Evaluation einer neuen Generation SPME: Empfindlich, zuverlässig und automatisierbar

Transkript

1 Evaluation einer neuen Generation SPME: Empfindlich, zuverlässig und automatisierbar Andreas Kremser

2 Überblick 1. Arbeitsfeld Mikroextraktion in der IAC 2. Grundlegendes zur SPME 3. Die Entwicklung von PAL SPME-Arrow 4. Integration in Analysensysteme 5. Erste Experimente und Resultate 6. Zusammenfassung und Ausblick

3 1. Arbeitsfeld Mikroextraktion in der IAC

4 1. Arbeitsfeld Mikroextraktion in der IAC - Probenvorbereitung ist oft essentieller Schritt in der Analytik (GiGo Prinzip) - Vollständige Automation wird dabei zur zentralen Anforderung - Grüne Analytik : Erwünschter Verzicht auf Lösungsmittel - Mikroextraktionstechniken können diese Punkte erfüllen und bereits zahlreiche, traditionelle Probenvorbereitungstechniken ersetzen

5 1. Arbeitsfeld Mikroextraktion in der IAC - Headspace-Analytik: Robust, empfindlich, gut automatisierbar

6 1. Arbeitsfeld Mikroextraktion in der IAC - SPE: Festphasenextraktion für z.b. großvolumige Wasserproben - Via ITSP auf CTC PAL RTC voll automatisierbar - Derzeit bei uns in der Evaluation, siehe ausgestelltes Poster

7 2. Grundlegendes zur SPME

8 2. Grundlegendes zur SPME - Seit ihrer Entwicklung im Jahre 1989 blieb das instrumentelle Grundgerüst der SPME praktisch unverändert Kapillare mit 0,55 bis 0,6mm Außendurchmesser Innere Faser mit etwa 0,5mm Durchmesser Maximal 0,6µL einer festen Sorptionsphase

9 2. Grundlegendes zur SPME - Trotz den grundsätzlichen Stärken des Systems und geringfügigen Verbesserungen blieben Phasenvolumina und mechanische Stabilität kritisch n f ~ K fs V f n s Technik Übliche Phasenvolumen SPME 0,6 µl SPDE 4,5 µl SBSE 315 µl

10 3. Die Entwicklung von PAL SPME-Arrow

11 3. Die Entwicklung von PAL SPME-Arrow - Grundsatz: Verbesserung von mechanischer Stabilität und Phasenvolumen ohne die Vorteile des Systems einzuschränken

12 3. Die Entwicklung von PAL SPME-Arrow - 25-Fach gesteigertes Phasenvolumen für verbesserte Extraktionsausbeuten und Sensitivitäten - Verbesserter Schutz der Phase und stabileres Design durch geschlossene Konstruktion während dem Transfer

13 3. Die Entwicklung von PAL SPME-Arrow

14 3. Die Entwicklung von PAL SPME-Arrow - Problemlose Umsetzung aller bekannten SPME-Phasenmaterialien möglich - Gesteigerte maximale Länge (3 cm) der Phasen bietet zusätzliche Flexibilität hinsichtlich heterogener und homogener Mischphasen

15 4. Integration in Analysensysteme

16 4. Integration in Analysensysteme - Problemlose Integration in PAL RTC SPME Tools SPME Arrow 1,15mm Arrow 1,5mm

17 4. Integration in Analysensysteme - Geringfügige Modifikationen des GC-Injektors auf Grund des gewachsenen Durchmessers der Fiber - Problemlose Kompatibilität bereits bestätigt für Thermo SSL, Varian SPI, Agilent SSL sowie Shimadzu GC-2010 SSL Injektoren

18 5. Erste Experimente und Resultate

19 5. Erste Experimente und Resultate - Wie stark ist der Effekt der vergrößerten Sorptionsphasen? - Exemplarisch: Volatile Analyten extrahiert aus Wein via SPME und Arrow Phasen, direkter Vergleich der erhaltenen Chromatogramme - Messbedingungen: GCMS: Varian 3400/ Saturn Ionenfalle Injektor: SPI bei 250C Trägergas: Wasserstoff bei einem konstanten Druck von 0.5 bar, splitlos Säule: BGB-WAX, 25m, 0.25mm, 0.25µm Autosampler: Combi PAL Probe: 5mL Wein + 5mL NaCl Lösung gesättigt Extraktion: 10min aus dem Headspace bei 60C SPME Phase: PDMS 100µm / 10mm Arrow Phase: PDMS 100µm / 20mm

20 5. Erste Experimente und Resultate TIC - 1. Isoamylacetat - 2. Ethylhexanoat - 3. Ethyloctanoat Ethyldecanoat - 5. Phenylethylalkohol 6-6. Octansäure 5 Arrow (3,8 µl) SPME (0,6 µl)

21 5. Erste Experimente und Resultate - Bestimmung Umweltrelevanter PAK via Mikroextraktion durch verschiedene SPME und Arrow-Phasen - Vergleich der prozentual extrahierten Stoffmengen durch die versch. Phasen - Messbedingungen: GCMS: Thermo Trace GC Ultra mit DSQII Injektor: SSL bei 250C Trägergas: Helium, konstanter Fluss von 1,5mL / min, Splitprogramm von 0-10 Säule: Restek Rxi-PAH, 30m, 0.25mm, 0.25µm Autosampler: Combi PAL Probe: 19mL Wasser mit jeweils 50ng/L PAK Extraktion: 50min aus der Lösung bei 40C SPME Phase: PDMS 100µm / 10mm Arrow Phasen: PDMS 100µm / 20mm sowie 250µm / 15mm und 250µm / 30mm

22 5. Erste Experimente und Resultate

23 5. Erste Experimente und Resultate - Bestimmung Umweltrelevanter PAK via Mikroextraktion durch verschiedene SPME und Arrow-Phasen - Gut erforschte Beispielanalyten für eine fundierte Einordnung der Leistungsfähigkeit des Arrows - Messbedingungen: GCMS: Shimadzu GCMS-2010 Ultra Injektor: SSL bei 280C Trägergas: Helium, konstanter Fluss von 1,5mL / min, Splitprogramm von 0-10 Säule: Restek Rxi-PAH, 30m, 0.25mm, 0.1µm Autosampler: PAL RTC Probe: 19mL Wasser mit jeweiligen Mengen an Analyten und internen Standards Extraktion: 50min aus der Lösung bei 35C SPME Phase: PDMS 100µm / 10mm Arrow Phasen: PDMS 100µm / 20mm sowie 250µm / 15mm

24 5. Erste Experimente und Resultate Tabelle 1: Nachweisgrenzen in pg / L für drei umweltrelevante PAK, in Korrelation zu Literaturwerten Referenz Phase Naphthalin Acenaphthen Phenanthren Cheng 2013 SPME 100µm Roy 2005 SBSE Kremser 2014 SPME 100µm Kremser 2014 Arrow 100µm/20mm Kremser 2014 Arrow 250µm/15mm Literatur: 1. Cheng, X. F., J.; Peterkin, E., Water Research 2013, 47, Roy, G.; Vuillemin, R.; Guyomarch, J., Talanta 2005, 66 (3),

25 5. Erste Experimente und Resultate - Vor dem Hintergrund aktueller und kommender Regularien ist diese zusätzliche Sensitivität dringend erforderlich: Ein Beispiel - Benzo(a)pyren wird von der seit 2013 gültigen Novellierung der Wasserrahmenrichtlinie auf strenge 170pg/L reguliert (UQN). Tabelle 2: Nachweisgrenzen in pg / L für Benzo(a)pyren, in Korrelation zu Literaturwerten Referenz Phase Methode Benzo(a)pyren Cheng 2013 SPME 100µm GC-MS 3600 Pérez-Carrera 2007 SBSE 500µm GC-MS (LV) 100 Kremser 2014 SPME 100µm GC-MS 660 Kremser 2014 Arrow 100µm/20mm GC-MS 156 Kremser 2014 Arrow 250µm/15mm GC-MS 106 Literatur: 1. Cheng, X. F., J.; Peterkin, E., Water Research 2013, 47, Pérez-Carrera E.; Léon-Léon, Journal of Chromatography A 2007, 1170,

26 6. Zusammenfassung und Ausblick

27 6. Zusammenfassung und Ausblick - Höhere mechanische Stabilität steigert die Zuverlässigkeit der Methode - Verbesserte Sensitivität für anspruchsvollere Anwendungen - Zusätzliche Flexibilität beim Phasendesign durch größere Abmessungen PAL SPME-Arrow hat großes Potenzial dem etablierten Feld der SPME zu neuen Impulsen zu verhelfen

28 6. Zusammenfassung und Ausblick - Weitere Ziele des Projekts: 1. Evaluation alternativer Phasenmaterialien und Mischphasen 2. In Vitro Samplings mit dem Arrow 3. Evaluation optimierter Agitationslösungen für die Extraktion

29 7. Danksagung Wir danken unseren Projektpartnern für Material und Unterstützung: