SPECIAL PROBENVORBEREITUNG Automatisierte Probenvorbereitung zur Rückstandsanalytik

Immer wieder erschüttern Skandale verbotener Stoffe aus den Bereichen Rückstände oder Kontaminanten in Lebensmitteln das Vertrauen des Verbrauchers. Von ganz verschiedenen Stellen werden die Rufe lauter: nach einer noch intensiveren und breiter angelegten Kontrolle. Diesem an sich wünschenswerten Vorgehen stehen in vielen öffentlichen und privaten Laboratorien Finanznot und Personalengpässe entgegen.

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Immer wieder erschüttern Skandale verbotener Stoffe aus den Bereichen Rückstände oder Kontaminanten in Lebensmitteln das Vertrauen des Verbrauchers. Von ganz verschiedenenStellen werden die Rufe lauter: nach einer noch intensiveren und breiter angelegten Kontrolle. Diesem an sich wünschenswerten Vorgehen stehen in vielen öffentlichen und privaten Laboratorien Finanznot und Personalengpässe entgegen. Immer mehr Proben sind in immer kürzerer Zeit von immer weniger Personal zu bewältigen, ohne dabei gleichzeitig an Qualität zu verlieren.

Der Forderung nach einem hohen Probendurchsatz kann nur durch einen möglichst hohen Automatisierungsgrad in den entsprechenden Laboratorien begegnet werden. Im Folgenden soll die Automatisierung der Analytik von Lebens- und Futtermitteln auf Pestizide exemplarisch beschrieben werden - so, wie sie an einem öffentlichen Laboratorium, dem Niedersächsischen Landesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (LAVES) in Oldenburg, Abteilung Rückstandanalytik, unter der Leitung von Frau Dr. Iris Suckrau durchgeführt wird.

Diese Abteilung untersucht hauptsächlich Obst-, Gemüse- und Getreideproben auf das Vorhandensein unerlaubter Pestizid-Rückstände (geregelt in der Rückstandshöchstmengen-Verordnung). Dazu bedient sich das Landesamt des im § 35 LMBG vorgeschriebenen Verfahrens 00.00-34 L, der modular erweiterten Fassung der weithin bekannten DFG-Methode S19. Aufgrund des modularen Aufbaus können nahezu alle wesentlichen Teilschritte automatisiert durchgeführt werden, so dass der manuelle Zeitaufwand auf ein notwendiges Minimum reduziert und Arbeitskraft für andere Tätigkeiten freigesetzt werden können. In der Routine können 36 Proben pro Woche vollständig aufgearbeitet und ausgewertet werden. In Spitzenzeiten (Erntesaison, Skandale) kann die Probenzahl deutlich erhöht werden. Im Wesentlichen gliedert sich die Methode in die Proben-Extraktion, in einen Aufreinigungsschritt mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) und in die anschließende Detektion, die zwischendurch immer wieder von Aufkonzentrierungsschritten begleitet wird.

Umsetzung

Folgendes routinemäßige Ablaufsschema hat sich im LAVES etabliert: Nach der Probennahme außer Haus wird die Probe gewogen, zerkleinert, bei Bedarf mit einem Trockenmittel (Hydromatrix) versetzt und anschließend in einen 60 oder 100 mL Edelstahl Extraktionszylinder eingefüllt. Dieser ist Teil des automatisierten ASE 300 Systems (für zwölf Proben) von Dionex, wobei ASE für „Accelerated Solvent Extraction“ steht. Dabei handelt es sich um ein schnelles und effizientes Verfahren um Analyten, in diesem Fall Pestizide, aus ihrer Matrix zu extrahieren.

Das System bedient sich hierzu organischer Lösungsmittel (hier Ethylacetat/Cyclohexan, 1/1 // v/v), die unter Druck (100 bar) stehen und erhöhte Temperatur (etwa 120 °C) aufweisen, um die Extraktionskinetik zu beschleunigen. Der erhaltene Extrakt (etwa 100 - 150 mL) wird kurz über wasserfreiem Natriumsulfat nachgetrocknet und filtriert, um dann in das nächste automatisierte System, das Eva III (Abb. 1) der Firma LCTech, zu gehen. Eva ist eine Abkürzung für Evaporator; dieses Gerät dient der Aufkonzentrierung von Proben. Alle Schritte sind vollautomatisiert: eine Probe undefinierten Volumens quantitativ aufnehmen, Nachspülen, laser-gesteuertes Aufkonzentrieren mittels Vakuum und geregelter Wärmezufuhr, Auffüllen auf definiertes Endvolumen (hier 10,0 mL), Absaugen und Abfüllen der Probe in ein Glas (16 mL) und Reinigung des Gerätes. Alles erfolgt ohne jeglichen Eingriff des Anwenders, sobald er eine im Labor vorher prozessoptimierte Methode startet.

Wie für ein Analyselabor zwingend erforderlich, arbeitet Eva III verschleppungsfrei, sehr gut reproduzierbar bei gleichzeitig hohen Wiederfindungsraten (für Pestizidstandards im Regelfall zwischen 90 und 100%) und mit vielfältigen Matrices. Es ist zudem leise und emissionsarm, so dass zum Betrieb ein Abzug beziehungsweise eine Absaugung nicht erforderlich ist.

Das 16 mL Glas kann direkt in das nächste Gerät gestellt werden, da das zur Extraktion verwendete Lösungsmittelgemisch dem Laufmittel der verwendeten Trennsäule entspricht. Es handelt sich dabei um den Probenvorbereitungsautomaten TACS („Totally Automated Cleanup System), ebenfalls von LCTech. Dieser Automat bearbeitet seriell, dabei aber vollkommen individuell, bis zu 24 Proben, welche zunächst über eine GPC-Säule gereinigt und direkt online aufkonzentriert werden. Die aufkonzentrierte Hauptfraktion, welche die Analyten enthält, wird auf exakt 5,0 mL eingestellt und kann dann in bis zu drei unterschiedliche Gläser (4 und 1 mL Autosampler-Gläser) automatisch abgefüllt werden. Diese können direkt vom Anwender entnommen und in die entsprechenden Autosampler der Gas-chromatographen gestellt werden. Eines der drei Gläser dient üblicherweise als Rückstellmuster.

Wie kurz beschrieben, erfolgt nun der letzte Schritt in der Automatisierung. Die im Tacs abgefüllten Gläser werden nun meist direkt in den Autosampler des Gas-chromatographen gestellt, um dort auf ihren Gehalt an Pestiziden geprüft zu werden. Üblicherweise erfolgt dies mittels massenselektiver Detektion im SIM-Modus oder mittels atomspezifischer (z. B. Phosphor oder Stickstoff) Detektoren. Auch im letzten Schritt erfolgt die Probenbearbeitung bis hin zur Datenaufzeichnung vollautomatisch; eine manuelle Kontrolle und Bewertung der ausgewerteten Spektren durch eine erfahrene Fachkraft ist aber nach wie vor notwendig. Durch die annähernd vollständige Automatisierung der Probenvorbereitung und Detektion wird ein Höchstmaß an Reproduzierbarkeit erreicht, da alle Systeme parametrierbar unter der entsprechenden Systemkontrolle arbeiten und dadurch Abweichungen in der Bearbeitung auf ein Minimum reduziert werden.

Alle LCTech-Systeme sind robust für den dauerhaften Einsatz in Routinelaboratorien konzipiert und wartungsarm ausgelegt. Sollten doch einmal Fragen auftreten, können diese meist durch eine direkte Modemanbindung der Geräte an die hausinterne LCTech-Software geklärt werden, so dass kostenintensive Serviceeinsätze entfallen und die Reaktionszeiten extrem kurz ausfallen. Selbstverständlich bietet LCTech noch weitere Möglichkeiten an, ein Rückstandslabor auszustatten. So können die Funktionalitäten des Tacs-Gerätes zu wesentlichen Teilen auch durch den Einsatz des Evaporators Eva III und eines GPC Vario Systems ersetzt werden. Wiederum wird eine annähernde Vollautomatisierung im Laborablauf erreicht.

Zusammenfassung

Die Kombination des Dionex ASE 300 Systems mit den Möglichkeiten der Geräte der LCTech GmbH (Eva III, Tacs, GPC Vario) und eines etablierten GC-Herstellers ermöglicht eine annähernd vollständige Automatisierung im Rückstandslabor, dass nach der amtlichen § 35 LMBG Methode 00.00-34 L arbeitet. Mit Hilfe dieser Systeme lassen sich personelle Engpässe effizient und qualitativ hochwertig meistern, da die meisten personalintensiven Schritte vollautomatisiert sind und aufwändigeres manuelles Arbeiten im Laborbereich nur noch zur Probenhomogenisierung bzw. Datenauswertung der erhaltenen Chromatogramme erforderlich ist.

*U. Aulwurm, LCTech GmbH, 84405 Dorfen**I. Suckrau, Niedersächsisches Landesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit, Lebensmittelinstitut Oldenburg / Rückstandsanalytik, 26121 Oldenburg

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