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Chromatographie

Die Chromatographie ist eine Methode zur Untersuchung von Substanzgemischen. Sie beruht auf der physikalischen Auftrennung von Substanzgemischen anhand deren Polarität. Die einzelnen Substanzen werden auf einer Trennsäule – je nach chemischer Beschaffenheit und/oder Flüchtigkeit – unterschiedlich lange zurückgehalten und kommen damit zu unterschiedlichen Zeiten am Ende der Trennsäule am Detektor an. Jede aufgetrennte Substanz entspricht bei ausreichender Intensität einem Signal-„Peak“ im Chromatogramm entlang der Zeitachse.

 

Gaschromatographie (GC):

Bei der Gaschromatographie erfolgt die Auftrennung in einem Trägergasstrom. Die Proben müssen vollständig und unzersetzt verdampfbar sein oder bereits gasförmig vorliegen. Alle Gaschromatographen in unserem Labor sind mit Massenspektrometern (MS) ausgestattet. Hierbei werden nach Ionisierung der Substanzen charakteristische Massenfragmente erzeugt und detektiert. Es stehen sowohl Geräte mit einem Single-Quad als auch Triple-Quadrupol-Detektor (zwei Fragmentierungsschritte in Folge à höhere Selektivität und Empfindlichkeit) zur Verfügung. Anhand eines charakteristischen Fragmentierungsmusters lässt sich mit Hilfe von Spektrenbibliotheken auf die chemische Struktur der Substanz schließen.

Eine Besonderheit ist der olfaktorische Detektor. Hier kann gleichzeitig zur GC-MS-Analyse eine geruchliche Wahrnehmung der Analyten an einem sog. „Sniffing Port“ erfolgen. Die geruchlich wahrgenommenen Substanzen können mit der Identifizierung von Verbindungen aus der GCMS-Analyse überlagert und verglichen werden.

Aufgabesysteme in der Gaschromatographie:

Für die Überführung der Probe in die Gasphase stehen in Abhängigkeit vom zu untersuchenden Substanzgemisch nachfolgende Methoden zur Probenaufgabe zur Verfügung:

Headspace: Die Probe (Feststoff oder Flüssigkeit) wird in einem Glasgefäß mit einem Septum gasdicht verschlossen und erhitzt. Dadurch stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Proben- und Gasphase ein. Durch eine Injektionsnadel wird ein Aliquot des Gasstromes über eine Transferline in den Gaschromatographen überführt.

Flüssiginjektion: Die als Flüssigkeit vorliegende Probe (ggf. nach Probenvorbereitung mittels Extraktion mit einem geeigneten Lösemittel) wird über eine automatisierte Mikroliter-Spritze auf die Trennsäule überführt.

Pyrolyse: Bei der Pyrolyse wird ein Feststoff für kurze Zeit einer definierten sehr hohen Temperatur ausgesetzt und somit zersetzt. Die gasförmigen Zersetzungsprodukte gelangen dann in den Injektor des GC. Dieses Verfahren hat sich insbesondere bei der Analytik von Kunststoffen bewährt.

Thermodesorption: Ein Feststoff oder eine Flüssigkeit wird in einem Desorptionsröhrchen im Inertgasstrom erhitzt. Die dabei ausgasenden Substanzen werden in einer Kühlfalle kryofokussiert. Nach Ende der Desorptionsphase wird die Kühlfalle aufgeheizt und die Substanzen auf die Trennsäule überführt.

Die Thermodesorption spielt besonders bei der Messung von Luftproben auf Innenraumschadstoffen eine große Rolle.

Bei der Probenahme wird Raumluft auf Röhrchen gezogen, die das Adsorbermaterial Tenax enthalten. Dieses speichert leicht- und mittelflüchtige organische Verbindungen. Die Analyten werden im Labor mittels Thermodesorption wieder von der Tenax-Füllung des Röhrchens freigesetzt und gaschromatographisch erfasst.

Ein weiteres Einsatzgebiet stellt die Untersuchung von verunreinigten Bauteilen im Industriebereich dar. Hierzu werden die organischen Rückstände von der Probe präpariert und in ein Röhrchen zur Thermodesorption gegeben.

Thermoextraktion: Dieses Verfahren entspricht im Prinzip der Thermodesorption, ist jedoch für größere Proben ausgelegt. Die Probe wird im Inertgasstrom erhitzt, ausgasende Verbindungen werden jedoch nicht direkt kryofokussiert, sondern zunächst von einem Adsorbermaterial aufgenommen. Im Anschluss an die Thermoextraktion erfolgt die Thermodesorption des Adsorbermaterials.

SBSE (Stir Bar Sorptive Extraction): Dabei handelt es sich um ein mit einer Membran aus Silikonmaterial beschichtetes Magnetrührstäbchen. An dem hydrophoben Sorbensmaterial adsorbieren aus wässrigen Lösungen organischen Verbindungen. Nach der Extraktion wird die hydrophobe Membran mit einem Zellstofftuch getrocknet und der Magnetrührfisch im Thermodesorptionsverfahren untersucht.

Typische Anwendungsbereiche sind:
  • Bestimmung von Schadstoffen in der Raumluft
  • Vergleich von Betriebshilfsstoffen
  • Untersuchung von Additiven in Kunststoffen
  • Prüfung von metallischen Oberflächen auf Kontamination mit organischen Verbindungen (z. B. Produktionsrückstände)
  • Bestimmung von Schadstoffen in Staub und Material

Flüssigkeitschromatographie (LC):

HPLC:

Die High Performance Liquid Chromatographie (kurz: HPLC) wird zur Bestimmung von nicht flüchtigen organischen Substanzen eingesetzt. Je nach verwendeter Trennphase lassen sich sowohl polare als auch unpolare Substanzen untersuchen. Da die Probe in flüssiger Form vorliegen muss, wird zunächst ein geeigneter Extrakt von festen, flüssigen oder gasförmigen (auf Absorbermaterial gezogenen) Proben erstellt. Dieser Extrakt wird dann mit einer gepackten Säule aufgetrennt und mit einem UV/VIS-Detektor erfasst.

Typische Anwendungsgebiete sind:
  • Aldehyde in der Raumluft (DNPH)

LC-MS/MS:

Für die Bestimmung von polaren und schwerflüchtigen Verbindungen steht ein Flüssigkeitschromatograph, gekoppelt mit einem Triple Quadrupol-Massenspektrometer (MS) zur Verfügung. Bei letzterem handelt es sich um ein sog. Tandem-MS-System (MS/MS), mit dem Massenübergänge detektiert werden können. Nach chromatographischer Auftrennung der Analyten werden diese anschließend anhand ihrer Molekül- und/oder Fragmentmassen identifiziert und quantifiziert. Generell können mit Tandem-MS-Systemen Selektivität und Empfindlichkeit der Messungen erhöht werden.

Anwendungen umfassen u. a. die Bestimmung:
  • polarer Biozide (u. a. Carbamate, Isothiazolinone)
  • quartärer Ammoniumverbindungen (QAV bzw. QUATs)
  • polarer Verbindungen der SVHC-Liste
  • innenraumrelevanter Mykotoxine

Ionenchromatographie (IC):

Die Ionenchromatographie ist eine Spezialform der HPLC und dient zur Bestimmung von Salzen (Anionen, Kationen) in wässrigen Lösungen oder der Ermittlung ionischer Oberflächenkontaminationen im Spurenbereich (0,001-1 mg/l).

Bei der Ionenchromatographie werden ionische Verbindungen (Anionen oder Kationen) über eine Chromatographiesäule unter Verwendung eines flüssigen Laufmittels (Eluent) aufgetrennt und mittels eines Leitfähigkeitsdetektors gemessen. Über die Laufzeit (Retentionszeit) und die Flächenintensität (Größe des Signals) werden die Substanzen identifiziert und quantifiziert. Für die Quantifizierung (Konzentrationsbestimmung) wird über eine Kalibrierfunktion ausgewertet.

Typische Anwendungsgebiete sind:
  • Untersuchung von Anionen in wässrigen Lösungen z. B. Chlorid, Nitrat, Sulfat, Acetat und Chromat
  • Untersuchung von Alkali- und Erdalkalimetallen in wässriger Lösung z. B. Natrium, Kalium, Magnesium und Ammonium
  • Bestimmung von ionischen Oberflächenkontaminationen im Spurenbereich z.B. Aluminiumdruckgußbauteile, Baugruppen