Mehrdimensionale Gaschromatographie komplexer Proben

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SIM Scientific Instruments Manufacturer GmbH

Das Selectable-1D/2D-GC/MS-System besteht, der Vollständigkeit halber, im Wesentlichen aus folgenden Komponenten: dem GC 7890 versehen mit einem Gerstel-Kalt-Aufgabe-System (KAS) als Injektionseinheit zur diskriminierungsfreien Aufgabe der Proben, zwei LTM-Modulen, einem 5975C inert XL MSD (beide Agilent Technologies), dem Gerstel-Thermal-Desorption-System (TDS) mit Probengeber TDSA bzw. der Gerstel-Thermal-Desorption-Unit (TDU) in Verbindung mit dem Gerstel-Multi-Purpose-Sampler (MPS) sowie dem Gerstel-CTS. Die Extraktion der Analyten erfolgte im Falle des Pfirsicharomas wie des Gins mittels Stir-Bar Sorptive-Extraction (SBSE), sprich: dem Gerstel-Twister.

Die Proben für die SBSE wurden wie folgt präpariert: Das Pfirsicharoma wurde aufgestockt, um eine Gesamtkonzentration des Bucchuketons von 1 µg/mL zu erreichen. 200 µL der Probe wurde in ein mit 9,8 mL Wasser gefülltes, verschraubbares Head-space-Vial pipettiert. Die Konzentration des Bucchuketons sank somit auf 0,02 µg/mL. Von der Gin-Probe wurde ein 0,5 mL Aliquot in ein 10-mL-Headspace-Vial pipettiert und mit 4,5 mL Wasser aufgefüllt. Die Identifizierung und Quantifizierung der Peaks erfolgte über den Vergleich mit einer Standardlösung. Die Vials wurden mit je einem konditionierten Twister-Rührstäbchen bestückt, verschlossen und für eine Stunde bei Raumtemperatur durchmischt. Anschließend wurden die Twister den Vials entnommen, trockengetupft und in konditionierte TDS-Röhrchen überführt. Mit Platzierung der Liner auf dem TDSA war die manuelle Probenvorbereitung abgeschlossen; alle weiteren Schritte verliefen automatisiert.

Erfolgreicher Einsatz in der Praxis

Zunächst wurden die wässrigen Standardlösungen analysiert. Hierbei zeigte sich das Bucchuketon im 1D-Chromatogramm zwischen der zehnten und elften Minute. Der Heart-cut dieses Bereichs und seine Überführung auf die zweite Säule (2D) brachte eine große Anzahl coeluierender Komponenten zum Vorschein, die in der ersten Dimension zu keiner Zeit hätten entdeckt werden können (s. Abb. 2). In ähnlicher Weise wurde mit der Pfirsicharomaprobe verfahren: Der Heart-cut erfolgte zwischen der zehnten und elften Minute. Auf die zweite Säule überführt, ließen sich die überlappenden Signale trennen und identifizieren. Um zu verhindern, dass weitere Analyten die Trennung auf der 2D-Säule behindern und Signale überlagern, werden die Rückstände im Rückflussverfahren (Backflush) aus der ersten Säule gespült. Im vorliegenden Fall des Pfirsicharomas war das nicht erforderlich, da keine Komponenten der ersten Dimension mit denen der zweiten Dimension coeluierten (s. Abb. 3). Für den Fall, dass die Analyse des Heart-cut keine zufriedenstellenden Resultate liefert, lassen sich diese Zonen auf der zwischengeschalteten Kühlfalle fokussieren und anreichern. Um die Wirksamkeit dieser Art der Probenanreicherung zu überprüfen, wurden fünf Heart-cuts eingefangen und in Summe auf die Säule gegeben. Der Vergleich mit dem Resultat der Messung eines Twisterextrakts bestätigte den Erfolg der Anreicherung und die hohe Effizienz des Selectable-1D/2D-GC/MS-Systems (s. Abb. 4).

Die Analyse der Gin-Probe erbrachte ähnlich zufriedenstellende Resultate. Aus dem Total-Ionen-Chromatogramm (TIC) (s. Abb. 6) wurde ein Heart-Cut zwischen Minute 9,36 und 10,35 herausgetrennt (s. Abb. 7) und auf die zweite Säule überführt. Wurden nun die Ladungen von fünf Twister-Extraktionen im CTS angereichert und in Summe auf die zweite Säule überführt, brachte auch dieser Schritt eine signifikante Steigerung der Sensitivität. (s. Abb. 5).

Bewertung der Ergebnisse

Bislang wurde der Selectable 1D/2D-GC/MS insbesondere in der Aroma- und Duftstoffanalytik mit Erfolg eingesetzt, sowohl für Lebensmittel als auch für Getränke, Körperpflegeprodukte und Kosmetika. Das System gewährleistet aufgrund einer intelligenten Verknüpfung zweier unterschiedlich polarer Kapillarsäulen auf einem GC-System eine effiziente multidimensionale Chromatographie mit hoher Trennleistung bei gleichzeitig geringen Anschaffungskosten. Ferner lassen sich die Analyten des Heart-Cuts auf Säule 2 (2D) auf ein und demselben selektiven Detektor vermessen wie er für die 1D-Trennung genutzt wurde; die Detektion kann auf Wunsch auf mehreren Detektoren zeitgleich erfolgen. Ein unspezifisches Monitoring, wie es bei herkömmlichen Säulenschaltungen etwa mittels FID erfolgt, ist nicht notwendig. Das im ersten Lauf resultierende TIC liefert umfassende und exakte Daten für die anschließende 2D-Trennung.

*N. Ochiai, K. Sasamoto, Gerstel K.K., Tokyo/Japan

**J. R. Stuff, J. A. Whitecavage, Gerstel Inc., Linthicum/USA

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