Headspace-GC Headspace-Technik erleichert die VOC-Analyse an Getränkedosen

Aus dem Material von Getränkedosen können flüchtige organische Verbindungen in die darin aufbewahrten Getränke migrieren. Eine neue Headspace-Technik erlaubt es, die Kontaminanten bereits in Prozessnähe aufzuspüren.

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Gerstel GmbH & Co. KG

Thermo Fisher Scientific GmbH

YMC Europe GmbH

Ball Packaging Europe Holding GEs. mbH & Co. KG

Bei allen Vorzügen, die moderne Verpackungen und Verpackungsmaterialien im Hinblick auf Hygiene, Schutz, Sicherheit und Deklaration bieten, ist ihre Verwendung nicht ohne Risiko: Bei ihrer Herstellung eingesetzte Lösemittel, Additive oder Farbpigmente können das Transportgut kontaminieren. So auch bei Getränkedosen, die innen mit einer Lackschicht ausgekleidet sind. Diese verhindert den Kontakt der Flüssigkeit mit dem Metall und damit oxidative Prozesse, birgt aber das Risiko, dass flüchtige organische Verbindungen (volatile organic compounds, VOC) aus dem Kunstoff in das Getränk migrieren. Das festzustellen, bevor ganze Produktserien in die Mülltonne wandern müssen, ist Aufgabe der Qualitätssicherung. „Um eine Migration und damit eine Kontamination zu verhindern, prüfen wir vor allem vor dem Einsatz neuer Lacke, ob VOC in tolerablen Grenzen auftreten“, erklärt Peter Kühl, Chemieingenieur aus dem Zentrallabor von Ball Packaging Europe in Bonn. Das Unternehmen produziert Metalldosen für die Getränkeindustrie. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung neuer Lösungen für die Getränkeverpackung. Die VOC-Analyse war in diesem Zusammenhang bislang ein vergleichsweise aufwändiges Unterfangen: Dosen wurden dem Herstellungsprozess entnommen und mit einem speziell angefertigten Verschluss verschlossen, der mittig für eine Headspace-Nadel durchlässig war. Die Dose wurde für die Dauer von 30 Minuten auf 150 °C erwärmt, der Dampfraum entnommen und die darin enthaltenen VOCs mittels GC vermessen. Eine weniger arbeits- und zeitintensive Alternative war hier notwendig. Diese sollte vor allem die Analyse bereits in Prozessnähe (at-line) möglich machen, um eine Kontamination des Produkts frühzeitig abzuwenden und wirtschaftliche Verluste zu minimieren.

Neu entwickelter Headspace-Sampler

In Zusammenarbeit mit Ball Packaging Europe hat Gerstel nun den Prototypen eines neuen Headspace-Samplers weiterentwickelt. Dieser war im Rahmen des von der Europäischen Komission initiierten Escape-Projekts (Electronic Sensor System for the Characterization of Packing Emissions) entstanden. Das so genannte Quality-Control-System (QCS) ist in der Lage auch große Volumina ausgasender Analyten aus festen Verpackungen aufzunehmen und at-line zu analysieren. Das Design basiert auf einer ventillosen Single-Shot-Head-space-Probennahmeeinheit in Verbindung mit einem einfachen Detektor. Zur Verfügung stehen wahlweise ein Flammenionisationsdetektor (FID) oder ein Metalloxiddetektor (MOX). Die untersuchten Dosen müssen bei der Probennahme nicht manipuliert werden. Eine aufwändige Probenvorbereitung entfällt demnach. „Das Gefäß wird sozusagen durchproduziert, also einschließlich Deckel, jedoch ohne Füllung. Zur Kalibrierung des Systems wird eine Dose mit einer definierten Menge Ethanol dotiert“, erklärt Dr. Eike Kleine-Benne, Chemiker in der Entwicklungsabteilung von Gerstel.

Die im Wortsinne „leere“ Probe kann aufgrund des geschlossenen Systems verlustfrei vor der Probennahme temperiert werden, was die Dauer der Analyse verringert. Anschließend wird die Dose mit dem Boden nach oben zeigend in den Probenschacht eingeführt. Im Probenschacht können Dosen mit einem Volumen von derzeit bis zu 500 Millilitern auf Temperatur gebracht werden.

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