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Tutorial MenueAnalytische AnwendungsbeispieleLerneinheit 6 von 8

Dioxinanalytik

Das Problem bei der Dioxinanalytik ...

...ist die äußerst kleine Konzentration in den Proben!

Die Dioxine sind leider keine einzeln vorkommenden Stoffe, sondern Stoffgemische unterschiedlicher Zusammensetzung der Kongenere. Um eine eindeutige Quantifizierung zu erhalten, benötigt man nicht nur eine sehr empfindliche Analysenmethode, sondern auch eine sehr empfindliche Trennmöglichkeit. Deshalb setzt die Analytik von Dioxinen eine hochauflösende gaschromatographische Trennung und eine Detektion mit einem hochauflösenden Massenspektrometer voraus.

Chromatographie

Mit Chromatographie werden alle die physikalisch-chemischen Trennverfahren bezeichnet, bei denen der Trennvorgang auf der Verteilung eines Stoffes zwischen einer mobilen und einer stationären Phase beruht. Verschiedene Stoffe einer Probe werden unterschiedlich stark von der stationären Phase zurückgehalten, während die mobile Phase den Transport übernimmt.

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Abb.1

Massenspektrometrie

Die Analytmoleküle werden in dem Massenspektrometer ionisiert und zerfallen dann in Bruchstücke, die unter den gleichen Bedingungen immer in der selben Weise gebildet werden. Sie sind für jede Verbindung typisch und können deshalb zur Strukturaufklärung der Einzelstoffe und zur Identifizierung genutzt werden.

Die Bestimmung von Dioxinen in der Umwelt gehört zu den anspruchsvollsten und aufwendigsten analytischen Verfahren der Umweltanalytik. Die Dioxine kommen in so kleinen Konzentrationen vor, dass sie zu den Ultraspuren gezählt werden. Das erfordert eine andere analytische Arbeitsweise als bei Haupt- und Nebenkomponentenanalytik, aber auch als bei normaler Spurenanalytik. Solche Vorgänge wie Substanzverluste, Kontamination und Verschleppung spielen in der Dioxinanalytik eine erheblich größere Rolle, da hier die nachzuweisenden Mengen im Bereich von Femtogramm (1 f g = 10 15 g ) bis Pikogramm ( 1 p g = 10 12 g ) liegen im Gegensatz zum normalen Spurenanalytik - Bereich Nanogramm ( 1 n g = 10 9 g ) bis Mikrogramm ( 1 µ g = 10 6 g ).

Substanzverlust

Bei Analytspuren ist es nicht selten, dass sie an aktiven Stellen in den Apparaturen aus Glas, Schliffen, Spritzen u. a. adsorptiv festgehalten werden und dann nicht in der Analyse erfasst werden. Bei höher konzentrierten Analyten gibt es dieselben Prozesse, aber der dadurch auftretende Fehler ist vernachlässigbar.

Denkbeispiel

Stellen Sie sich vor, es sind zehn aktive Stellen besetzbar.

Bei einer hohen Analytkonzentration gibt es eine Million Moleküle, die an den zehn freien Stellen adsorbiert werden können. Es bleiben 1000000 - 10 = 999990 unveränderte Moleküle, also mit 0,001 % Fehler.

Bei einem Spurenanalyt gibt es nur 50 Moleküle, die an den zehn freien Stellen adsorbiert werden können. Es bleiben nur noch 50 - 10 = 40 unveränderte Moleküle, also mit 20 % Fehler.

Kontamination

Dioxine sind in allen Umweltbereichen zu finden. Bei erhöhten Mengen in der Umgebung der Analyse (Autoabgase, Stäube, verseuchte Chemikalien) können Teilmengen auch in die Probe gelangen und höhere Werte erzeugen, die nicht zur ursprünglichen Probe gehören. Deshalb ist eine Blindprobe in regelmäßigen Abständen vorgeschrieben.

Verschleppung (Querkontamination)

Ein geringer Teil der Dioxine kann sich an aktiven Stellen der Analysenapparaturen binden. Dieser zunächst verlorene Anteil löst sich in der nächsten Probe und kann bis zu mehreren Hundert Prozent überhöhten Werten in dieser Probe führen. Dies betrifft auch zugesetzte interne Standards (Wiederfindungen >100 %)

Interne Standards

Um die obigen Einflüsse so klein wie möglich zu halten, muss man sie messen können. Dazu bedient man sich der internen Standards, die mit bekannter Konzentration in den verschiedenen Verfahrensschritten der Probe/Analyt-Lösung zugesetzt werden. Über ihre Wiederfindung wird dann auf ungünstige Einflüsse auf die Analyten geschlossen. Wiederfindungsraten zwischen 50 und 130 % sind Vorschrift, zeigen aber auch, mit wie viel Einfluss der beschriebenen Vorgänge (Substanzverlust, Verschleppung, Kontamination) eigentlich zu rechnen ist.

Vorgeschrieben sind drei verschiedene interne Standards mit unterschiedlichen Funktionen und Einsatzpunkten:

Probenahmestandard:
wird vor der Probennahme in die zu analysierende Örtlichkeit (z.B. Schornstein) eingebracht.
Extraktionsstandard:
wird vor der Probenaufbereitung (Extraktion) den Proben zugesetzt. Er dient dann auch zur Berechnung der Gehalte in den Proben.
Spritzenstandard:
wird den aufbereiteten Probelösungen unmittelbar vor dem Einspritzen in den Gaschromatographen zugesetzt. Er dient zur Kontrolle der gerätespezifischen Bedingungen der Analyse und der Berechnung der Wiederfindung des Extraktionsstandards.
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