DE10044044C2 - Verfahren und Aufbereitungsgefäß zum Nachweis organischer Verbindungen in flüssigen Phasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Aufbereitungs­ gefäß gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3.

Die Festphasenmikroextraktion (solid-phase microextraction, abgekürzt SPME) wurde zuerst in der Arbeit von Belardi und Pawliszyn (Water Pollut. Res. J. Can. 24 (1989) 179-191) beschrieben. Sie beruht darauf, daß sich Analyten zwischen einer Matrix (Wasser, Boden, Luft u. a.) und einer auf einer Quarzfaser immobilisierten extrahierenden Phase (z. B. Poly­ dimethylsiloxan) verteilen. Nach einer definierten Zeit o­ der der Gleichgewichtseinstellung wird die Faser in den In­ jektor eines Gaschromatographen überführt und thermisch de­ sorbiert.

Weiterhin ist bekannt, daß die SPME und die HPLC gekoppelt wurden (Anal. Chem. 67 (1995) 2530-2533). Das dafür einge­ setzte Interface besteht aus einem Sechs-Wege-Ventil und einer Desorptionskammer mit kleinem Volumen. Der Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, daß die Desorption nicht in den Autosampler eines HPLC-Gerätes eingebunden ist, also manuell erfolgt. Zudem ist das injizierte Flüssigkeitsvolu­ men mit etwa 80 µl so groß, daß Peakverbreiterungen auftre­ ten können. Die Elutionskraft der verwendeten mobilen Phase reicht oft nicht für eine völlige Desorption (Critical Reviews in Anal. Chem. 27 (1997) 103-135).

Darüber hinaus ist bekannt, daß eine völlige Trennung der Desorptionsstufe vom Transfer in die HPLC-Säule bei einem automatisierten In-Tube-System vorgenommen werden kann (A­ nal Chem. 69 (1997) 3140-3147). Ein Teilstück eine Gas­ chromatographie-Säule wird als Schleife in einem Sechs- Wege-Ventil untergebracht. Die Probe wird mit einer Spritze aus einem Vial durch die Säule gezogen und mehrfach in das Vial zurückgedrückt, so daß die Analyten auf dem Säulen­ stück angereichert werden. Danach wird aus einem anderem Vial Methanol entnommen und damit die Analyten desorbiert. Anschließend erfolgt die Übergabe des Schleifenvolumens (ca. 40 µl) auf die Trennsäule.

Der Nachteil liegt, trotz der Möglichkeit, das Verfahren vollständig zu automatisieren und mit kleinem Schleifenvo­ lumen zu arbeiten, in der aufwendigen Betriebsweise, wie das vielfache Hin- und Herbewegen von kleinen Probenmengen, die schwer an übliche HPLC-Konzepte angepaßt werden kann.

Schließlich wird in der DE 197 53 701 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quasi-kontinuierlichen Bestimmung von anorganischen oder organischen Inhaltsstoffen in verschie­ denen Fluiden, wobei die Überwachung organischer Kontamina­ tionen in Trink-, Oberflächen- und Abwasser durchgeführt werden kann, angegeben. Die Bestimmung der anorganischen oder organischen Inhaltsstoffe in den Fluiden erfolgt hier letztendlich in gas-chromatographischen Einrichtungen. Die gas-chromatographischen Einrichtungen haben aber den Nachteil, dass dort in der Regel mit höheren Temperaturen gear­ beitet wird, so dass bei der Bestimmung der Inhaltsstoffe immer die Temperaturbeständigkeit beachtet werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Aufbe­ reitungsgefäß anzugeben, das es ermöglicht, unter Verwen­ dung konventioneller SPME- und HPLC-Autosamplertechnik vollautomatisiert eine effektive Anreicherung mit vollstän­ diger Desorption in ein geringes Probenvolumen und Injekti­ on eines hohen Anteils dieses Probenvolumens zu erreichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 3 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

So ist das Verfahren zum Nachweis organischer Verbindungen in flüssigen Phasen mittels Festphasenmikroextraktion unter Einsatz einer außen beschichteten Extraktionsfaser mit an­ schließender Desorption und Injektion in eine chromatographische Anlage, wobei die Extraktion, die Desorption und die Injektion automatisch und on-line gekoppelt durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktion der organischen Verbindungen mittels einer oder mehrerer Extraktionsfaser(n) durchgeführt wird, zur Desorption ein Volumen kleiner als 30 µl vorgesehen ist, welches zu einem großen Teil oder vollständig in die als Hochleistungs-Flüssigchromatographie-Anlage ausgebildete chromatographische Anlage injiziert wird, wobei für die Desorption und Injektion der Probe ein speziell ausgebildetes Aufbereitungsgefäß eingesetzt wird.

Dieses erfindungsgemäß eingesetzte und ausgebildete Aufbe­ reitungsgefäß besteht aus einem Außengefäß, in dem ein Glaseinsatz gehaltert ist, der aus einem hohlzylindrischen Unterteil und aus einem sich in Richtung des Gefäßhalses des Außengefäßes erweiternden offenen konischen Oberteil besteht. Nach der Extraktion der Analyten aus einem großen Probenvolumen mittels einer oder mehrerer Extraktionsfasern werden diese Fasern in das zylindrische Unterteil des Glas­ einsatzes im Aufbereitungsgefäß überführt und dort in einem Lösungsmittelvolumen nicht größer als 30 µl desorbiert. Da­ durch ist es möglich, eine hocheffektive Anreicherung der Analyten aus der Probe zu erreichen und dieses dann gerin­ gere Probenvolumen in die HPLC zu überführen, wobei vor­ teilhafterweise die Extraktionsfaser vollständig entspre­ chend der Faserlänge von 10 mm vollständig von dem Lösungs­ mittel benetzt wird. Der konische Teil des Glaseinsatzes ermöglicht das sichere Einführen der Faser in den hohlzy­ lindrischen Teil. Aufgrund der Anlehnung der Form des Au­ ßengefäßes an an sich bekannte Vials ist vorteilhafterweise der Einsatz der Aufbereitungsgefäße in an sich bekannten HPLC-Autosamplern möglich.

Die Überführung der Extraktionsfaser aus dem Proben-Gefäß, in dem extrahiert wird, in den Glaseinsatz des Aufberei­ tungsgefäßes erfolgt automatisch, und zwar unter Verwendung an sich bekannten Spritzen. Die im organischen Lösungsmit­ tel desorbierten gelösten Analyten werden dann auf an sich bekannte Weise in die HPLC-Einheit injiziert. Die Extrakti­ onsfaser kann nach Reinigung wiederverwendet werden.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbei­ spiel und anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Aufbereitungsgefäßes.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst die Analyten mit Hilfe einer außen beschichteten, maximal 10 mm langen Extraktionsfaser (SPME-Faser) aus einer Flüssigkeit extrahiert. Hierzu wird die SPME-Faser in das Proben-Gefäß eingebracht, und zwar durch eine an sich bekannte Spritze, in deren Kanüle polymerbeschichtete Quarzfaser beweglich ist. Die Faser wird bei ständigem Rühren und/oder Schütteln beispielsweise 60 min der Probe bzw. dem Dampfraum über der Probe ausgesetzt. Danach wird die SPME-Faser im Extrakti­ onsgefäß in die Kanüle eingezogen und durch das Durchste­ chen des Septums in das Aufbereitungsgefäß (Fig. 1) über­ führt. Hier erfolgt die Desorption der Analyten in ca. 25 µl organischem Lösungsmittel. Nachfolgend wird ein Teil der Lösung oder die gesamte Lösung von 25 µl in eine HPLC- Anlage injiziert.

Zur HPLC-Analyse von polycyclischen aromatischen Kohlenwas­ serstoffen (PAK) in Wässern wird eine mit 100 µm PDMS be­ schichtete SPME-Faser zunächst 5 min in Acetonitril gerei­ nigt. Danach erfolgt die Extraktion aus einem 10 cm³ Vial (Expositionzeit der Faser 60 min bei ständigem Rühren der Probe) und schließlich die fünfminütige Desorption der Ana­ lyten in dem in Fig. 1 dargestellten Aufbereitungsgefäß in ca. 25 µl Acetonitril. 20 µl dieses Extraktes werden mit dem Autosampler eines HP-1100-Systems mit Fluoreszenzdetek­ tor (Hewlett Packard) injiziert. Die Trennung der polycyc­ lischen aromatischen Kohlenwasserstoffe erfolgt unter Ver­ wendung einer LiChroCART 250-3 Lichrospher PAH 5 µm-Säule bei einer Gradientenelution mit einem Acetonitril-Wasser- Gemisch. Die mit diesem Verfahren erhaltenen Nachweisgren­ zen für 15 polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Naphthalen, Acenaphthen, Fluoren, Phenanthren, Anthra­ cen, Fluoranthen, Pyren, Benzo(a)anthracen, Chrysen, Ben­ zo(b)fluoranthen, Benzo(k)fluoranthen, Benzo(a)pyren, Di­ benz(a,h)anthracen, Benzo(g,h,i)perylen und Indeno(1,2,3)pyren, liegen im Konzentrationsbereich zwischen 1 ng/l und 5 ng/l.

Das erfindungsgemäße Aufbereitungsgefäß besteht aus einem Außengefäß 1, in dem sich ein Glaseinsatz 2 befindet. Der Glaseinsatz 2 ist mittels eines Abstandshalters 5 und durch Fixierung in einem Gefäßhals 10 des Außengefäßes 1 mittels eines Verschlusses 6 axial und radial stabilisiert. Der Ab­ standshalter 5 besteht aus flexiblem Kunststoff und weist eine auf dem zylindrischen Unterteil 4 aufsitzende Man­ schette 11 auf, an der Spreizelemente 12 mit federnder Wir­ kung befestigt sind, die am Gefäßboden 9 und an der Innen­ wandung anliegen. Der Verschluß 6 weist eine Verschlußöff­ nung 7 auf, die mit einem Septum 8 verschlossen ist. Der erfindungsgemäße Glaseinsatz 2 besteht aus einem zylindri­ schen Unterteil 4 und einem sich zum Gefäßhals 10 erwei­ ternden konischen Oberteil 3. Mittels einer hier nicht dar­ gestellten an sich bekannten Spritze wird eine Extraktions­ faser, deren Beschichtung sorbierte Analyten enthält, unter Durchstechung des Septums 8 in das zylindrische Unterteil 4 des Glaseinsatzes 2 gebracht. Das konische Oberteil 3 dient hierbei als Führung für die Kanülenspitze bei der Einfüh­ rung der Spritze in das Aufbereitungsgefäß. Das zylindri­ sche Unterteil 4 ist mit einem Lösungsmittel gefüllt. Das erfindungsgemäße Aufbereitungsgefäß läßt sich aufgrund sei­ ner Formgebung in an sich bekannte Autosampler für die Auf­ gabe der Probe in eine HPLC-Anlage einsetzen.

Bezugszeichenliste

1

Außengefäß

2

Glaseinsatz

3

konisches Oberteil

4

zylindrisches Unterteil

5

Abstandshalter

6

Verschluß

7

Verschlußöffnung

8

Septum

9

Gefäßboden

10

Gefäßhals

11

Manschette

12

Spreizelemente

Claims (8)

1. Verfahren zum Nachweis organischer Verbindungen in flüssigen Phasen mittels Festphasenmikroextraktion un­ ter Einsatz einer außen beschichteten Extraktionsfaser mit anschließender Desorption und Injektion in eine chromatographische Anlage,
wobei die Extraktion, die Desorption und die Injektion automatisch und on-line gekoppelt durchgeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Extraktion der organischen Verbindungen mittels einer oder mehrerer Extraktionsfaser(n) durchgeführt wird, zur Desorption ein Volumen kleiner als 30 µl vor­ gesehen ist, welches zu einem großen Teil oder voll­ ständig in die als Hochleistungs-Flüssigchromato­ graphie-Anlage ausgebildete chromatographische Anlage injiziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Desorption und Injektion ein Auf­ bereitungsgefäß verwendet wird.

3. Aufbereitungsgefäß zur Desorption von an Extraktions­ fasern sorbierten organischen Verbindungen aus flüssi­ gen Phasen, bestehend aus einem Außengefäß (1) mit ei­ nem Glaseinsatz (2), und einem Verschluß (6) mit Septum (8), wobei der Glaseinsatz (2) aus einem hohlzylindrischen Unter­ teil (4) und aus einem sich in Richtung eines Gefäßhal­ ses (10) erweiternden konischen Oberteil (3) besteht und im Gefäßhals (10) axial geführt ist.

4. Aufbereitungsgefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des hohlzylindrischen Unterteils (4) der Länge einer Extraktionsfaser entspricht.

5. Aufbereitungsgefäß nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hohlzylindrische Unterteil (4) des Glaseinsat­ zes (2) einen Abstandshalter (5) zum Gefäßboden (9) und/oder zur Gefäßwandung aufweist.

6. Aufbereitungsgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (5) zum Gefäßboden (9) eine ab­ federnde Wirkung aufweist.

7. Aufbereitungsgefäß nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des hohlzylindrischen Unterteiles (4) des Glaseinsatzes (2) kleiner als 30 µl ist.

8. Aufbereitungsgefäß nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengefäß (1) und der Verschluß (6) mit Septum (8) eine in einen Autosampler einsetzbare Form auf­ weist.