurengasen sowie 

deren zeitliche und räumliche Änderungen misst. Oft 

ist es unmöglich, chemische Vorgänge wie photochemische 

Abbaureaktionen von dynamischen Vorgängen, 

der Änderung von Luftmassen durch Änderung 

der Windrichtung etwa, zu unterscheiden. 

Spurengase enthalten 

jedoch stabile Isotope: 

unterschiedliche 

Atome ein und desselben 

chemischen Elements. Isotope besitzen die gleiche 

Anzahl an Protonen im Kern, unterscheiden sich 

allerdings in der Zahl der vorhandenen Neutronen. 

Die Summe der Protonen und Neutronen, die Massenzahl, 

unterscheidet 

sich bei den verschiedenen 

Isotopen 

eines Elements. Bei 

Kohlenstoff beispielsweise 

kennen wir 

die natürlichen Isotope 

mit der Massenzahl 

12 ( 12 C; natürlicher 

Prozentanteil 

98,89 %), Massenzahl 

13 ( 13 C; natürlicher 

Prozentanteil 

1,11 %) und Massenzahl 

14 ( 14 C). In diesem 

Fall sind die Isotopen 

12 C und 13 C stabil 

und nicht radioaktiv, 

während 14 C radioaktiv 

und instabil ist. 

Obschon ausgestattet 

mit vergleichbaren 

chemischen 

Eigenschaften, 

unterscheiden sich die 

Isotope eines Elements 

etwa in der Geschwindigkeit, 

mit der sie chemisch 

reagieren. Verbindungen, 

die nur die leichteren 

12 C-Isotope enthalten, 

werden eher umgesetzt 

als Verbindungen, 

in denen ein schweres 

13C-Isotop vorkommt. 

„Je länger sich die jeweilige 

Verbindung in der 

Atmosphäre befindet“, 

fügt Professor Koppmann 

der Erklärung an, „desto 

mehr verschiebt sich 

das Verhältnis zugunsten 

des schweren Isotops.“ 

Da man weiß, dass sich 

Isotopenverhältnisse, je 

nach Ursprung, unterscheiden, 

lassen sich die 

„Fundstücke“ ihren Quellen 

zuordnen – unter Berücksichtigung und Hinzuziehung 

meteorologischer Daten wie Windgeschwindigkeit 

und Windrichtung, erklärt der Wissenschaftler. 

Das Verhältnis von schweren zu leichten Isotopen 

hängt also von der Quelle der Spurengase ab; 

es ändert sich im Verlauf chemischer Reaktionen 

Wenn es um die Extraktion organischer Spurengase aus 

großen Luftvolumina geht, setzt das GERSTEL-TDS-G-Large 

international Maßstäbe – ein wertvolles Werkzeug zur 

Untersuchung chemischer und physikalischer Prozesse 

in der Atmosphäre. 

Das Probennahme-Rack für die Verwendung an Bord eines Zeppelins 

oder Flugzeugs haben die Wissenschaftler um Professor Ralf Koppmann 

in Eigenregie entworfen und gebaut – unter Berücksichtigung 

aller für den Flugverkehr geltenden Bestimmungen. 

und damit mit der „Aufenthaltszeit“ der Moleküle 

in der Atmosphäre, allerdings auch im Verlauf dynamischer 

Prozesse, z.B. der Mischung von Luftmassen. 

Stabile Isotopenverhältnisse stellen somit eine 

Art Fingerabdruck für die Prozesse dar, welche die 

Konzentration und die Verteilung eines Spurengases 

beeinflussen. 


Professor Ralf Koppmann untersucht Luftproben, die vom Zeppelin oder Flugzeug 

aus, in einigen hundert Metern Höhe gesammelt wurden. Deren Analyse erfolgt 

später im Labor an der Universität Wuppertal mittels TDS-G-Large-GC/IRMS. 

Technische Herausforderung 

meistern 

Um die Isotopenzusammensetzung extrem niedrig 

konzentrierter Spurengase messen zu können, 

müssen sie aus großvolumigen Luftproben extrahiert 

werden. Dazu bedarf es einer ausgefeilten Probenvorbereitung. 

Noch zu seiner Zeit am Forschungszentrum 

Jülich trat Ralf Koppmann mit der Frage an 

GERSTEL heran, ob es möglich sei, flüchtige organische 

Verbindungen aus einer großen Menge Luft 

auf effiziente Weise, sprich: in akzeptabler Zeit, 

zu extrahieren und mittels GC/MS zu analysieren. 

Grundsätzlich könne er ihm die Online-Version des 

Atmosphärenphysik 

Die Arbeitsgruppe Atmosphärenphysik der 

Bergischen Universität Wuppertal befasst 

sich mit der Dynamik der Atmosphäre auf 

verschiedenen Skalen: von der planetaren 

Grenzschicht bis zur freien Troposphäre, der 

Kopplung zwischen unterer, mittlerer und oberer 

Atmosphäre sowie den Auswirkungen von 

Umweltveränderungen auf die Atmosphäre. 

Im Rahmen ihrer Forschungs- und Entwicklungsprojekte 

beschäftigt sich die Arbeitsgruppe 

mit folgenden Themen: 

• Entwicklung und Einsatz massenspektrometrischer 

Verfahren zur Untersuchung 

von Chemie und Dynamik der 

Atmosphäre 

• Messung der Verhältnisse stabiler 

Isotope in Spurenstoffen 

• Flugzeug- und zeppelingestützte 

Messungen von Spurengasen zur 

Untersuchung dynamischer Prozesse 

• Bodengestützte Fernerkundungsverfahren 

zur Untersuchung von Langzeittrends 

und Dynamik der Mesosphäre 

und Thermosphäre 

• Klima und Wetter im Sonne-Erde-System 

aus Boden- und Satellitenmessungen 

GERSTEL-ThermalDesorptionSystems 

(TDS-G) empfehlen, 

ein Gerät, das wie 

gemacht sei für die lösemittelfreie 

thermische Extraktion 

von VOC aus gasförmigen 

Matrices, habe er 

damals Ralf Koppmann 

sinngemäß gesagt, erinnert 

sich Dirk Bremer, Entwicklungsleiter 

bei GERS- 

TEL. Allerdings habe die 

Frage des Professors auf 

eine große Flussrate abgezielt: 

TDS und TDS-G seien 

für einen Volumenstrom 

von etwa 100 Millilitern 

pro Minute ausgelegt; was 

Ralf Koppmann suchte, lag 

im Bereich von mehreren 

Litern in derselben Zeiteinheit. 

Diese Herausforderung spornte die GERSTEL- 

Entwicklungsabteilung an, eine passgenaue Lösung 

zu erarbeiten. Bernd Rose, Leiter und kreativer Kopf 

der mechanischen Entwicklung, orientiert sich bei 

der Umsetzung an den Vorgaben des Auftraggebers. 

„Die flüchtigen organischen Zielanalyten sollten aus 

bis zu 100 Litern Luft extrahiert und auf einem geeigneten 

Adsorbens angereichert werden. Gleichzeitig 

sollten störendes Wasser und Kohlendioxid eliminiert 

und die VOC angereichert werden, gegebenenfalls in 

zwei Stufen“, bilanziert Bernd Rose. Das erforderte 

die Installation von wenigstens vier Kühl- beziehungsweise 

Heizfallen. Hinzu kam, dass die thermische 

Extraktion und Desorption so wenig Zeit wie möglich 

erfordern und idealerweise die nächste Probe 

thermisch extrahiert werden sollte, während die vorangegangene 

bereits in den GC injiziert wurde. Eine 

Aufgabe der GERSTEL-Entwickler war es folglich, 

eine Pneumatik zu entwickeln, die schnelle Kühlund 

Heizraten zuließ. Das Ergebnis, nach Abschluss 

intensiver Entwicklungsarbeit, konnte sich sehen lassen: 

ein Online-TDS-G im Übergrößenformat, das es 

in sich hatte und seine Aufgabe mit Bravour erfüllte, 

wie der Einsatz in der wissenschaftlichen Praxis der 

Atmosphärenphysik belegte. Inzwischen sind allein 

in Wuppertal und Jülich drei GERSTEL-TDS-G-Large 

im Einsatz. Damit werden VOC aus großvolumigen 

Luftproben aufbereitet, die anschließend mit Gaschromatograph-Isotopenverhältnis-Massenspektrometern 

(GC-IRMS) auf ihre Isotopenzusammensetzung 

untersucht werden [2]. Zum Einsatz kommen 

die Geräte etwa zur Untersuchung des Verbleibs 

von Autoabgasen, wie Professor Koppmann berichtet: 

Bei einer ihrer Messkampagnen mit einem Zeppelin 

konzentrierten sich die Wuppertaler Wissenschaftler 

auf das Toluol (C 7 H 8 ), das bei der Verbrennung 

von Treibstoff entsteht und mit den Autoabgasen 

in die Umwelt gelangt. Um Aufenthaltsdauer 

und Wege in der Atmosphäre zu bestimmen, betrachten 

die Wissenschaftler das stabile Isotopenverhältnis 

der jeweiligen Verbindung, das sie, bleiben wir 

beim Toluol, im Fall von Autoabgasen genau kennen, 

schildert Ralf Koppmann. Untersucht wurden 

pro Kampagne rund 40 Luftproben mit jeweils etwa 

25 Litern Luft, die von einem Zeppelin aus zwischen 

Erdboden und etwa 600 Meter Höhe in Flugrichtung 

an einem Mast an der Gondel gezogen und in speziellen 

Kanistern gesammelt wurden [3]. 

Zahlreiche weitere Messkampagnen schlossen 

sich an, darunter eine in Spanien und zwei Missionen 

mit dem neuen Forschungsflugzeug HALO (High Altitude 

LOng Range Research Aircraft, siehe dazu auch 

Seite 11). Weitere Kampagnen seien geplant mit dem 

Ziel, den Einfluss anthropogener und biogener VOC 

auf die globale Luftqualität und das Klima zu untersuchen. 

Schwerpunkt in den kommenden Jahren werden 

der asiatische Monsun und die Biomasseverbrennung 

in Afrika sein, berichtet Professor Koppmann. 

Ein wichtiger Aspekt dabei sei, eine Antwort auf die 

Frage zu finden, wie VOC aus der Troposphäre durch 

die Grenzschicht in die obere Troposphäre und die 

untere Stratosphäre vordringen: „Wir wissen immer 

noch nicht alles, aber es zeichnet sich ab“, schildert 

der Wissenschaftler, „dass Emissionen in der Troposphäre 

in bestimmten Situationen schnell in klimarelevante 

Bereiche der Atmosphäre transportiert werden.“ 

Die Lufthülle der Erde mag zwar einen begrenzten, 

überschaubaren Bereich darstellen, die Atmosphärenforschung 

aber sei alles andere als das: „Es 

gibt für uns noch viel zu erkunden, Neues und Interessantes 

zu entdecken“, prognostiziert Ralf Koppmann. 

Kontakt 

Bergische Universität Wuppertal 

Fachbereich Mathematik und 

Naturwissenschaften 

Fachgruppe Physik / Arbeitsgruppe 

Atmosphärenphysik 

Gaußstraße 20 

D-42119 Wuppertal 

Deutschland 

Telefon +49-202-439-2605 

Telefax +49-202-439-2680 

E-Mail: koppmann@uni-wuppertal.de 

Web: www.atmos.physik.uni-wuppertal.de 

Literatur 

[1] J. Williams, R. Koppmann: Volatile Organic 

Compounds in the Atmosphere: An Overview. 

in Volatile Organic Compounds in the Atmosphere, 

R. Koppmann (ed.), pp. 1-32, Blackwell 

Publishing Ltd., Oxford, 2007 

[2] R. Iannone, R. Koppmann, J. Rudolph: A Technique 

for Atmospheric Measurements of Stable 

Carbon Isotope Ratios of Isoprene, Methacrolein, 

and Methyl Vinyl Ketone, J. Atmos. 

Chem., 58:181-202, doi:10.1007/s10874- 

007-9087-5, 2007 

[3] J. Wintel, E. Hösen, R. Koppmann, M. Krebsbach: 

Stable carbon isotope ratios of toluene 

in the boundary layer and the lower free 

troposphere, Atmos. Chem. Phys. 13:11059- 

11071, 2013 


Atmosphärenchemie 

In-situ-Analytik 

zwischen Himmel und Erde 

Im Rahmen des von der EU geförderten PEGASOS-Projekts untersuchten Wissenschaftler des Forschungszentrums 

Jülich den oxidativen Abbau flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) in der Atmosphäre. Ein Zeppelin beförderte ihr 

Labor in luftiger Höhe über Europa. Zentrales Instrument an Bord: ein speziell für die Erfordernisse der Onlinemessung 

auf Flugzeugen konzipiertes HALO-GC/MS-System. 

Text: Guido Deußing; Abbildungen/Fotos: Forschungszentrum Jülich 

In Europa stimmt die Chemie, zumindest in puncto 

Atmosphärenforschung. Einen Beleg für diese 

These liefert das im vergangenen Jahr gestartete und 

kürzlich zum Abschluss gebrachte EU-Projekt PEGA- 

SOS, an dem sich 26 Partner aus 14 europäischen 

Mitgliedsstaaten beteiligten. Das Akronym PEGA- 

SOS erinnert an das in der griechischen Mythologie 

beheimatete geflügelte Pferd, leitet sich aber von 

der Bezeichnung „Pan-European Gas-AeroSOls-climate 

interaction Study“ [1,2] ab. Der Fokus des 

unter Beteiligung von Wissenschaftlern unter anderem 

aus Deutschland, Griechenland, Finnland, Estland, 

der Schweiz und den USA durchgeführten Projektes 

lag folglich auf den in der Atmosphäre vorliegenden 

Spurengasen und Aerosolen sowie deren Einfluss 

auf das Klima. 

Fliegende Pferde spielen, wie das Akronym 

PEGASOS vermuten lässt, für die Studie jedoch 

keine Rolle, wohl aber ein Luftschiff, ein Zeppelin 

NT (Neuer Technologie), wie er schon seit einigen 

Jahren zu Forschungszwecken eingesetzt wird. 

Aus gutem Grund: Luftschiffe erreichen eine Flughöhe 

von 1000 Metern, lassen sich aber selbst noch 

in 100 Meter Höhe fliegen, einer Flughöhe, die für 

Atmosphärenforscher besonders interessant ist. Mit 

einem Zeppelin NT kann 1 Tonne 

technischen Geräts transportiert 

werden, um komplexe Messungen 

in der bodennahen Troposphäre in 

situ durchzuführen. 

Ein weiterer Vorteil liegt in 

der Geschwindigkeit, die sich bei 

Luftschiffen so gering halten lässt, 

dass hinreichend lange aus gleicher 

Umgebung online Luftproben 

genommen werden können. „Das ist 

mit einem Flugzeug nicht möglich, da 

es aufgrund seiner sehr viel größeren 

Geschwindigkeit in kürzerer Zeit eine 

längere Strecke zurücklegt“, erklärt 

Julia Jäger vom Forschungszentrum 

Jülich. Jäger, Teil des Wissenschaftlerteams, 

das die PEGASOS-Zeppelinmissionen 

begleitet hat, führte 

im Auftrag des Forschungszentrums Jülich mehrere 

Messkampagnen an Bord des Zeppelins durch, um 

insbesondere Aufschluss über den Abbau luftgetragener 

Spurenstoffe und deren Verbleib in der Atmosphäre 

zu erlangen. 

Klimaforschung braucht Fakten 

und Modelle 

Im Blickpunkt von Julia Jäger lagen flüchtige organische 

Kohlenwasserstoffverbindungen (VOC), wie sie 

aus natürlichen (biogenen) Quellen emittiert, aber 

auch und vor allem durch menschliche Aktivitäten 

(anthropogen) erzeugt und in die Umwelt abgegeben 

werden. Zu den biogenen VOC zählen als mengenmäßig 

wichtigste Vertreter Isopren und Monoterpene, 

die von Pflanzen emittiert werden. Zu den anthropogenen 

VOC, die sich in der Atmosphäre wiederfinden 

lassen, gehören als größte Gruppe die gesättigten 

Kohlenwasserstoffverbindungen (Alkane) wie Ethan, 

Propan usw. sowie Alkene und Aromaten; wichtige 

Quellen dieser Emissionen sind Verbrennungs- und 

industrielle Produktionsprozesse. Mit dem Wind werden 

die VOC abtransportiert und in der Atmosphäre 

weit verbreitet. Allerdings verbleiben VOC nicht in der 

Forschungszeppelin mit Topplattform zur Messung von OH-Radikalen und 

Instrumentengondel. 

Atmosphäre. Sie hat Wege gefunden, sich des Ballasts 

zu entledigen: Größere Staubpartikel etwa sinken 

unter Einfluss der Schwerkraft gen Erdboden, 

wo sie sich absetzen. Niederschläge tragen gelöste 

oder an Partikeln haftende Substanzen aus der Atmosphäre 

heraus. 

Damit sich VOC effizient aus der Atmosphäre entfernen 

lassen, müssen sie durch Oxidation in polare 

Verbindungen umgewandelt werden. Das wichtigste 

Oxidationsmittel der Atmosphäre ist das Hydroxylradikal 

(OH-Radikal), das auch als das „Waschmittel 

der Atmosphäre“ bezeichnet wird. Leider entstehen 

bei dem oxidativen Abbau von VOC andere Verbindungen, 

etwa Ozon, das zwar in der Stratosphäre 

wertvolle Dienste leistet, in der Troposphäre jedoch 

als Schadstoff einzustufen ist. 

Aufgabe der Doktorandin Julia Jäger war es, sich 

mithilfe eines im Zeppelin untergebrachten speziellen 

GC/MS-Systems in einer Höhe von 100 bis 1000 

Metern auf die Spur der emittierten VOC zu begeben 

und Aufschluss über die Effizienz des atmosphärischen 

Reinigungsprozesses zu gewinnen. Ferner ging 

es darum, Messdaten zu sammeln, die helfen können, 

die Schadstoffbelastung der Luft zu beziffern, Ursachen 

und Quellen zu identifizieren sowie aktuelle 

Transport-Modelle auf Tauglichkeit 

hin zu überprüfen und für künftige 

Prognosen zu präzisieren. 

Effiziente Onlinemessungen 

von VOC 

in der Troposphäre 

Die Bestimmung flüchtiger organischer 

Verbindungen in gasförmigen 

Proben ist grundsätzlich kein 

Hexenwerk. Hierfür bedarf es, 

salopp gesagt, nur eines handelsüblichen 

Gaschromatographen, 

eines den Anforderungen entsprechenden 

leistungsfähigen Detektors 

sowie hinreichend Platz, um 

die Gerätschaft einschließlich Kühlung 

und Gasversorgung aufzustel- 


Ein Zeppelin NT kann rund eine Tonne technischen Geräts transportieren und erlaubt 

umfangreiche Onlinemessungen in für Atmosphärenforscher interessanten Lufthöhen. 

len. In einem Labor ist all dies in der Regel ohne Probleme 

möglich. An Bord eines mit technischem Equipment 

ausgestatteten Flugzeugs oder Zeppelins jedoch 

herrscht stets ein gewisser Platzmangel. An das Aufstellen 

eines herkömmlichen GC/MS-Systems ist hier 

gar nicht zu denken. Um von einem Luftschiff oder 

Flugzeug aus online die Außenluft zu untersuchen, 

braucht man eine spezielle Anfertigung, die kleiner 

in den Ausmaßen und gleichzeitig kompakter und 

leichter ist, ohne jedoch Wünsche in puncto Leistungsfähigkeit 

offen zu lassen. Im Gegenteil, bringt 

es Dirk Bremer, Leiter der Entwicklung bei GERS- 

TEL, auf den Punkt. Zudem sind die Anforderungen 

bezüglich der Flugsicherheit zu erfüllen, so sei etwa 

B 

A 

D 

E 

der Nachweis zu erbringen, dass sich auch bei einem 

Notfall keine Teile vom Instrument lösen. 

Als Kooperationspartner des Forschungszentrums 

Jülich hatte Dr. Robert Wegener im Jahr 2005 

GERSTEL den Auftrag erteilt, ein GC/MS-System zu 

entwickeln und zu bauen, das sich im Forschungsflugzeug 

HALO (High Altitude LOng Range) des Deutschen 

Zentrums für Luft- und Raumfahrt montieren 

und während des Flugs betreiben lässt. Das Pflichtenheft 

setzte den Entwicklern, allen voran Bernd Rose, 

dem Leiter der mechanischen Entwicklung und des 

Prototypings bei GERSTEL, enge Grenzen: 

Für den Einbau des Systems an Bord galten die Maße 

der üblicherweise verwendeten Instrumentenracks 

C 

Blick in den GC/MS- 

Einschub. Geordnetes 

Durcheinander mit 

GC-Modulen (A), Massenspektrometer 

(B), 

Adsorptionsfallen (C), 

Kühlschläuchen (D) und 

Vorpumpe (E). 

(ca. 1,2 m x 0,6 m x 0,8 m). Gleichzeitig durfte das 

komplette System ohne Instrumentenrack nicht mehr 

wiegen als 116 kg. Zum Vergleich: Ein konventionelles 

GC/MS-System wiegt wenigstens rund 130 kg – 

ohne Kühlfallen, Steuerung, Autosampler, Gasversorgung, 

Instrumentenrack und Befestigungsmaterial. 

Gemäß der Leistungsbeschreibung des Forschungszentrums 

Jülich sollten in größerer Höhe alternierend 

Luftproben für die Dauer von drei Minuten 

Länge genommen und die Analyten im Gegenstrom 

desorbiert werden; während eine Probe schließlich 

analysiert werden würde, sollte bereits die nächste 

Probe in der Mache sein. Wasser musste aus der Matrix 

entfernt werden, um die Säule nicht zu überfrachten, 

was einen weiteren Anreicherungs- sowie einen 

Thermodesorptionsschritt umfasst. Um schließlich 

noch eine große Bandbreite an unterschiedlich polaren 

Verbindungen bestimmen und gleichzeitig kurze 

Zykluszeiten zu gewährleisten, sollten unterschiedliche 

Trennsäulen möglichst rasch auf Temperatur 

gebracht und wieder abgekühlt werden; eine Aufgabe, 

die GERSTEL unter Einsatz zweier gesonderter 

„Low-Thermal-Mass“-Module erreichte. Letztlich 

ging es dann noch darum, die Analyten eindeutig zu 

identifizieren, weshalb es zum Einsatz eines massen- 

Flugzeug-Version 

Zeppelin-Version 

Elektronik 

GC/MS 

Kühleinheit 

Das GC/MS-Rack, bestehend aus Elektronikeinheit (rot), GC/MS (grün) und Kühleinheit 

(blau). Rechner und Gasflaschen wurden auf dem Rack angebracht. Aus 

Sicherheitsgründen sind die Seiten mit Aluminiumplatten abgedeckt. 


selektiven Detektors 

kam, der ebenfalls 

im Instrumentenrack 


integriert wurde. 

Eine besondere Herausforderung stellte das 

Kühlsystem dar, berichtet Entwicklungsleiter Dirk 

Bremer. Flüssiger Stickstoff, wie er herkömmlicherweise 

in der GC/MS-Analytik verwendet wird, um 

flüchtige organische Verbindungen in einer Probenfalle 

auszufrieren, birgt in einem Flugzeug ein 

Gefährdungspotenzial, da er bei einem Druckverlust 

plötzlich verdampfen kann. Bernd Rose kam daraufhin 

auf die Idee, eine Verdampferkühlung zu installieren, 

wie sie in Kühlschränken verwendet wird. 

„Damit konnten wir wie gefordert die Analyten bei 

-20 °C in der Kühlfalle ausfrieren und anreichern“, 

erinnert sich der Entwickler. 

Erfolgreicher Höhenflug des 

HALO-GC/MS im Zeppelin 

Bisher kam nicht das HALO-Flugzeug zum Einsatz, 

sondern ein Zeppelin NT. Das GC/MS-System wurde 

für diesen Einsatz im Forschungszentrum Jülich 

modifiziert und an die analytischen Erfordernisse 

angepasst. Um so viel Gewicht wie möglich zu sparen, 

wurden Halterungen und Verkleidungen herkömmlicher 

GC/MS-Systeme durch leichtere Aluminiumträger 

ersetzt. 

Die Probennahme erfolgte durch eine Teflonleitung, 

die am Bug der Zeppelingondel angebracht war. 

Zunächst erfolgte eine Anreicherung der Analyten auf 

einem geeigneten Adsorbens in einem Glasliner, von 

dem die Analyten anschließend temperaturprogrammiert 

im Gegenstrom auf die GC-Säule (DB624, 20 

Die gesamten Toluoldaten für die Kampagne 2012 mit den Haupteinsatzgebieten in den Niederlanden 

und Italien. Bei den Überflügen sind Regionen mit sehr reiner Luft wie die Ostalpen (blau) und 

die Adriaküste, aber auch Regionen mit höherer Schadstoffbelastung (rot) wie die Regionen um Frankfurt 

am Main, Rotterdam und Bologna gut zu erkennen. 

m x 0,18 mm x 1,9 µm, Agilent) gespült und dort 

aufgetrennt wurden. Die Detektion der Analyten im 

MSD erfolgte nach Elektronenstoßionisierung (EI) 

im Modus Selected-Ion-Monitoring (SIM), um die 

Detektionsgrenze zu senken. Durch die schnellen 

Heizraten von Säulen und Adsorptionsfallen konnten 

die meisten atmosphärisch relevanten Substanzen in 

drei Minuten getrennt werden. In weiteren drei Minuten 

wurde das GC-Modul wieder auf die Starttemperatur 

gekühlt. Durch eine zweite Anreicherungseinheit, 

die zeitlich versetzt arbeitet, gelingt es, alle drei 

Minuten eine Probe zu sammeln und zu analysieren. 

Messdaten aus ganz Europa 

Trotz teilweise widriger Bedingungen wie sehr sommerlichen 

Temperaturen in Italien in einer nicht klimatisierten 

Zeppelingondel bewies das GC/MS-System 

im Zuge der drei PEGASOS-Messkampagnen 

seine volle Funktionstüchtigkeit. Alle angestrebten 

analytischen Ziele wurden erreicht, wie Julia Jäger 

feststellte, die derzeit mit der Auswertung und Analyse 

der aufgezeichneten Messdaten beschäftigt ist. 

Die Messkampagnen führten die Wissenschaftlerin 

von Friedrichshafen in Deutschland zur Po-Ebene 

in Italien, nach Rotterdam in den Niederlanden und 

kürzlich erst bis nach Finnland. Allein während der 

Messkampagne im Jahr 2012 wurden mehr als 3000 

GC/MS-Messungen durchgeführt, die gleiche Menge 

an Daten wurde während der Messkampagne 2013 

gesammelt. „Die Luft über Europa ist abgesehen 

von wenigen Gebieten recht sauber“, berichten die 

Jülicher Forscher. Und weiter: „Die Verteilung der 

gemessenen VOCs wird aber nicht nur von ihren 

Quellen, sondern auch von der Wettersituation, die 

für eine Durchmischung der Luftschichten sorgt, 

und der Verteilung anderer Verbindungen, etwa den 

OH-Radikalen, bestimmt, mit denen VOC reagieren. 

Entsprechend kompliziert ist die Interpretation der 

Daten. Dabei ist wichtig, dass viele weitere Spurengase 

und Radikale wie das OH-Radikal vom Zeppelin 

aus gemessen wurden. Darüber hinaus lieferten 

Messdaten der Bodenstationen in Finnland, Italien 

und den Niederlanden Informationen über Prozesse 

in Bodennähe. Erst die Kombination der Daten und 

der Vergleich mit Modellen ergibt ein umfassendes 

Bild und ermöglicht die vollständige Interpretation 

dieses einzigartigen Datensatzes.“ 

Quellen- und Querverweise 

Ionenchromatogramm einer Probe, genommen während eines Messflugs in Italien über den rund 

1500 km langen Gebirgszug des Apennin. Die Luftmasse enthielt Substanzen, die direkt in die 

Atmosphäre emittiert werden, etwa Benzol, Toluol und Isopren, aber auch Abbauprodukte wie 

Methacrolein und Methylvinylketon. 

[1] pegasos.iceht.forth.gr/ 

[2] eu-pegasos.blogspot.de/ 

Die Entwicklung des GC/MS-Systems wurde gefördert 

von der Deutschen Forschungsgemeinschaft 

im Schwerpunktprogramm HALO (WE-4384/2- 

2). Das PEGASOS-Projekt wird von der Europäischen 

Kommission gemäß des 7. Rahmenprogramms 

gefördert (FP7-ENV-2010-265148). 


Pharmaanalytik 

Miefige Tabletten – 

nein danke! 

Medikamente, die unangenehm riechen, mögen uneingeschränkt wirksam und verträglich sein, verunsichern aber 

den Patienten, der einen schlechten Geruch mit minderwertiger Qualität gleichsetzt. Das Präparat landet vermutlich 

im Müll, und dem Hersteller haftet im Zweifel ein schlechtes Image an. Dieses Szenario ist für beide Seiten, Hersteller 

wie Verbraucher, alles andere als wünschenswert. Um Fehlgerüchen in Pharmazeutika und Pharmaverpackungen 

nachzuspüren, haben US-amerikanische Wissenschaftler ein hochsensitives GC-MS/MS-Verfahren mit vorangehender 

Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) entwickelt und validiert. 

In puncto Qualitätskontrolle ist Mutter Naturs evolutionäres 

Konzept kaum zu toppen. Alles, was 

wir oral zu uns nehmen, tangiert unweigerlich, 

anatomisch gar nicht anders möglich, unsere 

Nase und wird, im Zuge der Einführung 

in den Mund beziehungsweise im Mund 

selbst über den Gaumen, einer sensorischen 

Sondierung unterzogen. Die 

Konsequenzen dieser Geruchsvermessung 

sind unmittelbar spürbar: Von 

allem, was gut riecht, bekommen wir 

die Nase nicht voll genug; ein fieser 

Geruch hingegen löst einen neuronalen 

Alarm aus: Wir rümpfen 

die Nase, ekeln uns, lehnen das 

Gereichte ab. 

Blickt man auf das große 

Ganze, stellt sich heraus: Die 

olfaktorische Nasenbewertung 

spielt für 

uns eine wichtige 

Rolle. Wie Evolutionsbiologen 

herausfanden, 

führte 

vor allem die 

Erweiterung des 

Riechzentrums zu 

einem Ausbau des 

gesamten Säugetiergehirns 

[1]. 

Der Nasenfaktor 

ist 

entscheidend 

Es scheint offenkundig 

zu sein: Der Weg zum 

Verbraucher führt über dessen 

Nase. Produkte, die der oralen 

Applikation dienen, sollten duften 

beziehungsweise neutral riechen. 

Das gilt für Nahrungs- und Genussmit- 

tel ebenso wie für Medikamente. 

Weil aber bereits 

winzige Mengen olfaktorisch 

relevanter 

Verunreinigungen 

unseren feinen 

Geruchssinn 

in Alarmbereitschaft 

versetzen 

können, bedarf 

es einer sehr 

sensitiven Analytik 

wie der Gaschromatogra- 

phie in Verbindung mit der Tandem-Massenspektroskopie 

(GC-MS/MS), um eventuelle Fehlgerüche 

(off odors) auch in den niedrigsten wahrnehmbaren 

Konzentrationen (Stichwort: Geruchsschwellenwert) 

sicher zu identifizieren – idealerweise bevor 

eine Partie des kontaminierten Produkts in den Handel 

gelangt, damit es nicht, wie die Praxis zeigt, zu 

einer kostspieligen, imageschädigenden Rückrufaktion 

kommt. 

Vor zwei Jahren sah sich ein in den USA ansässiges, 

international tätiges Pharmaunternehmen 

gezwungen, Zehntausende von Fläschchen unterschiedlicher 

Medikamente vom Markt zu nehmen, 

weil sich Verbraucher über einen den Präparaten 

anhaftenden modrigen Geruch beschwert hatten 

[2], der Weinkennern ein alter Bekannter 

ist und der als Korkschmecker 

oder 

Korker bezeichnet 

wird. Ursächlich für 

diesen Fehlgeruch 

sind sogenannte Haloanisole 

beziehungsweise 

Halophenole. Zu 

der Verbindungsklasse 

zählen: 2,4,6-Trichloranisol 

(TCA), 2,4,6-Tribromanisol 

(TBA) und 

2,3,4,6-Tetrachloranisol 

(TeCA) beziehungsweise 

2,4,6-Trichlorphenol 

(TCP), 

2,4,6-Tribromphenol 

(TBP) und Pentachlorphenol 

(PCP). 

Der Geruchsschwellenwert, 

also die 

geringste Konzentration 

eines gasförmigen, sensorisch 

aktiven Stoffes, die 

der Mensch gerade noch 

wahrnehmen kann, liegt 

Text: Guido Deußing; Abbildungen/Fotos: istockphoto, Gyorgy Vas 


etwa – bleiben wir einmal beim Wein – für TCA bei 1,4-4 ng/L, 

für TBA bei 3-8 ng/L und für TeCA bei 4-24 ng/L [3], für TCP und 

PCA bei rund 4000 ng/L [3,4]. 

Korkschmecker und seine Ursachen 

Kleine fachliche Exkursion gefällig? Ihren Eintrag in den Wein finden 

Haloanisole und Halophenole klassischerweise über den Korken, 

hergestellt aus der Rinde der Korkeiche. Wie bekannt ist, entstehen 

die Korkschmecker durch eine mikrobiell induzierte Methylierung 

von Trichlorphenol (TCP), das als Bestandteil von Pflanzenschutzmitteln 

der Korkeichenrinde anhaftet. Seitdem man aber festgestellt 

hat, dass auch der Inhalt von Weinflaschen, die mit einem Kunststoffkorken 

verschlossen sind, vom Korkschmecker befallen sein 

kann, weiß man, dass für den modrigen Fehlgeruch auch andere 

Ursachen und Quellen in Frage kommen. 

Bis Ende der 1980er-Jahre wurde das Fungizid Pentachlorphenol 

(PCP) eingesetzt, etwa um Holzpaletten vor einer mikrobiellen 

Zersetzung zu schützen. Als Verunreinigung enthielt PCP unter anderem 

2,3,4,6-Tetrachlorphenol (TCP), eine Verbindung, die von Mikroorganismen 

zu 2,3,4,6-Tetrachloranisol (2,3,4,6-TeCA) umgebaut 

wird und die, wie oben beschrieben, im Wein Korkgeschmack 

verursachen kann. PCP erwies sich im Tierversuch allerdings als kanzerogen; 

sein Einsatz ist hierzulande seit 1989 verboten. Substituiert 

wurde PCP durch das 2,4,6-Tribromphenol (TBP), eine Verbindung, 

die fungizid und flammenhemmend wirkt, daher auch gern Kartonagen, 

Kunststoffen und Anstrichfarben als Additiv zugesetzt wird. 

Wie man nun weiß, verstoffwechseln Mikroorganismen TBP zu 

2,4,6-Tribromanisol, einer Verbindung, die sensorisch ebenso mit 

Attributen wie muffig, erdig, chemisch, nach Lösemitteln riechend 

beschrieben wird. [3] Mit anderen Worten handelt es sich auch beim 

TBP um einen Korkschmecker erster Güte. Eben diese Verbindung 

brachte die in den USA zurückgerufenen Medikamente olfaktorisch 

in Misskredit. Die Kontamination der Arzneimittel mit 2,4,6-TBA, 

wurde damals spekuliert, entstammte vermutlich einem Holzimprägnierungsmittel, 

das bei der Herstellung von Transportpaletten verwendet 

wurde. Der Fehlgeruch gelangte im Zuge von Lagerung und 

Transport über die Verpackung ins Medikament. 

Wer sich der Ursachen zweifelsfrei gewahr ist, kann für Abhilfe 

sorgen. Das dachten sich wohl die mit der Aufklärung der Geruchsbelastung 

von Medikamenten befassten US-amerikanischen Wissenschaftler 

und machten sich daran, eine entsprechend hochsensitive 

GC-MS/MS-Methode zum quantitativen Nachweis von 2,4,6-TCA, 

2,4,6-TBA, 2,4,6-TBP und 2,4,6-TCP in Tabletten sowie 2,4,6-TBA 

in Verpackungsmaterialien zu entwickeln und zu validieren [4]. 

Elektronenstoß-(Electron Impact, EI)-Spektrum einer 5-ng-Direktinjektion von 

2,4,6-Trichloranisol. Das molekulare Ionencluster erscheint bei m/z=210 (M), 212 

(M+2) und 214 (M+4). Das Hauptcluster bei m/z=195 (M) ist das Methylverlust- 

Peakcluster. Aufgrund verschiedener Siloxan-Interferenzen ist die Isotopenverteilung 

für die drei im Molekül enthaltenen Chloratome nicht zu erkennen. 

Elektronenstoß-NIST-Bibliotheksspektrum von 2,4,6-Trichloranisol (# 333450). Das 

molekulare Ionencluster erscheint bei m/z=210 (M), 212 (M+2) und 214 (M+4) 

und zeigt die zu erwartende Isotopenverteilung eines organischen Moleküls mit 

drei Chloratomen an. 

Auf der Suche nach der geeigneten 

Extraktionstechnik 

Bei der Methodenentwicklung im Blick hatten Gyorgy Vas und 

Kollegen von Johnson and Johnson sowie von McNeil Consumer 

Healthcare insbesondere ein leistungsstarkes Extraktionsverfahren; 

schließlich ging es darum, unterschiedlich volatile Spurenverbindungen 

hinreichend sensitiv zu quantifizieren. Im Zuge ihrer Literaturrecherche 

stellten die Wissenschaftler fest, dass zur Anreicherung 

der relativ flüchtigen Haloanisole häufig Headspace-basierte 

(HS) Methoden in Verbindung mit der Festphasenmikroextraktion 

(SPME) zur Anwendung kommen. „Die HS-SPME besitzt gegenüber 

etwa Flüssigextraktionsmethoden den Vorteil“, schreiben die Wissenschaftler 

im Journal of Chromatography A [4], „dass sie leicht 

zu automatisieren, einfach durchzuführen und auf eine große Bandbreite 

flüchtiger Verbindungen anzuwenden sind“. Zu beklagen sei 

jedoch die oftmals geringe Extraktionseffizienz aus festen und flüssigen 

Proben. Um auch geringer flüchtige Komponenten analysieren 

zu können, präferierten die Forscher die Stir Bar Sorptive Extraction 

(SBSE) mit dem GERSTEL-PDMS-Twister, der über eine signifi- 

„Collision inducted dissociation“-(CID)-Spektrum von 2,4,6-Trichloranisol 

mit Vorläuferion m/z=210 (M). 


Agilent 7000B Triple- 

Quadrupol-GC-MS- 

System mit 7890A 

Gaschromatograph. 

Die Einheit beinhaltet 

einen GERSTEL- 

MPS-Autosampler 

(Dual-Rail-System), 

Schüttelinkubator, 

MultiFiberExchange 

(MFX), ThermalDesorptionUnit 

(TDU) 

mit Twister-Option, 

SPME-Faser-Ausheizstation 

und Dynamische 

Headspace- 

Option (DHS). 

Das zu untersuchende Verpackungsmaterial wurde 

in Form quadratzentimetergroßer Stücke zerteilt und 

im Vial mit 100 pg/g 2,4,6-TBA versetzt. Die Probengefäße 

wurden verschlossen und blieben für die 

Dauer von 48 Stunden ungeöffnet, um „dem TBA 

hinreichend Zeit zu geben, die Matrix zu durchsetzen 

und von ihr absorbiert zu werden“, schreiben 

Vas und Kollegen. Etwa eine Stunde vor dem 

Ultraschallbad wurde der interne Standard zugesetzt. 

Nach Ablauf dieser Zeit wurde die Probe in 

ein 125-mL-Vial überführt, mit 100 mL einer Wasser-Aceton-Mischung 

versetzt, 30 min im Ultraschallbad 

extrahiert und anschließend für die Dauer von 

90 min mit dem GERSTEL-Twister bei 1000 Umdrehungen 

pro Minute durchmischt. Die PDMS-Twister 

wurden daraufhin entnommen, trocken getupft 

und für die anschließende automatisierte GC-MS/MS- 

Bestimmung in Glasröhrchen überführt und auf dem 

MPS platziert. 

kant größere Menge an Sorptionsphase verfügt: „Die 

SBSE erweist sich als sehr effektiv beim Nachweis 

von Spurenkomponenten, da die Extraktionsphase 

(des Twisters) gegenüber der SPME relativ groß ist“, 

begründen Vas und Kollegen ihre Entscheidung. Darüber 

hinaus hatte sich die SBSE bei der Bestimmung 

von Korkschmeckern in Wein bereits bewährt [3]. 

Extraktionseffizienz im Blick 

Wie gut sich Analyten mit der SBSE mittels PDMS- 

Twister extrahieren lassen, lässt sich anhand des 

Octanol-Wasser-Verteilungskoeffizienten (K ow ) bestimmen. 

Hierbei handelt es sich um einen dimensionslosen 

Wert, der das Verhältnis der Konzentration 

einer Chemikalie in einem Zweiphasensystem, 

bestehend aus 1-Octanol und Wasser, angibt. 

Der K ow dient dazu, die hydrophoben beziehungsweise 

hydrophilen Eigenschaften einer Chemikalie 

zu beschreiben [5]. Der Logarithmus des K ow einer 

Substanz lässt Schätzungen über ihr Verteilungsverhalten 

in einem PDMS-Wasser-System zu. Ein 

großer Log K ow -Wert steht für hohe Hydrophobizität, 

die betreffende Substanz sorbiert sehr gut 

im PDMS und lässt sich mit entsprechend hoher 

Wiederfindung mit dem GERSTEL-PDMS-Twister 

extrahieren. 

Der Weg der 

Methodenentwicklung 

Vas und Kollegen entwickelten ihre Methode unter 

Einsatz von Standardlösungen (Konzentration der 

Haloanisole: 20, 40 und 200 pg/µL, der Halophenole: 

500, 1000 und 2000 pg/µL; 100 pg/µL d5-TBA) 

an rezeptfrei erhältlichen Tabletten unterschiedlicher 

Gewichte sowie diversen Verpackungsmaterialien, 

namentlich Karton, Polyethylen, Polycarbonat 

und Palettenholz. Die Quantifizierung der Zielkomponenten 

wurde unter Einsatz von deuteriertem 

2,4,6-d5-Tribromanisol vorgenommen. Die Komponenten 

wurden mittels Tandem-MS-Detektion identifiziert 

und quantifiziert (Multiple Reaction Monitoring, 

MRM). Folgende Massenübergänge wurden für 

die verschiedenen Analyten beobachtet: 

TBA 346 -> 331 (Quantifier) und 346-> 303 (Qualifier);   

TCA 212->197 (Quantifier) und 212-169 (Qualifier);   

TCP 196 -> 132 (Quantifier) und 196 -> 160 (Qualifier);  

TBP 330 -> 222 (Quantifier) und 330 -> 250 (Qualifier);  

2H 5 -TBA 349 -> 331 (Quantifier). 

Die Validierung von Methode und Verfahren 

führten US-Wissenschaftler gemäß der „ICH Q2 

(R1)“-Richtlinie (International Conference on Harmonisation 

of Technical Requirements for Registration 

of Pharmaceuticals for Human Use) und den 

Vorgaben der Food and Drug Administration (FDA) 

durch. „Da diese Richtlinie nicht vollständig die 

analytische Validierung von Methoden zur Bestimmung 

von Spurenmengen umfasst und weil TCP 

ein Herbizid ist, folgten wir bezüglich der Durchführung 

der Analysemethode und Auswertung der 

Messergebnisse der Richtlinie 96/23/EG (Entscheidung 

2002/657/EG der Kommission vom 14. August 

2002)“, schreiben die Wissenschaftler. 

Bei dem verwendeten GC-MS/MS-System handelte 

es sich um ein Agilent 7000B Triple-Quadrupol-GC/MS-System 

(mit GC 7890), beim GC-Einlass 

um ein GERSTEL-KaltAufgabeSystem (KAS) zur Cryofokussierung 

und temperaturprogrammierten Aufgabe 

der Analyten auf die Säule (DB-5 MS, UI, 20 

m, 0,18 mm, 0,36 μm); dem KAS saß eine GERSTEL- 

ThermalDesorptionUnit (TDU) auf, die der Desorption 

des GERSTEL-Twisters (10 mm lang, PDMS: 1,0 

mm Schichtdicke) dient. Die Probenaufgabe erfolgte 

automatisiert mit einem GERSTEL-MultiPurposeSampler 

(MPS). 

Jeweils vier Tabletten wurden in einem Probengefäß 

in einer wässrigen, ameisensauren (0,1 %) 

Lösung mit 5 µL Standardlösung und dem deuterierten 

internen Standard versetzt und für 30 min ins 

Ultraschallbad gestellt, anschließend erfolgte für die 

Dauer von 90 min bei 1000 Umdrehungen pro Minute 

die SBSE der Zielanalyten. Der PDMS-Twister wurde 

jeder Probe entnommen, trocken getupft und zur 

Thermodesorptionsanalyse in Glasröhrchen überführt, 

die auf dem MPS-Autosampler platziert wurden. 

Die GC-MS/MS-Analyse schloss sich an. 

Was zu sagen übrigbleibt 

Vas und seinen US-amerikanischen Kollegen ist es 

gelungen, ein „GC-MS/MS-basiertes Verfahren mit vorausgehender 

SBSE (PDMS-Twister-Extraktion) für die 

Quantifizierung von TCA, TCP, TBA und TBP in Feststoffarzneimitteln 

zu entwickeln und zu validieren“ [4]. 

Das SBSE-GC-MS/MS-Verfahren wurde als Standardadditionsmethode 

für die Untersuchung von Arzneimitteln, 

die mit den beschriebenen Zielanalyten kontaminiert 

sind, validiert. Die validierte Bandbreite beträgt 

für die beschriebenen Haloanisole 1000 pg pro Tablette 

und für die Halophenole 2.500-10.000 pg pro 

Tablette. Die Nachweisgrenze (absolute Menge) lag für 

TCA bei 4 pg, für TCP bei 286 pg, für TBA bei 9 pg und 

für TBP bei 371 pg. Für die Wiederfindung wurden, je 

nach Formulierung, folgende Werte erzielt: 79-97 % 

für TCA, 67-89 % für TCP, 68-76 % für TBA und 56-72 

% für TBP; eingesetzt wurden je 100 pg der Haloanisole 

und je 2500 pg der Halophenole. Die Präzision 

der wiederholten Messung derselben Proben, ausgeführt 

auf demselben Gerät, vom selben Nutzer und 

am selben Tag, ergab folgende relative Standardabweichungen 

(RSD) in Prozent: 6,2-11,3 für TCA, 3,2- 

12,9 für TCP, 3,1-11,0 für TBA und 6,5-15,6 für TBP; 

die Messung erfolgte gegen deuteriertes Tribromanisol 

(d5-TBA) als internen Standard. 

Quellen 

[1] Timothy B. Rowe, Thomas E. Macrini, and Zhe-Xi 

Luo, Fossil Evidence on Origin of the Mammalian 

Brain, Science 20 (2011) 955-957 

[2] http://privaterisk.de/versicherungen-apothekeapotheker-arzt-klinik-heilberufe-pflege-8981 

[3] G. Deußing, Korkgeschmack analytisch betrachtet, 

LaborPraxis 12 (2010) 34-36 

[4] Jiun-Tang Huang, Lori Alquier, Joyce P. Kaisa, Gail 

Reed, Timothy Gilmore, and Gyorgy Vas, Method 

development and validation for the determination 

of 2,4,6-tribromoanisole, 2,4,6-tribromophenol, 

2,4,6-trichloroanisole, and 2,4,6-trichlorophenol in 

various drug products using stir bar sorptive extraction 

and gas chromatography-tandem mass spectrometry 

detection, Journal of Chromatography A 

1262 (2012) 196-204. 

[5] G. Deußing, (Nimm zwei) 2 , GERSTEL Aktuell 

44 (2011) 18-20 


Lebensmittelanalytik 


Um den Nährwert eines Lebensmittels quantifizieren zu können, braucht es die instrumentelle Analytik, im Fall 

relevanter Fettparameter idealerweise die Gaschromatographie (GC). Dass es ein effizientes Verfahren zur Bestimmung 

deklarationspflichtiger Fettanteile in Lebensmitteln gibt, welches auch die trans-Fettsäuren berücksichtigt, zeigt 

folgender Beitrag. 

Text: Guido Deußing; Abbildungen/Fotos: istockphoto, Guido Deußing, GERSTEL 

Niemand kauft gerne die Katze im Sack. Geheimniskrämerei 

steht zudem im Widerspruch zum 

Verbraucherschutz. Die Prämisse lautet, als Konsument 

anhand überprüfbarer Fakten entscheiden 

zu können, welches Lebensmittel man verzehren 

oder als Betreiber einer Gaststätte/Kantine verarbeiten 

möchte. Vom Handel feilgebotene fertig verpackte 

Lebensmittel, also mit Ausnahme frisch verpackter 

Waren wie Fleisch, Käse, Obst und Gemüse, 

müssen dem Kunden auf einem Etikett oder als Aufdruck 

auf der Verpackung in hinreichender Weise 

Auskunft geben über Herkunft, Gewicht, Haltbarkeit, 

Zutaten sowie Nährstoffgehalt des Verpackungsinhalts 

[1]. Wie die Deklaration zu erfolgen hat, regelt 

hierzulande die Lebensmittel-Kennzeichnungsverordnung 

(LMKV) [2], die im Dezember kommenden 

Jahres abgelöst wird von der EU-Verordnung 

Nr. 1169/2011 betreffend die Information der Verbraucher 

über Lebensmittel, die laut Bundesministerium 

für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz 

(BMELV) „mehr Transparenz für Verbraucher“ 

schafft [3]. 

Der Aufwand ist das Problem 

Die Bestimmung des Nährstoffgehalts eines Lebensmittels 

ist alles andere als trivial. Unterschiedliche 

analytische Verfahren und Methoden sind notwendig, 

um quantitative Aussagen darüber treffen zu können, 

welche Mengen an Fett, gesättigten Fettsäuren, 

Kohlenhydraten, Zucker, Eiweiß und Salz [4] enthalten 

sind; nicht selten bedarf es zahlreicher Arbeitsschritte 

und Umrechnungen, bevor man als Hersteller 

die gewünschte Information erhält. Um die Effizienz 

der Analytik zu steigern, erweist sich die Automatisierung 

der Probenvorbereitung als sinnvoll und richtig. 

John R. Stuff und Jacqueline A. Whitecavage von 

der in den USA ansässigen GERSTEL, Inc. waren vor 

die Aufgabe gestellt, die Effizienz der Analyse von 

Lebensmittelproben zwecks Bestimmung der Nährstoffparameter 

Gesamtfett, gesättigte, ungesättigte und 

trans-Fettsäuren zu erhöhen. Ziel war die vollständige 

Automatisierung der Probenvorbereitung unter 

Einsatz eines kommerziell erhältlichen Autosamplers, 

„was mit Bravour gelang“, bemerkten die Applikationsexperten. 

[5] 

Was es mit den Fettwerten auf 

sich hat 

Der Fettgehalt ist eine wichtige Kenngröße in der 

Lebensmittelanalytik. Einerseits gibt sie Auskunft über 

den Nährwert eines Lebensmittels und damit seine 

physiologische Bedeutung: Je höher der Nährwert, 

desto größer der energetische Nutzen, den unser 

Organismus aus einem Lebensmittel ziehen kann. 

Da bekanntlich die Zufuhr großer Mengen fettreicher 

Nahrungsmittel zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen 

führen kann, ist eine ausgewogene Ernährung 

wichtig. Diese gelingt allerdings nur jenen Konsumenten, 

denen der Fettgehalt eines Lebensmittels 

bekannt ist. Nicht zuletzt benötigt der Hersteller 

selbst diese Information, bedingt durch die Pflicht 

zur Kennzeichnung von Lebensmitteln. 

Ein Blick auf spannende Details 

Zur Quantifizierung bewährt hat sich die Gaschromatographie 

(GC) mit Flammenionisationsdetektion 

(FID). Allerdings lässt sich der Fettgehalt nicht ohne 

Weiteres mittels GC/FID bestimmen. Hierzu bedarf 

es zunächst einmal einer Vielzahl unterschiedlicher 

Probenvorbereitungsschritte. Um den Fettgehalt 

bestimmen zu können, muss das Fett – gegebenenfalls 

nach vorheriger Trocknung – aus dem Lebensmittel 

extrahiert werden, üblicherweise unter Verwendung 

einer Soxhlet-Appatur, mit der das Fett unter 

Einsatz von Lösemittel unter Rückfluss vollständig 

aus der Probe entfernt wird. Diesem Schritt schließt 

sich die Entfernung des Lösemittels aus dem Fettextrakt 

an. Alles in allem handelt es sich um einen viele 


Ohne Technik geht es nicht 

Komplettlösung für die FAME-Analyse: MPS-GC/FID-System mit integrierter Mikrowelle. Die Analysenbedingungen 

gestalteten sich wie folgt: KAS = Liner mit Verwirbelung, Split (50 mL/min), 40 °C – 12 °C/s – 

260 °C (3 min). GC-Säule: 100 m CP Sil-88 (Agilent), di = 0,25 mm, df = 0,20 μm, Pneumatik: 

He, konst. Fluss (1,2 mL/min), Ofen: 80 °C (2 min) – 4 °C/min – 225 °C (25 min), FID: 260 °C. 

Stunden beanspruchenden, arbeitsintensiven Prozess, 

der im weiteren Verlauf in der Verseifung und 

Derivatisierung der Fettbestandteile mündet: 

Fette und fette Öle sind Ester des dreiwertigen 

Alkohols Glycerin (Propan-1,2,3-triol) mit 

drei, meist verschiedenen, überwiegend geradzahligen 

und unverzweigten aliphatischen Monocarbonsäuren; 

Verbindungen dieser Art werden Triglyceride 

genannt. Triglyceride lassen sich allerdings nur 

schwer direkt gaschromatographisch analysieren. Im 

Allgemeinen werden die Esterverbindungen geknackt 

und die freien Fettsäuren im Zuge einer Derivatisierung 

in die korrespondierenden Fettsäuremethylester 

(FAME, Fatty Acid Methyl Ester) überführt. Im Gegensatz 

zu den jeweiligen Fettsäuren sind FAMEs unpolar, 

moderat flüchtig und GC-gängig. Aus deren Gehalt lassen 

sich im Anschluss an die Messung die relevanten 

Fettparameter durch Umrechnung ermitteln. 

Hoher Automatisierungsgrad 

fördert die Effizienz der Analyse 

Zur GC/FID-Analyse verwendeten die US-Applikationsexperten 

eine Gerätekombination von Agilent 

Technologies. Beim temperaturprogrammierbaren 

Probeneinlass des verwendeten GC 7890 handelt es 

sich um ein GERSTEL-KaltAufgabeSystem (KAS), bei 

dem Autosampler um einen GERSTEL-MultiPurposeSampler 

(MPS-Version: Single Rail, Dual Head); 

der MPS war ausgestattet mit einer 5-mL-Spritze 

für die im Zuge der Probenvorbereitung erforderliche 

Handhabung größerer Lösemittelmengen sowie 

einer 10-µL-Spritze zur Injektion der Probe ins GC- 

System. Die Mikrowellenextraktion erfolgte auf einer 

CEM-Mikrowelle Discover SP-D. Gesteuert wurde die 

Probenvorbereitung mittels der GERSTEL-MAESTRO- 

Software, die vollständig in die ChemStation von Agilent 

Technologie integriert ist. 

Um ihre Komplettlösung für die Fettanalytik auf 

Herz und Nieren zu überprüfen, untersuchten John 

R. Stuff und Jacqueline A. Whitecavage unterschiedliche 

fetthaltige Lebensmittelproben, darunter Erdnüsse, 

Karamell, verschiedene Käsesorten, pflanzlichen 

Brotaufstrich und Schokolade. Getestet wurde 

das System unter Einsatz einer FAME-Standardlösung, 

die 37 unterschiedliche Fettsäuremethylester 

enthielt. In Chloroform (CHCl 3 ) angesetztes Tritridecanoin 

diente als interner Standard (IS). Die 

Erdnüsse wurden zu Pulver vermahlen, sodann wie 

die anderen Proben auch in Mengen von 0,1 bis 0,3 

Gramm je Probe in 35-mL-Mikrowellenbehälter vorgelegt 

und auf dem MPS-Autosampler platziert. Alle 

weiteren Probenvorbereitungsschritte bis zur GC- 

Analyse erfolgten wie folgt dargestellt vollständig 

automatisiert: 

Die Deklaration von Nährstoffen auf Lebensmittelverpackung 

ist aktiver Verbraucherschutz. Der aber schützt 

nicht vor Übergewicht. Nur wer die vom Gesetzgeber 

geforderten Angaben auch liest, ist klar im Vorteil. 

Auch der Schritt der Derivatisierung erweist sich, von 

Hand ausgeführt, als aufwendig; allerdings lässt er sich 

erfolgreich automatisieren, wie es Ray Perkins und 

Kollegen von der in England ansässigen Firma Anatune 

gezeigt haben [6]: Sie haben die vielfach beschriebene 

manuelle Derivatisierung der freien Fettsäuren 

mit Bortrifluorid (BF 3 ) und Methanol adaptiert und 

auf einen kommerziell erhältlichen, umfangreich ausgestatteten 

Autosampler (GERSTEL-MPS-PrepStation) 

übertragen. Perkins und seine Kollegen nutzten zur 

Fettextraktion statt des herkömmlichen Soxhlet-Verfahrens 

die sogenannte beschleunigte Lösemittelextraktion 

(Accelerated Solvent Extraction, ASE), was 

den Lösemitteleinsatz reduzierte und zu einem deutlichen 

Zeitgewinn führte. Eine komplette Automatisierung 

der Probenvorbereitung wurde jedoch noch 

nicht erreicht. 

Dies gelang nun John R. Stuff und Jacqueline A. 

Whitecavage, indem sie eine mikrowellenbeschleunigte 

Lösemittelextraktion durchführten. Die verwendete 

Mikrowelle wurde hardware- und softwareseitig 

in die Probenvorbereitung des Autosamplers eingebunden, 

was wiederum bedeutete, dass sich die 

gesamte quantitative Bestimmung deklarationsrelevanter 

Fettparameter erstmals vollständig automatisiert 

durchführen ließ – mehrere Proben sequenziell 

und auch über Nacht und am Wochenende. 

Zugabe von 1,0 mL der internen Standardlösung 

Zugabe von 4 mL einer basischen Methanollösung 

(0,5 N) 

Mikrowellenbestrahlung für 5 Minuten bei 80 °C 

Zugabe von 5 mL Bortrifluorid (BF 3 ) in Methanol 

Mikrowellenbestrahlung für 5 Minuten bei 80 °C 

Zugabe von 5 mL Hexan und 10 mL Wasser 

3 Minuten durchmischen 

Transfer von 1 mL der Hexanphase in ein 2-mL- 

Vial, welches 0,2 g Natriumsulfat (Na 2 SO 4 ) zur 

Trocknung enthält 

1 Minute durchmischen 

Injektion von 1,0 μL in den GC 


Automatisierung der Fettanalytik 

erfolgreich durchgeführt 

„Die Zeiten, als man deklarationsrelevante Fettwerte 

aufwendig von Hand ermittelt hat, gehören der Vergangenheit 

an“, freuen sich John R. Stuff und Jacqueline 

A. Whitecavage über den erfolgreichen Einsatz 

ihres MPS-Mikrowellen-GC/FID-Komplettsystems 

für die automatische Bestimmung von Gesamtfett, 

gesättigten Fettsäuren, einfach ungesättigten Fettsäuren 

und vor allem auch trans-Fettsäuren in Lebensmitteln. 

Durch die Integration einer Mikrowelle sei 

es gelungen, die bislang stets separat durchgeführte 

Verseifung, Extraktion (Soxhlet, ASE) und Derivatisierung 

zu automatisieren und damit den Zeit- und 

Arbeitsaufwand drastisch zu reduzieren beziehungsweise 

die Fettanalytik durch die Möglichkeit von Analysenläufen 

über Nacht oder am Wochenende zu optimieren. 

Die US-Wissenschaftler rechnen vor, dass sich 

bei einer GC-Laufzeit pro Probe von rund einer Stunde 

für die gesamte Trennung und durch eine zeitliche 

Verschachtelung von Probenvorbereitung und GC- 

Analyse aktuell 15 Proben in nur 18 Stunden vollständig 

extrahieren und analysieren lassen, von der 

Reduktion des Lösemitteleinsatzes ganz zu schweigen. 

Die Identifikation der Analyten wird über die 

absoluten beziehungsweise relativen Retentionszeiten 

der Peaks im Chromatogramm zum internen 

Standard ermittelt. Die Auswertung des Fettgehalts 

geschieht durch Umrechnen in bekannter Manier. 

„Die im Zuge der automatisierten Probenvorbereitung 

und Analyse erzielten Messwerte zeugten von 

einer hohen Präzision und einer guten Übereinstimmung 

mit den Ergebnissen, die unter den Bedingungen 

des zum Teil manuell durchgeführten Standardverfahrens 

erzielt wurden. Kurz: Die neue MPS-GC/ 

FID-Komplettlösung ist erprobt und tauglich für den 

Einsatz in der Praxis“, bilanzieren John R. Stuff und 

Jacqueline A. Whitecavage. 

Chromatogramm des 37-komponentigen 

FAME-Standards. 

Chromatogramm einer Cheddarkäseprobe. 

Stichwort: trans-Fettsäuren 

Chromatogramm einer Joghurtprobe. 

Chromatogramm einer Probe pflanzlichen Brotaufstrichs. 

trans-Fettsäuren sind ungesättigte Fettsäuren mit 

mindestens einer trans-konfigurierten Doppelbindung 

zwischen zwei Kohlenstoffatomen. In natürlichen 

Fetten sind trans-Fettsäuren meist nur in geringem 

Maße enthalten, sie können jedoch bei der 

industriellen Fetthärtung (z.B. in der Magerine- und 

Bratfettproduktion) oder bei hohen Temperaturen 

gebildet werden. Lebensmittel mit hohen Gehalten 

an trans-Fettsäuren führen zu einem Anstieg 

des Gesamt-Cholesterin und der Low-density-Lipoproteine-(LDL), 

die umgangssprachlich auch als 

„schlechtes“ Cholesterin bezeichnet werden und 

reduzieren den High-density-Lipoprotein-(HDL)- 

Spiegel, sprich: die Menge an „gutem“ Cholesterin 

im Blut. Epidemiologische Studien lassen auf 

einen Zusammenhang zwischen der Aufnahme von 

Transfettsäuren und dem Entstehungsrisiko koronarer 

Herzerkrankungen schließen. 2004 hat die Europäische 

Behörde für Lebensmittelsicherheit (European 

Food Safety Authority, EFSA) trans-Fettsäuren 

bewertet. Eine europaweit einheitliche Regelung für 

diese Verbindungen gibt es nicht, wohl aber nationale 

Grenzwerte: In Dänemark und in der Schweiz 

etwa darf der Gehalt an trans-Fettsäuren in Nahrungsfetten 

zwei Prozent nicht übersteigen; in manchen 

US-Bundesstaaten wie New York und Philadelphia 

ist die Verwendung von trans-Fetten für die 

Zubereitung von Speisen in Restaurants, Imbissstuben, 

Lokalen, Cafés und Konditoreien per Gesetz 

verboten. Viele Nahrungsmittelhersteller haben mittlerweile 

Produkte mit deutlich reduzierten Gehalten 

oder ohne trans-Fettsäuren entwickelt. Bei Kontrollen 

fällt aber Importware auf, so etwa Backwaren aus 

Thailand, in denen schwedische Kontrollbehörden 

2009 Gehalte von nahezu 40 Prozent nachwiesen. 

[Quelle: Bundesinstitut für Risikoforschung (BfR)] 

Quellenverzeichnis 

[1] Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit 

(BVL), Überblick über die Kennzeichnung 

von Lebenmitteln, www.bvl.bund.de 

/DE/01_Lebensmittel/03_Verbraucher/02_ 

KennzeichnungLM/01_Ueberblick/lm_kennzeichnung_lebensmittel_Ueberblick_node.html 

[2] www.gesetze-im-internet.de/lmkv/index.html 

[3] Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft 

und Verbraucherschutz (BMELV): Einheitliche 

Kennzeichnung von Lebensmitteln in 

der EU schafft mehr Transparenz für Verbraucher 

(www.bmelv.de) 

[4] Artikel 30, VERORDNUNG (EU) Nr. 1169/2011 

[5] John R. Stuff, Jacqueline A. Whitecavage: Automated 

Determination of Total Fat, Saturated 

Fat, Monounsaturated Fat and Trans Fat Content 

in Food Samples, AppNote 2013-03, www. 

cem.de/documents/produkte/loesemittel/ 

p-gc-an-2013-03.pdf oder www.gerstel.de/ 

pdf/p-gc-an-2013-03.pdf 

[6] G. Deußing: Fettsäuren vollautomatisiert derivatisieren 

und bestimmen, LaborPraxis 12 (2008) 

34-36 

GERSTEL-Workshops 

GC-Kurse für Fortgeschrittene 

Gaschromatographie (GC) ist kein Hexenwerk, 

das wissen versierte Anwender, die 

sich mit dieser analytischen Trenntechnik tagaus, 

tagein beschäftigen, aus dem Effeff. Unabhängig 

davon gibt es Faktoren, die es sich 

lohnt, einmal genauer zu betrachten, da sie 

die Chromatographie gasförmiger und flüchtiger 

Verbindungen nachhaltig beeinflussen und 

den Informationsgewinn steigern. GERSTEL 

bietet dem interessierten Anwender 

im kommenden Jahr mehrere 

GC-Workshops zu folgenden 

Themen an: 

• Derivatisierung für die 

GC und ihre Automatisierung 

(24.06.2014) 

• Sinnliches Messen 

mit GC-O: Einführung in 

die olfaktorische Detektion 

(12./13.05.2014) 

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Methodenentwicklung und 

Interpretation (04.07.2014) 

Unter Anleitung ausgewiesener 

Experten wird den Workshop-Teilnehmer 

das notwendige Fachwissen 

in Theorie und Praxis vermittelt. 

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Teilnehmerzahl und Anmeldung 

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informiert. “ 


Phthalate 


Das Prüfverfahren CPSC-CH-C1001-09.3 der US-amerikanischen Consumer Product Safety Commission (CPSC) 

fordert die Kontrolle von Kinderspielzeug und Babyartikeln auf das Vorhandensein von Weichmachern. Das Verfahren 

umfasst die GC/MS-Bestimmung kritischer Phthalate nach einer in der Regel aufwendigen, oft manuell ausgeführten 

Probenvorbereitung, dabei lässt sich die Analyse intelligent automatisieren. 

Es gibt Stoffe, denen der Makel eines notwendigen 

Übels anhaftet. Hierzu zählen die Phthalsäureester, 

kurz Phthalate genannt, die vorwiegend als 

Weichmacher in der Kunststoffherstellung eingesetzt 

werden, aber auch Bestandteil von Konsumgütern 

und pharmazeutischen Produkten sind. Phthalate 

beeinflussen die physikalischen Eigenschaften 

von Kunststoffen in besonderer Weise. Sie sorgen 

dafür, dass etwa Polyvinylchlorid (PVC) die Flexibilität 

und Formbarkeit erhält, die den Werkstoff 

auszeichnet und interessant macht für seine Anwendung 

als Bodenbelag, Kunstleder, Duschvorhang, 

in Babyartikeln, Kinderspielzeugen, Verpackungen, 

Schuhen, Sport- und Freizeitartikeln, medizinischen 

Produkten wie Blutbeuteln und Schläuchen, 

in Kabeln, Dachdichtungen, Lkw-Planen oder 

als Unterbodenschutz. 

Allerdings gibt es eine 

Kehrseite der Medaille. 


Einige Phthalate, 

namentlich vor allem 

das Di(2-ethylhexyl)phthalat [DEHP] sowie das 

Dibutylphthalat [DBP] und das Benzylbutylphthalat 

[BBP], gelten als gesundheitsschädlich und sind 

in der Europäischen Union (EU) für eine Reihe von 

Anwendungen tabu; laut EU-Richtlinie gilt DEHP als 

fortpflanzungsgefährdend. 

Um im Polymer den gewünschten Materialeffekt 

zu erzielen, setzt die chemische Industrie alternativ 

auf Additive, die als nicht oder nur gering toxisch 

eingestuft sind wie das Diisodecylphthalat [DIDP] 

oder das Diisononylphthalat [DINP]. Jedoch hat die 

EU den Einsatz genannter Verbindungen, also DEHP, 

DBP, BBP, DINP, DIDP und auch Di-n-octylphthalat 

(DnOP), stark reglementiert. Gemäß EU-Beschluss 

dürfen sie „nicht als Stoffe oder als Bestandteile 

von Zubereitungen in Konzentrationen von mehr als 

0,1 Masse-% des weichmacherhaltigen Materials in 

Spielzeug und Babyartikeln verwendet werden, die 

von Kindern in den Mund genommen werden können. 

Spielzeug und Babyartikel, die diese Phthalate 

in Konzentrationen enthalten, die über dem vorstehenden 

Grenzwert liegen, dürfen nicht in Verkehr 

gebracht werden“. 

Das Risiko eines Übergangs des Additivs vom 

Spielzeug über die Schleimhaut in den heranwachsenden 

Organismus sowie daraus resultierender 

negativer Folgen für die Gesundheit ist bei Kleinkindern 

besonders groß. Geschuldet ist die Möglichkeit 

des diffusiven Stofftransports der Tatsache, 

dass Phthalate nicht chemisch in der Polymermatrix 

gebunden sind. Phthalate können aus dem Produkt 

ausdünsten oder ausgeschwemmt werden und in die 

Umwelt oder den Organismus gelangen. 

In den USA sieht man die Dinge ähnlich. Um die 

Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben zu überwachen, 

werden infrage kommende Spielzeuge und Babyartikel 

auf die genannten Verbindungen hin untersucht. 

Die Basis bildet das Prüfverfahren CPSC-CH- 

C1001-09.3 der US-amerikanischen Consumer Product 

Safety Commission (CPSC). 

Auf die Probenvorbereitung 

kommt es an 

Die Probenvorbereitung spielt eine wichtige Rolle 

bei der Bestimmung von Phthalaten in polymeren 

Matrices gemäß des Prüfverfahrens CPSC-CH- 

C1001-09.3. Sie umfasst die vollständige Auflösung 


Zur Probenvorbereitung und Extraktion von Phthalaten aus Polymerproben eingesetzter GERSTEL- 

MultiPurposeSampler (MPS XL) mit Filter-Option. 

der Probe in Tetrahydrofuran (THF), die Ausfällung 

des Polymers durch Hexan, die Filtration, die Verdünnung 

der Lösung mit Cyclohexan und schließlich 

die Analyse mittels Gaschromatographie/Massenspektrometrie 

(GC/MS). Das Prüfverfahren beinhaltet 

folgende Schritte: 

Abwiegen einer 50-mg-Probe Polyvinylchlorid 

(PVC) in ein verschließbares Glasgefäß. 

Hinzufügen von 5 mL THF zu der Probe. 

Schütteln, Rühren oder Vermischen der Probe 

für mindestens 30 Minuten, um die vollständige 

Auflösung zu erzielen. Ultraschall und/oder sanftes 

Heizen können zur Beschleunigung der Auflösung 

verwendet werden. Falls das Material noch nicht 

vollständig aufgelöst ist, sollte die Mischdauer um 

weitere 2 Stunden verlängert werden, bevor die 

Prozedur weitergeführt wird. 

Ausfällung der PVC-Polymere mit 10 mL Hexan pro 

5 mL THF, die während der Auflösung verwendet 

wurden. 

Schütteln, dann mindestens 5 Minuten warten, um 

die Polymere sich absetzen zu lassen. 

ten wir es darauf an“, erklärt Pfannkoch, „die manuellen 

Arbeitsschritte möglichst eins zu eins auf den 

Autosampler zu übertragen und die Probenvorbereitungsschritte 

mit der GC/MS-Messung zeitlich zu verschachteln.“ 

Die Applikationsspezialisten verwendeten einen 

XYZ-Autosampler (GERSTEL-MultiPurposeSampler, 

MPS) ausgestattet mit zwei Türmen (Dual-Head- 

Variante), um die Probenvorbereitung einschließlich 

des Einsatzes größerer Flüssigkeitsmengen (2,5-mL- 

Spritze) zu handhaben sowie eine Mikroliterspritze 

(10 µL) für die Flüssiginjektion der Probe in das 

angeschlossene GC/MS-System (Agilent GC7890/ 

MS5975); bei dem PTV-Injektor des GC handelte es 

sich um ein GERSTEL-KaltAufgabeSystem (KAS). 

Ausgestattet war der MPS mit einem geheizten 

Agitator, einem automatischen GC-Liner-Wechsler 

(GERSTEL-Automated-Liner-EXchange, ALEX) 

sowie einer Filter-Option (GERSTEL-Syringe-Filtration-Option). 

Die Programmierung und Ansteuerung 

Methodenparameter 

der verschiedenen Probenvorbereitungsschritte und 

Sequenzen erfolgte mit der GERSTEL-MAESTRO-Software, 

die vollständig in die ChemStation-Software von 

Agilent Technologies eingebunden ist. 

Ernies Quietscheente lässt grüßen 

Als Untersuchungsobjekt versuchten sich Pfannkoch 

und Kollegen an gewöhnlichen Gummienten 

für die Badewanne sowie Proben von kommerziell 

erhältlichem Kinderspielzeug aus Polyvinylchlorid. 

Weitere drei Proben stammten von der lokalen 

CPSC-Prüfstation (CPSC-1, CPSC-2, CPSC-3). 

Alle zu extrahierenden Polyvinylchloridproben wurden 

zunächst in kleine Stücke von nicht mehr als 2 

mm Partikelgröße geschnitten, anschließend in gläserne 

10-mL-Röhrchen mit Schraubverschluss eingewogen 

und dann auf dem vorgesehenen Probenteller 

des MPS platziert. Pfannkoch und Kollegen legten 

klare Analysenparameter fest (siehe Kasten links. 

Kalibriert wurde die Methode mithilfe von 

Standardlösungen jeweils getrennt im Niedrigkonzentrationsbereich 

von 50-1000 ng/mL und 

im Hochkonzentrationsbereich von 5-100 µg/mL. 

Text: Guido Deußing; Abbildungen/Fotos: istockphoto, GERSTEL 

Filtern der THF/Hexan-Lösung durch einen 0,45- 

mm -PTFE-Filter und Abnahme einiger mL der 

gefilterten Lösung in ein separates Gefäß. 

Kombinieren von 0,3 mL der THF-Hexan-Lösung 

mit 0,2 mL des internen Standards (sofern verwendet) 

und Verdünnung auf 1,5 mL mit Cyclohexan. 

Injektion von 1 μL der Lösung für die GC/MS- 

Analyse. 

Wie sich zeigt, bilden vor allem die Extraktionsschritte 

den Flaschenhals der Untersuchung, beeinflussen 

damit wesentlich die Gesamtdauer der Analyse. 

Sie zu automatisieren und damit effizienter zu 

gestalten, idealerweise zeitlich zu verkürzen, war das 

Ziel, das Edward Pfannkoch und Kollegen von der in 

Baltimore/USA ansässigen GERSTEL, Inc. im Kundenauftrag 

zu erreichen suchten. „Darüber hinaus leg- 

KAS: Liner mit Verwirbelungseinstichen 

Split (20:1) oder Splitless 

50 °C–12 °C/s – 280 °C (3min) 

Säule: 30 m HP-5MS (Agilent 

Technologies) 

di = 0,25 mm, df = 0,25 μm 

Pneumatik: He, konstanter Fluss = 1,0 mL/min 

Ofen: 50 °C (1 min) – 20 °C/min – 

310 °C (5 min) 

MSD: Vollscan, 40-350 amu 

SIM- Gruppe 1: ab 5 min 

Parameter (91, 10), (105, 10), (149, 10), 

(Masse, (167, 10), (194, 10), (205, 10) 

Verweilzeit): (212, 10), (223, 10) 

Gruppe 2: ab 11,7 min 

(91, 10), (149, 10), (167, 10), 

(206, 10), (279, 10) 

Gruppe 3: ab 13,7 min 

(149, 10), (167, 10), 

(261, 10), (279, 10), 

(293, 10), (307, 10) 

Nur Versuch macht „kluch“ 

„Zunächst überprüften wir“, berichtet Edward Pfannkoch, 

„ob die während der Extraktion verwendeten 

Lösemittel frei von Phthalaten waren, indem wir die 

gesamte Extraktionsprozedur mit einem leeren Gläschen, 

also ohne Zugabe einer Polymerprobe, durchlaufen 

ließen.“ Im resultierenden Extrakt konnten keine 

Phthalate nachgewiesen werden. Ebenso wurde im 

Anschluss daran mit den zertifizierten Referenzmaterialproben 

verfahren, wobei die Proben sowohl manuell 

als auch automatisiert extrahiert und die jeweiligen 

Resultate miteinander verglichen wurden. Edward 

Pfannkoch: „Die Gegenüberstellung der Chromatogramme 

ergab eine Übereinstimmung beider Herangehensweisen. 

Die automatisierte Probenvorbereitung 

und die anschließende GC/MS-Analyse der Probenextrakte 

funktioniert und liefert zuverlässige Resultate.“ 


Um den Gesamtdurchsatz des Systems zu erhöhen und den übermäßigen 

Gebrauch gefährlicher Chemikalien zu vermeiden, verringerten 

Pfannkoch und Kollegen die Proben- und Lösemittelmengen proportional 

um die Hälfte, was keinen Einfluss auf das Messergebnis hatte. 

Schließlich durchliefen die Gummienten- und CPSC-Proben die 

automatisierte Extraktionsprozedur. Die Extrakte wurden per GC/MS 

mit Split(20:1)- und Splitlos-Injektion analysiert. Der MSD wurde im 

SIM/Scan-Modus betrieben. Die Kalibrierung im Niedrigkonzentrationsbereich 

erfolgte im Splitlos-Modus, die im Hochkonzentrationsbereich 

im Split-Modus. Identifiziert wurden die Analyten anhand von 

Retentionszeit und Massenspektren. Quantifiziert wurde mithilfe der 

Kalibrierkurven. 

„Ente“ gut, alles gut 

Ansicht der Chromatogramme der automatisierten Probenvorbereitung mit 50 mg Probe 

(A), mit 25 mg Probe (B) sowie der manuellen Probenvorbereitung mit 25 mg Probe 

(C). Resultat: Die Chromatogramme sind äquivalent. 

Am Ende jeder Methodenentwicklung muss sich der Anwender die 

Frage stellen: Vorhaben erfolgreich umgesetzt? Edward Pfannkoch ist 

zufrieden: „Unser vorrangiges Ziel, eine manuelle Extraktion auf den 

MPS-Autosampler zu übertragen und vollständig zu automatisieren, 

haben wir erreicht.“ Die automatisierte Untersuchung der zertifizierten 

Referenzmaterialien und Proben habe angemessene Resultate ergeben. 

Das automatisierte GC/MS-Verfahren zur Analyse von DEHP, DBP, BBP, 

DINP, DIDP und DnOP erwies sich mit einer relativen Standardabweichung 

(RSD) von 1,9-5,5 Prozent für alle untersuchten Phthalate als 

präzise. Kurz gesagt, bringt es Edward Pfannkoch auf den Punkt, funktioniere 

ihre automatisierte GC/MS-Analyse von ausgewählten Phthalaten 

gemäß Prüfverfahren CPSC-CH-C1001-09.3 einwandfrei. Die damit 

erreichten Resultate seien überaus zufriedenstellend – auch im Fall 

von realen Proben. Edward Pfannkoch: „In den Proben CPSC-1 und 

-2 fanden wir alle sechs Zielanalyten. Probe CPSC-3 wiederum wies 

eine hohe Konzentrationen von DEHP auf.“ 

Quellen 

Quellen 

Vollscan-Chromatogramm einer Spielzeugentenprobe. Das Chromatogramm verdeutlicht 

den Vorteil des SIM/Scan-Modus, da verschiedene andere Weichmacher, die nicht als Zielanalyte 

ausgewählt waren, im Chromatogramm erscheinen. Dazu gehören unter anderem 

Diethylphthalat, Acetyl-tri-n-butylcitrat und Diisononyladipat. 

[1] Fredrick D. Foster, John R. Stuff, Jacqueline A. Whitecavage, Edward 

A. Pfannkoch: Automated Extraction and GC/MS Determination of 

Phthalates in Consumer Products, AppNote 4/2013, www.gerstel. 

de/de/neueste-applikationen.htm 

[2] United States Consumer Product Safety Commission, Test Method: 

CPSC-CH-C1001-09.3 Standard Operating Procedure for Determination 

of Phthalates, April 1st, 2010. 

[3] Umweltbundesamt: Phthalate – Die nützlichen Weichmacher mit 

den unerwünschten Eigenschaften, 02/2007; www.umweltdaten. 

de/sites/default/files/medien/publikation/long/3540.pdf 

[4] Weichmacher – Grenzwerte, Verbote und Alternativen, 

www.weichmacher.de/weichmacher-problem.html 

[5] Richtlinie 2005/90/EG 

Vollscan-Chromatogramm für Probe CPSC-2. Abbildung B zeigt extrahierte Ionenchromatogramme 

der SIM-Daten. Die Zielanalyte sind im SIM-Chromatogramm identifiziert. 

Das Vollscan-Chromatogramm zeigt das Vorhandensein einer weiteren Verbindung: 

Diisononylcyclohexan-1,2-dicarboxylat. 



Nachwuchsförderung / Wissenstransfer 

Mit Herzblut bei der Sache 

Einem Unternehmen wie GERSTEL und seinen Mitarbeitern bieten sich gute Gelegenheiten, vorhandenes Fachwissen 

an jene weiterzugeben, die in besonderer Weise nachhaltig davon profitieren. Dabei kann es sich um heimische 

Studenten oder auch um Pädagogen aus China handeln. 

Text und Fotos: Guido Deußing 

Am Anfang war die 

Idee: Dr. Oliver Lerch, 

Applikationsexperte von 

GERSTEL, und Dr. Thorsten 

Teutenberg, Bereichsleiter der 

Forschungsanalytik des Instituts 

für Energie- und Umwelttechnik 

(IUTA) in Duisburg, 

beide Schulkameraden aus 

alten Tagen, hatten sich für 

das Ehemaligentreffen ihres 

Gymnasiums im westfälischen 

Werl, wo sie im gleichen Chemieleistungskurs 

saßen und 

paukten, Folgendes überlegt: 

Sie wollten vor den einstigen 

Mitschülern und in Anwesenheit 

ihres ehemaligen Chemielehrers 

gemeinsam einen Vortrag 

halten über ihre Profession, 

namentlich die instrumentelle 

chemische Analytik. 

Den beiden Chromatographie- 

Experten kam es bei ihrem Vorhaben nicht allein auf 

eine inhaltlich korrekte Darstellung an, sondern auch 

darauf, sich didaktisch wertvoll und für die Zuhörer 

unterhaltsam geschickt die Bälle zuzuspielen. Offenkundig 

mit Erfolg: „Der Vortrag fand großen Anklang 

und zog eine ziemlich lange inhaltliche Diskussion 

nach sich“, erinnert sich Dr. Oliver Lerch. 

Einige Zeit nach ihrem gemeinsamen Auftritt vor 

den ehemaligen Mitschülern bat die in Kamp-Lintfort 

ansässige Hochschule Rhein-Waal in einem Schrei- 

Praktische Einführung in die GC und LC: Dr. Oliver Lerch erläutert an 

seiner Station den Studierenden der Hochschule Rhein-Waal die 

Funktionsweise einer GC/MS-Gerätekombination mit aufsitzendem 

GERSTEL-MultiPurposeSampler (MPS) für die automatisierte 

Probenvorbereitung und Probenaufgabe. 

25 Studierende und Mitarbeiter des internationalen Studiengangs „Environment and Energy“ der Hochschule 

Rhein-Waal in Kamp-Lintfort besuchten das IUTA. Als Referent zum Thema „Chromatographie und 

Probenvorbereitung“ mit von der Partie: … 

ben an die Institutsleitung, die analytische Abteilung 

des IUTA besuchen zu dürfen. Ziel war es, 25 Studierenden 

des international ausgerichteten Fachbereichs 

„Environment and Energy“ ein Gefühl für 

die Arbeit einer analytisch orientierten Forschungseinrichtung 

zu vermitteln: „Wir können nicht tiefgreifend 

und umfassend Umwelt- und energetische 

Aspekte vermitteln und die Auswirkung unseres 

Handelns, sprich Emissionen und Umweltverschmutzung, 

diskutieren, wenn nicht ein hinreichendes 

analytisches Rüstzeug vorhanden 

ist“, beschreibt die Exkursionsleiterin 

Irmgard Buder, an der 

Hochschule Rhein-Waal Professorin 

im Fach „Erneuerbare Energien 

und Elektromobilität“, die Motivation 

ihres Besuchs am IUTA. Dem 

Gesuch wurde stattgegeben. Wie 

aber sollte der Tag am IUTA gestaltet 

werden? 

„Das war eine ausgesprochen 

gute Gelegenheit“, schildert 

Dr. Thorsten Teutenberg seine 

erste Reaktion auf die Anfrage der 

Hochschule Rhein-Waal, „den Tandemvortrag 

von Oliver Lerch und 

mir wissenschaftlich zu vertiefen 

und erneut zum Besten zu 

geben.“ Aufgrund der Aufgabenstellung 

habe es sich 

angeboten, den Studierenden 

ein detailliertes Bild 

nicht nur von der Arbeit 

eines in der Umweltanalytik 

tätigen Forschungsinstituts 

zu vermitteln. Es habe sich 

zudem angeboten, ergänzt 

Oliver Lerch, „dem wissenschaftlichen 

Nachwuchs die 

Bandbreite der Aufgaben 

vor Augen zu führen, mit 

welchen Forschungsinstitute 

wie das IUTA konfrontiert 

sind und welchen Beitrag 

in diesem Kontext ein 

Hersteller von Analysengeräten, 

wie es GERSTEL ist, 

unter anderem in puncto 

Methodenentwicklung und 

Applikationen zu leisten in 

der Lage ist.“ Auf diese Weise habe man den Studierenden 

einen sehr viel umfangreicheren Einblick in 

die künftige Arbeitswelt geben können. 

… Dr. Thorsten Teutenberg, Bereichsleiter der Forschungsanalytik 

des Instituts für Energie- und Umwelttechnik 

(IUTA), und GERSTEL-Applikationsspezialist Dr. 

Oliver Lerch (v. l.) 

Gemäß dem Wunsch der Hochschule, die aufgrund 

der globalen Bedeutung des Faches eine internationale 

Ausrichtung des Studiengangs gewählt 

hatte, hielten Teutenberg und Lerch ihren Tandemvortrag 

auf Englisch. Kein Problem für die beiden 

Wissenschaftler, denen das Fachvokabular aufgrund 


Sommeliers über die Bedeutung der instrumentellen 

chemischen Analytik u. a. für die Sensorik und 

Qualitätssicherung in der Weinherstellung fachlich 

fundiert und detailreich zu referieren. 

Exportschlager Duales System 

am Beispiel von GERSTEL 

Wissenstransfer auf kurzem Wege: Informationen über die analytischen Möglichkeiten, sprich automatisierte 

Probenvorbereitung und GC/MS- bzw. LC/MS-Bestimmung von organischen Verbindungen im Wein, sowie die 

entsprechende Methodenentwicklung vermittelten Andreas Hoffmann und Thomas Albinus, Applikationsspezialisten 

von GERSTEL, sowie Dr. Eike Kleine-Benne aus der Entwicklungsabteilung des Unternehmens den Studenten 

von Professor Doris Rauhut (hinten rechts) aus Geisenheim. 

ihres Umgangs auch mit internationalen Kollegen und 

Kunden vertraut ist. Ihre Zuhörer, darunter Studenten 

aus Bangladesch und China, der Türkei und Russland, 

goutierten die Bemühungen, vorhandenes Wissen 

nicht nur inhaltlich, sondern auch sprachlich verständlich 

vermittelt zu bekommen, und spendeten am 

Ende der Veranstaltung tüchtig Applaus. 

Nur wenige Tage nach dem Event im IUTA stand 

für GERSTEL das nächste an: Eine Gruppe Studierender 

der Hochschule Geisenheim traf am Firmensitz 

in Mülheim an der Ruhr ein, um sich über die 

analytischen Möglichkeiten der Weinanalytik mittels 

GERSTEL-Technologie aus erster Hand – theoretisch 

und praktisch im Labor – zu informieren. „Auch hier 

hat GERSTEL einiges zu bieten“, freute sich Eberhard 

G. Gerstel, geschäftsführender Gesellschafter 

des Unternehmens. 

Exkursionsleiterin Professor Doris Rauhut, die 

sich mit der Weinaromaforschung an der Hochschule 

Geisenheim befasst, pflegt seit geraumer Zeit enge 

Verbindungen zu GERSTEL. Auf ihre weinanalytische 

Expertise vertraut das Unternehmen zum Beispiel 

auch dann, wenn es darum geht, wie im vergangenen 

Jahr der Fall, vor namhaften deutschen 

Einen ganz anderen Anstrich hatte die Präsentation 

des Unternehmens vor Professoren und Berufsschullehrern 

aus China, die sich hierzulande über 

den bundesdeutschen Exportschlager „Duales System“, 

die gesetzlich verankerte Verknüpfung praktischer 

und schulischer Inhalte bei der Berufsausbildung, 

ein Bild machen wollten. Bereits zum zweiten 

Mal hatte die Zentralstelle für die Weiterbildung 

im Handwerk aus Düsseldorf bei GERSTEL angefragt 

und gebeten, das Unternehmen an seinem Stammsitz 

in Mülheim an der Ruhr mit einer chinesischen 

Delegation besuchen und besichtigen zu dürfen. Auf 

dem Programm standen dabei auch eine Präsentation 

des Ausbildungsleiters sowie ein Gespräch mit 

den Auszubildenden. 

Ohne Frage ein lohnenswerter Besuch, befanden 

die Teilnehmer am Ende des Tages, da GERSTEL nicht 

nur Feinmechaniker und Kaufleute ausbilde, sondern 

dies auch in einem überaus interessanten, wissenschaftlich 

und technisch anspruchsvollen Umfeld 

leiste, fasste der chinesische Dolmetscher die einhellige 

Meinung der Teilnehmer zusammen. 

Gerstel-Fortbildung 

GERSTEL stellt auch im kommenden Jahr wieder 

ein umfangreiches Programmangebot an Fortbildungskursen 

im Bereich der GC(GC/MS)- und 

LC(LC/MS)-Analyse auf die Beine. Eine Themenund 

Terminübersicht finden Sie im Internet unter 


Aufschlussreiche Begegnung: Eine Delegation chinesischer Pädagogen, darunter Professoren und Berufsschullehrer, besuchte GERSTEL, initiiert von der Zentralstelle für die 

Weiterbildung im Handwerk in Düsseldorf. Den Fragen stellten sich neben der Geschäftsführung auch der Ausbildungsleiter sowie die Auszubildenden des Unternehmens. 


Aroma- und Geschmacksstoffanalyse 


Es gibt nicht eine Vanille, sondern viele Sorten. Deren charakteristisches 

Geschmacksmuster wird nicht allein durch Vanillin, den Hauptaromastoff der 

Vanille, geprägt, sondern durch eine Komposition zahlreicher Verbindungen. 

Zu deren Aufklärung und Identifizierung sowie zur Qualitätssicherung und 

Herkunftsbestimmung von Vanilleschoten und Vanilleextrakten leisten 

Headspace-Techniken und die Thermodesorption einen wichtigen Beitrag. 

Der nachfolgende Beitrag wirft einen Blick auf einen interessanten Ansatz 

zur Analyse von Vanilleschoten und Vanilleextrakten. 

Text: G. Deußing; Abbildungen: istockphoto, fotolia, S. J. Toth 

Gebäck gehört in die Vorweihnachtszeit wie der 

Adventskranz oder Kerzenglanz. Allein der Duft 

feinen Backwerks weckt in vielen Menschen schönste 

Erinnerungen an daheim, etwa an die beschürzte Mutter, 

die Berge von Teig durch den mit einem Spritzgebäckvorsatz 

aus Eisenguss bewehrten Fleischwolf 

drehte und sternförmige Teigrohlinge herauspresste, 

die sie auf gefettete Backbleche legte, um sie alsdann 

im vorgeheizten Backofen goldgelb abzubacken. Was 

für ein wundervoller Anblick hinterher: Schüsseln 

und Blechdosen, gefüllt mit stern-, streifen- oder 

halbmondförmigen Plätzchen. Und in der Luft: ein 

würziger Duft von Zimt und Vanille. 

Kaum ein Gewürz wird so häufig zur Aromatisierung 

eingesetzt wie Vanille – nicht nur zur Weihnachtszeit 

und auch nicht nur in Lebensmitteln. Vanillearoma 

findet ebenso Anwendung bei der Herstellung 

von Parfüms, Kosmetika und Arzneien. Der 

Vanille wird nachgesagt, sie beruhige den Geist und 

belebe den Körper. Man setzt das Gewürz in der Aromatherapie 

ein; inhaliert wirkt es entspannend und 

belebend auf den Körper, heißt es. Aktuelle Forschungsergebnisse 

deuten darauf hin, dass Vanillin, 

der Hauptbestandteil des Vanillegewürzes, auch eine 

krebshemmende Wirkung haben könnte. Nicht ohne 

Grund, möchte man meinen, sahen schon die Azteken 

in der Vanille einen geradezu göttlichen Nektar. 

Heute zählt Vanillin zu den wichtigsten und 

beliebtesten Aromastoffen der Welt, weil es sich kostengünstig, 

etwa aus Rückständen der Papierherstellung, 

gewinnen lässt. Hingegen ist die Vanille selbst 

mit rund 80.000 US-Dollar pro Tonne [1] horrend 

teuer und deckt nur einen Bruchteil des aktuellen 

Aromabedarfs. Bei diesem Preis steht außer Frage, 

die Güte der Ware mit Argusaugen zu überwachen: 

Im Fokus stehen vor allem Geschmack und Aroma, 

Authentizität und Herkunft und ebenso die Frage, ob 

Verfälschungen, Kontaminationen oder Qualitätsmängel 

vorliegen. Das zu überprüfen, liegt im Interesse 

der Endverbraucher, insbesondere aber der verarbeitenden 

Betriebe, die Vanille in ihrer Produktion 

einsetzen. Den erforderlichen Erkenntnisgewinn bietet 

einzig die instrumentelle Analytik. 

Allerdings erweist sich die Untersuchung von 

Vanille als Herausforderung: Mit einer einzigen 

Methode jedenfalls lasse sich Vanille nicht vollständig 

charakterisieren, weiß Stephen J. Toth. Zu komplex 

sei die Chemie der Vanille. Im Rahmen seiner 

Dissertation „Comparison and integration of analytical 

methods for the characterization of vanilla chemistry“ 

[1] an der State University of New Jersey, USA, 

hat sich der Wissenschaftler damit beschäftigt, einen 

integrierten analytischen Ansatz zu finden, um ganze 

fermentierte Vanilleschoten und Vanilleextrakte auf 

ihre flüchtigen und schwerflüchtigen Bestandteile zu 

analysieren. Die Lösung lag, so seine Schlussfolgerung, 

in der Kombination von Flüssig- und Gaschromatographie, 

wobei Toth vor allem den verschiedenen 

Headspace-Techniken und der Thermodesorption 

eine große Bedeutung beimisst. 

Analyse der 

Vanillebestandteile 

Zwecks Bestimmung schwerflüchtiger Vanillebestandteile 

wie Vanillin, 4-Hydroxybenzaldehyd, Vanillinsäure 

und 4-Hydroxybenzoesäure, lässt sich die 

HPLC einsetzen. Stephen J. Toth weist in seiner Dissertation 

auf eine Vielzahl in der Literatur beschriebener 

HPLC-Methoden hin (vornehmlich eingesetzt 

zur Analyse von Vanilleextrakten), die ihm eine Orientierung 

bei der Methodenentwicklung boten. Die 

Leistung des von Toth verwendeten Standard-HPLC- 

Systems ließe sich deutlich steigern, insbesondere 

vermittels des Einsatzes von UPLC-Säulen, also kurzen 

Säulen mit geringer Partikelgröße. Letztlich habe 

er, Toth, eine um das Siebenfache schnellere Trennung 

als zu Beginn der Messreihe erreichen können. 

Die ursprüngliche HPLC-Analysezeit für Vanillin 

und einige verwandte phenolische Komponenten sei 


Wissenswertes über Vanille 

Die Vanille zählt zu den Orchideen, ist aber 

die einzige ihrer Art, die eine kommerziell 

verwertbare Frucht hervorbringt. Beheimatet 

ist sie in tropischen Gefilden. Ursprünglich 

stammt sie aus Mexiko, wird heute jedoch 

vorwiegend in Indonesien und auf Madagaskar 

angebaut. Mehr als 100 verschiedene 

Vanillespezies unterscheidet man, von kommerzieller 

Bedeutung sind indes nur zwei: 

Vanilla planifolia und Vanilla tahitensis. 

Deren grüne, geruchlose, bittere Vanilleschoten 

werden im Laufe eines etwa fünfmonatigen 

aufwendigen Fermentierungsprozesses 

in dunkelbraune, aromatische, schmackhafte 

Schoten umgewandelt. Unter anderem bildet 

sich im Verlauf der Fermentierung infolge 

der Hydrolyse von Glucovanillin das Vanillin. 

Die Prozessführung kann das Aromaprofil, 

den Geschmack und die Gesamtqualität 

der Schoten maßgeblich beeinflussen. In 

den Handel gelangt die fermentierte Vanille 

auf zwei Arten: Zum einen als Extrakt (extraction 

grade) in alkoholischer Lösung, zum 

anderen unverarbeitet (gourmet grade). 

Eine Vanilleschote von hoher Qualität hat 

ein angenehmes Aroma und einen angenehmen 

Geschmack, einen Feuchtegehalt von 

18 bis 25 Prozent, eine dunkle, schokoladige 

Färbung. Die Oberfläche ist ölig und frei 

von Defekten und Schimmel. Der Vanillingehalt 

liegt bei > 2 Prozent; er ist zwar wichtig, 

nicht aber der einzig entscheidende Qualitätsfaktor: 

Viele Vanillearten besitzen trotz 

einer geringen Vanillinkonzentration einen 

sehr guten Gesamtgeschmack, was schlussfolgern 

lässt, dass auch andere Inhaltsstoffe 

maßgeblich an der Geschmacksbildung beteiligt 

sind. [1] 

TDU 

KAS 

von 13,45 auf 1,86 Minuten verkürzt 

worden. Obendrein habe 

sich der Verbrauch von Acetonitril 

um rund zwei Drittel reduzieren 

lassen. 

Ungeachtet dieses Erfolges 

eigne sich die HPLC nur 

in begrenztem Maß dazu, die 

Gesamtheit der flüchtigen 

Verbindungen in der Vanille, 

geschweige denn bislang unbekannte 

Aromakomponenten zu 

identifizieren, meint Toth. Wie die Praxis zeige, 

tauge hierfür aber die Gaschromatographie in Verbindung 

mit Headspace-Techniken und der massenselektiven 

Detektion. Um einen Überblick zu 

erhalten, womit sich die besten Resultate erzielen 

lassen, verglich der Wissenschaftler folgende 

Techniken miteinander: die Solid Phase Micro Extraction 

(SPME), die Headspace Sorptive Extraction 

(HSSE) unter Einsatz des GERSTEL-PDMS- 

Twisters und die dynamische Headspace-Technik. 

Zudem erfolgte eine direkte thermische Desorption 

(DTD) tiefgekühlt gemahlener Vanilleschoten. 

Untersucht wurde u. a. die aromatische Zusammensetzung 

zweier Bourbon-Vanilleschoten, wobei es 

sich um eine einwandfreie („gute“) Schote handelte 

sowie um ein vom Handel abgelehntes Mängelexemplar 

(„schlechte“ Schote), das einen alkoholischen 

Fremdgeruch aufwies; der Verdacht ging 

in Richtung eines bakteriellen Abbaus u. a. von 

Vanillin zu Guajacol unter anaeroben Bedingungen. 

Solid Phase Micro Extraction 

(SPME) 

Mehrfach wurde in der Literatur über die Analyse 

von Vanilleextrakten mittels SPME berichtet, insbesondere 

von polaren Komponenten aus alkoholischer 

Matrix, schreibt Toth. Dank zahlreicher 

verfügbarer SPME-Extraktionsphasen, der einfachen 

Automatisierung und der schnellen Thermodesorption 

der angereicherten Analyten habe sich 

die SPME in den Experimenten als selektiv und 

praktisch bei der Extraktion flüchtiger Verbindungen 

aus dem Headspace erwiesen. Von Nachteil sei 

indes die geringe Phasenmenge (0,5 µL) gewesen. 

Entsprechend erweise sich die SPME zwar als 

praktisch und vielseitig, jedoch begrenzt in ihrer 

Split 

Split 

Split 

TDU-Liner 

Twister 

Liner-in- 

Liner-Prinzip 

KAS-Liner 

GC-Säule 

Thermodesorption des Twisters in der TDU, dann Cryofokussierung 

der Analyten im KAS mit anschließender temperaturprogrammierter 

Überführung auf die GC-Säule. 

Sorptionskapazität und damit der Sensitivität. Dessen 

ungeachtet wurden mittels SPME aus Vanille 

35 Verbindungen extrahiert, darunter auch Schadstoffe 

aus Verpackungsmaterialien sowie acht bislang 

noch nicht identifizierte Komponenten. 

Headspace Sorptive Extraction 

(HSSE) 

Die HSSE ist eine Weiterentwicklung der Stir Bar 

Sorptive Extraction (SBSE), die sich bereits vielfach 

bei der Bestimmung u. a. von Aromen bewährt 

hat [2], und basiert auf dem Einsatz des GERS- 

TEL-Twisters in der Funktion als Passivsammler: 

Bei der SBSE extrahiert der Twister die Analyten, 

während er die Probe durchmischt. Bei der HSSE 

wird der Twister im Dampfraum über der Probe 

im Vial positioniert; die Extraktion der Analyten 

erfolgt also aus dem Headspace. Sobald sich 

ein stabiles Gleichgewicht der Analyten zwischen 

Sorptionsphase und dem Headspace beziehungsweise 

der Probe eingestellt hat, wird der Twister 

entnommen. Die thermische Desorption und Überführung 

der Analyten auf den GC erfolgt (wie bei der 

SBSE) mittels der GERSTEL-ThermalDesorption- 

Unit (TDU) automatisiert mit dem GERSTEL- 

MultiPurposeSampler (MPS). Aufgrund ihres 

gegenüber der SPME (0,5 µL) signifikant größeren 

Phasenvolumens (PDMS-Twister: 125 µL) erweist 

sich die HSSE als besonders sensitiv für mittel- bis 

unpolare Verbindungen im Spurenbereich; inzwischen 

ist ein Ethylenglycol-Silikon-Twister verfügbar, 

der für die Extraktion unpolarer und bestimmter 

polarer Verbindungen ausgelegt ist. Insgesamt 

wurden 19 Verbindungen identifiziert, darunter vier 

neue, die im Zuge der Vanilleanalyse bislang noch 

nicht bestimmt und dokumentiert worden waren. 


Dynamische Headspace-Technik 

(DHS) 

Mithilfe eines Trägergases, das durch den Headspace 

der Probe geleitet wird, werden die Analyten 

auf einem nachgeschalteten geeigneten Trägermaterial 

angereichert (im vorliegenden Fall 

handelte es sich um Tenax TA). Im Gegensatz zu 

SPME und HSSE zeigte Tenax TA keine spezifische 

Affinität für bestimmte Verbindungsklassen, sondern 

reicherte Analyten über einen etwas weiteren 

Polaritätsbereich an. Schwierigkeiten hätten 

allerdings solche mit drei oder weniger Kohlenstoffatomen 

bereitet, schreibt Toth. Insgesamt habe 

er in der hochwertigen Vanille mittels der DHS 24 

Verbindungen identifiziert, darunter zehn bislang 

noch nicht in Vanille gefundene Komponenten. 

Direkte Thermische Desorption 

(DTD) 

Die Probe wurde in einem geeigneten inerten Glasröhrchen 

(Liner) zwischen zwei Pfropfen aus Glaswolle 

gegeben und in der ThermalDesorptionUnit 

(TDU) über eine Temperaturrampe (30 °C – 60 °C/ 

min – 275 °C) thermisch extrahiert. Die Analyten 

wurden im KaltAufgabeSystem (KAS) des verwendeten 

Agilent GC 6890 cryofokussiert und anschließend 

temperaturprogrammiert auf die GC-Säule überführt. 

In der untersuchten „guten“ wie „schlechten“ Vanilleschote 

identifizierte Toth mittels der DTD-TDU- 

GC/MS-Methode jeweils 74 Verbindungen (weitere 

Analysen förderten 30 bislang nicht in Vanilleschoten 

gefundene Verbindungen zutage). Bemerkenswert 

sei die unterschiedliche Vanillinkonzentration 

gewesen: In der „guten“ Vanilleschote lag sie bei 1,2 

Prozent, in der „schlechten“ nur bei 0,1 Prozent. 

In der vom Handel akzeptierten Vanilleschote 

fand Toth hohe Konzentrationen an Essigsäure, 

2-Methoxyphenol, Hydroxydihydromaltol, 5-(Hydroxymethyl)furan-2-carbaldehyd, 

4-Hydroxybenzaldehyd, 

Vanillin, Hexadecansäure und 1-Octadecanol. 

„Die in der Analyse identifizierten Verbindungen 

für diese Bourbon-Vanilleschote stimmen 

mit vorherigen Daten, die in der Literatur dokumentiert 

wurden, überein“, schreibt Toth. Zum ersten 

Mal in Vanilleschoten nachweisen konnte er 

unter anderem Aceton, 2-Methylpropanal, 3-Hydroxy-3-penten-2-on, 

2(5H)-Furanon, 2-Hydroxy- 

2-cyclopenten-1-on, 4-Hydroxy-5-methyl-3(2H)- 

furanon, 2-Furancarboxylsäure, Lilialsäure, 

4-(4-Hydroxyphenyl)-3-buten-2-on, 4-(4-Hydroxy-3-methoxyphenyl)-3-buten-2-on 

(E), zwei 

Isomere von Vanillinglycerylacetal, 1-Octadecanol, 

Ethylheptadecanoat, Ethyloctadecanoat, z-12-Pentacosen 

und z-14-Nonacosen. In der „schlechten“ 

Schote bestimmte Toth u. a. hohe Konzentrationen 

an 2-Methoxyphenol, 2-Methoxy-4-methylphenol, 

Hexadecansäure und 1-Octadecanol. 

Zu den größten Unterschieden zwischen der 

„guten“ und „schlechten“ Bourbon-Vanilleschote, 

die durch die DTD-TDU-GC/MS-Analyse aufgedeckt 

wurden, zähle der Verlust von Vanillin, die Erhöhung 

von 2-Methoxy-4-methylphenol und 2-Methoxyphenol 

sowie der Verlust von Hydroxydihydromaltol 

und Hydroxymethylfurfural, schreibt Toth. Fuselalkohole 

konnten im Gegensatz zu den SPME-, HSSEund 

DHS-Experimenten mit der DTD-TDU-GC/MS- 

Technik nicht nachgewiesen werden. Dass in der 

vom Handel abgelehnten Vanilleschote unterschiedliche 

Mengen an Fuselalkoholen nachgewiesen wurden 

(der Nachweis an sich bestärkt die anfängliche 

Theorie eines bakteriellen Abbaus), mache die 

unterschiedlichen Stärken jeder einzelnen Headspace-Technik 

deutlich. Während jede einzelne 

ihre Schwächen haben mag, ermöglicht ihre Kombination, 

das Gesamtbild der Inhaltsstoffe einer 

Aromaprobe vollends rund zu machen. Als günstig 

erweist es sich für den Anwender, wenn er auf alle 

Headspace-Techniken, sprich: SPME, HSSE, dynamische 

Headspace (DHS) und die direkte thermische 

Desorption (DTD) zurückgreifen kann. Realisieren 

lassen sie sich jedenfalls auf einem automatisierten 

Komplettsystem von GERSTEL. 

Quellen 

Total-Ion-Chromatogramm einer tahitianischen Vanille mittels DTD-TDU-GC/MS. Gefunden wurden folgende 

Komponenten: 2-(5H)-Furanon, 2-Hydroxy-2-cyclopenten-1-on, 2-Acetyl-2-hydroxy-gamma-butyrolacton, 

3,5-Dihydroxy-2-methylpyran-4-on, 3-Phenyl-2-propensäure, 4-Hydroxy-2-methoxyzimtaldehyd, 4-(4-Hydroxy- 

3-methoxyphenyl)-3-buten-2-on (E), 2 Isomere von 2-(4-Hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,3-dioxan-5-ol, Kauren 

und z-12-Pentacosen. 

[1] Stephen J. Toth: Comparison and integration of 

analytical methods for the characterization of 

vanilla chemistry. Proquest, Umi Dissertation 

Publishing 2012 

[2] Flavor, Fragrance, and Odoor Analysis, 2. Ausgabe, 

CRC Press, Taylor & Francis Group 2012 


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Das lesen Sie in unserer nächsten Ausgabe 

Im Internet 

THEMENSCHWERPUNKT 

MATERIALANALYSE 


Kundenzeitschrift der GERSTEL GmbH & Co. KG · Eberhard-Gerstel-Platz 1 · 45473 Mülheim an der Ruhr · Telefon +49 208 - 7 65 03-0 · gerstel@gerstel.de 

Nr. 47 Dezember 2013 

ISSN 1618 5900 

GERSTEL hat einen Weg gefunden, wie Anwender ein Maximum 

an Informationen aus einer Materialprobe herausholen können – 

ohne das GC/MS-System extra auf- oder umzurüsten. Als Lösung 

entwickelten die GERSTEL-Experten ein spezielles Pyrolyse-Modul 

(GERSTEL-Pyro), das sich im Handumdrehen in die GERSTEL- 

ThermalDesorptionUnit (TDU) einführen lässt. Die Kombination 

von Thermodesorption und Pyrolyse und das zugrundeliegende 

modulare Konzept eröffent neue Einblicke und Möglichkeiten in 

der Materialanalyse. 

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finden Sie im Internet unter www.gerstel. 

de. Dort finden Sie u. a. auch die vorliegende 

GERSTEL Aktuell 47 sowie die 

PDF-Dateien vieler weiterer Schriften des 

Unternehmens zum Herunterladen. 


Sollten Sie 

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Beiträge 

in dieser 

47. Ausgabe 

der „GERSTEL Aktuell“ haben 

oder ergänzende Informationen 

wünschen, freuen wir uns auf 

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finden Sie wie gewohnt im Internet 

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GERSTEL Aktuell Nr. 47 - Gerstel GmbH & Co.KG

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