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   Kurze Einführung zum Thema Probenvorbereitung


Homogenisierung:
Da häufig nur ein kleiner Teil einer Probe mit Hilfe einer bestimmten Analysenmethode analysiert wird, ist es sehr wichtig, dass die Probe homogen ist, damit die Analyten gleichmäßig (repräsentativ) verteilt sind.

Zur Homogenisierung gibt es spezielle Geräte je nach Probenbeschaffenheit (z.B. zum Mischen (Vortex), Zerkleinern, Mahlen, Sieben, usw.)

Freisetzung, Aufschluss:
Falls ein Analyt in der Probe fest gebunden vorliegt und so vom Analysenverfahren nicht erfasst werden kann, muss ein Weg gefunden werden, ihn freizusetzen.

In biologischen Matrices genügt häufig eine Hydrolyse oder eine Proteinfällung, aber bei der Elementanalyse von Feststoffen ist oft ein Aufschluss notwendig. Der kann unter anderem rein chemisch gemacht werden (z.B. mit Königswasser) oder aber unterstützt durch spezielle Geräte (wie Mikrowellenaufschlusssysteme, (Hochdruck-) Veraschungs- oder Verbrennungssysteme).

Abtrennung von Partikeln:
Zentrifugation = Abtrennung von Partikeln oder Niederschlag aus einer flüssigen Phase durch Ausnutzung der Zentrifugalkraft. Durch eine hohe Anzahl von Umdrehungen (z.B. mehrere Tausend pro Minute) werden die festen Partikel am Boden des Zentrifugengefäßes quasi zusammengepresst und die Flüssigkeit kann dekantiert oder abpipettiert werden.
Nachteil: leichtere Schwebstoffe können in der Flüssigkeit verbleiben. In dem Fall ist eine Filtration vorzuziehen.

Filtration = Abtrennung von Partikeln aus einer Flüssigkeit an einer festen Oberfläche. Je nach Größe der Poren dieser Oberfläche können Partikel mit unterschiedlicher Größe aus der Probe entfernt werden.

Zur Filtration stehen zur Verfügung (in vielen verschiedenen Ausführungen für die unterschiedlichsten Anwendungen):

  • Papierfilter
  • Glasfaserfilter
  • Membranfilter

Auch das Verdünnen und Pipettieren gehört zur Probenvorbereitung.

Bei der Extraktion versucht man, die gelösten Analyten aus der Matrix heraus zu holen. Zum einen stellt dies eine Aufreinigung der Probe dar (Clean-up), zum anderen kann damit auch eine Anreicherung verbunden sein.

Zur Extraktion stehen verschiedene Techniken zur Verfügung:

  • Die klassische Flüssigextraktion im Scheidetrichter, bei der eine wässrige Probe mit einem nicht wassermischbaren Lösungsmittel "ausgeschüttelt" wird. Dies kann manuell erfolgen, aber auch automatisiert in entsprechenden Schüttelmaschinen.
  • Flüssigextraktion bei erhöhter Temperatur des Lösungsmittels: Soxhlet-Extraktion, beschleunigte Lösemittelextraktion
  • Extraktion unter Druck
  • Klassische Destillation (z.B. nach Kjeldahl)
  • Bei der Festphasenextraktion werden die Analyten an einem festen Sorbens adsorbiert, die Probenmatrix läuft im Idealfall durch oder wird durch Waschschritte entfernt. Anschließend wird der Analyt mit einem geeigneten Lösemittel desorbiert. Oder: die Matrix wird an einem geeigneten Sorbens angereichert und der Analyt läuft durch.
  • Eine besondere Form der Festphasenextraktion (oder anders gesehen: ein Mittelding zwischen SPE und präparativer HPLC) ist die Flash-Chromatographie, bei der eine Aufreinigung und (anders als bei der SPE) auch eine Trennung an Sorbentien erfolgt. Hier steht aber nicht die Anlyse, sondern die (semi-)präparative Isolierung der Analyten im Vordergrund.

Einengen / Eindampfen:
Nach einer Extraktion ist es häufig notwendig, den enthaltenen Extrakt einzuengen oder gar zur Trockne einzudampfen, um eine (weitere) Anreicherung zu erhalten oder den nächsten Schritt vorzubereiten (wie eine Derivatisierung oder ein Lösemittelwechsel). Dazu sind Rotationsverdampfer im Einsatz oder auch zentrifugenähnliche Geräte mit Kühlung/Heizung/Vakuum, Gefriertrockner sowie Geräte, die zusätzlich unter Inertgas-Einfluss einengen.

Derivatisierung:
Häufig ist es notwendig, die Analyten vor der Messung chemisch umzusetzen, etwa

  • um eine bessere Stabilität zu erreichen (z.B. bei thermisch labilen Substanzen vor der gaschromatographischen Bestimmung).
  • um eine höhere Flüchtigkeit zu erreichen bzw. eine Substanz überhaupt erst GC-gängig zu machen.
  • um die Empfindlichkeit der Messung zu erhöhen, z.B. durch Einführung halogenierter Gruppen für die ECD-Detektion am GC, durch Einführung eines Chromophors in der HPLC mit UV-Detektion oder einer fluoreszierenden Gruppe für die HPLC-Fluoreszenz-Detektion.

Viele Arbeitsschritte der Probenaufbereitung sind personal- und zeitaufwändig und damit teuer. Kein Wunder also, dass Automatisierung jeglicher Art ein wichtiges Thema ist.

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