Statische Headspace-GC analysiert flüchtige Stoffe

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Automobil-Kunststoffe

Die Pkw-Innenausstattung besteht weitgehend aus Polymeren, und es obliegt dem Hersteller, sicherzustellen, dass Verbraucher keinen schädlichen Stoffen ausgesetzt werden. Dies ist besonders wichtig, wenn Materialien bei geringer oder fehlender Belüftung großer Wärme ausgesetzt sind. Ein Armaturenbrett im Auto kann bei direkter Sonneneinstrahlung sehr hohe Temperaturen aufweisen und damit ein erhebliches Maß an flüchtigen Chemikalien emittieren, die bei schlechter Belüftung verweilen können. Eine von der EU im Jahr 2009 durchgeführte Studie von Gebrauchtwagen stellte fest, dass VOC-Konzentrationen häufig die Raumluftwerte in Wohnbereichen überschreiten. In einigen Fällen erreichten Benzol-Konzentrationen Werte von bis zu 149,1 μg/m³, während die Gesamtkonzentration flüchtiger organischer Verbindungen im Sommer bei Autoinnentemperaturen von bis zu 70 °C [9] um 40 % höher lag. In diesen Fällen ist Headspace-GC-MS eine nützliche Technik, die eine schnelle Identifizierung und Quantifizierung aller VOCs über einen kontrollierten Temperaturbereich ermöglicht. Eine kürzlich durchgeführte Headspace-GC-MS-Studie von Armaturenblenden untersuchte Polypropylen-Proben aus einem Fahrzeuginneren. Die Polymere wurden in kleine Standardstücke geschnitten und direkt in einer Reihe von 20-ml-Headspace-Gläschen platziert. Zur Verwendung kamen 0,5 bis 1 g des jeweiligen Materials. Die Proben wurden verschiedenen Temperaturprofilen ausgesetzt und die Headspace-Emissionen mit einem Full Scan Single-Quadrupol-GC-MS überwacht, um einen „Fingerabdruck“ der in niedriger Konzentration vorhandenen VOCs zu erzeugen. Ziel des Versuchs war es, festzustellen, ob unter Temperaturbelastung signifikante Mengen flüchtiger organischer Verbindungen aus der Probe emittiert werden. Die Probenresultate aus dem Innenraum eines Fahrzeugs enthielten 20 flüchtige Kohlenwasserstoffe mit potenzieller Toxizität für den Menschen (s. Abb. 3). Im Rahmen der Reach-Verordnung müsste jede einzelne Verbindung untersucht und dokumentiert werden. Was kann unternommen werden, um die Risiken von VOC-Emissionen zu mindern?

Eine Reduzierung von VOC-Emissionen aus Polymeren im Automobilbau, z.B. Polyethylen niedriger Dichte und Polypropylen, sowie aus neueren Bio-Copolymeren, wie Polymilchsäure (PLA) und Polybutylensuccinat (PBS) kann durch Ausheizen erreicht werden [11]. Dieser Prozess unterzieht die Kunststoffkomponenten einer kontrollierten Wärmebehandlung über einen festgelegten Zeitraum. Während dieser Zeit werden VOCs entgast und entfernt, sodass die Kunststoffe wesentlich weniger anfällig für das Freisetzen schädlicher Chemikalien sind. Der Ausheizprozess kann mittels HS GC-MS entwickelt und überwacht werden.

Fazit

Es ist offensichtlich, dass VOCs bei Verwendung moderner Materialien ein Problem sind und dass die Wirkung einiger dieser flüchtigen Stoffe auf die menschliche Gesundheit erst allmählich erkannt wird. Für Hersteller und Forscher, die akzeptable Werte für diese Verbindungen einhalten bzw. festlegen müssen, bietet die HS GC-MS ein nützliches Werkzeug, um entsprechende Daten zu sammeln, Vorschriften zu erfüllen und Referenzwerte zu erstellen. Die Bandbreite der Daten aus Headspace-Analysen mittels SQ GC-MS bietet Forschern die Möglichkeit, die Identität und Menge flüchtiger Chemikalien zu bestimmen, die aus einzelnen Kunststoffen bei unterschiedlichen Temperaturen emittiert werden. Totalionenstromchromatogramme (TIC) können verwendet werden, um einen Fingerabdruck zwecks Qualitätskontrolle für jedes einzelne Kunststoffmaterial zu erhalten.

Der SHS-40 in Verbindung mit dem Scion GC-MS bietet die Flexibilität zur Erkennung und Identifizierung flüchtiger Komponenten durch den Abgleich mit Massenspektraldatenbanken.

Literatur:

[1] EC Directive 89/106/EE6. 21 December 1989. http://ec.europa.eu/enterprise/policies/european-standards/harmonised-standards/personal-protective-equipment/

[2] Eurofins product standards. http://www.eurofins.com/product-testing-services/topics/compliance-with-law/european-directives-and-laws/construction-products/voc-emissions-under-cpr.aspx

[3] REACH (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals). http://www.hse.gov.uk/REACH/

[4] US EPA guidelines on VOCs. http://www.epa.gov/iaq/voc.html

[5] California EPA Air Resources Board (CARB) Proposition 65. http://www.arb.ca.gov/homepage.htm

[6] Jones, A. P. Indoor air quality and health. Atmospheric Environment, Vol. 33, Issue 28, Dec. 1999, pp 4535-4564.

[7] Abba I. Terr. Multiple Chemical Sensitivities. Ann. Intern. Med, July 15, 1993, pp 163-614.

[8] Bruker SHS-40 Automated headspace sampler brochure. June 2011.

[9] Geiss O, Tirendi S, Barrero-Moreno J, Kotzias D., Investigation of volatile organic compounds and phthalates present in the cabin air of used private cars, Environ Int. 2009 Nov; 35(8): pp 1188-1195.

[10] Bruker Application Note #283078. Direct Analysis of Finished Plastic Products by Heated Head Space and GC/MS. July 2011.

[11] Kim KW, Lee BH, Kim S, Kim HJ, Yun JH, Yoo SE, Sohn JR., Reduction of VOC emission from natural flours filled biodegradable bio-composites for automobile interior, J Hazard Mater. 2011 Mar 15; 187(1-3):37-43.

* E. George: Bruker Chemical & Applied Markets (CAM) Division, Fremont, CA/USA

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