Tabakadditive Eine Vielzahl von Tabakadditiven nachweisen

Wissenschaftler am Institut für Rechtsmedizin der Charité in Berlin haben zusammen mit Schweizer Kollegen erprobt, wie sich eine große Bandbreite chemisch unterschiedlicher Substanzen in Zigaretten effizient nachweisen lassen. Lesen Sie, warum man sich für die GC/MS in Verbindung mit der Headspace-Festphasen-mikroextraktion (HS-SPME) entschieden hat.

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Wer glaubt, Tabak – wie er für Rauchwaren verwendet wird – sei ein reines Naturprodukt, der irrt. Wie eine Zigarette brennt, qualmt, schmeckt und wirkt, ist keine Frage der Marke, sondern der chemischen Zusätze.Während Kritiker der Tabakindustrie vorwerfen, das Suchtpotenzial von Zigaretten mithilfe der Chemie erhöhen zu wollen, begründen die Hersteller den Einsatz von Additiven in Tabakprodukten mit dem Bedürfnis der Konsumenten. Auf der Homepage von British American Tobacco Germany heißt es: „Die Verwendung von Zusatzstoffen ist eine Frage des Verbrauchergeschmacks bzw. der Akzeptanz der Verbraucher und liegt damit im Konsumentenverhalten begründet. Es gibt Zigaretten ohne Zusatzstoffe, die in Deutschland jedoch nur eine geringe Verbraucherakzeptanz haben. In anderen Regionen dieser Welt werden dagegen Zigaretten mit Zusatzstoffen von den Verbrauchern nicht angenommen.“

Wie auch immer man die Sachlage beurteilt, Tatsache ist, Zigaretten dürfen Zusätze enthalten. Gemäß der „Verordnung über Tabakerzeugnisse sogar mehrere hundert Substanzen, darunter Zucker (Glykole), Schellack als Klebemittel, Ammoniumchlorid (Salmiak), aber auch Lakritz, Kakao, Tee, Kaffee und Feuchthaltemittel wie Glycerin oder Propylenglykol.

Unabhängige Wissenschaftler weisen daraufhin, dass einige der Tabakadditive das toxische Potenzial von Zigaretten erhöhten. Sie beeinflussten die Nikotinaufnahme unmittelbar und könnten die Sucht verstärken. Zudem würden einige Aromen unter Bildung giftiger Reaktionsprodukte verbrennen. „Es ist nur konsequent“, sagt Prof. Fritz Pragst, „dass der Gesetzgeber eine exakte Bestimmung der Additive fordert.“ Der Toxikologe vom Institut für Rechtsmedizin der Berliner Charité entwickelte gemeinsam mit seiner Mitarbeiterin Dr. Careen Pietsch und Schweizer Kollegen eine Analysenmethode, mit der sich 89 relevante Zigarettenadditive effizient und sensitiv bestimmen lassen.

Probenvorbereitung der Wahl

Es liegt in der Natur der Dinge, zum Nachweis von Zigarettenadditiven die Gaschromatographie in Verbindung mit einem geeigneten Detektor einzusetzen. Bei der Probenvorbereitung jedoch lässt sich aufgrund der komplexen Tabakmatrix und der chemischen Divergenz der Additive auf Anhieb kein Königsweg erkennen: „Herkömmliche Verfahren wie Dampfdestillation, Lösemittelextraktion, Trappen auf Adsorbentien oder auch eine Kombinationen der genannten Techniken, erweisen sich als zu arbeitsintensiv. Zudem lässt die Empfindlichkeit zu wünschen übrig, wegen der sehr geringen Konzentrationen der eingesetzten Verbindungen“, sagt Prof. Pragst.

Die HS-SPME hingegen hat sich in vielerlei Hinsicht in der Probenvorbereitung und Probenaufgabe bei der GC/MS-Analyse flüchtiger und schwerflüchtiger Substanzen in einer großen Vielfalt von Matrices bewährt. Sie ist leicht zu handhaben und reduziert den Einsatz von Lösemitteln. „Die HS-SPME ermöglicht es auch, die Probe in einem einzigen, lösemittelfreien Schritt aufzunehmen, zu extrahieren und konzentrieren und aufzugeben“, stellt der Berliner Wissenschaftler fest.

Der Einsatz der HS-SPME zur Analyse von Tabak und Zigarettenrauch ist in der Fachliteratur vielfach beschrieben worden. „In den meisten Fällen waren die Methoden jedoch nur auf einige wenige Substanzen beschränkt, etwa auf organische Säuren, Alkenylbenzol, Cumarin, Piperonal und Pulegon sowie die Acetate von C1- bis C4-Alkoholen oder auf Geschmackszusätze. Polyphenole wurden mittels HPLC und Elektrosprayionisation-Massenspektrometrie nachgewiesen“, resümiert Prof. Pragst.

Suche der geeigneten Methode

Da sich die Zigarettenadditive chemisch unterscheiden – manche sind basisch, andere neutral, wieder andere sauer – könne man nicht erwarten, alle Substanzen in einem einzigen GC-Lauf zu detektieren. Das Ziel sei es folglich gewesen, eine Screening-Methode zu entwickeln, mit der sich möglichst viele der in Zigaretten verwendeten Additive mit einer begrenzten Anzahl von Messungen sensitiv bestimmen lassen. Eine Aufgabe, die eine Reihe von Experimenten erforderte. Die Toxikologen der Charité mussten herausfinden, welche SPME-Faser geeignet war, um eine möglichst große Bandbreite unterschiedlich polarer Verbindungen zu extrahieren. Prof. Pragst: „Optimale Ergebnisse im Hinblick auf die Zahl der detektierten Substanzen sowie der Signalintensität und der Peakform wurden mit der CW-DVB-Faser erzielt.“ Die Wahl wurde durch Vergleich der Peakflächen von einigen der Komponenten nach basischer, neutraler und saurer Vorbereitung bei Messungen im SIM-Modus bestätigt. Als Kapillar-GC-Säule habe die PTA-5 von Supelco die besten Ergebnisse erbracht. Sie ist eine speziell zubereitete, basendeaktivierte Poly-Säule (5% Diphenyl/95% Dimethylsiloxan), die für die Analyse von Aminen und anderen basischen Analyten bestimmt ist.

Die Wissenschaftler präparierten Probenlösungen unterschiedlicher pH-Werte. Die Zigaretten entstammten 55 Zigarettenpackungen, wobei es sich um 32 Zigarettenmarken handelte. Als Kompromiss zwischen Analysenzeit und Extraktionsergebnis wurde für die Routinemessungen eine Adsorptionszeit von 15 Minuten bei 95 °C gewählt. Die Auswirkung der Tabakmenge auf das Extraktionsergebnis der HS-SPME wurde mit Verwendung von 2,6-Dichlor-toluol als interner Standard für die quantitative Analyse untersucht.

„Es zeigte sich, dass mit steigender Tabakmenge die Peakfläche von 2,6-Dichlortoluol sehr stark abnahm“, schildert Prof. Pragst. Auch bei anderen Komponenten, wie 2-Ethyl-1-hexanol oder Indol wurden kleinere Peaks bei steigender Probenmenge festgestellt. Erklären lässt sich der Effekt mit der begrenzten Faserkapazität. Zudem weisen die Chromatogramme bei Anwesenheit größerer Tabakmengen einen größeren Hintergrund auf, wodurch sich kleinere Signale nur ungenügend empfindlich detektieren lassen. Eine Probenmenge von 50 mg erwies sich als optimal.

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