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Bestimmung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen in Bedarfsgegenständen und Verbraucherprodukten

Wydra, Nicole Elisabeth - Bergische Universität Wuppertal (2012)


Die in dem Dokument ZEK-01.2-08: "Prüfung und Bewertung von Polycyclischen Aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) bei der GS-Zeichen-Zuerkennung" beschriebene gaschromatographische Bestimmungsmethode der 16 EPA-PAK wurde in einem Analysen-Labor eingeführt und validiert. Im Hinblick auf eine einfachere Handhabung und einer Effizienzsteigerungbei der Probenvorbereitung als auch -aufreinigung wurden einzelne Schritte der Methode systematisch optimiert. Die Probenzerkleinerung wurde durch Verwendung einer Schneidmühle automatisiert. Mit Hilfe dieses Werkmittels konnten sowohl sehr harte und groß dimensionierte Kunststoffe bis hin zu sehr weichen, elastischen Materialien schnell und homogen in die benötigten Probenpartikelgrößen zerkleinert werden. Die Robustheit des Gerätes erlaubte weiterhin die Zerkleinerung von zuvor zum Verspröden in flüssigen Stickstoff eingetauchten Elastomeren und Gummi-Produkten.

Die aufwendige Probenaufreinigung über die mit Kieselgel selbst zu befüllenden Glassäulen konnte auf maschinell gefertigte, dichter gepackte Kieselgel-Kartuschen für den angestrebten Analysenzweck und den zu erwartenden Konzentrations- bereich übertragen werden. Diese optimierte Aufreinigungsmethode erspart nun die aufwendige Vorbereitung des Sorbens und der Glaswaren für die Aufreinigung der Extrakte. Durch das nun einheitlicher und dichter gepackte Kartuschenmaterial konnte eine schnellere, Lösungsmittel sparende und vor allem effektivere Aufreinigung erzielt werden.

Der Großteil der Analysen von Bedarfsgegenständen und Verbraucherprodukten ergab kaum nachweisliche bzw. nur geringe Gehalte an polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen in den Polymeren. Die Konzentrationen der Analyten liegen deutlich unter denen für die drei Materialkategorien in dem Dokument ZEK-01.2-08 festgelegten Höchstgehalte. Diese Analysenergebnisse belegen, dass es durchaus Materialien gibt, die nach guter Herstellungspraxis und mit geeigneten und reineren Rohstoffen hergestellt werden können.

Bei den im Rahmen dieser Arbeit vorgenommenen Analysen sind besonders Weich-Kunststoffe, Gummi-Materialien und Elastomere aufgefallen, aus denen bei der Extraktion mit dem Lösungsmittel Toluol zusätzlich Substanzen herausgelöst werden, die eine gaschromatographische Analyse nachweislich erschweren.

Diese ebenfalls aus den Materialien herausgelösten Inhaltsstoffe besitzen ähnliche Dampfdrücke wie die zu untersuchenden Analyten und stören eine eindeutige Auswertung der Aromaten bei der gaschromatographischen Analyse. Die Aufreinigung über modifizierte Sorbentien sowie polymeren Festphasen konnte bei den untersuchten Probenextrakten nicht für eine vollständige, erfolgreiche Abtrennung der Matrix herangezogen werden. Die beobachteten Interferenzen treten besonders im molekularen Massenbereich zwischen m/z 178 und 228 Da auf. Weder die in der ZEK-Methode noch die in dieser Arbeit optimierte Aufreinigung ermöglichten die vollständige Abtrennung der interferierenden Matrixkomponenten. Mittels fraktionierter Elution konnte gezeigt werden, dass diese Störverbindungen nicht nur den PAK ähnliche Dampfdrücke, sondern auch ähnlich unpolare Eigenschaften besitzen. Sie erfahren somit bei der Festphasenextraktion kaum Wechselwirkungen mit dem Sorbens und können somit nicht von den interessierenden aromatischen Kohlenwasserstoffen abgetrennt werden.

In einem zweiten Schwerpunkt wurde für die Analyse der komplexen Matrices die Trennleistung der comprehensive zweidimensionalen Gaschromatographie demonstriert. Mit Hilfe dieser äußerst effektiven Trenntechnik können komplexe Matrices nicht nur hinsichtlich Ihrer Zusammensetzung analysiert werden. Sie kann auch zur instrumentellen Abtrennung von Matrixinterferenzen von den zu bestimmenden Analyten verwendet werden. In mit Störsubstanzen belasteten Extrakten konnten so die enthaltenen polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe erfolgreich qualifiziert werden. Neben der Qualifizierung über die Detektion mittels Massenspektrometer konnte nach Kalibrierung auch eine Quantifizierung erfolgen.

Die Effizienz dieser zweidimensionalen Technik konnte bei weiteren Untersuchungen von ausgewählten Verbraucherprodukten im Kontakt mit der Haut des Menschen demonstriert werden. Die ausgewählten, geruchsauffälligen und im hohen Maße die EPA-PAK enthaltenden Polymere wurden mittels der optimierten Analysentechnik untersucht. Durch die Entkopplung der Trennmechanismen der Kapillaren in der ersten und zweiten Dimension erfolgte die für die comprehensive zweidimensionale Technik typische Verteilung der Analyten in Clustern bzw. Substanzgruppen und deren Anordnung im 2D-Plot. Die Untersuchungsergebnisse der Realproben zeigten neben den hohen Gehalten an den 16 EPA-PAK auch eine Vielzahl anderer Isomere und Kongenere der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe.


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