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1Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FormaldehydEigenschaftenProblematikBestimmung mittels Pruumlfroumlhrchen in BuumlroraumlumenHerstellung von Standards fuumlr LuftmessungenPhotometrische Analyse
DerivatisierungsreagenzienVergleich verschiedener photometrischer VerfahrenRosaanilinmethode
FlieszliginjektionsanalyseLuftanalysen
Impinger-MethodeAdsorption an Festmaterialien
Voltammetrische
LuftanalyseChromatographische Bestimmung
GCFestphasenextraktionHPLCVor-
und Nachsaumlulenderivatisierung
2Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Organische Luftschadstoffe in Innenraumlumen ndash
ein UumlberblickQuellen fuumlr Schadstoffe in der InnenraumluftPrimaumlrquellen
Baumaterialien und Einrichtungsgegenstaumlnde (Moumlbel Teppiche Vorhaumlnge Tapeten Taumlfelungen )
elektrische Geraumlte offene Feuerstellen Luumlftungsanlagen Gasthermen
Einsatz von Chemikalien (Reinigungs- Pflegemittel Buumlromaterialien Biozide Produkte aus dem Heimwerker-
und Hobbybereich)
besondere Verhaltensweisen (Rauchen Chemikaliengebrauch)
Sekundaumlrquellen
Oberflaumlchen an denen Schadstoffe adsorbiert sind (Bodenbelaumlge Teppiche Vorhaumlnge Tapeten Moumlbel )
Verunreinigungen aus der AuszligenluftStraszligenverkehr (Kohlenwasserstoffe Stickoxide (NOx
) Kohlenmonoxid polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe Partikel)
Gewerbe (chemische Reinigungen Druckereien Lackierbetriebe)
Eindringen von Gasen aus dem Boden (Radon)
3Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Wichtige Stoffgruppen in InnenraumlumenGasfoumlrmige anorganische Stoffe (z B Kohlenmonoxid Stickoxide)
Verbrennungsvorgaumlnge z B Rauchen Gasherde Verkehr
menschlicher Stoffwechsel
Leichtfluumlchtige organische Stoffe (VOC) rarr leichter Uumlbertritt in die Luft
Loumlsemittel in Klebstoffen Lacken Farben Buumlromaterialien Putzmitteln Heimwerkerprodukten
Baumaterialien Einrichtungsgegenstaumlnde z B Formaldehyd 1
in Spanplatten
biologische Quellen (Pilze Bakterien) rarr mikrobielle
VOC (MVOC)
Verbrennungsvorgaumlnge
Schwerfluumlchtige organische Stoffe rarr Adsorption an Staub und Oberflaumlchen
Baumaterialien Einrichtungsgegenstaumlnde z B polychlorierte Biphenyle
in Fugendichtungen Phthalate
(Weichmacher in Kunststoffen)
Biozide
(Insektizide Fungizide) z B Pentachlorphenol Lindan Permethrin u a in Teppichen Farben Holz
Anorganische Partikel (Asbest kuumlnstliche Mineralfasern)
Radioaktive Stoffe (Radon)
Biologische Belastungen
Hausstaubmilbe
Schimmelpilze
Bakterien und Viren
1 Formaldehyd ist sehr leichtfluumlchtig (Definition Siedepunkt lt 50 degC) und gehoumlrt daher streng genommen nicht zu den leichtfluumlchtigen organischen Verbindungen
4Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehyd I
C
H
H O
Eigenschaften
farbloses stechend riechendes Gas Schmelzpunkt -117 degC Siedepunkt -19 degC
Loumlslichkeit leicht loumlslich in Wasser gut loumlslich in Ethanol und Aumlther
Toxizitaumlt
MAK 03 mlm-3 037 mgm-3
LD50
100 mgkg-1
(Ratte oral) 220 mgkg-1 (Kaninchen dermal)
Krebsrisiko
Tierversuch bei Ratten nachweislich karzinogene Wirkung (gt 6 mLm3)
WHO (2004) krebserregend fuumlr den Menschen DfR
krebsausloumlsend fuumlr Menschen
Natuumlrliche Vorkommen
Stoffwechselprodukt Fruumlchte Holz
Photooxidation in der Atmosphaumlre
5Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehyd IIVerwendung
Chemische Industrie Herstellung von Farbstoffen Arzneimitteln und Textilveredelungen
Kunststoffproduktion Polyoxymethylen Kunstharz (Phenol) Harze (Melamin oder Harnstoff)
Klebstoffe
Ionenaustauscher
Fungizide
Duumlngemittel
Vulkanisationszusatz
Kosmetik Konservierungsstoff
Anatomie Konservierung von Praumlparaten
Emissionsquellen
Kontamination der Atemluft durch Ausgasen in geschlossenen Raumlumen (Spanplatten Bodenbelaumlge Moumlbel)
unvollstaumlndige Verbrennungsprozesse (Motoren Zigaretten Gieszligerei Holz)
6Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung I mit Pruumlfroumlhrchen
Nachweisbare Verbindungen mit Nachweisgrenze [ppm]Propan (100) Xylol
(60) CO (100)Butan (10) Ethylen (10) Ethylacetat (600)Pentan (10) Acetylen (100) Butylacetat (100)
Hexan (10) Styrol
(100) Formaldehyd (10)Trichlorethylen
(10) Aceton (600) Acetaldehyd
(100)
Tetrachlorethylen (100) Heptan (10) Methylisobutylketon
(100)Vinylchlorid (10) Methanol (100) 111-Trichlorethan (1000)Benzin (01 mgl) THF (100) Methylenchlorid
(1000)Benzol (10) H2
(10) Anilin (40)
Toluol (30) Arsin
(20) Ethylamin
(100)
7Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung II mit Pruumlfroumlhrchen
8Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Stabilisierung von Formaldehydloumlsungen
Probe Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
Formaldehyd in Wasser 101 lt 005
Formaldehyd in Wasser + 50 microgml HgCl2
101 97
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml SnCl2
99 94
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml Na-PCP
101 96
Verschiedene Formaldehydloumlsungen gleicher Konzentration (~ 10 microgml) werden bei 21degC aufbewahrt und nach 4 Tagen deren Gehalt an Formaldehyd bestimmt
Luftvolumen Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
0 95 90
15 100 70
105 101 lt 005
Entluumlftung des Wassers hat ebenfalls einen groszligen Einfluss auf die Stabilitaumlt der Formaldehyd- loumlsungen Dazu wird das Wasser (10 ml) vor der Zugabe von Formaldehyd unterschiedlich lange mit Luft gespuumllt
9Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Herstellung von Eichstandards
Die Herstellung von gasfoumlrmigen Formaldehyd-Eichstandards ist sehr aufwaumlndig da es keine geeigneten Standards kommerziell zu erwerben gibt Die Herstellung erfolgt uumlber das Verdampfen von Formaldehyd aus Paraformaldehyd und anschlieszligender Verduumlnnung der Proben mit Inertgas
(A) Paraformaldehyd (B H) Mischkammer (C) IR-Detektion (D) Waschflaschen mit Wasser (E) Ventile (F) Druckregler (G) Nadelventile (I) Probe (K) Entnahmemoumlglichkeit
10Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reaktionen der Aldehyde und Ketone
a) Amine R ndash CHO + H2 N ndash R R ndash CH = N ndash R + H2 O
b) Derivate des Ammoniaks Hydrazin
gt C = O + H2 N ndash NH2 gt C = N ndash NH2
Hydrazon
Phenylhydrazin
gt C = O + H2N ndash NH ndash C6H5 gt C = N ndash NH ndash C6H5
Phenylhydrazon
Hydroxylamin
gt C = O + H2 N ndash OH gt C = N ndash OH
Oxim
-H2
O
-H2
O
-H2
O
-H2
O
11Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrometrie
Photometrie von Lanthan mit Arsenazo
Photometrische Zwei-Komponenten-Analyse
12Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten I
Derivatisierung von Formaldehyd mit 24-Dinitrophenylhydrazin (DNPH)
UV-Spektrum von Formaldehyd-DNPH
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
2Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Organische Luftschadstoffe in Innenraumlumen ndash
ein UumlberblickQuellen fuumlr Schadstoffe in der InnenraumluftPrimaumlrquellen
Baumaterialien und Einrichtungsgegenstaumlnde (Moumlbel Teppiche Vorhaumlnge Tapeten Taumlfelungen )
elektrische Geraumlte offene Feuerstellen Luumlftungsanlagen Gasthermen
Einsatz von Chemikalien (Reinigungs- Pflegemittel Buumlromaterialien Biozide Produkte aus dem Heimwerker-
und Hobbybereich)
besondere Verhaltensweisen (Rauchen Chemikaliengebrauch)
Sekundaumlrquellen
Oberflaumlchen an denen Schadstoffe adsorbiert sind (Bodenbelaumlge Teppiche Vorhaumlnge Tapeten Moumlbel )
Verunreinigungen aus der AuszligenluftStraszligenverkehr (Kohlenwasserstoffe Stickoxide (NOx
) Kohlenmonoxid polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe Partikel)
Gewerbe (chemische Reinigungen Druckereien Lackierbetriebe)
Eindringen von Gasen aus dem Boden (Radon)
3Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Wichtige Stoffgruppen in InnenraumlumenGasfoumlrmige anorganische Stoffe (z B Kohlenmonoxid Stickoxide)
Verbrennungsvorgaumlnge z B Rauchen Gasherde Verkehr
menschlicher Stoffwechsel
Leichtfluumlchtige organische Stoffe (VOC) rarr leichter Uumlbertritt in die Luft
Loumlsemittel in Klebstoffen Lacken Farben Buumlromaterialien Putzmitteln Heimwerkerprodukten
Baumaterialien Einrichtungsgegenstaumlnde z B Formaldehyd 1
in Spanplatten
biologische Quellen (Pilze Bakterien) rarr mikrobielle
VOC (MVOC)
Verbrennungsvorgaumlnge
Schwerfluumlchtige organische Stoffe rarr Adsorption an Staub und Oberflaumlchen
Baumaterialien Einrichtungsgegenstaumlnde z B polychlorierte Biphenyle
in Fugendichtungen Phthalate
(Weichmacher in Kunststoffen)
Biozide
(Insektizide Fungizide) z B Pentachlorphenol Lindan Permethrin u a in Teppichen Farben Holz
Anorganische Partikel (Asbest kuumlnstliche Mineralfasern)
Radioaktive Stoffe (Radon)
Biologische Belastungen
Hausstaubmilbe
Schimmelpilze
Bakterien und Viren
1 Formaldehyd ist sehr leichtfluumlchtig (Definition Siedepunkt lt 50 degC) und gehoumlrt daher streng genommen nicht zu den leichtfluumlchtigen organischen Verbindungen
4Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehyd I
C
H
H O
Eigenschaften
farbloses stechend riechendes Gas Schmelzpunkt -117 degC Siedepunkt -19 degC
Loumlslichkeit leicht loumlslich in Wasser gut loumlslich in Ethanol und Aumlther
Toxizitaumlt
MAK 03 mlm-3 037 mgm-3
LD50
100 mgkg-1
(Ratte oral) 220 mgkg-1 (Kaninchen dermal)
Krebsrisiko
Tierversuch bei Ratten nachweislich karzinogene Wirkung (gt 6 mLm3)
WHO (2004) krebserregend fuumlr den Menschen DfR
krebsausloumlsend fuumlr Menschen
Natuumlrliche Vorkommen
Stoffwechselprodukt Fruumlchte Holz
Photooxidation in der Atmosphaumlre
5Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehyd IIVerwendung
Chemische Industrie Herstellung von Farbstoffen Arzneimitteln und Textilveredelungen
Kunststoffproduktion Polyoxymethylen Kunstharz (Phenol) Harze (Melamin oder Harnstoff)
Klebstoffe
Ionenaustauscher
Fungizide
Duumlngemittel
Vulkanisationszusatz
Kosmetik Konservierungsstoff
Anatomie Konservierung von Praumlparaten
Emissionsquellen
Kontamination der Atemluft durch Ausgasen in geschlossenen Raumlumen (Spanplatten Bodenbelaumlge Moumlbel)
unvollstaumlndige Verbrennungsprozesse (Motoren Zigaretten Gieszligerei Holz)
6Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung I mit Pruumlfroumlhrchen
Nachweisbare Verbindungen mit Nachweisgrenze [ppm]Propan (100) Xylol
(60) CO (100)Butan (10) Ethylen (10) Ethylacetat (600)Pentan (10) Acetylen (100) Butylacetat (100)
Hexan (10) Styrol
(100) Formaldehyd (10)Trichlorethylen
(10) Aceton (600) Acetaldehyd
(100)
Tetrachlorethylen (100) Heptan (10) Methylisobutylketon
(100)Vinylchlorid (10) Methanol (100) 111-Trichlorethan (1000)Benzin (01 mgl) THF (100) Methylenchlorid
(1000)Benzol (10) H2
(10) Anilin (40)
Toluol (30) Arsin
(20) Ethylamin
(100)
7Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung II mit Pruumlfroumlhrchen
8Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Stabilisierung von Formaldehydloumlsungen
Probe Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
Formaldehyd in Wasser 101 lt 005
Formaldehyd in Wasser + 50 microgml HgCl2
101 97
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml SnCl2
99 94
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml Na-PCP
101 96
Verschiedene Formaldehydloumlsungen gleicher Konzentration (~ 10 microgml) werden bei 21degC aufbewahrt und nach 4 Tagen deren Gehalt an Formaldehyd bestimmt
Luftvolumen Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
0 95 90
15 100 70
105 101 lt 005
Entluumlftung des Wassers hat ebenfalls einen groszligen Einfluss auf die Stabilitaumlt der Formaldehyd- loumlsungen Dazu wird das Wasser (10 ml) vor der Zugabe von Formaldehyd unterschiedlich lange mit Luft gespuumllt
9Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Herstellung von Eichstandards
Die Herstellung von gasfoumlrmigen Formaldehyd-Eichstandards ist sehr aufwaumlndig da es keine geeigneten Standards kommerziell zu erwerben gibt Die Herstellung erfolgt uumlber das Verdampfen von Formaldehyd aus Paraformaldehyd und anschlieszligender Verduumlnnung der Proben mit Inertgas
(A) Paraformaldehyd (B H) Mischkammer (C) IR-Detektion (D) Waschflaschen mit Wasser (E) Ventile (F) Druckregler (G) Nadelventile (I) Probe (K) Entnahmemoumlglichkeit
10Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reaktionen der Aldehyde und Ketone
a) Amine R ndash CHO + H2 N ndash R R ndash CH = N ndash R + H2 O
b) Derivate des Ammoniaks Hydrazin
gt C = O + H2 N ndash NH2 gt C = N ndash NH2
Hydrazon
Phenylhydrazin
gt C = O + H2N ndash NH ndash C6H5 gt C = N ndash NH ndash C6H5
Phenylhydrazon
Hydroxylamin
gt C = O + H2 N ndash OH gt C = N ndash OH
Oxim
-H2
O
-H2
O
-H2
O
-H2
O
11Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrometrie
Photometrie von Lanthan mit Arsenazo
Photometrische Zwei-Komponenten-Analyse
12Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten I
Derivatisierung von Formaldehyd mit 24-Dinitrophenylhydrazin (DNPH)
UV-Spektrum von Formaldehyd-DNPH
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
3Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Wichtige Stoffgruppen in InnenraumlumenGasfoumlrmige anorganische Stoffe (z B Kohlenmonoxid Stickoxide)
Verbrennungsvorgaumlnge z B Rauchen Gasherde Verkehr
menschlicher Stoffwechsel
Leichtfluumlchtige organische Stoffe (VOC) rarr leichter Uumlbertritt in die Luft
Loumlsemittel in Klebstoffen Lacken Farben Buumlromaterialien Putzmitteln Heimwerkerprodukten
Baumaterialien Einrichtungsgegenstaumlnde z B Formaldehyd 1
in Spanplatten
biologische Quellen (Pilze Bakterien) rarr mikrobielle
VOC (MVOC)
Verbrennungsvorgaumlnge
Schwerfluumlchtige organische Stoffe rarr Adsorption an Staub und Oberflaumlchen
Baumaterialien Einrichtungsgegenstaumlnde z B polychlorierte Biphenyle
in Fugendichtungen Phthalate
(Weichmacher in Kunststoffen)
Biozide
(Insektizide Fungizide) z B Pentachlorphenol Lindan Permethrin u a in Teppichen Farben Holz
Anorganische Partikel (Asbest kuumlnstliche Mineralfasern)
Radioaktive Stoffe (Radon)
Biologische Belastungen
Hausstaubmilbe
Schimmelpilze
Bakterien und Viren
1 Formaldehyd ist sehr leichtfluumlchtig (Definition Siedepunkt lt 50 degC) und gehoumlrt daher streng genommen nicht zu den leichtfluumlchtigen organischen Verbindungen
4Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehyd I
C
H
H O
Eigenschaften
farbloses stechend riechendes Gas Schmelzpunkt -117 degC Siedepunkt -19 degC
Loumlslichkeit leicht loumlslich in Wasser gut loumlslich in Ethanol und Aumlther
Toxizitaumlt
MAK 03 mlm-3 037 mgm-3
LD50
100 mgkg-1
(Ratte oral) 220 mgkg-1 (Kaninchen dermal)
Krebsrisiko
Tierversuch bei Ratten nachweislich karzinogene Wirkung (gt 6 mLm3)
WHO (2004) krebserregend fuumlr den Menschen DfR
krebsausloumlsend fuumlr Menschen
Natuumlrliche Vorkommen
Stoffwechselprodukt Fruumlchte Holz
Photooxidation in der Atmosphaumlre
5Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehyd IIVerwendung
Chemische Industrie Herstellung von Farbstoffen Arzneimitteln und Textilveredelungen
Kunststoffproduktion Polyoxymethylen Kunstharz (Phenol) Harze (Melamin oder Harnstoff)
Klebstoffe
Ionenaustauscher
Fungizide
Duumlngemittel
Vulkanisationszusatz
Kosmetik Konservierungsstoff
Anatomie Konservierung von Praumlparaten
Emissionsquellen
Kontamination der Atemluft durch Ausgasen in geschlossenen Raumlumen (Spanplatten Bodenbelaumlge Moumlbel)
unvollstaumlndige Verbrennungsprozesse (Motoren Zigaretten Gieszligerei Holz)
6Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung I mit Pruumlfroumlhrchen
Nachweisbare Verbindungen mit Nachweisgrenze [ppm]Propan (100) Xylol
(60) CO (100)Butan (10) Ethylen (10) Ethylacetat (600)Pentan (10) Acetylen (100) Butylacetat (100)
Hexan (10) Styrol
(100) Formaldehyd (10)Trichlorethylen
(10) Aceton (600) Acetaldehyd
(100)
Tetrachlorethylen (100) Heptan (10) Methylisobutylketon
(100)Vinylchlorid (10) Methanol (100) 111-Trichlorethan (1000)Benzin (01 mgl) THF (100) Methylenchlorid
(1000)Benzol (10) H2
(10) Anilin (40)
Toluol (30) Arsin
(20) Ethylamin
(100)
7Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung II mit Pruumlfroumlhrchen
8Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Stabilisierung von Formaldehydloumlsungen
Probe Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
Formaldehyd in Wasser 101 lt 005
Formaldehyd in Wasser + 50 microgml HgCl2
101 97
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml SnCl2
99 94
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml Na-PCP
101 96
Verschiedene Formaldehydloumlsungen gleicher Konzentration (~ 10 microgml) werden bei 21degC aufbewahrt und nach 4 Tagen deren Gehalt an Formaldehyd bestimmt
Luftvolumen Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
0 95 90
15 100 70
105 101 lt 005
Entluumlftung des Wassers hat ebenfalls einen groszligen Einfluss auf die Stabilitaumlt der Formaldehyd- loumlsungen Dazu wird das Wasser (10 ml) vor der Zugabe von Formaldehyd unterschiedlich lange mit Luft gespuumllt
9Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Herstellung von Eichstandards
Die Herstellung von gasfoumlrmigen Formaldehyd-Eichstandards ist sehr aufwaumlndig da es keine geeigneten Standards kommerziell zu erwerben gibt Die Herstellung erfolgt uumlber das Verdampfen von Formaldehyd aus Paraformaldehyd und anschlieszligender Verduumlnnung der Proben mit Inertgas
(A) Paraformaldehyd (B H) Mischkammer (C) IR-Detektion (D) Waschflaschen mit Wasser (E) Ventile (F) Druckregler (G) Nadelventile (I) Probe (K) Entnahmemoumlglichkeit
10Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reaktionen der Aldehyde und Ketone
a) Amine R ndash CHO + H2 N ndash R R ndash CH = N ndash R + H2 O
b) Derivate des Ammoniaks Hydrazin
gt C = O + H2 N ndash NH2 gt C = N ndash NH2
Hydrazon
Phenylhydrazin
gt C = O + H2N ndash NH ndash C6H5 gt C = N ndash NH ndash C6H5
Phenylhydrazon
Hydroxylamin
gt C = O + H2 N ndash OH gt C = N ndash OH
Oxim
-H2
O
-H2
O
-H2
O
-H2
O
11Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrometrie
Photometrie von Lanthan mit Arsenazo
Photometrische Zwei-Komponenten-Analyse
12Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten I
Derivatisierung von Formaldehyd mit 24-Dinitrophenylhydrazin (DNPH)
UV-Spektrum von Formaldehyd-DNPH
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
4Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehyd I
C
H
H O
Eigenschaften
farbloses stechend riechendes Gas Schmelzpunkt -117 degC Siedepunkt -19 degC
Loumlslichkeit leicht loumlslich in Wasser gut loumlslich in Ethanol und Aumlther
Toxizitaumlt
MAK 03 mlm-3 037 mgm-3
LD50
100 mgkg-1
(Ratte oral) 220 mgkg-1 (Kaninchen dermal)
Krebsrisiko
Tierversuch bei Ratten nachweislich karzinogene Wirkung (gt 6 mLm3)
WHO (2004) krebserregend fuumlr den Menschen DfR
krebsausloumlsend fuumlr Menschen
Natuumlrliche Vorkommen
Stoffwechselprodukt Fruumlchte Holz
Photooxidation in der Atmosphaumlre
5Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehyd IIVerwendung
Chemische Industrie Herstellung von Farbstoffen Arzneimitteln und Textilveredelungen
Kunststoffproduktion Polyoxymethylen Kunstharz (Phenol) Harze (Melamin oder Harnstoff)
Klebstoffe
Ionenaustauscher
Fungizide
Duumlngemittel
Vulkanisationszusatz
Kosmetik Konservierungsstoff
Anatomie Konservierung von Praumlparaten
Emissionsquellen
Kontamination der Atemluft durch Ausgasen in geschlossenen Raumlumen (Spanplatten Bodenbelaumlge Moumlbel)
unvollstaumlndige Verbrennungsprozesse (Motoren Zigaretten Gieszligerei Holz)
6Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung I mit Pruumlfroumlhrchen
Nachweisbare Verbindungen mit Nachweisgrenze [ppm]Propan (100) Xylol
(60) CO (100)Butan (10) Ethylen (10) Ethylacetat (600)Pentan (10) Acetylen (100) Butylacetat (100)
Hexan (10) Styrol
(100) Formaldehyd (10)Trichlorethylen
(10) Aceton (600) Acetaldehyd
(100)
Tetrachlorethylen (100) Heptan (10) Methylisobutylketon
(100)Vinylchlorid (10) Methanol (100) 111-Trichlorethan (1000)Benzin (01 mgl) THF (100) Methylenchlorid
(1000)Benzol (10) H2
(10) Anilin (40)
Toluol (30) Arsin
(20) Ethylamin
(100)
7Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung II mit Pruumlfroumlhrchen
8Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Stabilisierung von Formaldehydloumlsungen
Probe Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
Formaldehyd in Wasser 101 lt 005
Formaldehyd in Wasser + 50 microgml HgCl2
101 97
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml SnCl2
99 94
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml Na-PCP
101 96
Verschiedene Formaldehydloumlsungen gleicher Konzentration (~ 10 microgml) werden bei 21degC aufbewahrt und nach 4 Tagen deren Gehalt an Formaldehyd bestimmt
Luftvolumen Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
0 95 90
15 100 70
105 101 lt 005
Entluumlftung des Wassers hat ebenfalls einen groszligen Einfluss auf die Stabilitaumlt der Formaldehyd- loumlsungen Dazu wird das Wasser (10 ml) vor der Zugabe von Formaldehyd unterschiedlich lange mit Luft gespuumllt
9Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Herstellung von Eichstandards
Die Herstellung von gasfoumlrmigen Formaldehyd-Eichstandards ist sehr aufwaumlndig da es keine geeigneten Standards kommerziell zu erwerben gibt Die Herstellung erfolgt uumlber das Verdampfen von Formaldehyd aus Paraformaldehyd und anschlieszligender Verduumlnnung der Proben mit Inertgas
(A) Paraformaldehyd (B H) Mischkammer (C) IR-Detektion (D) Waschflaschen mit Wasser (E) Ventile (F) Druckregler (G) Nadelventile (I) Probe (K) Entnahmemoumlglichkeit
10Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reaktionen der Aldehyde und Ketone
a) Amine R ndash CHO + H2 N ndash R R ndash CH = N ndash R + H2 O
b) Derivate des Ammoniaks Hydrazin
gt C = O + H2 N ndash NH2 gt C = N ndash NH2
Hydrazon
Phenylhydrazin
gt C = O + H2N ndash NH ndash C6H5 gt C = N ndash NH ndash C6H5
Phenylhydrazon
Hydroxylamin
gt C = O + H2 N ndash OH gt C = N ndash OH
Oxim
-H2
O
-H2
O
-H2
O
-H2
O
11Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrometrie
Photometrie von Lanthan mit Arsenazo
Photometrische Zwei-Komponenten-Analyse
12Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten I
Derivatisierung von Formaldehyd mit 24-Dinitrophenylhydrazin (DNPH)
UV-Spektrum von Formaldehyd-DNPH
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
5Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehyd IIVerwendung
Chemische Industrie Herstellung von Farbstoffen Arzneimitteln und Textilveredelungen
Kunststoffproduktion Polyoxymethylen Kunstharz (Phenol) Harze (Melamin oder Harnstoff)
Klebstoffe
Ionenaustauscher
Fungizide
Duumlngemittel
Vulkanisationszusatz
Kosmetik Konservierungsstoff
Anatomie Konservierung von Praumlparaten
Emissionsquellen
Kontamination der Atemluft durch Ausgasen in geschlossenen Raumlumen (Spanplatten Bodenbelaumlge Moumlbel)
unvollstaumlndige Verbrennungsprozesse (Motoren Zigaretten Gieszligerei Holz)
6Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung I mit Pruumlfroumlhrchen
Nachweisbare Verbindungen mit Nachweisgrenze [ppm]Propan (100) Xylol
(60) CO (100)Butan (10) Ethylen (10) Ethylacetat (600)Pentan (10) Acetylen (100) Butylacetat (100)
Hexan (10) Styrol
(100) Formaldehyd (10)Trichlorethylen
(10) Aceton (600) Acetaldehyd
(100)
Tetrachlorethylen (100) Heptan (10) Methylisobutylketon
(100)Vinylchlorid (10) Methanol (100) 111-Trichlorethan (1000)Benzin (01 mgl) THF (100) Methylenchlorid
(1000)Benzol (10) H2
(10) Anilin (40)
Toluol (30) Arsin
(20) Ethylamin
(100)
7Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung II mit Pruumlfroumlhrchen
8Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Stabilisierung von Formaldehydloumlsungen
Probe Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
Formaldehyd in Wasser 101 lt 005
Formaldehyd in Wasser + 50 microgml HgCl2
101 97
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml SnCl2
99 94
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml Na-PCP
101 96
Verschiedene Formaldehydloumlsungen gleicher Konzentration (~ 10 microgml) werden bei 21degC aufbewahrt und nach 4 Tagen deren Gehalt an Formaldehyd bestimmt
Luftvolumen Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
0 95 90
15 100 70
105 101 lt 005
Entluumlftung des Wassers hat ebenfalls einen groszligen Einfluss auf die Stabilitaumlt der Formaldehyd- loumlsungen Dazu wird das Wasser (10 ml) vor der Zugabe von Formaldehyd unterschiedlich lange mit Luft gespuumllt
9Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Herstellung von Eichstandards
Die Herstellung von gasfoumlrmigen Formaldehyd-Eichstandards ist sehr aufwaumlndig da es keine geeigneten Standards kommerziell zu erwerben gibt Die Herstellung erfolgt uumlber das Verdampfen von Formaldehyd aus Paraformaldehyd und anschlieszligender Verduumlnnung der Proben mit Inertgas
(A) Paraformaldehyd (B H) Mischkammer (C) IR-Detektion (D) Waschflaschen mit Wasser (E) Ventile (F) Druckregler (G) Nadelventile (I) Probe (K) Entnahmemoumlglichkeit
10Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reaktionen der Aldehyde und Ketone
a) Amine R ndash CHO + H2 N ndash R R ndash CH = N ndash R + H2 O
b) Derivate des Ammoniaks Hydrazin
gt C = O + H2 N ndash NH2 gt C = N ndash NH2
Hydrazon
Phenylhydrazin
gt C = O + H2N ndash NH ndash C6H5 gt C = N ndash NH ndash C6H5
Phenylhydrazon
Hydroxylamin
gt C = O + H2 N ndash OH gt C = N ndash OH
Oxim
-H2
O
-H2
O
-H2
O
-H2
O
11Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrometrie
Photometrie von Lanthan mit Arsenazo
Photometrische Zwei-Komponenten-Analyse
12Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten I
Derivatisierung von Formaldehyd mit 24-Dinitrophenylhydrazin (DNPH)
UV-Spektrum von Formaldehyd-DNPH
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
6Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung I mit Pruumlfroumlhrchen
Nachweisbare Verbindungen mit Nachweisgrenze [ppm]Propan (100) Xylol
(60) CO (100)Butan (10) Ethylen (10) Ethylacetat (600)Pentan (10) Acetylen (100) Butylacetat (100)
Hexan (10) Styrol
(100) Formaldehyd (10)Trichlorethylen
(10) Aceton (600) Acetaldehyd
(100)
Tetrachlorethylen (100) Heptan (10) Methylisobutylketon
(100)Vinylchlorid (10) Methanol (100) 111-Trichlorethan (1000)Benzin (01 mgl) THF (100) Methylenchlorid
(1000)Benzol (10) H2
(10) Anilin (40)
Toluol (30) Arsin
(20) Ethylamin
(100)
7Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung II mit Pruumlfroumlhrchen
8Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Stabilisierung von Formaldehydloumlsungen
Probe Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
Formaldehyd in Wasser 101 lt 005
Formaldehyd in Wasser + 50 microgml HgCl2
101 97
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml SnCl2
99 94
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml Na-PCP
101 96
Verschiedene Formaldehydloumlsungen gleicher Konzentration (~ 10 microgml) werden bei 21degC aufbewahrt und nach 4 Tagen deren Gehalt an Formaldehyd bestimmt
Luftvolumen Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
0 95 90
15 100 70
105 101 lt 005
Entluumlftung des Wassers hat ebenfalls einen groszligen Einfluss auf die Stabilitaumlt der Formaldehyd- loumlsungen Dazu wird das Wasser (10 ml) vor der Zugabe von Formaldehyd unterschiedlich lange mit Luft gespuumllt
9Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Herstellung von Eichstandards
Die Herstellung von gasfoumlrmigen Formaldehyd-Eichstandards ist sehr aufwaumlndig da es keine geeigneten Standards kommerziell zu erwerben gibt Die Herstellung erfolgt uumlber das Verdampfen von Formaldehyd aus Paraformaldehyd und anschlieszligender Verduumlnnung der Proben mit Inertgas
(A) Paraformaldehyd (B H) Mischkammer (C) IR-Detektion (D) Waschflaschen mit Wasser (E) Ventile (F) Druckregler (G) Nadelventile (I) Probe (K) Entnahmemoumlglichkeit
10Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reaktionen der Aldehyde und Ketone
a) Amine R ndash CHO + H2 N ndash R R ndash CH = N ndash R + H2 O
b) Derivate des Ammoniaks Hydrazin
gt C = O + H2 N ndash NH2 gt C = N ndash NH2
Hydrazon
Phenylhydrazin
gt C = O + H2N ndash NH ndash C6H5 gt C = N ndash NH ndash C6H5
Phenylhydrazon
Hydroxylamin
gt C = O + H2 N ndash OH gt C = N ndash OH
Oxim
-H2
O
-H2
O
-H2
O
-H2
O
11Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrometrie
Photometrie von Lanthan mit Arsenazo
Photometrische Zwei-Komponenten-Analyse
12Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten I
Derivatisierung von Formaldehyd mit 24-Dinitrophenylhydrazin (DNPH)
UV-Spektrum von Formaldehyd-DNPH
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
7Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydbestimmung II mit Pruumlfroumlhrchen
8Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Stabilisierung von Formaldehydloumlsungen
Probe Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
Formaldehyd in Wasser 101 lt 005
Formaldehyd in Wasser + 50 microgml HgCl2
101 97
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml SnCl2
99 94
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml Na-PCP
101 96
Verschiedene Formaldehydloumlsungen gleicher Konzentration (~ 10 microgml) werden bei 21degC aufbewahrt und nach 4 Tagen deren Gehalt an Formaldehyd bestimmt
Luftvolumen Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
0 95 90
15 100 70
105 101 lt 005
Entluumlftung des Wassers hat ebenfalls einen groszligen Einfluss auf die Stabilitaumlt der Formaldehyd- loumlsungen Dazu wird das Wasser (10 ml) vor der Zugabe von Formaldehyd unterschiedlich lange mit Luft gespuumllt
9Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Herstellung von Eichstandards
Die Herstellung von gasfoumlrmigen Formaldehyd-Eichstandards ist sehr aufwaumlndig da es keine geeigneten Standards kommerziell zu erwerben gibt Die Herstellung erfolgt uumlber das Verdampfen von Formaldehyd aus Paraformaldehyd und anschlieszligender Verduumlnnung der Proben mit Inertgas
(A) Paraformaldehyd (B H) Mischkammer (C) IR-Detektion (D) Waschflaschen mit Wasser (E) Ventile (F) Druckregler (G) Nadelventile (I) Probe (K) Entnahmemoumlglichkeit
10Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reaktionen der Aldehyde und Ketone
a) Amine R ndash CHO + H2 N ndash R R ndash CH = N ndash R + H2 O
b) Derivate des Ammoniaks Hydrazin
gt C = O + H2 N ndash NH2 gt C = N ndash NH2
Hydrazon
Phenylhydrazin
gt C = O + H2N ndash NH ndash C6H5 gt C = N ndash NH ndash C6H5
Phenylhydrazon
Hydroxylamin
gt C = O + H2 N ndash OH gt C = N ndash OH
Oxim
-H2
O
-H2
O
-H2
O
-H2
O
11Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrometrie
Photometrie von Lanthan mit Arsenazo
Photometrische Zwei-Komponenten-Analyse
12Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten I
Derivatisierung von Formaldehyd mit 24-Dinitrophenylhydrazin (DNPH)
UV-Spektrum von Formaldehyd-DNPH
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
8Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Stabilisierung von Formaldehydloumlsungen
Probe Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
Formaldehyd in Wasser 101 lt 005
Formaldehyd in Wasser + 50 microgml HgCl2
101 97
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml SnCl2
99 94
Formaldehyd in Wasser+ 50 microgml Na-PCP
101 96
Verschiedene Formaldehydloumlsungen gleicher Konzentration (~ 10 microgml) werden bei 21degC aufbewahrt und nach 4 Tagen deren Gehalt an Formaldehyd bestimmt
Luftvolumen Anfangsgehalt [microgml]
Gehalt nach 4 Tagen [microgml]
0 95 90
15 100 70
105 101 lt 005
Entluumlftung des Wassers hat ebenfalls einen groszligen Einfluss auf die Stabilitaumlt der Formaldehyd- loumlsungen Dazu wird das Wasser (10 ml) vor der Zugabe von Formaldehyd unterschiedlich lange mit Luft gespuumllt
9Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Herstellung von Eichstandards
Die Herstellung von gasfoumlrmigen Formaldehyd-Eichstandards ist sehr aufwaumlndig da es keine geeigneten Standards kommerziell zu erwerben gibt Die Herstellung erfolgt uumlber das Verdampfen von Formaldehyd aus Paraformaldehyd und anschlieszligender Verduumlnnung der Proben mit Inertgas
(A) Paraformaldehyd (B H) Mischkammer (C) IR-Detektion (D) Waschflaschen mit Wasser (E) Ventile (F) Druckregler (G) Nadelventile (I) Probe (K) Entnahmemoumlglichkeit
10Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reaktionen der Aldehyde und Ketone
a) Amine R ndash CHO + H2 N ndash R R ndash CH = N ndash R + H2 O
b) Derivate des Ammoniaks Hydrazin
gt C = O + H2 N ndash NH2 gt C = N ndash NH2
Hydrazon
Phenylhydrazin
gt C = O + H2N ndash NH ndash C6H5 gt C = N ndash NH ndash C6H5
Phenylhydrazon
Hydroxylamin
gt C = O + H2 N ndash OH gt C = N ndash OH
Oxim
-H2
O
-H2
O
-H2
O
-H2
O
11Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrometrie
Photometrie von Lanthan mit Arsenazo
Photometrische Zwei-Komponenten-Analyse
12Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten I
Derivatisierung von Formaldehyd mit 24-Dinitrophenylhydrazin (DNPH)
UV-Spektrum von Formaldehyd-DNPH
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
9Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Herstellung von Eichstandards
Die Herstellung von gasfoumlrmigen Formaldehyd-Eichstandards ist sehr aufwaumlndig da es keine geeigneten Standards kommerziell zu erwerben gibt Die Herstellung erfolgt uumlber das Verdampfen von Formaldehyd aus Paraformaldehyd und anschlieszligender Verduumlnnung der Proben mit Inertgas
(A) Paraformaldehyd (B H) Mischkammer (C) IR-Detektion (D) Waschflaschen mit Wasser (E) Ventile (F) Druckregler (G) Nadelventile (I) Probe (K) Entnahmemoumlglichkeit
10Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reaktionen der Aldehyde und Ketone
a) Amine R ndash CHO + H2 N ndash R R ndash CH = N ndash R + H2 O
b) Derivate des Ammoniaks Hydrazin
gt C = O + H2 N ndash NH2 gt C = N ndash NH2
Hydrazon
Phenylhydrazin
gt C = O + H2N ndash NH ndash C6H5 gt C = N ndash NH ndash C6H5
Phenylhydrazon
Hydroxylamin
gt C = O + H2 N ndash OH gt C = N ndash OH
Oxim
-H2
O
-H2
O
-H2
O
-H2
O
11Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrometrie
Photometrie von Lanthan mit Arsenazo
Photometrische Zwei-Komponenten-Analyse
12Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten I
Derivatisierung von Formaldehyd mit 24-Dinitrophenylhydrazin (DNPH)
UV-Spektrum von Formaldehyd-DNPH
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
10Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reaktionen der Aldehyde und Ketone
a) Amine R ndash CHO + H2 N ndash R R ndash CH = N ndash R + H2 O
b) Derivate des Ammoniaks Hydrazin
gt C = O + H2 N ndash NH2 gt C = N ndash NH2
Hydrazon
Phenylhydrazin
gt C = O + H2N ndash NH ndash C6H5 gt C = N ndash NH ndash C6H5
Phenylhydrazon
Hydroxylamin
gt C = O + H2 N ndash OH gt C = N ndash OH
Oxim
-H2
O
-H2
O
-H2
O
-H2
O
11Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrometrie
Photometrie von Lanthan mit Arsenazo
Photometrische Zwei-Komponenten-Analyse
12Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten I
Derivatisierung von Formaldehyd mit 24-Dinitrophenylhydrazin (DNPH)
UV-Spektrum von Formaldehyd-DNPH
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
11Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrometrie
Photometrie von Lanthan mit Arsenazo
Photometrische Zwei-Komponenten-Analyse
12Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten I
Derivatisierung von Formaldehyd mit 24-Dinitrophenylhydrazin (DNPH)
UV-Spektrum von Formaldehyd-DNPH
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
12Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten I
Derivatisierung von Formaldehyd mit 24-Dinitrophenylhydrazin (DNPH)
UV-Spektrum von Formaldehyd-DNPH
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
13Formaldehyd Organische Spurenanalyse
UV-VIS-Spektrum von Formaldehydderivaten II
Derivatisierung mittels Chromotropsaumlure
(CA) in konzentrierter Phosphorsaumlure
Absorptionsspektrum des Reaktionsprodukts von Formaldehyd und CA in konzentrierter Phosphorsaumlure
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
14Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierungsreagenzien
fuumlr die photometrische Formaldehydbestimmung
Reagenz Strukturformelλmax [nm]
molarer Extinktionskoeffizient [103
L
mol-1
cm-1]Stabilitaumlt Linearitaumltsbereich
[microgml]
Chromotropsaumlure 578 157 gt 24 Std 02 - 40
Phenylhydrazin 520 87 15 min 0008 ndash 15
Acetylaceton 412 80 gt 24 Std 037 ndash 87
Oxalyldihydrazid 620 77 180 min 06 ndash 36
2-Hydrazinbenzothiazol 582 480 20 min 006 -125
Phenyl J-Saumlure 660 514 gt 24 Std 0056 ndash 13
NHNH2
CH3C
O
CH2C
CH3
O
H
SO3H
OHOH
SO3H
NH2 NH
C
O
C
O
NH NH2
NH2
OH
SO3H
S
N NHNH2
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
15Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung I
Grundlage des Verfahrens Derivatisierung mit Pararosanilin
(PA)
Umsatz der Reaktion abhaumlngig vonbull pH-Wert (HCl-Konzentration)bull Pararosanilinkonzentrationbull Sulfitkonzentrationbull Derivatisierungszeitbull Derivatisierungstemperatur
Je groumlszliger der Umsatz um so empfindlicher ist das Verfahren
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
16Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IIAbhaumlngigkeit von der
Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration(1 microg bull
ml-1
≙
33 microM Formaldehyd)
Na2 SO3 - Konz [mM]
HCl-Konzentration [mM]
20 30 50 150 300
0033 0474 0400 0292 0081 0026
0066 0560 0476 0341 0080 0043
0165 1033 1002 0915 0383 0220
0331 0940 0982 0932 0459 0255
0496 0746 0735 0789 0650 0342
0661 0351 0536 0668 0612 0321
2645 -0093 0016 0057 0234 0259
5291 0057 -0030 -0007 0072 0121Absorption (Probe-Blindwert) als eine Funktion der Sulfit-
und Salzsaumlurekonzentration
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
17Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung III
Abhaumlngigkeit von der PA-Konzentration
bei optimaler SO3
2-
und HCl-Konzentration
Abhaumlngigkeit von der Derivatisierungstemperatur
und -zeit
bei optimaler PA-Konzentration
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
18Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Photometrische Formaldehydbestimmung IV
Stoumlrungen (Interferenzen)
der Methode durch gleichartige Analyte (Aldehyde und Ketone) oder andere Matrixbestandteile der Probe
(Formaldehydgehalt 10 microg bull
ml-1
(33 microM) Absorptionskoeffizient 18800)
Positive Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Absorptions- koeffizient
Acetaldehyd 220 220
Acrolein 120 390
Propionaldehyd 640 77
Glyoxal 500 130
Negative Interferenz 10 Stoumlrung [microM]
Cyanid 330
Wasserstoffperoxid 140
Hydroxylamin 3
Nitrit 120
Folgende Substanzen verursachen bei einer Konzentration von 10 mM (gt 30facher Uumlberschuss) geringere Interferenzen als 10
bull Essigsaumlure
bull Ethanol
bull Methanol
bull Benzaldehyd
bull Ammoniumion
bull Nitration
bull Sulfation
bull Trioxan
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
19Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematischer Aufbau einer Flieszliginjektionsanalyse
Bei photometrischen Analysen ist ein hoher Automatisierungsgrad durch den Einsatz eines Autosamplers
zu erzielen Mit Hilfe der Flieszliginjektionsanalyse (FIA) lassen sich UV-VIS-Analysenverfahren auch im Bereich der Probenvorbereitung automatisieren
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
20Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Einspritzmenge 20 microl 250 microlVerweilzeit 120 sec
Peakbreite
(≙
Zeitbedarf pro Bestimmung)~ 45 sec ~ 60 sec
Pumpgeschwindigkeit ~ 2 x 35 mlh
Druck 2 ndash
3 bar
Messbereich (Linearitaumlt) 2 ndash
200 mgl
01 ndash
10 mgl
Bestimmungsgrenze 003 mgl
Flieszliginjektionsanalyse
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
21Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
I
Methylacetoacetat
26-Dimethyl-14-dihydropyridin-35-di(methylcarboxylat)Detektionsreaktion
mit Methylacetoacetat
als Reagenz zur Detektion von Formaldehyd in Gegenwart von Ammoniak
Absorptionsspektra fuumlr das Formaldehyd-
produkt
im Konzentrationsbereich von (25 -
20) x 10-6
M
Effekt der Ammoniumacetat-Konzentration
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
22Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA mittels Acetylaceton
II
Effekt des pH
HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
Effekt der Reaktionstemperatur HCHO Konzentration () (Blindwert) () 5 x 10-6 M () 10 x 10-6
M
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
23Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd I
Bei der Injektion von Wasser wird ein bdquoGeisterpeakldquo
erzeugt Injektion von Reagens ergibt nur Grundrauschen Zum Vergleich Injektion von 20 microl Formaldehydloumlsung mit einem Gehalt von 3 mgl
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
24Formaldehyd Organische Spurenanalyse
FIA von Formaldehyd II
Die Reihe beginnt bei A mit 100 mgl Formaldehyd und einem Messbereich von 256 Extinktionseinheiten Von A nach I wird bei jedem Schritt sowohl die Formaldehydkonzentration wie auch der Messbereich halbiert Fuumlr I gilt demnach c = 078 mgl Messbereich 002 Extinktionseinheiten
Injektionsvolumen 20 microl
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
25Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahmeverfahren
fuumlr die Bestimmung gasfoumlrmiger Luftinhaltsstoffe
Messverfahren zur Probenahme und gleichzeitigen Bestimmung
bdquovor Ortldquo
Aktive Probenahme ohne Anreicherung
Aktive Probenahme mit Anreicherung
Passive Probenahme
Verwendung von Pruumlfroumlhrchen
chromatographische und spektroskopische
bdquovor Ortldquo-Analysensysteme
Sammlung von Gasproben in Kanistern Beuteln Spritzen
und Glasbehaumlltern
Ausfrieren von gasfoumlrmigen
Komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Loumlsungsmittelelution
der Proben- komponenten
Sammlung auf Adsorptionsmaterialien
zur spaumlteren Thermodesorption der Probenkomponenten
Verwendung von Passivsammlern mit
Adsorptionsmaterialien zur spaumlteren Elution
oder Thermo- desorption
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
26Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GasprobenZur diskontinuierlichen Probenahme werden folgende Gassammelgefaumlszlige nach mehrfachem
Durchspuumllen des Gefaumlszligvolumens oder durch Einstroumlmen in das vorher evakuierte Gefaumlszlig
verwendet
Probenahme mit Gaswurst
Gassammelgefaumlszlig
ohne und mit Einstichmembran (Haumlhne aus Glas oder PTFE)
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
27Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme
critical
orifice
Passivsampler Metallkanister Gassammelbox
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
28Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Impinger
Die Abscheidung gasfoumlrmiger Stoffe erfolgt im Impinger einer Frittenwaschflasche Neben reinem Loumlsungsmittel koumlnnen auch noch Derivatisierungsreagenzien
enthalten sein
Loumlsung Effektivitaumlt []
Wasser 805 mM HCl 85
005 MBTH 84
5 Ammoniumacetat 80 - 95
24-DNPH in 2 M HCl 80 - 99
1 Natriumbisulfit 98
01 Chromotopsaumlure 100
Effektivitaumlt verschiedener Impinger-Loumlsungen
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
29Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Schematische Darstellung des Cryotrappings
Cryotrap Sampling
system
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
30Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
I
Effekt der HCl-Konzentration Effekt des Wassergehaltes
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
31Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Derivatisierung von Formaldehyd mittels DNPH im Impinger
II
Bestimmungsgrenze [microg
m-3]Wellenlaumlnge
[nm]
Formaldehyd 02 360
Acetaldehyd 02 365
Aceton 04 370
Propanol 003 365
Butanal 002 365
Benzaldehyd 002 380
Bestimmungsgrenzen fuumlr die HPLC-
Bestimmung
mit UV-Detektion nach der Cryotrap-Methode
Abhaumlngigkeit des Volumenflusses beim Cryotrap
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
32Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Probenahme durch Adsorption an Adsorptionsmaterialien
Gasfoumlrmige oder leicht fluumlchtige organische Verbindungen lassen sich sehr elegant mit guten Wiederfindungsraten und hohen Anreicherungsfaktoren an festen Materialien adsorbieren Hierzu wird die gasfoumlrmige Probe uumlber das Adsorptionsmittel gepumpt das sich in einem Glas-
oder Edelstahlroumlhrchen befindet
Eine andere Variante der Probenahme stellt die Diffusion der Probe durch eine Membran hindurch dar
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
33Formaldehyd Organische Spurenanalyse
AdsorptionsroumlhrchenNeben reinen festen Adsorbermaterialien
koumlnnen auch mit Derivatisierungsmitteln belegte Adsorbentien
eingesetzt werden
Reagenz Adsorbermaterial Bemerkung
- Aluminiumoxid max Sammelrate 30 min Instabilitaumlt von FA auf dem Material Desorptionsrate 85
- Molekularsieb Sammelrate limitiert Desorptionsrate 100
2-Benzylaminoethanol Chromosorb 102 Sammelrate 50 mlmin Desorptionsrate schwankend und gering
24-DNPH Glaskugeln Schlechte Adsorption und Desorption abhaumlngig von Luftfeuchtigkeit
24-DNPH Amberlite XAD-2 Vergleichbar mit Impinger-Methode
Oxidierende Agentien Holzkohle Instabilitaumlt der Oxidationsprodukte
Chromotrop-Saumlure (J-Form) Silikagel Vergleichbar mit Bisulfit-Impigner und
Chromotopsaumlure
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
34Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd mittels Adsorptionsroumlhrchen
Adsorptionsroumlhrchen (300 mg bzw 75 mg Adsorbermaterial)
10 cm iD 37 mm
Vergleich der Effektivitaumlt von belegten Adsorptionsroumlhrchen
Methode Wiederfindungsrate []
Nachweisgrenze [ppb]
CTA 108 100
PRA 92 25
Oxazolidine
94 975 gt80
993 1)
100 20 01 10
1) Versuche mit Adsorptionsroumlhrchen (siehe links)
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
35Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Voltammetrische
Bestimmung von Formaldehyd in Luft
NH2
-NH2
H2
O + H2
C=O rarr H2
C=N-NH2
+ 2 H2
ODerivatisierung mit Hydrazin
Grundloumlsung
02 mM Natriumacetat 15 mM Hydraziniumsulfat 20 mM EDTA
Reduktion an DME
Ep
-105 V
H2
C=N-NH2
+ 2H+
+ 2e-
rarr CH3
-NH-NH2
Bestimmungsgrenze
01 microg absolut bzw 10 microgm3
=
8 ppb (30 min 40 ml Wasser 10 ml analysiertes Teilvolumen)
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
36Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Luftprobenahme fuumlr voltammetrische
Bestimmung
Absorptionsloumlsung
100 ml destilliertes Wasser
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Kamine (Holzofen 3 ndash
10 gh)
Motorenabgase (Pruumlfstand ~ 22 gh fuumlr Motorsaumlge)
Innenraum (Spanplattenproduktion Desinfektionsmittel)
Prinzipaufbau bei Emissionsmessungen
Probenahmevorrichtung
fuumlr atmosphaumlrische Immissionsmessungen
Absorptionsloumlsung
40 ml destilliertes Wasser
15 ml dest Wasser + 15 ml Grundloumlsung
Volumenstrom 2 lmin
Umweltproben
Innenraumbelastung offene Kamine (005 ndash
07 ppm)
Kfz-Verkehr
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
37Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Formaldehydtagesgang in der Gieszligener
Innenstadt
Probenahmezeit 60 min Adsorptionsvolumen =
Analysiertes Volumen
30 ml Bestimmungsgrenze 1 ppb =
125 microgm3
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
38Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung I
Formaldehydbestimmung ohne Derivatisierung ist kaum moumlglich Auf gepackten Saumlulen (Parapak
oder Chromosorb) von 1 -
2 m Laumlnge koumlnnen Aldehyde zwischen 80degC und 120degC getrennt werden Die Detektion erfolgt mittels WLD bei Bestimmungsgrenzen von 1 microg absolut
Fuumlr die Derivatisierung werden aumlhnliche oder identische Verbindungen wie bei den Impinger-
Methoden
beschrieben angewendet da diese oft auch fluumlchtig sind Somit kann die waumlssrige Phase mittels organischer Loumlsungsmittel des Impingers
extrahiert werden und in den GC injiziert werden Es werden kurze Kapillarsaumlulen zur Trennung verwendet und als Detektor werden ECD FID oder Massendetektor eingesetzt
Derivatisierungsreagenzien
24-Dinitrophenylhydrazin
NO2
O2N NHNH2
F
F NHNHOH
F
F F
2-Benzylaminoethanol Dimedon
Thioethanol Pentafluorbenzylhydroxylamin
CCH2OH
NH2
CH3
SH
CH3CH3
O O
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
39Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung II
GC-Chromatogramm
der 24-DNPH-Derivate von Aldehyden 1 Formaldehyd 2 Acetaldehyd 3 Propionaldehyd 4 Acrolein 5 Isobutylaldehyd
6 n-Butylaldehyd 7 Isovalerianaldehyd 8 n-Valerianaldehyd 9 Crotonaldehyd 10 Capronaldehyd
Die Doppelpeaks
sind auf isomere
Derivate zuruumlckzufuumlhren
Chromatographische Bedingungen
Saumlule Glaskapillare 20m x 025 mm i D
Stationaumlre Phase SF ndash
96
Saumlulentemperatur 200 ndash
240 degC
Traumlgergas He 10 ndash
12 mlmin
Detektor FID
Herstellung der Standards
Derivatisierung der Aldehyde mit 24-DNPH Reinigung mit HCl Wasser und Ethanol
Loumlsen in Aceton oder CCl4
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
40Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Gaschromatographische Formaldehydbestimmung III
GC-Chromatogramm
eines Autoabgases (Aldehyde und Ketone) IS Anthracene
Formaldehyd 23 ppm Acetaldehyd 15 ppm
GC-Chromatogramm
eines Zigarettenrauches
Formaldehyd 2 mgg Acetaldehyd 8 mgg
Sammelvolumen 30 l Cold trap
mit fluumlssigem O2
Loumlsen in 5 ml Ethanol Faumlllung mit DNPH Filtration Trocknung des Filtrats Loumlsen in Aceton (05 ml)
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
41Formaldehyd Organische Spurenanalyse
GC-Bestimmung mittels PFPHDurch die Verwendung fluorierter
Phenylhydrazone
kann die Fluumlchtigkeit der Derivate noch verbessert werden
Die Methode dient zur Bestimmung von Aldehy-
den
in Trinkwasser Die Proben werden mit Thiosulfat
stabilisiert und gleichzeitig wird hierdurch Cl2
eliminiert Bakteriologischer Abbau wird durch Zugabe von CuSO4
(50 mg pro 100 ml) verhindert Die Derivatisierung erfolgt nach der EPA-Methode 556
GC-Bedingungen
Saumlule DB-1701 (10 microm Filmdicke) 30 m x 320microm
Temperaturprogramm 50 ndash
265 degC (5degCmin)
Traumlgergas He
Detektor ECD
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
42Formaldehyd Organische Spurenanalyse
HPLC-Bestimmung
von Formaldehyd
DerivatisierungVorsaumlulenderivatisierung
manuellautomatisch
Nachsaumlulenderivatisierung
verschiedene DetektionsmethodenUV-VISFluoreszenzelektrochemische DetektionMassenspektrometrie
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
43Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von HPLC-DetektorenDetektor Nachweis- linearer Eignung Selektivitaumlt Flexibilitaumlt Robustheit Preis1 Bemerkungen
grenze Bereich fGrad-el Wartung
Brechungsindex (RID) - - + - - - - - - + + + + + +Universaldetektor nicht gradientenkompatibel
UVvis mit variablen Wellenlaumlngen + + + + + + + + + + + + + + Standarddetektor
UVvis mit Diodenarray (DAD) + + + + + + + + + + + +wertvoll fuumlr Identifizierung
Fluoreszenz-Detektor + + + + + + + + + + + +nachweisstark und preisguumlnstig
Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)-D + + + + + + + + + + - -niedrigste Nachweisgrenzen
amperometrischer Detektor + + + + + - - - + + - +beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
coulometrischer Detektor + + + + + - - -2 + + -beliebt fuumlr ausgewaumlhlte Substanzgruppen
MS-Single Quadrupol3 + + + + + + + + -einfacher und robuster MS-Detektor
MS-Ionenfalle3 + + + + + + + + + + + - - - Strukturaufklaumlrung
1 Die Preisskala variiert zwischen + + + (sehr niedrig) und - - - (sehr hoch)2 Als Coulometrischer Array-Detektor (s unten) gradiententauglich mit Einschraumlnkungen3 Angaben fuumlr die MS-Detektoren beziehen sich auf Elektrospray- oder APCI-Interfaces
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
44Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Elektrochemische Detektion
coulometrische
ZelleDuumlnnschichtzelle Wall-Jet-Zelle
Abstandshalter
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
45Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Detektion
Folgende Substanzklassen sind fuumlr eine ampero-
metrische
Detektion an einer Glascarbonelektrode
im oxidativen
Modus zugaumlnglich
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
46Formaldehyd Organische Spurenanalyse
ELCD-Bestimmung
von PestizidenHydrodynamische Voltammogramme
Chromatogramme von 75 ng Dimethirimol 138 ng DNOC 307 ng Dinoterb und 188 ng Pentachlorphenol registriert bei + 13 V (a) und + 11 V (b) (Injektionsvolumen 20 microl)
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
47Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Amperometrische
Bestimmung nach HPLC-TrennungNeben der UV-Detektion kann nach Trennung der DNPH-Derivate mittels RP-
Chromatographie eine amperometrische
Detektion an einer Glassy-Carbon- Elektrode
(GCE) erfolgen
Chromatogramm verschiedener DNPH-Derivate
Fluss 05 mlmin amperometrische Detektion - 08 V (AgAgCl3 M KCl) 1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reduktive
Detektion der Analyte
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
48Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Formaldehyd in Realproben
Chromatogramm einer Luftprobe aus einem Pub
1 DNPH 2 DNPH-HCl 3 Formaldehyd 4 Acetaldehyd 5 Acrolein 6 Aceton
Reale Luftproben
Ort FA-Konz [ppb] Bemerkung
Labor 85 60
normal nach 1 h Ventilation
Reinraum 30Wohnraum (30 m2)
40 55
normalnach einerZigarette
Pub (zunehmende Raucher)
150 155 170
2130 h 2200 h 2230 h
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
49Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Neue DIN-Norm zum Messen von Formaldehyd im Innenraum
Teil 3 der DIN ISO 16 000 legt ein Verfahren zur Bestimmung von Formalde- hyd
(HCHO) und anderen Carbonylverbindungen
in der Luft fest
Normentwurf Maumlrz 2010
Innenraum privater haumluslicher Bereich Buumlros Schulen Kindergaumlrten Krankenhaumluser
Veranstaltungsraumlume (Kino Theater)
Analytik Probenluft wird uumlber Kieselgelkartuschen welche mit 24-Dinitrophenyl-
hydrazin belegt sind gesaugt Die gebildeten Derivate sind stabil und nicht fluumlchtig Nach der Extraktion der Derivate vom Kieselgel
erfolgt eine HPLC-
Trennung
und anschlieszligende Detektion mittels UV-
oder Diodenarray- Detektion
Probenahme Kurzzeit 5 ndash
60 min Langzeit 1 ndash
24 h
Analyte 13 Aldehyde und Ketone
Empfindlichkeit 1 ndash
1000 microgm3
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
50Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vergleich von SPE und fluumlssig-fluumlssig-ExtraktionBestimmung von Vitamin D aus Multivitamintabletten
Konventionelle fluumlssig-fluumlssig-Extraktion Festphasenextraktion RP-18 Kartusche
bull 1 Extraktion 10 ml Ethanol 2 x 50 ml Diethylether
bull 2 Extraktion 10 ml Ethanol 50 ml Hexan
bull 3 Extraktion 50 ml Hexan
bull Waschen der Extraktionsloumlsung 3 x 50 ml KOH-Loumlsung
bull Eindampfen der organischen Loumlsung
Aufloumlsen der Probe in 50 ml Wasser Kartusche konditionieren Probenaufgabe 2 ml
Eluieren der Matrix - 1 ml PropanolEssigsaumlure - 250 microl MethanolWasser
Eluieren der Probe 2 x 05 ml Dichlormethan
Vorteile der Festphasenextraktion (SPE)
Zeitaufwand (Reduktion der Probenvorbereitung von 3 h auf 30 min)
Loumlsungsmittelverbrauch (220 ml org Loumlsungsmittel auf 225 ml)
Reduktion der Kosten (Arbeitszeit Chemikalien Entsorgung)
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
51Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion I
Extraktionssaumlule Festphasenextraktions-Apparatur
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
52Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion II
groszlige Probenvolumina Trocknung der Festphasenkartusche
Elution der Analyten
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
53Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion III
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
54Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion IV
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
55Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion V
PhasenmaterialIonenaustauschNormalphasen
Wasserstoffbruumlckenbindung
π
ndash
π
Anziehung
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Dipol-induzierte
Dipol-
Wechselwirkung
Reversed-Phase
Van der Waals
Kraumlfte
Dispersionskraumlfte
unpolar-polare Wechselwirkung
Adsorption
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
56Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VILoumlsungsmittel zur Elution
Polaritaumlt Loumlsungsmittel Mischbar in Wasser
nicht polar starke Reversed Phase
schwache normale Phase
Hexan nein
Isooctan nein
Tetrachlorkohlenstoff nein
Chloroform nein
Methylenchlorid (Dichlormethan)
nein
Tetrahydrofuran ja
Diethylether nein
Ethylacetat schwach
Aceton ja
Acetonitril ja
Isopropanol ja
Methanol ja
Wasser ja
polar schwache Reversed Phase
starke normale Phase
Essigsaumlure ja
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
57Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion VIIAuswahl der geeigneten Festphase haumlngt von vielen Faktoren ab
ProbenvolumenKomplexitaumlt der ProbeMatrixGehalt der AnalyteProbenbeschaffenheit
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
58Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Festphasenextraktion on-line
Anreicherung der Probe
Ruumlckspuumllung und
analytische Trennung
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
59Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Bestimmung von Spuren in der Troposphaumlre Festphasenderivatisierung
mit DNSH
Verteilung von Formaldehyd Maritime Atmosphaumlre 10 ndash
20 microgm3
1000 ndash
5000 m
200 ngm3
Das Reagens ist verunreinigt weswegen eine praumlparative
Reinigung mittels Saumlulenchromatographie erforderlich ist Zudem ist eine Anreicherung der Analyte (Festphasenextraktion) vor der HPLC-Trennung
notwendig um die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen
Voraussetzung 5 l Probe rarr Detektionslimit 15 ndash
50 pg
DNSH = 1-Dimethylaminonaphthalin-S-sulfonylhydrazin
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
60Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
61Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie IAnalytische Trennung
(Li Chrosorb SI 60 5 microm)
Saumlulendimension 32 mm x 25 cm Fluss 1 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 20 microl Probe
Praumlparative
Trennung (Silikagel 7 microm)
Saumlulendimension 215 mm x 25 cm Fluss 14 mlmin
Eluent PentanDiethylether 955 1 microl Probe (250 mg)
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
62Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Praumlparative
Saumlulenchromatographie II
Reinigung des DNS-Hydrazins
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
63Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Flieszligschema der DNSH-Methode
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
64Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Chromatogramme der DNSH-MethodeChromatogramm einer 20 l Luft-Probe Chromatogramm einer Regenwasserprobe
1 Formaldehyd 1668 ngl 2 Acetaldehyd 132 ngl 3 Glyoxal 615 ngl 4 Aceton 192 ngl 5 Propanol 036 ngl
6 n-Butanal 011 ngl 7 Benzaldehyd 141 ngl 8 n-Pentanal 038 ngl 9 Tolylaldehyd 025 ngl
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
65Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulenderivatisierung
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
66Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Nachsaumlulen-Reaktoren
(i) Offene Kapillare (ii) Segmentierungsreaktoren
(iii) Gepackte Bettreaktoren
Heizbad
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
67Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Vor-
und Nachsaumlulenderivatisierung (pre-
oder post-column-Derivatisierung)
Vorteile Nachteile
Vorsaumlulen- derivatisierung
bull freie Auswahl der Reaktionsbedingungen
bull Reaktionszeit beliebig waumlhlbarbull Standard HPLC-Apparaturbull Standard-Saumlulen
bull Reaktion muss eindeutig und quantitativ ablaufen
bull Stoumlrung durch - Reagenzuumlberschuss - Derivatvielfalt bei multi-
funktionellen Analytenbull Reinigungsschritt des Reagenzesbull Stabilitaumlt der Derivate sollte identisch
sein
Nachsaumlulen- derivatisierung
bull selektive Detektion von Analyten in komplexer Matrix
bull kontinuierliche vollautomatische Methode
bull Trennung der nicht derivatisierten Analyte
bull Reagenz und Artefakte stoumlren nichtbull Reaktion muss nicht quantitativ
ablaufen lediglich reproduzierbar
bull komplexe aufwendige Apparaturbull Verduumlnnung durch Reagenzzugabebull Peakverbreiterungbull Reagenz- und Reaktions-
bedingungen muumlssen auf Eluent abgestimmt werden
bull Reagenz und Derivate muumlssen sich in optischen Eigenschaften unterscheiden
Vollautomatische Vorsaumlulenderivatisierung Mischung durch Autosampler Reaktionsbedingungen
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
68Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Reagenzien fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
69Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
I
Bestimmung des Carbamates
bdquoBaygonldquo
in Hopfenextrakt (λ
= 254 nm)
Nachsaumlulenderivatisierung
mit OPA
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
70Formaldehyd Organische Spurenanalyse
Beispiele fuumlr Nachsaumlulen-Derivatisierungen
IIDie quantitative Bestimmung des freien Formaldehyds ist sehr problematisch Erstens besitzt Formaldehyd sehr schlechte Detektionseigenschaften
und erfordert deshalb eine Derivatisierung um die gewuumlnschte Empfindlichkeit zu erreichen Zweitens kann das hydrolytische
Gleichgewicht zwischen Donator
und freiem Formaldehyd sehr schnell veraumlndert werden was die Probenvorbereitung erschwert undoder die Richtigkeit der Analysenergebnisse beeintraumlchtigt
Chromatogramm einer Shampoo-Probe
Die Derivatisierung von Formaldehyd erfolgt in einer einstufigen
Reaktion mit Acetylaceton
(24-Pen-
tadion) in Anwesenheit eines Ammoniumsalzes
zu dem gelben stark fluoreszierenden 35-Diacetyl-
14-dihydrolutidin-Derivat Die Detektion kann entweder mit einem UVVIS-
oder Fluoreszenzdetektor erfolgen
Saumlule RP-18
Eluent
Puffer
Fluss
08 mlmin
Injektionsvolumen
50 microl
Reaktorvolumen
500 microl
Reaktortemperatur
100 degC
Reagenzfluss
05 mlmin
UV
420 nm
Fluoreszenz
445 nm 505 nm
