DuEPublico 2

Dies ist unser neues Repositorium, derzeit für E-Dissertationen und ausgewählte weitere Publikationen. Weitere Informationen...

Advances in automated sample preparation for gas chromatography : solid-phase microextraction, headspace-analysis, solid-phase extraction

Kremser, Andreas

Despite the widespread use of more and more effective detection technologies such as tandem-mass spectrometry, it is becoming increasingly clear that proper sample preparation is still the key to a successful analysis. The most important demands are thereby complete automation, sensitivity, reliability, economic efficiency and also implementation of “green” technologies that conserve our environment, e.g., by avoiding the use of larger volumes of organic solvents. Modern microextraction techniques can fulfill these demands and are already capable of replacing many traditional, manual sample preparation approaches. This thesis presents advances in the field of microextraction technologies. The primary scope is thereby the development and evaluation of a novel solid-phase microextraction device (SPME). PAL (prep and load) SPME Arrow retains all advantages of the classical SPME fiber and augments this proven concept with improved mechanical reliability and sorption phase volume. Initial evaluation of the method shows significantly increased extraction yields and a potential to further advance the field of SPME. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) could be analyzed from the freely dissolved fraction in water with detection limits that are at least one order of magnitude better as in case of the classical SPME fibers. In the field of headspace analysis (HS), a systematic comparison between available techniques has been carried out using 41 volatile analytes. The results clearly show how enrichment techniques such as in-tube extraction (ITEX), SPME or PAL SPME Arrow deliver better sensitivity than static headspace. The instrumental mode of action is thereby of larger influence to method sensitivity and reproducibility than its type of automation. This is demonstrated by correlating the results of a loop and trap sampler to those generated with the syringe-based static headspace option and various enrichment methods. Sorption phase material selection had the smallest influence in this context and the beneficial potential of special sorption phases seems to be limited to the analysis of compounds capable of specific molecular interactions. As for the classical solid phase extraction (SPE) the novel ITSP (instrument-top sample preparation) option in terms of miniaturized cartridges (MSPE) has been evaluated. By using these, the complete sample preparation in terms of extraction, elution and further refinement such as evaporation and derivatization can be carried out by PAL-type samplers. First results indicate that this option has a lot of potential but still requires further improvement, e.g., in terms of time efficiency.

Trotz der Nutzung immer leistungsfähigerer Detektionstechniken wie der Tandem-Massenspektrometrie, wird stetig klarer, dass gute Probenvorbereitung nach wie vor der Schlüssel zu einer erfolgreichen Analytik ist. Die wichtigsten Anforderungen sind dabei vollständige Automatisierbarkeit, Empfindlichkeit, Zuverlässigkeit, ökonomische Effizienz und der Einsatz „grüner“ Technologien welche die Umwelt schonen, z.B. durch den Verzicht auf größere Mengen organischer Lösungsmittel. Moderne Mikroextraktionstechniken können diese Anforderungen erfüllen und dabei bereits zahlreiche, klassische, manuelle Probenvorbereitungstechniken ersetzen. Diese Arbeit präsentiert neue Entwicklungen im Feld der Mikroextraktionstechniken. Der primäre Fokus lag dabei auf der Entwicklung und Evaluation einer neuartigen Festphasen-Mikroextraktionstechnik (SPME). PAL (prep and load) SPME Arrow behält die Vorteile der klassischen SPME-Faser bei und wertet diese um bessere mechanische Zuverlässigkeit und größere Sorptionsphasenvolumina auf. Erste Evaluationen dieser neuen Technik zeigen erhebliche Zugewinne an Extraktionsausbeute, sowie Potential das generelle Feld der SPME weiter zu entwickeln. Dabei konnten polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) aus der frei im Wasser gelösten Fraktion bestimmt werden, wobei Nachweisgrenzen erreicht wurden die mindestens eine Größenordnung besser waren als im Falle der klassischen SPME-Faser. Im Umfeld der Headspace-Analytik (HS) wurde anhand von 41 volatilen Analyten ein systematischer Vergleich von sechs Probenvorbereitungsoptionen durchgeführt. Dabei wurde klar, dass Anreicherungsverfahren wie In-Tube Extraction (ITEX), SPME und PAL SPME Arrow im Hinblick auf die Empfindlichkeit den statischen Headspaceverfahren überlegen sind. Das Operationsprinzip ist dabei klar wichtiger als die Art seiner Automatisierung, was durch Gegenüberstellung eines Loop- und Trap-Samplers mit einer spritzenbasierten, statischen Headspace Option sowie verschiedenen Anreicherungsoptionen gezeigt werden konnte. Die Auswahl unterschiedlicher Materialien als Sorptionsphase hatte dabei klar den geringsten Einfluss und scheint eher für Analyten wichtig zu sein, welche zu spezifischen, molekularen Interaktionen fähig sind. Für die klassische Festphasenextraktion (SPE) wurde die neuartige ITSP (instrument-top sample preparation) Option Evaluiert. Mit diesen miniaturisierten Kartuschen lässt sich der komplette SPE-Ablauf samt einer Einengung und Derivatisierung komplett auf einem PAL-Sampler abbilden. Erste Resultate zeigen neben dem großen Potential dieser Option, noch bestehenden Bedarf an Optimierung z.B. bzgl. der zeitlichen Effizienz.

Share and cite

Citation style:

Kremser, Andreas: Advances in automated sample preparation for gas chromatography. solid-phase microextraction, headspace-analysis, solid-phase extraction. 2016.

Rights

Use and reproduction:

Export