Titelbild der PAK Workstation

CHRONECT Workstation PAK

PAK zeitsparend und mit hoher Empfindlichkeit bestimmen

Analytik von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, PAK oder PAH, gehören zu den am meisten untersuchten Kontaminanten in unterschiedlichen Matrices, denn zahlreiche Vertreter dieser Stoffgruppe gelten als potentiell krebserregend.

Die Bestimmung von PAK ist eine große Herausforderung für die Analytik. Der Grund liegt unter anderem in der Vielzahl an möglichen Lebensmittelmatrices. Zusätzlich müssen Laboratorien Anforderungen wie die Verringerung der Probenbearbeitungszeit bewältigen, ohne Einbußen bei analytischen Kenngrößen wie Empfindlichkeit, Präzision und Richtigkeit zu verzeichnen. Dadurch werden hochgradig automatisierte Analyseverfahren für die Analytik benötigt.

Vorteile der automatisierten Bestimmung von PAK

  • LOD 1/100 des Grenzwertes für Säuglingsnahrung (Beispielsubstanz: Benzo[a]pyren)
  • keine Verbrauchsmaterialien wie SPE-Kartuschen aufgrund eines LC-LC-Clean-Ups
  • längere Wartungsintervalle durch Clean-Up-Technologie
  • schnelle Ergebnisse
  • Schonung des GCs
  • hoher Automatisierungsgrad
  • exzellente Reproduzierbarkeit
  • ausbaufähig auf weitere Applikationen

Fallstrick Probenvorbereitung

Alle Proben müssen vor der eigentlichen Messung aufbereitet werden. Je nach Probenmatrix ist dies einfacher oder komplexer. Aufgrund der notwendigen Empfindlichkeit muss mit einer hohen Lebensmitteleinwaage gearbeitet werden, aus welcher die PAK extrahiert werden müssen. Hierbei ist allerdings darauf zu achten, neben den PAK nicht weitere Substanzen zu extrahieren, die die Analytik verfälschen oder im schlimmsten Fall die teuren Analysengeräte beschädigen können.

Die ideale Grundlage für die Bestimmung von PAK bildet die CHRONECT LC-GC-Technologie von Axel Semrau, die sich seit einigen Jahren in der Routineanalytik von Lebensmitteln etabliert hat. Für diese Applikation wurde eine LC-LC-GC-MS(/MS)-Lösung und die imPAHct-Methode entwickelt: innovative multidimensional PAH cleanup technology.

Manuelle Vorarbeiten an der Probe und damit verbundene Fallstricke können durch diese Anwendung auf ein Minimum reduziert werden. Die Abbildung zeigt den Ablauf der Probenvorbereitung mit dieser Applikation in Abhängigkeit der Lebensmittelgruppe. Speiseöle können meist nach Verdünnen direkt eingespritzt werden, während andere Lebensmittel in nur 10-15 Minuten vorbereitet sind.

Methodik

Um PAK zu bestimmen, wird eine einfache und schnelle Extraktion der Probe durchgeführt. Der Extrakt wird nach kurzer manueller Bearbeitung im LC-GC-System von Axel Semrau durch eine zweistufige LC-Trennung aufgereinigt (LC-LC-Cleanup).

Nach Injektion der Probe durch den xyz-Roboter CHRONECT Robotic, wird die Probe von allen Substanzen befreit, die polarer als PAK sind. Dazu wird eine unbelegte Kieselgelsäule im Normalphasen-HPLC-Modus eingesetzt.

Die aufgereinigte PAK-Fraktion enthält jedoch noch zahlreiche interferierende Substanzen, die mittels einer zweiten LC-Dimension abgetrennt werden müssen. Dazu wird eine sogenannte π-Donor-Akzeptor-Chromatographie eingesetzt, die selektiv π-elektronenreiche Substanzen anreichern kann. Der so erhaltene PAK-reiche Probenextrakt wird dann, wie zuvor beschrieben, in den Gaschromatographen überführt und mittels klassischer GC-MS(/MS)-Analytik aufgetrennt, detektiert und quantifiziert.

Schnelle Ergebnisse und niedrige Nachweisgrenzen

Durch dieses intelligente Matrixmanagement wird es möglich, die PAK, die von der EFSA zur Analyse vorgeschrieben sind, vollautomatisch zu bestimmen. Je nach Detektor werden Nachweisgrenzen erreicht, die um den Faktor 100 geringer sind als die vorgeschriebenen europäischen Grenzwerte für Säuglingsnahrung.

Das finale Probenergebnis steht nach Einstellen der Probe ins System nach 45 min zur Verfügung.

Spezifikationen

  • LOD für alle EFSA PAK zwischen 0,01 – 0,02 µg/kg
  • LOQ für alle EFSA PAK < 0,06 µg/kg
  • Die Empfindlichkeiten gelten bei Einsatz eines aktuellen GC-MS-Systems
  • Wiederholpräzision < 10 % für Gesamtverfahren
  • Analysendauer: 45 min

Systemaufbau

Für das System wurden bereits erfolgreich klassische Baugruppen von Agilent und Shimadzu verwendet. Ebenso ist die Verwendung anderer GC-MS-Systeme, wie von Bruker o.a., möglich. Kernstück zur Steuerung und Zusammenführung der einzelnen Module stellt die Steuersoftware CHRONOS dar. In Kombination mit dem LC-GC-Interface koordiniert CHRONOS alle Subsysteme, damit sie zur richtigen Zeit die richtige Aktion ausführen – und dies unabhängig vom Datensystem der einzelnen Gerätehersteller.

Inbetriebnahme

Die LC-GC-Lösungen von Axel Semrau werden im Rahmen eines Factory Acceptance Tests im Applikationslabor vorinstalliert und getestet. Sie werden einsatzfertig zum Anwender geliefert und dort im Rahmen eines Site Acceptance Tests noch einmal überprüft. So ist die schnellstmögliche Aufnahme des routinemäßigen Messbetriebs sichergestellt.

Praxisnahe Anwendung

Marco Nestola wurde 2016 für die Publikation zu dieser Trenntechnik mit dem Ernst-Bayer-Preis ausgezeichnet. Im selben Jahr schaffte es diese Applikation auch auf die Shortlist des Application Awards. Mit diesem Preis zeichnet die Laborpraxis auf der analytica praxisnahe und innovative Anwendungen aus.

Ein Graustufenbild von Janine Van den Haute

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Betriebswirt (VWA) Janine Schwafertz
Chromatographie & Automatisierung, Leitung Auftragsbearbeitung
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