Laboreröffnung mit Holzhammer Weltpremiere: HPV-X Der ... · PRODUKTE 4 SHIMADZU NEWS2/2013 S chon lange besteht in der Gas-Chromatographie Be-darf für einen universellen Detektor,

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Laboreröffnung mit Holzhammer

»Excellence in Science« ab jetzt in derShimadzu Laborwelt auf über 1.500 qmlive erleben.

Weltpremiere: HPV-X

Die neue Hochgeschwindigkeits-Videokamera Hyper Vision HPV-X –10 Mio. Bilder pro Sekunde!

Der Mörder ist immer der Gärtner...

Ein Indizienprozess mit dem LCMS-8040-Triple Quadrupol

Der Zahn der Zeit – IR-Spektros-kopie untersucht Alterung einerPolymertüte 2

Der Mörder ist immer der Gärtner ...Ein Indizienprozess mit dem LCMS-8040-Triple Quadrupol 6

Wenn es um die Wurst geht – Die Bestimmung des TOC in Phos-phorsäure für die Lebensmittel-industrie 7

Den Durchblick behalten – Spek-troskopie für die Qualitätssicherungvon Augenspüllösungen 12

Nischen in der UV-Analyse neu definiert – Auslesen hoher Absorp-tionswerte von TBC 16

Spurenanalyse mit Plasmatechno-logie – Weltpremiere – Der Barrier-Ionization-Discharge-Detektor 4

Hochleistungsathlet – IRTracer-100neues FTIR-System 5

Die entscheidenden Schritte voraus –Weltpremiere – der neue HPLC-Photodiodenarray-Detektor SPD-M30A 8

Lange Winterperiode belastet dasAbwasser von Flughäfen – EffizienteÜberwachung durch Online-TOC 10

Neues Werkzeug für Gesundheitsvor-sorge und Kosmetik – SPFCalculator-Software für UV-VIS-Geräte 17

Schockwellen – Weltpremiere – Die neue Hochgeschwindigkeits-Videokamera Hyper Vision HPV-X 18

Von zart bis hart – Der neueMikrohärteprüfer HMV-G 19

Schimmelgeruch in Früchten undGemüsen? – Bestimmung vonTrichloranisol und Tribromanisol 14

Laboreröffnung mit Holzhammer –»Excellence in Science« auf 1.500 qm;Welt- und Europapremieren 20

APPLIKATION

PRODUKTE

AKTUELLES

SHIMADZU NEWS 2/2013

INHALT

Der Zahn der Zeit

15 Jahre diente sie im Haus-halt als Umhüllung vonGegenständen – zuverlässig

und anspruchslos. Sie hatte einPlätzchen an der Sonne an einemFenster mit Aussicht. Doch dann,von einem Tag zum anderen, zer-fiel die Plastiktüte zu Staub. Zu-erst in einzelne Teile, die dann beiweiterer Berührung in noch klei-nere Stücke brachen. Diese Tütehat ein „fraktales“ Leben entwick-elt.

Was ist passiert?

Durch die Sonneneinstrahlung hateine Oxidation des Polymers ein-gesetzt, wie dies in der Literaturvielfältig dargestellt wurde. Um

diese Behauptung zu verifizieren,wurden die Fragmente der gealter-ten Plastiktüte mit Infrarotspek-troskopie (IR) untersucht – zer-störungsfrei mit der ATR-Mess-technik (Abbildung 1). In diesemFall wurde eine Diamant-ATR-Einheit gewählt. Da die Oxidationein Oberflächenphänomen ist, eig-net sich die ATR-Technik hierfürgut. Sie dringt je nach Wellenzahl,optischen Element und Fensterum 2 μm (bei 1.000 cm-1) in dieOberfläche ein.

Theorie

Bei der Oxidation von Polyethy-len entstehen aus den langkettigen-[-CH2-CH2-]n- Hydroxyl,

IR-Spektroskopie untersucht Alterungeiner Polymertüte

Abbildung1: Der Stempel der Anpresseinheit des DuraSamplers drückt ein Zerfallsstück der

Plastiktüte gegen das Diamantfenster

3SHIMADZU NEWS 2/2013

APPLIKATION

Plastiktüte weißer Farbe ohneAufdruck gemessen. Dies dient als „frisches“ Polyethylen zurdefinierten Zeit „Null.“ Das Spek-trum ist frei von CO Schwing-ungen aus der Gruppe der Carbon-säuren.

Die Proben der gealterten Plastik-tüte wurden jeweils von beidenSeiten untersucht (Abbildung 2).Sie stammen aus dem weißenBereich der Tüte, der der Sonneausgesetzt war. So wurde die Ver-gleichbarkeit zur frischen Foliehergestellt, ohne dass Farbauf-drucke und Polymerschichten mitanderen Inhaltsstoffen die Ergeb-nisse verzerren würden.

In Abbildung 2 sind die Infrarot-spektren zum Vergleich zwischenfrischer und alter Folie dargestellt.Im Fingerprint-Bereich (1.000 -1.400 cm-1) unterscheiden sich dieFolien grundsätzlich durch unter-schiedliche Beimischungen oderFüllstoffe. Polycarbonat als auchAcrylat passen nicht mit ihrenInfrarotschwingungen zu derTriplettstruktur, die im Bereich1.200 - 1.050 cm-1 vorliegen.

Im Detail wäre zu klären, welcheder Schwingungen in dem Finger-print-Bereich der Alterung ge-schuldet sind. Einen einfachenBereich zum Nachweis der Alte-rung findet man bei den Carbon-säureschwingungen. Dazu der

Carbonyl- und Vinylgruppen. DasPolymer wird kurzkettiger, sprö-der, so dass das Material nach ge-nügender Umsetzung oder fortge-schrittener Oxidation bricht.

Polyethylen liefert von Natur ausein bandenarmes Infrarotspek-trum. Drei signifikante Schwing-ungsbereiche lassen Raum für IR-Fenster, wovon eines im sogenannten „Fingerprint“-Bereichliegt. Daher wird Polyethylenauch als Trägermaterial für anderehochviskose Substanzen (zumBeispiel Öle) eingesetzt, um dereninfrarote Spektren zu messen.

Wie schon zuvor erwähnt, weistdas Polyethylen ein einfach struk-turiertes Spektrum auf. Das Spek-trum vom Polyethylen wird inter-essant, wenn Zuschlagstoffe seineZieleigenschaften beeinflussen sol-len. Dann werden die Absorptio-nen in den IR-Fenstern durchSchwingungsbanden belebt. Beider Oxidation von Polyethylenentstehen Carbonsäurederivate.Gerade diese CO-Schwingungensind stark infrarot aktiv. Schonkleine Mengen generieren starkeAbsorptionen im Infrarotspek-trum bei 1.700 - 1.750cm-1.

Messungen

Um ein Vergleichsspektrum zugenerieren, wurde eine handelsüb-liche Polyethylen (PE) basierende

Vergleich der gealterten Folie –Vorderseite mit der Rückseite.Deutlich zu erkennen ist das Sig-nal bei 1.710 cm-1, das ein Signalder Carbonsäuregruppe ist. DasVorhandensein dieser Schwingungweist auf den Alterungsprozesshin.

Abs

.

1/cm1.900 1.800 1.700 1.600 1.500 1.400 1.300 1.200 1.100 1.000 900 800 700 600 500

Abbildung 2:. Infrarotspektren von verschiedenen Polyethylenproben. Die grüne Linienfarbe

repräsentiert das „frische“ Polyethylene und grau (Innenseite) und blau (Außenseite) das

gealterte Material

Abbildung 3: Darstellung von acht Infrarotspektren aus vier Proben. Die Spektren mit

der Farbe dunkelblau bis hellrot stehen für die Innenseite und von grün bis blau für die

Außenseite.

Abbildung 4: CH2-Schwingungen im Bereich von 1.400 - 1.500cm-1. Grün stellt die „frische“

Folie dar und blau die gealterte (Außenseite) Folie.

%T

1/cm1.850 1.800 1.750 1.700 1.650 1.600 1.550 1.500

90

92,5

95

97,5

100

102,5

105

1/cm1.550 1.500 1.450 1.400 1.350

Abs

.

PRODUKTE

4 SHIMADZU NEWS 2/2013

S chon lange besteht in derGas-Chromatographie Be-darf für einen universellen

Detektor, der robust, einfach, aberauch empfindlich ist. Der Flam-men Ionisationsdetektor (FID) istbeliebt, weil er Langzeitstabilitätund Empfindlichkeit hervorra-gend verbindet. Leider fehlen Per-manentgase wie Sauerstoff, Stick-stoff, Kohlendioxid etc. in seinemDetektionsspektrum. Der Wärme-leitfähigkeitsdetektor (WLD oderTCD) kann alle Komponenten alsuniverseller Detektor nachweisen,ist auch robust, aber leider fürheutige Ansprüche nicht empfind-lich genug. Hier bietet die Familieder Helium-Ionisations-Detekto-ren (HID) Abhilfe. Diese sindhochempfindlich, erfordern aller-dings ein gewisses Feingefühl inder Handhabung; auch

Spurenanalyse mit PlasmatWeltpremiere – das neue Detektorkonzept: Der Barrier-Ioniza

(siehe Abbildung 3) bringen Heli-um in den angeregten He2 A1 �+

u

Zustand und erzeugen so ein kal-tes Heliumplasma.

Abbildung 1: Barrier Ionization Discharge Detector (BID)

Abbildung 3: Querschnittszeichnung durch einen BID-Detektor.

Einspeisung des Discharge-Gases und Erzeugung des Helium-Plasmas

erfolgt in der oberen Hälfte des Detektors, während Detektion der von der

Kapillarsäule eluierenden Komponenten in der unteren Hälfte erfolgt.

Abbildung 2: Plasmatechnologie des BID

bezüglich der Langzeitstabilitätmussten bisher Abstriche gemacht werden.

Das neue Detektor-konzept BID

Mit dem Barrier-Ionization-Dis-charge-Detektor (BID) bringtShimadzu ein neues Konzept inder Helium-Ionisations-Technolo-gie auf den Markt (Abbildung 1).Wie bei den meisten HID-Detek-toren wird ein Heliumplasmadurch elektrische Anregung vonHeliumatomen erzeugt (Abbil-dung 2). Das dafür verwendete„Discharge Gas“ (hochreines Helium) wird am Kopf des Detek-tors eingeleitet. Die in der oberenHälfte angeordneten Elektroden

Ein dünnes Rohr aus Quarzglasdient als die elektrische Barrierezwischen den Elektroden und demHelium-Plasma. Die Elektrodenhaben somit keinen direkten Kon-takt zum Helium Plasma, werdenalso nicht verschmutzt oder durchdas Plasma selber in Mitleiden-schaft gezogen. Das ist ein Grundfür die Langzeitstabilität des Bar-rier Ionization Discharge Detek-tors. Tests haben gezeigt, dass sichdie relative Empfindlichkeit auchüber mehr als 3.000 Betriebsstun-den kaum ändert, lediglich in denersten Betriebswoche steigert derDetektor seine Empfindlichkeitein wenig (siehe Abbildung 4).

Prinzipiell kann der BID in zweiBereiche geteilt werden (Abbil-dung 3). Plasmaerzeugung im obe-ren Bereich, Ionisation und De-tektion der chromatographisch getrennten Komponenten imunteren. Die Ionisation der Kom-ponenten erfolgt nicht durch Kol-lision mit angeregten Heliumato-men, sondern durch Licht, wel-ches vom Helium-Plasma emittiertwird. Die Ionisationsenergie desLichts beträgt 17,7 eV, wodurchder BID in der Lage ist, alles mitkleinerer Ionisationsenergie zumessen; damit fallen lediglich He-lium selber und Neon aus seinemDetektionsspektrum.


PRODUKTE

echnologietion-Discharge-Detektor

Rela

tive

Pea

k-Em

pfin

dlic

hkei

t

Betriebsdauer (Stunden)

0,2

0

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

96 2.688 3.240

1,00 1,06 1,06

Abbildung 4: Langzeitstabilität der

relativen BID-Empfindlichkeit

D as neue IRTracer-100 FTIRSystem (Fourier Transfor-mation Infrarot Spectro-

photometer) für den mittlerenInfrarot-Bereich bietet Hochleis-tung durch und durch: die höchsteEmpfindlichkeit seiner Klasse(Signal-Rausch-Verhältnis von60.000 : 1), höchste Auflösung (0,25cm-1), und hohe Messgeschwindig-keit (20 hochwertige Spektren proSekunde im Rapid-Scan-Modus).Damit lassen sich kleinste Verun-reinigungen detektieren, schnellechemische Reaktionen messen oderHalbleiter und andere Materialienpräzise analysieren.

Ein Interferometer mit automati-scher dynamischer Justage (ADA)gewährleistet die hohe Leistung imEinklang mit maximaler Stabilität.Das neue IRTracer-100 hat zudemeine automatische Trocknungsein-heit und bietet umfangreiche Mo-nitorfunktionen.

dern einfach, die hohe Leistungs-fähigkeit des Systems auszunutzenund in anspruchsvollen Applika-tionen einzusetzen.

Die LabSolutions IR Software hatumfangreiche Funktionen zurDatenbearbeitung, etwa die ATR-Korrektur (abgeschwächte Total-reflexion) und die Kubelka-Munk-Funktion, quantitative Funktionenwie die Mehrpunkt Kalibrations-methode, die CLS-Methode sowieSuchfunktionen als Standard. Da-rüber hinaus stehen weitere optio-nale Software-Pakete bereit, umden Applikationsbereich zu erwei-tern – zeitabhängiges Messen,PLS-Quantifizierung, Mapping,Makro-Programmierung undmehr. Für die eindeutige Identifi-zierung von unbekannten Probenbeinhaltet die LabSolutions IRSoftware bereits eine Bibliothekmit 12.000 Spektren.

ßen Probenraum lässt sich das Zu-behör einfach einsetzen und wirdvon der automatischen Zubehör-erkennung sogleich identifiziert.

Die Spezifikationen von Hard-und Software sind auf höchstemNiveau. Das IRTracer-100 zusam-men mit der neuen LabSolutionsIR Software macht es den Anwen-

Maßgefertigte SystemKonfigurationen

Das IRTracer-100 ist äußerst flexi-bel. Mit seinem vielfältigen Zube-hör und der nutzerfreundlichenSoftware eignet es sich auch fürsehr spezifische Applikationen.Messungen umfassen das Nahe biszum Fernen Infrarot. In den gro-

HochleistungsathletIRTracer-100 neues FTIR-System – empfindlich, schnell, hochauflösend

Abbildung 1: IRTracer-100 – kleinsten Kontaminanten auf der Spur

Verbesserte Nachweis-grenzen

Zur Substanzdetektion wurdenspezielle Elektroden auf Basis von„Saphir Cobalt Alloy“ entwickelt.Damit erreicht der BID Nach-weisgrenzen, die etwa 50 - 100 malbesser sind als beim TCD und jenach Substanz 1,5 - 5 mal besserals beim FID. Mit fünf Größen-ordnungen ist der dynamischeBereich des BID gleich dem desTCD und nur wenig kleiner alsbeim FID.

Trotz seiner hohen Empfindlich-keit zeigt sich der BID sehr tole-rant gegenüber hohen Konzentra-tionen. Insofern kann er, wie ein

TCD, zur Flüssigprobenanalytikverwendet werden. Das für dieProbe eingesetzte Lösungmittelmuss also nicht über „HeartcutTechniken“ ausgeblendet werden.Zwar wird der Detektor vom Lö-sungsmittel überladen, brauchtaber nicht viel länger als ein FID,um wieder auf Basislinienniveauzu gelangen. Dies ist eine weitereStärke der neuen Plasmatechno-logie.

BID schließt eine Applikationslücke

Durch Vereinigung von Langzeit-stabilität mit großer Empfindlich-keit, füllt der BID eine Bedarfs-lücke zwischen dem robusten,

aber wenig empfindlichen TCD,und dem sehr empfindlichen, aber auch in der Handhabung an-spruchsvollen Pulsed-Discharge-Helium-Ionsations-Detektor(PDHID).

Hohe Empfindlichkeit gepaart mitguter Toleranz bei Detektorüber-ladung bringen den BID auch alsmöglichen Ersatz für einen FID-Detektor ins Spiel. Insbesonderebei organischen Verbindungen mitHeteroatomen (zum Beispielkurzkettige Alkohole, Aldehyde,Ketone) kann der BID mit höhe-rer Empfindlichkeit gegenüberdem FID punkten. Somit füllt derBarrier-Ionization-Discharge-Detektor nicht nur eine Lücke,

sondern bietet auch neue Perspek-tiven für viele Applikationen, diezurzeit noch mehrere Detektorenbenötigen (zum Beispiel Green-house Gas Analysatoren).

Minuten

0100.000200.000300.000400.000500.000600.000700.000800.000900.000

1.000.0001.100.0001.200.0001.300.0001.400.0001.500.0001.600.0001.700.000

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00Inten. (x 10.000)

100 200 300 400 500 600 700 800 900

m/z

APPLIKATION

V iele wertvolle, mediterranePflanzen überwintern in der kalten Jahreszeit in Ge-

wächshäusern, wo sie regelmäßiggegossen und gedüngt werden, umim folgenden Sommer ihre vollePracht erneut zu entfalten. Dochein Gewächshaus im schweizeri-schen St. Gallen wurde den Pflan-zen zum Verhängnis. Sie warenmit einer unbekannten Substanzvergiftet worden. Die Kantons-polizei wurde eingeschaltet.

Ein Verdächtiger war schnell ge-funden. Doch wie zu beweisen,dass die Pflanzen wirklich vergif-tet wurden? Dies fiel in dieZuständigkeit des Forensisch-Naturwissenschaftlichen Dienstesder Kantonspolizei St. Gallen.

Soweit möglich, werden immerzwei verschiedene unabhängigeAnalysemethoden eingebracht, um Sachbeweise zu erbringen. Die Mitarbeiter des Forensisch-Naturwissenschaftlichen Dienstesmussten sich nun überlegen, wel-che Methoden einer gerichtlichenPrüfung standhalten.

LC/MS/MS führt auf die Spur

Eine Option war das gerade in-stallierte LCMS-8040-TripleQuadrupol Massenspektrometervon Shimadzu. Der Einsatz von

ment des Nachweises eines Pflan-zengifts in der Blumenerde.

Die Vorgehensweise

25 g der belasteten Erde wurdenmit 50 ml Reinstwasser aufge-schwemmt und anschließend fil-triert. Zusätzlich wurde eine un-belastete Erde als Blindkontrolleextrahiert. Sollte diese schnelle

dächtigen Pflanzenschutzmittel-kanistern entnommen Substanzvorgenommen.

Eine HPLC-Methode war schnellhinzugefügt, allerdings wurde hieraufgrund des bestehenden Zeit-drucks weitestgehend auf die Op-timierung der chromatographi-schen Bedingungen verzichtet.Schon kam der spannende Mo-

Flüssigkeits-Chromatographiegekoppelt an Tandem-Massen-spektrometrie (LC/MS/MS) boteine sehr gute Möglichkeit. Durchdie hier zugrunde liegende Metho-dik des „Multi Reaction Monitor-ing – MRM“ (Selektieren dergewünschten Muttersubstanz mit-tels des ersten Quadrupols [Q1],Fragmentieren dieser Substanz inder Kollisionszelle [q2], Ausleseneines oder mehrerer spezifischerFragmente mittels des drittenQuadrupols [Q3]) (Abbildung 1)ist dieses Analysenverfahren ande-ren Methoden hinsichtlich Selek-tivität hochgradig überlegen.Auch ohne aufwändige Proben-vorbereitungsschritte können vieleVerbindungen mit der gleichenAnalysenmethode bestimmt wer-den.

Die Erstellung der Nachweisme-thode wurde kurzerhand in dasgerade stattfindende Benutzertrai-ning für das LCMS-8040-TripleQuadrupol-MS und die dazugehö-rige LabSolution-Software einge-baut.

Die vollkommen automatisierteMRM-Optimierung wurde miteiner Verdünnung der aus den ver-


Der Mörder ist immer der Gärtner ...Ein Indizienprozess mit dem LCMS-8040 Triple Quadrupol

Abbildung 2: Chromatogramm und Spektrum einer extrahierten Blumenerde, in der der Giftstoff zweifelsfrei nachgewiesen werden konnte

Abbildung 1: Schema des Triple Quadrupole LCMS-8040


APPLIKATION

und einfache Methode schon aus-reichend sein, um den Täter zuüberführen? Ja!

In allen fünf untersuchten Blu-menerden konnte das Pflanzengiftzweifelsfrei nachgewiesen werden(Abbildung 2). 1 μl der filtriertenLösung wurde in das LCMS-8040injiziert, welches an ein Nexera X2UHPLC System gekoppelt ist.Die Messmethode enthielt nebenden optimierten Massenübergän-gen (MRMs) einen Scan („Abfa-hren“ eines definierten Massenbe-reiches“) im positiven sowie imnegativen Ionisierungsmodus.Dies ist aufgrund der herausragen-den Geschwindigkeitsparameterohne Sensitivitätsverlust möglich,da das LCMS-8040 als eines derschnellsten Systeme auf demMarkt mit nur 15 ms Zeit fürPolaritätswechsel, einer Scange-schwindigkeit von 15.000 u/s undDwellzeiten von 1 msec bietet.

Die zweite Detektions-methode

Als zweite Detektionsmethodewurde ein DART-TOF-MS (Di-rect Analysis in Real Time – TimeOf Flight) eines anderen Herstel-lers gewählt.

DART ist eine Ionenquelle, dieaugenblicklich Gase, Flüssigkeitenund Feststoffe unter Umgebungs-druck ionisiert. DART benötigtkeine Probenvorbereitung, so dassFeststoffe und Flüssigkeiten mitMassenspektrometern in ihremnativen Zustand analysiert werdenkönnen. Die Ionisierung findetdirekt an der Probenoberflächestatt, wobei der Ionisierungspro-zess eine Interaktion der zu analy-sierenden Moleküle mit elektro-nisch angeregten Atomen odervibronisch angeregten Molekülenumfasst.

Auch Shimadzu hat eine DARTIonisierungsquelle für sein SingleQuadrupol MassenspektrometerLCMS-2020 wie auch für seineTriple Quadrupol Massenspek-trometer LCMS-8030 und LCMS-8040 im Angebot.

Und tatsächlich war der Mörderder Gärtner ...

Wenn es um die Wurst gehtDie Bestimmung des TOC in Phosphorsäure für dieLebensmittelindustrie

E ine der industriell meist ver-wendeten anorganischenSäuren ist die Phosphorsäu-

re. Sie dient als Ausgangsstoff fürdie Herstellung von phosphathal-tigen Düngern. Außerdem wirdsie zur Produktion von wasserent-härtenden Mitteln als Waschmit-telzusatz genutzt.

Auch in der Lebensmittelindustriewird sie eingesetzt – als Säuer-ungs- und Konservierungsmittelin Getränken oder als Antioxidansin Fleisch- und Wurstwaren. Ge-rade für solche Anwendungen istes wichtig, eine reine, frei vonFremdsubstanzen enthaltene Säurezu verwenden. Hersteller und Ver-arbeiter von Phosphorsäuren nut-zen zur Qualitätskontrolle mehrund mehr den SummenparameterTOC (Total Organic Carbon).Dieser Parameter ist ein Maß fürdie Verunreinigung der Phosphor-säure durch organische Kompo-nenten.

Nass-chemische UV-Oxidationbei 80 °C

Die Bestimmung des TOC-Gehaltsin der Phosphorsäure erfolgt mit-tels nass-chemischer UV-Oxida-tion mit einem TOC-VWP. Seinezentrale Technik ist die kraftvolleOxidation durch die Verbindungvon Natriumpersulfat und UV-Oxidation bei 80 °C. Diese dreiMerkmale gewährleisten, dass alle

gelösten Kohlenstoffverbindungenzu CO2 umgesetzt werden.

Bei Anwesenheit von Persulfat-Ionen und UV-Strahlung entste-hen OH-Radikale, die eine starkeoxidative Wirkung besitzen unddie organischen Komponenten inKohlendioxid umsetzen. Ein Trä-gergas transportiert das entstande-ne Kohlendioxid zur Detektionzum NDIR-Detektor. Eine auto-matische Reagenzien-Vorberei-tung beseitigt zuvor eventuelleVerunreinigungen der Reagenzlö-sungen und minimiert so denBlindwert des Geräts.

Fläc

he

Konzentration [mg/l]

0

60

120

180

247,17

0 0,5 1,0 1,1

Abbildung 1: Kalibration des Systems im Bereich von 0,1 bis 1 mg/l

Die Kalibrierung des Systems er-folgte in zwei verschiedenen Be-reichen. Hier die Kalibrierung imBereich von 0,1 bis 1 mg/l. DieBestimmung des TOC in derPhosphorsäuere erfolgte mittelsNPOC-Methode (Non-PurgableOrganic Carbon). Neutrale oderalkalische Proben werden zuvorangesäuert, um die anorganischenCarbonate und Hydrogencarbo-nate zu zersetzen. Bei der Phos-phorsäure konnte darauf verzich-tet werden.

Die Phosphorsäurekonzentrationspielt bei der Bestimmung keinewesentliche Rolle, es ist lediglichdarauf zu achten, dass die Säurenicht zu viskos ist. Daher wurdedie 85%ige Phosphorsäure 1 : 5mit Wasser verdünnt. Die nun17%ige Säure wurde über einenOct-1 Autosampler ins Gerätgebracht und analysiert. Für jedeAnalyse wurde ein Aliquot derSäure von 3.000 μl injiziert. Diedamit gemessene Phosphorsäure(17%ig) wies eine Konzentrationvon 0,61 mg/l TOC auf. DieStandardabweichung über dreiInjektionen lag bei 1,8 %.

Abbildung 2: Injektionen der 17%igen Phosphorsäure

Sign

al [

mV

]

Zeit [min]

-4

50

100

150

0 2 4 6 8 10

Abbildung 1: HPLC Photodiodenarray-Detektor der ersten Generation, SPD-M1A Abbildung 2: Der neue SPD-M30A

SPD-M30A – B/A= 2,90

0

230 240 250 260 270 280

A

B

0

5.000

uV

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 55,0

Minuten

Abbildung 4 zeigt, dass der neue SPD-M30A binnen 20 Minuten nach dem Einschalten

eine stabile Basislinie hat, wohingegen ein Konkurrenzgerät selbst nach einer Stunde noch

eine deutliche Basisliniendrift zeigt

Abbildung 3 zeigt das Benzolspektrum,

das man mit dem SPD-M30A erhält.

Anhand des Verhältnisses des Maximums

B und des Minimums A, lässt sich erken-

nen, dass der Detektor eine sehr gute

spektrale Auflösung hat.

Flussrate : 0,5 ml/min

Mobile Phase : Methanol

Ofen : Raumtemperatur

PRODUKTE

M it der Einführung desSPD-M30A Detektors istdie Nexera X2 UHPLC-

Familie um ein weiteres Mitgliedgewachsen. Wie die Photodioden-array-Detektoren der Vergangen-heit (Abbildung 1), so ist auch derneue Detektor (Abbildung 2) denstetig wachsenden Anforderungender modernen Hochleistungs-

und die Durchflusszelle sind ent-scheidende Komponenten.

Weglänge und Zellvolumen

Um den heutigen Anforderungender UHPLC gerecht zu werden,müssen die Detektorzellen beigleichzeitig möglichst langer opti-scher Weglänge (Typisch: 1 cm fürStandard-HPLC-Zellen) ein mög-lichst geringes Zellvolumen haben.Zuleitung und Form der Zellemüssen einen möglichst schnellenFlüssigkeitsaustausch unterstützen

ren sehr schnelle Datensammel-raten haben. Gleichzeitig sollte esbei ultraschnellen Trennungennicht zu Empfindlichkeitseinbu-ßen kommen.

Um möglichst informationsreicheDaten zu erhalten, müssen dieGeräte eine gute spektrale Auflö-sung liefern. Zusammen mit derhohen Empfindlichkeit stellt siedas Optimum dar und ist eine derStärken des neuen SPD-M30A.Auch die durchdachte optischeEinheit, die modernste Elektronik

Flüssigchromatographie um einenSchritt voraus.

In Zeiten der UHPLC, bei denenPeakbreiten von weniger als einerSekunde nichts Außergewöhn-liches mehr sind, müssen Detekto-


Die entscheidenden Schritte Weltpremiere – der neue HPLC-Photodiodenarray-Detektor SPD


PRODUKTE

Minuten

-35.000

-30.000

-25.000

-20.000

-15.000

-10.000

-5.000

0

5.000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

uV

60 min

30 °C

25 °C

60 min120 min

Flussrate : 0,5 ml/min

Mobile Phase : Methanol

Wellenlänge : 254 nm

Abbildung 5 zeigt, dass ein Ansteigen der Umgebungstemperatur um + 5 °C (-5 °C) keinen

Einfluss auf die Basislinie des SPD-M30A hat. Das Gerät eines Wettbewerbers reagiert mit

seiner Basislinie deutlich auf Umgebungstemperaturschwankungen.

voraus-M30A

und somit die Dispersion mini-mieren. Die Kombination vonoptischer Einheit und Durchfluss-zelle sollte so gestaltet sein, dassBrechungsindexeffekte vernachläs-sigbar sind.

Die Nutzen der Leistungs-merkmale

Die optische Einheit wurde fürden Einsatz von Kapillar-Durch-flusszellen optimiert. Dabeikommt ein 1024-Element-CMOS-Photodiodenarray zum Einsatz.Diese Kombination erlaubt einehohe spektrale Auflösung von 1nm. (Abbildung 3). Des Weiterenist die komplette optische Einheitthermostatisiert. Dadurch ist dasGerät nach dem Einschaltenschneller betriebsbereit und we-sentlich unempfindlicher gegenSchwankungen der Umgebungs-temperatur (siehe Abbildungen 4und 5).

Um das Rauschen noch mehr zuverringern, kommt eine spezielleHochleistungs-Deuterium-Lampezum Einsatz.

Die zentrale Rolle der Kapillar-Durchflusszelle

Die neue Kapillar-Durchflusszelle(Abbildung 6) hat eine optischeWeglänge von 1 cm, was bei denmeisten analytischen Zellen Stan-

dard ist. Besonders jedoch ist,dass diese Zelle ein Volumen vonnur 1 μl hat und wegen der extremgut reflektierenden Kapillare unddem Einsatz moderner Lichtleiter-technologie Streulicht und Bre-

chungsindexeffekte auf ein Mini-mum reduziert.

Eine Zelle mit dieser Geometrie isteine optimale Lösung für den Ein-satz im Semi-Micro-Bereich, in derUHPLC sowie in der Standard-analytischen HPLC. Abbildung 7

zeigt ein Chromatogram-Overlaydes Vorgängermodells, SPD-M20Amit 2,5 μl UFLC-Zelle und demSPD-M30A mit Standardzelle.Sehr deutlich ist der Unterschiedin den Signalintensitäten, die sich

Abbildung 6: Standard Kapillarzelle des

SPD-M30A

uV

Minuten

0

25.000

50.000

75.000

100.000

125.000

150.000

175.000

200.000

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4

Abbildung 7: Vergleich SPD-M20A mit UFLC-Zelle (rot) gegen SPD-M30A mit Standard-Kapillarzelle (schwarz) unter gleichen chromato-

graphischen Bedingungen

aufgrund der unterschiedlichenoptischen Schichtdicke ergeben.Gut zu sehen ist aber auch, dassaufgrund geringerer Dispersionund wegen des kleineren Zellvolu-mens mit dem SPD-M30A höhereBodenzahlen und somit eine besse-re Auflösungen erreicht werden.

Für extrem hochempfindlicheMessungen steht die optionaleHS-Zelle mit einer Schichtdickevon 85 mm und einem Volumenvon nur 8,5 μl zur Verfügung.Abbildung 8 zeigt einen Vergleichder Standardzelle des neuen SPD-M30A gegenüber der optionalenHS Zelle.

Um den Anforderungen im gere-gelten Bereich (z.B. GLP undGMP) gerecht zu werden, verfü-gen die Zellen des SPD-M30Aüber eine ID-Funktion, die an-hand der Datenfiles eine Rück-führbarkeit auf die verwendeteZelle gewährleistet.

„Futureproof Design“

Es ist bekannt, dass für ultra-schnelle Trennung eine hohe Da-tensammelrate (Sampling Fre-quency) erforderlich ist. Theore-tisch sollte man mindestens 20Datenpunkte pro Peak haben, umdiesen richtig abzubilden. Dem-nach sollte bei Peakbreiten voneiner Sekunde die Datensammel-rate größer 20 Hz sein.

Mit dem neuen SPD-M30A lassensich gemäß den Anforderungenverschiedene Datensammelratenvon bis zu 200 Hz wählen, waseine saubere Abbildung von Peaksmit Breiten von 0,1 s erlaubt.Abbildung 9 zeigt die Abbildungeines Peaks, der mit einer Basis-breite von ca. zwei Sekunden derunterschiedlichen Datensammel-raten aufgenommen wurde. Deut-lich ist zu erkennen, dass selbst �

D ie lange Frostperiode desletzten Winters hat auchden Flughäfen zugesetzt.

Heftiger Schneefall führte im Ex-tremfall dazu, dass der gesamteFlugverkehr eingestellt wurde,wenn die Räumdienste es nichtschafften, die Rollfelder schneefreizu bekommen. Die frostigen Tem-peraturen hinterlassen aber auchnoch weitere „Spuren.“

Eis und Schnee auf den Tragflä-chen der Flugzeuge erhöhen derenGesamtgewicht und wirken sichnegativ auf die Aerodynamik aus.Daher müssen die Maschinen ausSicherheitsgründen direkt vor demStart enteist werden. Das verwen-dete Enteisungsmittel ist meist einGemisch aus Wasser, Glycol undZusatzstoffen. Die genaue Zusam-mensetzung hängt unter anderemvon der Außentemperatur ab.

TOC kontrolliert organischeFracht des Abwassers

Bei dem Besprühen der Flugzeugemit dem Enteisungsmittel, gelangtes in die Abwasserkanalisation und

führt dort zur deutlichen Erhö-hung der organischen Fracht.Auch wenn die verwendeten Mittelbiologisch abbaubar sind, müssendie Abwässer einer kontrolliertenBehandlung zugeführt werden. Für

Lange Winterperiovon Flughäfen

Abbildung 1: TOC-4200

Effizie

PRODUKTE


uV

Minuten

0

25.000

50.000

75.000

100.000

125.000

0,525 0,530 0,535 0,540 0,545 0,550 0,555 0,560 0,565 0,570 0,575 0,580 0,585 0,590 0,595

0,0 2,5 5,0 7,5

Minuten

1

2

3

4

5

67

Standard Zelle

High-SensitivityZelle

Säule : Shim-pack XR-ODSII(75 mm L. x 2,0 mm I.D., 2,2 μm)

Mobile Phase : 50 % AcetonitrilFlussrate : 1,5 ml/minProbe : AlkylphenoneWellenlänge : 254 nm

Mobile PhaseFlussrateProbeWellenlänge

Säule

50 % Acetonitrile Solution1,0 ml/minAlkylphenone 245 nm

Shim-pack XR-ODSII (75 mm L. x 2,0 mm I.D., 2,2 m)

Abbildung 9: Chromatogramoverlay bei unterschiedlichen Datensammelraten

Abbildung 8: Vergleich der SPD-M30A

Standard-Kapillarzelle mit der optionalen

HS-Zelle

eine Datensammelrate von 100 Hzgegenüber 40 Hz eine genauereDarstellung des Peaks erlaubt.Man sieht auch, dass bei einerPeakbasisbreite von ca. zwei Se-kunden die 200 Hz Datensammel-rate keine signifikante Verbesse-rung zeigt.

Software erweitertNutzungsbereich

Zusätzliche Features in der neuenLabSolution Software erweiternden Nutzungsbereich in derPhotodiodenarray-Detektion:

• Mit „intelligent Peak Decon-volution Analysis“ (i-PDeA) istes möglich, überlappende Peaks

beziehungsweise Peaks mitVerunreinigungen und unter-schiedlichen Spektren mit Hilfeder 1. Ableitung des Spektrumssauber zu quantifizieren

• Der „inteligent Dynamic Rangeextension Calculator“ (i-DReC)erlaubt die Quantifizierung vonhochkonzentrierten Proben, de-ren Signal den Linearen Detek-torbereich um ein Vielfachesübersteigt. Dabei wird die Stan-dardeichgerade, welche innerhalbdes linearen Detektorbereicheserstellt wurde, zur Quantifizie-rung ohne Extrapolieren verwen-det. Praktisch wird so ohnezusätzliche Hardware der lineareDetektorbereich um einige Zeh-nerpotenzen vergrößert

Beide Funktionen sind sehr benut-zerfreundlich angelegt und es istmöglich, neben der manuellenParametereinstellung auch dieParameter automatisch zu wählen.

Fazit

Der neue SPD-M30A nimmthochauflösende Daten in besterQualität auf. In Punkto Empfind-lichkeit und Schnelligkeit bleibenkeine Wünsche mehr offen. Dieneuen Softwarefeatures, i-PDeAund i-DReC erweitern den Nut-zen erheblich.

Tabelle 1: Analytische Bedingungen zu Abbildung 9

standene CO2 wird durch ein Trä-gergasstrom zu einem hochsensi-tiven und CO2-selektiven NDIR-Detektor geleitet und vermessen.Anhand einer externen Kalibrie-rung wird die TOC-Konzentrationberechnet.

Die integrierte Verdünnungsfunk-tion lässt TOC-Analysen bis zu20.000 mg/l zu, außerdem erlaubtes die automatische Verdünnungder Probe bei Messbereichsüber-schreitung.

Der Messwert wird direkt an eineMesswarte gesendet, die bei einerGrenzwertüberschreitung entspre-chende Maßnahmen einleitet, oderes werden vom Analysator direktMaßnahmen ergriffen. So könnte zum Beispiel automatisch einSchieber geschlossen werden, derdas Einleiten von kontaminiertemWasser in das Fließ- oder Stand-gewässer verhindert.

Mehrere Probenströme auf einem Gerät

Auf einem Flughafengelände kannes mehrere separate Abwassersam-melsysteme geben. In diesem Fallemüssen mehrere Probenströme miteinem Gerät vermessen werden,und es kommt der Probenstrom-wechsler zum Einsatz (siehe Ab-bildung 2). Hier gelangt die Probeüber ein Sieb in die Probenkam-mer. Dort wird sie mit einemrotierenden Messer homogenisiert,bevor sie dem Gerät zur Analysezugeleitet wird. Dadurch lassensich selbst stark partikelhaltigeProben problemlos vermessen.

Nach der Probenentnahme werdenKammer und Filter mit Spülwassergereinigt. Die Spülfunktion verhin-dert Carry-over-Effekte beimWechsel der Probenströme.

Das Messprogramm ist für jedenProbenstrom individuell zu wäh-len, auch die Reihenfolge der Mes-sung der Probenströme kann derNutzer frei bestimmen.

Die automatische Verdünnungs-funktion, die Selbstkontrolle derKalibration und die optimierteProbennahme erlauben ein weitge-hend selbstständiges Arbeiten desMessgeräts auf dem Flughafen.Vielfältige Alarm- und Status-Signale erleichtern die Erkennungvon Grenzwertüberschreitungoder Wartungsbedarf. Neben denherkömmlichen Möglichkeitensteht eine Modbus-Kommunika-tion zur Verfügung. Ein optionalerWebbrowser ermöglicht die Ein-sicht des Geräts von jedem ver-netzten Computer aus. Damit istder TOC-4200 das ideale Gerät zukontinuierlichen TOC-Bestim-mung der Abwasserströme aufFlughäfen, besonders in der Win-terzeit.

de belastet das Abwasser

den Flughafenbetreiber ist es dahersehr wichtig, die organische Belas-tung seines Abwassers zu kennen.Als Beurteilungsparameter hat sichhier der Summenparameter TOCdurchgesetzt.

TOC (Total Organic Carbon)spiegelt die Belastung an organi-scher Substanz im Abwasser wider,als ein Maß für die Konzentrationorganisch gebundenen Kohlen-stoffs. Je nach Einsatz des Entei-sungsmittels können die TOC-Werte extrem schwanken.

Kontinuierliche Online-Kontrolledurch NPOC

Nun findet man auf einem Flug-hafengelände selten ein Labor mitLaboranten, daher wird hier einAnalysengerät benötigt, das konti-nuierlich die organische Kohlen-stoffbelastung überwacht und da-bei wartungsarm und relativ autarkarbeitet.

Wichtig für die Bestimmung desTOC ist die Differenzierung zwi-schen organischem und anorgani-

schem Kohlenstoff. Carbonate undHydrogencarbonate sind schließ-lich in jedem natürlichem Gewäs-ser enthalten. Die meist genutzteMethode zur TOC-Bestimmungist daher die sogenannte NPOC-Methode. Hierbei wird die Probemit einer Säure angesäuert um dieenthaltenen Carbonate und Hy-drogencarbonate zu CO2 umzuset-zen. Anschließend wird das ent-standene Kohlendioxid durcheinen Gasstrom ausgetrieben, derdurch die Probe geleitet wird.

Bewährt und leistungsstark –der TOC-4200

Der Prozessanalysator TOC-4200ist prädestiniert für diese Applika-tion. Der TOC-4200 ist ein leis-tungsfähiger Analysator, der miteiner katalytischen Verbrennungbei 680 °C arbeitet. Nachdem derAnalysator automatisch den anor-ganischen Kohlenstoff entfernt hat, wird eine Teilmenge auf einen680 °C heißen Platin-Katalysatorinjiziert. Hier werden alle vorhan-denen organischen Verbindungenzu Kohlendioxid oxidiert. Das ent-

Abbildung 2: Probenstromwechsler

nte Überwachung durch Online-TOC verhindert Umweltschäden


PRODUKTE

Diagramm 1: Konzentrationsverhältnis der

Elemente in einer Augenspülflüssigkeit

etwa 100 Mal geringer ausfällt(Diagramm 1). Legt man zugrun-de, dass die Probenvorbereitungheute hochautomatisiert sein undmöglichst wenig Arbeitszeit erfor-dern sollte, so muss ein einzigerVorverdünnungsschritt ausreichen,um alle Elemente in der Probe zubestimmen – statt diverse manuel-le Verdünnungsschritte durchzu-führen, um für jedes Element denArbeitsbereich des Analysegerätszu treffen.

Eine 100-fache Vorverdünnungwurde für diese Probe ausgewählt.So ist es möglich, Magnesium(jetzt 0,36 ppm) sowie Calciumund Kalium per Flammenatom-absorptionstechnik mit dem AA-7000F zu bestimmen. ZurMessung von Natrium muss diebeobachtete Absorptionswellen-länge auf die um Faktor 200 weni-ger empfindliche 330,3 nm Linieverschoben werden (im Vergleichzur gebräuchlicheren 589,0 nmLinie).

Micro Sampling

Um bei der Methoden-entwicklung flexibler zusein und die letzten Schrit-te des Optimierungspro-zesses möglichst individu-

ell zu gestalten, ist dasMicro-Sampling-Sys-tem von Shimadzuperfekt geeignet für die

Messung von Augen-spüllösungen, etwa durch

die mögliche Verwendungeines Ionisierungspuffers

wie er vorgeschrieben istfür die Bestimmung von

Natrium in Trinkwasser (ge-mäß der deutschen Trinkwas-

serverordnung).

Ein AA-7000F in Kombinationmit einer ASC-7000-Probenauf-bereitungsstation erlaubt eineautomatisierte Flammen-Micro-Sampling-Technik (Abbildung 3).Hierbei wird eine Flammen-

D ie Augen gehören zu denwichtigsten Sinnesorganen– und sie sind sehr emp-

findlich gegenüber Unfällen, wasbesondere Sicherheitsvorkehrun-gen erforderlich macht. In Labo-ratorien zum Beispiel könntenPartikel oder Chemikalien dasAuge schädigen. Dann müssen dieAugen mit einer speziellen Spül-lösung behandelt werden.

Die Qualitätssicherung einer der-artigen Lösung ist sehr wichtig,um zu gewährleisten, dass dieSpülung hilft statt schadet – etwadurch Mikroorganismen, die eineInfektion verursachen können.Daher muss die Abfüllung sterilerfolgen.

Um eine Kontamination zu ver-hindern, kann eine Plastikflasche

Nachweisgrenzen der Analysen-methoden. Bei Augenspüllösungenspielt dieses Kriterium keine ent-scheidende Rolle, da alle vier Ele-mente in hoher Konzentrationenthalten sind. Denn, um Augen-irritationen zu vermeiden, sollhierdurch die menschliche Tränen-flüssigkeit nachgeahmt werden.

Analytische Fragestellung

Die analytische Herausforderungdieser Probe besteht in den höchstunterschiedlichen Konzentratio-nen der Elemente Na, K, Mg und Ca. So ist beispielsweiseNatrium in hohen ppm-Kon-zentrationen enthalten, wäh-rend der Magnesiumgehalt

spüllösung dem Hersteller genaubekannt. Aber um Wägefehlerauszuschließen oder um die Sta-bilität und die letztendlich vorlie-gende Konzentration der Elemen-te im Endprodukt zu überprüfenund zertifizieren, ist ein zusätzli-cher Kontrollschritt unverzicht-bar. Schnell und zuverlässig sollendie Konzentrationen der ElementeNatrium (Na), Kalium (K),Magnesium (Mg) und Kalzium(Ca) bestimmt werden.

AAS oder ICP-OES?

Zum Nachweis von Na, K, Mgund Ca ist es möglich, die opti-sche Emissionsspektrometrie mitinduktiv gekoppelten Plasmas(Inductively Coupled PlasmaOptical Emission Spectroscopy[ICP-OES]) sowie die und Atom-absorptionsspektroskopie (AAS)einzusetzen. Mit dem ICPE-9000-System und dem AA-7000 DualAtomizer erfüllt Shimadzu dieAnforderungen der Qualitätssiche-rung.

Aus wirtschaftlichen Gründen istdas AA-7000 das bevorzugte Ge-rät, wenn es um die Analyse vonbis zu vier oder fünf Elementengeht. Sollen sechs oder mehr Ele-mente bestimmt werden, ist dasICPE-9000-System besser geeig-net (Abbildung 2). Weitere Ent-scheidungskriterien können dieseVorauswahl beeinflussen, wie zumBeispiel die unterschiedlichen

unmittelbar nach dem Extrudierenund Formen befüllt werden. Dasabgefüllte Medium muss tempera-turstabil sein und führt automa-tisch zu einer schnellen Abküh-lung des Flaschenmaterials. DieProduktivität dieser Fertigungs-technik, bekannt als blow fill seal([bfs] Blasen-Füllen-Verschließen-Verfahren), ist erheblich höher alsalternative Verfahren, bei denenzum Beispiel zusätzlich Luft alsKühlmedium eingesetzt wird –ganz abgesehen von dem dadurcherhöhten Risiko von Verunreini-gungen. Deshalb bietet das Unter-nehmen Holopack® (in der Nähevon Stuttgart) diese Technik an(Eine abgefüllte, untersuchte Probewird in Abbildung 1 gezeigt).

Ein anderer Aspekt bei der Quali-tätssicherung betrifft die Analyseder Inhaltsstoffe. In der Regelsind die Salzgehalte der Augen-

Den Durchblick behaltenSpektroskopie für die Qualitätssicherung vonAugenspüllösungen

APPLIKATION


Na K Ca Mg

Abbildung 1: Untersuchungsgegenstand:

Mit bfs-Technik abgefüllte, sterile Augen-

spüllösung


APPLIKATION

Atomabsorptionsanalyse mit klei-nen Probenvolumina durchgeführt(50 - 90 μl), wohingegen bei derkonventionellen Flammentechnik(im Folgenden „kontinuierlichesFlammenverfahren” [“flame conti-nuous method“) die Probe durch-gehend mit einer Flussrate vonetwa 8 ml/min angesaugt wird undgroße Probenvolumina erfordert.

Im ersten Schritt kann die Probeverdünnt und es können Wasser,Ionisierungspuffer und/oder Stan-dardlösungen (Standardadditions-Verfahren) hinzugefügt werden.Die homogenisierte Lösung wirdim zweiten Schritt injiziert.

Die Flammen-Micro-Sampling-Technik bietet verglichen mit demkontinuierlichen Flammenver-fahren zahlreiche Vorteile: Analy-sen sind bei sehr geringen Proben-mengen möglich und mit demSampler ist eine automatische wei-tere Verdünnung der Probe durch-führbar sowie die Zugabe vonPufferlösungen, um so Interferen-

zen zu kompensieren. Darüberhinaus lässt sich, da nur sehr ge-ringe Probenmengen eingebrachtwerden, die Flammen-Micro-Sampling-Technik sehr wirksameinsetzen, um Proben mit hohemMatrixgehalt zu analysieren, die

beim kontinuierlichen Flammen-verfahren den Brenner zusetzenkönnen. Dazu zählen auch Augen-spüllösungen.

Methode und Ergebnisse

Um die Messergebnisse zu ver-deutlichen, sind Kalibrierung plus

Abbildung 2: Das Flussdiagramm lässt die geeignete Element-Analysetechnik erkennen

1. Probenaufbereitung (Autosampler)

2. Probeninjektion 2 - 600 μl Mischkammer 50 - 90 μl Injektion

Diskontinuierliches Absorptionssignal

Zeit

Abs.

Spül-wasser

Abbildung 4: Magnesium-Absorptionssignale der Kalibrierung und Probe

Abbildung 3: Flammen-Micro-Sampling-Technik

Zu messendes ElementWellenlängeSpaltbreiteFlammentypGasflussrateProbennahmezeitInterferenzpufferArbeitsbereich

Na330,3 nm

0,2 nmLuft-C2H2

1,8 l/min20 Sek.

CsCl-Losüng10,0 - 40,0

K766,5 nm

0,7 nmLuft-C2H2

2,0 l/min20 Sek.

––1,25 - 5,00

Ca422,7 nm

0,7 nmLuft-C2H2

2,0 l/min20 Sek.

La2O3-Lösung0,50 - 2,00

Mg285,2 nm

0,7 nmLuft-C2H2

1,8 l/min20 Sek.

––0,25 - 1,00

Gerät AA-7000 mit Autosampler inklusive Microsampling Kit

Tabelle 1: Verfahrensparameter für die Qualitätssicherung hoch-konzentrierter Elemente in Augenspüllösungen

Abs. Abs. = 0,012 Konz. + 0,0018 R2 = 0,9999

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,500

0,0 20,00,000 0,250 0,500 0,750 1,000

10,0

Konz. (ppm)Zeit (sek.)

Absorptionssignal von Magnesiumin Abbildung 4 dargestellt. DieWiederfindungsrate lag für allegemessenen Elemente in einemguten Bereich (Tabelle 2). DasAA-7000 kombiniert mit derMicro-Sampling-Technik ist ein

hochmodernes Atomabsorptions-spektrometer für hochpräziseMessungen von Elementkonzen-trationen in Augenspülflüssig-keiten, aber auch in Mineralwäs-sern (siehe Shimadzu News 01/2011).

Bei dieser Methode handelt es sichum ein interessantes Werkzeug fürklinische und pharmazeutischeAnwendungen gemäß FDA CFR21 Part 11. Darüber hinaus sprichtdie Möglichkeit, alle Parameter zuoptimieren und selbst innerhalbeiner Multi-Element-Sequenz eine individuelle Probenverdün-nung durchzuführen, für dieMicro-Sampling-Technik.

NaK

CaMg

Analyt Erwartet(gewichtet)

Ergebnis (gemessen)

Wiederfindungs-rate

158 mmol/l10,0 mmol/l3,24 mmol/l1,48 mmol/l

157 mmol/l9,81 mmol/l3,28 mmol/l1,48 mmol/l

99,4 %98,1 %

101,2 %100,0 %

Tabelle 2: Messergebnisse für die Augenspüllösung

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gerne zu. Bitte notieren Sie hierfür die ent-

sprechende Kennziffer auf der Antwortkarte

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News WebApp. Info 410

AKTUELLES

Von Erich LeitnerInstitut für Analytische Chemie und Lebensmittelchemie, TechnischeUniversität Graz, Österreich

D ie Verbindung 2,4,6-Tri-chloranisol (TCA) wird inder Literatur oft erwähnt,

insbesondere seit H.R. BusersVeröffentlichung, in der TCA alsdie Schlüsselsubstanz für den„Korkgeschmack” im Wein identi-fiziert wurde.1 Zahlreiche andereBerichte sind hinsichtlich sensori-scher Effekte in Nahrungsmitteldurch TCA und auch 2,4,6-Tri-bromanisol (TBA) publiziert wor-den. 1990 fand J.C. Spadone her-aus, dass 20 % des brasilianischenRohkaffees mit TCA kontaminiertwar.2 Zuletzt war TBA in denNachrichten bezüglich der Pro-duktrückrufe der Pharmaunter-nehmen Pfizer und Johnson &Johnson, die Produkte wegenkontaminierter Verpackungenvom Markt zurückziehen muss-ten. Eine verlässliche und emp-findliche Methode zur Bestim-mung von TBA und TCA inFrüchten und Gemüsen, die uner-wünschten Schimmelgeruch auf-weisen, wurde entwickelt.

Sensorische Eigenschaften undQuellen von TBA und TCAs

TCA und TBA besitzen einenunangenehmen schimmeligenGeruch, den Menschen selbst insehr geringen Konzentrationenregistrieren. Diese Verbindungenlassen sich von Menschen mitunterschiedlicher Intensität inunterschiedlichen Lebensmittelnwahrnehmen.3 Abbildung 1 zeigtdie chemischen Strukturen derbeiden Verbindungen.

(SIM) zeigten allerdings, dass einederartige Technik zur Analyse vonProben aus der Praxis wegen dermassiven spektralen Interferenzennicht geeignet ist (Abbildung 2).

Zur Lösung dieses Problems wur-de eine Kombination aus einermultidimensionalen Chromatogra-phie (Comprehensive GCxGC)mit einer negativen chemischenIonisierung (NCI) eingesetzt. Beider Comprehensive GCxGC wer-den zwei Säulen unterschiedlicherPolarität in Reihe geschaltet. Beidiesem Aufbau besitzt die ersteSäule üblicherweise die konven-tionellen Dimensionierungen,wohingegen die zweite Säuleerheblich kürzer ist (0,5 - 3 m).

Alle, von der ersten Säule eluier-ten Verbindungen werden imKopfraum der zweiten Säulekryothermischdurch Einblasenvon kaltem Stickstoffgas fokus-siert und danach für eine konstan-te Zeitspanne (Modulationsfre-quenz, gewöhnlich 2 - 8 s) durchEinblasen von heißem Stickstoffin die zweite Säule freigesetzt. Auf

hochauflösende Gas-Chromato-graphie (GC) die Methode derWahl für die Analyse. Ein Elek-tronen-Einfangdetektor (ECD)oder ein Massenspektrometerwird für den selektiven und sensi-tiven Nachweis halogenierterSubstanzen empfohlen. Erste Mes-sungen an verschiedenen Früchtenund Gemüsen mit einem geringauflösenden Quadrupol-MS imselected ion monitoring Modus

Keine dieser Substanzen wird vor-sätzlich Lebensmittelproduktenzugegeben, aber beide Verbin-dungen werden aus chloriertenPhenolen gebildet, die als Bakteri-zide (PCP) gegen Mikrorganismenzum Einsatz kommen. Der Ent-stehungsmechanismus konnte beider Produktion von Weinflaschen-verschlüssen aus Naturkork nach-gewiesen werden. Mehrere Artenvon Mikroorganismen konnten inals auch auf Naturkork als Ergeb-nis des Produktionsprozessesgefunden werden. Die Bildungerfolgt entweder durch direkteMethylierung von Trichlorphenolund/oder Tribromphenol oderdurch eine Methylierungsreaktionnach Dechlorierung von chlorier-ten Phenolen mit mehr als dreiChlor- oder Bromatomen. Ausder großen Anzahl halogenierterAnisol-Verbindungen werdenTCA und TBA in den geringstenKonzentrationen wahrgenommen.

Analyse-Techniken

Auf Grund der hohen Flüchtig-keit der Verbindungen ist eine


Schimmelgeruch in Früchten und Gemüsen?Bestimmung von Trichloranisol und Tribromanisol mit SPME gekoppelt miteiner Comprehensive GCxGC und einem massenspektrometrischen Nachweis(HS-SPME-GCxGC-qMS-NCI)

Abbildung 1: Trichloroanisole und Tribromoanisole

2,4,6-Trichloranisol

Wasser: 0,03 ng/l

Bier: 0,09 ng/l

Wasser: 0,02 ng/l

(Whitfield)

2,4,6-Tribromanisol

Abbildung 2: Extrahierte Ionen (m/z 212) durch GC-qMS-EI

[min]

10,00 11,00


AKTUELLES

diese Weise werden Peaks aus derersten Dimension fraktioniert undauf der zweiten Säule findet einezusätzliche Trennung statt.

Für einen besseren Überblick derTrennung werden die resultieren-den Daten gewöhnlich in einemsogenannten Kontour-Plot anstel-le von Chromatogrammen darge-stellt. Im Kontour-Plot wird dieRetentionszeit der ersten Säulegegen die Retentionszeit der zwei-ten Säule grafisch dargestellt,wobei die maximale Länge der y-Achse der Modulationsfrequenzentspricht. Verbindungen, die par-allel zur y-Achse dargestellt sind,werden in einem 1 dimensionalenChromatographiesystem nichtgetrennt. Zusätzlich führt dieModulation der Peaks zu einerbesseren Empfindlichkeit, da einePeakbreite von normalerweisefünf bis sechs Sekunden in einemComprehensive System auf 200 -400 ms vermindert wird.

Einsatz der negativen chemischen Ionisierung

Das Signal-Rausch-Verhältnis(S/N) für 10 ng/kg TCA wurdevon 18 :1 (Elektronenstoßioni-sation (EI) im SIM-Modus) auf72 :1 (NCI im SIM-Modus) gestei-gert. Wenn NCI in Verbindungmit der Comprehensive GCxGCeingesetzt wird, lässt sich eineweitere Steigerung des S/N auf300 :1 beobachteen, woraus eineQuantifizierungsgrenze von 0,1ng/kg resultiert. Der einzigeNachteil der Methode besteht inder Bildung von Fragmenten, diemit den Halogenatomen korre-spondieren (m/z = 35 und 37 fürChloranisole und m/z = 79 und 81für Bromanisole), was den Einsatzvon deuterierten Standards un-möglich macht. Abbildung 2 zeigtden Kontour-Plot der Standard-probe mit der Konzentration von10 ng/kg für jede der unterschied-lichen halogenisierten Anisole.Abbildung 3 zeigt Kontour-Plotsvon halogenisierten Anisolen einerMangoprobe aus der Praxis. DieProbenaufbereitung wurde miteiner automatisierten Headspace-Festphasen-Mikroextraktion (HS-SPME) durchgeführt, wobeieine 2 cm 50/30 μm Divinylben-zol/Carboxene/Polydimethylsi-loxan-Kapillare bei 80 °C für 60min zum Einsatz kam. Die Pro-

und einfach. Die Bestimmung derZielsubstanzen ohne irgendeineInterferenz aus einer Matrix istmit dieser Kombinationsmethodemöglich. Erste Ergebnisse vonProben aus der Praxis (Mango,Knoblauch und verschiedeneSpeisepilze), bezogen über ein

gekoppelt an eine automatisierteSPME unter Zuhilfenahme vonNCI wurde gezeigt, dass es sichum eine selektive und empfindli-che Methode zur Bestimmung dergeruchsaktiven Verbindungen2,4,6-Trichloranisol und 2,4,6-Tribromanisol handelt. Gleich-zeitig ist die Technik verlässlich

benmenge betrug 1 g des homoge-nisierten Materials. Der Kalibrier-bereich lag zwischen 1-100 ng/kg.

Schlussfolgerung

Für die comprehensive, zweidi-mensionale Gas-Chromatographie

Abbildung 3: (a) Mango 1 / (b) Mango 2

0.000

0.400

0.800

1.200

1.600

2.000

2.400

2.800

3.200

3.600

16.000 16.667 17.333 18.000 18.667 19.333 20.000 20.667 21.333 22.000 22.667 23.333 24.000 24.667 25.333 26.000 26.667 27.333 28.000 28.667 29.333

0.000

0.400

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1.200

1.600

2.000

2.400

2.800

3.200

3.600

16.000 16.667 17.333 18.000 18.667 19.333 20.000 20.667 21.333 22.000 22.667 23.333 24.000 24.667 25.333 26.000 26.667 27.333 28.000 28.667 29.333

Standard je 10 ng/kg, Haloanisole

Lebensmittelgeschäft, zeigten erschreckend hohe Kontamina-tionsgehalte. Eine gründliche Un-tersuchung von verschiedenenFrüchten und Gemüsearten ist inPlanung.

Referenzen

1. H.R. Buser, J. Agric Food Chem. 30, 359-362

(1982).

2. J.C. Spadone, J. Agric. Food Chem. 38(1),

226-233 (1990).

3. Anonymous:

www.knowabouthealth.com/third-tylenol-

recall-by-jjs-mcneil/4075/

Erich Leitner

studierte technische Chemie an der Tech-

nischen Universität Graz, Österreich, mit dem

speziellen Fokus auf analytischer Chemie.

Er diplomierte 1992 und promovierte 2005 in

der Lebensmittelchemie. Er besitzt eine über

25-jährige Erfahrung in der organischen Spu-

renanalytik mit gas-chromatographie-basierten

Methoden. Er spezialisierte sich auf den

Nachweis geruchsaktiver Substanzen unter

Einsatz analytischer und humansensorischer

Techniken.

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News WebApp. Info 411

Diese Neuentwicklung bietet denAnwendern eine neue Wahlmög-lichkeit. Es ist nicht mehr erfor-derlich, in ein hochspezifischesSystem mit Doppelgitter undDoppel-Monochromator zu inves-tieren, um einen hohen Absorp-tionsbereich abzudecken. Daskompakte UV-2700 mit einemDrittel der Größe eines gängigenReferenzinstruments erfordert nureinen Bruchteil der Kosten.

Anwendungsbeispiel TBC

Hier ein Beispiel, wie sich Kostender Geräteausstattung sowie dergesamten Anwendung sparen las-sen: Ein Chemieunternehmennutzte ein Verfahren zur Bestim-mung von TBC, ein Inhibitor fürPolymerisationsreaktionen, derdie Handhabungszeit von Binde-mitteln verlängert. Dies beinhalteteine Reaktion mit NaOH, bei derein roter Farbstoff entsteht. DieseFarbe wurde zur Mengenbestim-mung genutzt, da sie eine geringeAbsorption zeigt, was die Not-wendigkeit von Verdünnungs-schritten reduziert. Eine direkteMessung von TBC bei 275 nm

APPLIKATION

S eit dem ersten Routineein-satz vor beinahe 70 Jahrenist die UV-VIS-Spektros-

kopie in den meisten Labors einBasiswerkzeug – mit weiter Ver-breitung in Forschung, Qualitäts-kontrolle und Qualitätssicher-ungslabors der chemischen undpharmazeutischen Industrie.

Der UV-VIS-Markt ist in Bereicheaufgeteilt, deren Grenzen durchdie Qualität von Beugungsgittern,

monochromatoren und hochent-wickelte Wellenlängenantriebeeinsetzen, um Absorptionswertevon 7 bis 8 zu erreichen.

Kleiner, leichter und leistungsstärker

Mit der Einführung des neuen Lo-Ray-Ligh™ Gitters hat Shimadzudie Marktnischen der konventio-nellen Spektralphotometer neudefiniert. Dieses neue Gitter ver-ringert das Streulicht erheblichund ermöglicht damit einem Ein-zelmonochromator (wie im UV-2600) ein Leistung größer 5 Abszu erreichen, und mit einem Dop-pel-Monochromator (UV-2700)eine Absorptionsstufe von >8 –und das in einem Gerät mit weni-ger Größe und Gewicht als dieherkömmlichen Zweistrahlsys-teme. Das Gitter bietet zudemeinen weiteren Wellenlängen-bereich als jedes Gitter einer frü-heren Generation, was dem UV-2600 ermöglicht, mit der optiona-len ISR-2600 Plus Integrations-kugel (mit zusätzlichem InGaAs-Detektor (Indium/Galliumarse-nid) bis zu 1.400 nm auszulesen.

Detektoren und Strahlungsquellenfestgelegt werden. Zur „norma-len“ Gruppe gehören Geräte, dieAbsorptionswerte in der Größen-ordnung 2 bis 4 auslesen. Systemeder Forschungskategorie erwei-tern diesen Bereich auf die Ab-sorptionsstufen 4,5 bis 5 – durchvorgeschaltete Monochromatorenzur weiteren Reduzierung desStreulichts. Darüber gibt es dieKlasse der Geräte mit herausra-genden Parametern, die Doppel-


Nischen in der UV-Analyse neu definiertAuslesen hoher Absorptionswerte von tert.-Butylcatechol(TBC) ohne Einsatz von farbmetrischen Verfahren

0,000

2.000

4.000

6.000

7.280

238,6 250,0 300,0 350,0355,1

Abs

.

nm

Abs

.

Standard Kurve

Konzentration (mM)

-0,834

0,000

2.000

4.000

6.000

7.570

0,000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000

Abbildung 3: Hohe Stufen der Absorptionsspektren von TBC Abbildung 4: Kalibrationskurve der TBC-Methode, hohe Absorptionsstufen gegen die

Konzentration in mM

Abbildung 2: Strukturformel von TBC

(tert.-Butylcatechol)

Abbildung 1: UV-2700

E ine neue Software für UV-VIS-Geräte, die im Gesund-heitsvorsorge und Kosme-

tikbereich eingesetzt werden,übertrifft die neuen Anforderun-gen, die ab Juli 2013 für Herstel-lung und Vertrieb von Kosmetik-artikeln gelten – festgelegt durchdie Europäische Gemeinschaft.Weitere Regelungen sind Colipa[2], FDA [3], Boots Star Rating[4] und JCIA (Joint CommissionInternational Accreditation – Ge-sundheitsorganisation). Sie allesind in der SPFCalculator-Softwareenthalten, die sogar dabei hilft,einige physikalische Eigenschaftenzu berechnen. Dieses Produktwurde in Zusammenarbeit mitdem italienischen UnternehmenAqualis Software House ausMailand entwickelt.

Der SPFCalculator zeigt 17 Para-meter, die für die Qualifizierungeines Sonnenschutzmittels erfor-derlich sind. Die Software enthältmehr Informationen als von den

[2] Colipa, (European Cosmetics TradeAssociation) ‘In Vitro Sun ProtectionMethods’ group

[3] Sunburn Protection Factor (SPF). Foodand Drug Administration (UnitedStates). 2009-04-30; ‘Questions andAnswers: FDA announces new require-ments for over-the-counter (OTC)sunscreen products marketed in theU.S.’, updated 6/23/2011

[4] Measurement of UVA: UVB RatioAccording to the Boots Star RatingSystem (2008 Revision), Boots,Nottingham, UK, 2008

Richtlinien gefordert. Der Calcu-lator ist leicht zu handhaben, undNutzer benötigen nur ein einfa-ches Training. Bei Änderung derRegularien kann die Softwareaktualisiert werden. Die 17 Para-meter, die sich berechnen lassen,sind in Tabelle 1 zusammenge-stellt.

Anwender können das Sonnen-schutzmittel einfach testen unddie Formulierung wo nötig än-dern, noch bevor die kostspieligenin vivo-Messungen durchgeführtwerden.

Shimadzu bietet eine einfach zuhandhabende Komplettlösung an:Das Paket enthält ein UV-2600und eine ISR-2600 Integrations-kugel in Kombination mit UVProbe und SPFCalculator undstimmt mit den Anforderungender europäischen Kosmetikver-bände überein. Die Stärke desPakets liegt darin, dass sich weite-re Parameter wie Farbe, Aussehen,Qualität der Verpackung usw.unter Einsatz derselben Kombina-tion bestimmen lassen.

Referenzen

[1] Regulation (EC) No 1223/2009 of theEuropean Parliament and of theCouncil of 30 November 2009 on cos-metic products

Neues Werkzeug fürGesundheitsvorsorge undKosmetikSPFCalculator-Software für UV-VIS-Geräte

Table 1: Parameter-Auswahl für die SPF-Dokumentation

Verhältnis (UVAPF/SPF-Kennung)Bestrahlungsdauer

kritische Wellen-länge FDA kritische Wellen-länge Boots

UVA-Dosis

kritische Wellenlänge(Vor-Bestrahlung)Star Rating FDA

Boots Star Rating

UVAPF

Umrechnungsfaktor

UVA-I/UV FDA

UVA/UVB Nach-Bestrahlung Boots

UVAPF0

Strahlungsenergie

kritische Wellenlänge(Nach-Bestrahlung)UVA/UVB Vor-Bestrahlung BootsJapan PA rating


PRODUKTE

war mit herkömmlichen 0 - 4 AbsUV-VIS-Geräten nicht möglich,da die höchsten Konzentrationenvon TBC (50 mM) eine Absorp-tion von nahezu 7 Abs haben.

Durch Einsatz eines UV-2700 istes möglich, den Absorptionspeakvon TBC bei 275 nm direkt zumessen. Die Abbildung 3 stellt dieAbsorptionsverläufe von 10, 20und 50 mM TBC (Achsenskalie-rung 0 - 8 Abs) dar.

Die Abbildung zeigt, dass es mög-lich ist, eine Probe zu scannen, diebei 275 nm ein Absorptionsmaxi-mum von 6,87 hat. Die Fähigkeit,dieses Produkt direkt zu quantifi-zieren, wird anhand eines Dia-gramms aus der Standardquanti-fizierung in der UVProbe Soft-ware von Shimadzu gezeigt, indem die Absorption über derKonzentration aufgetragen ist.

Das Verhältnis von Absorption zuKonzentration bleibt bis zu sehrhohen Absorptionswerten linear.Hierfür bietet das UV-2700 einen‘High Absorbance’-Scan an, der inVerbindung mit der Dämpfungdes Referenzstrahls Lichtintensi-täten misst, die weniger als einZehnmillionstel der Energie desoffenen Strahlengangs betragen.

Zusammenfassung

Das Shimadzu UV-2700 ist einerschwingliches und kompaktesGerät, das den messbaren Kon-zentrationsbereich hoch absorbie-render Substanzen, die sich mitUV-Spektroskopie direkt untersu-chen lassen, dramatisch erweitert.Es bietet eine Leistung, die bishernur von Geräten der Oberklassemit Doppel-Monochromator zubekommen war, die für die mei-sten Labors zu groß und zu teuerwaren.

Geräte:UV-2700, UVProbe-Software,Abschwächer, Standardküvettenhalter,1 cm Quarzglasküvette

IMPRESSUM

Shimadzu NEWS, Kundenzeitschrift der Shimadzu Europa GmbH, Duisburg

HerausgeberShimadzu Europa GmbHAlbert-Hahn-Str. 6 -10 · 47269 DuisburgTelefon: (02 03) 76 87-0Telefax: (02 03) 76 66 [email protected]

RedaktionUta Steeger · Telefon: (02 03) 76 87- 410 Ralf Weber, Tobias Ohme

Gestaltung und Produktionm/e brand communication GmbH GWADüsseldorf

Auflage Deutsch: 4.730 · Englisch: 16.390

©CopyrightShimadzu Europa GmbH, Duisburg,August 2013. Nachdruck, auch auszugs-weise, nur mit Genehmigung der Redaktion gestattet.

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PRODUKTE

B ereits die Vorgängermodelleder neuen HPV-X Hoch-geschwindigkeitskamera

halten schnellste Ereignisse ver-lässlich fest – mit sehr gutem Auf-lösungsvermögen bis zu einer Geschwindigkeit von einer Mil-lion Einzelbildern pro Sekunde (1 Mfps). Diese Merkmale mach-ten sie innerhalb kurzer Zeit zueinem Standardwerkzeug fürIndustrie und Forschung, um bis-lang unsichtbare Phänomene sicht-bar zu machen.

Der Anwendungsbereich derHPV-Serie ist breit gefächert:Beobachtung der Kraftstoffein-spritzung in Verbrennungsmoto-ren, der Feinverteilung von Tröpf-chen durch Tintenstrahldrucker,der Materialprüfung, aber auchder Visualisierung von Maschinen-prozessen. In der Forschung un-tersuchen die Kameras hydrody-namische Vorgänge, Zerstörungs-prozesse oder die Ausbreitungvon Stoß- und Schockwellen.

Einzigartige Eigen-schaften

Die neue HPV-X Ultrahochge-schwindigkeitskamera behält dieguten Eigenschaften ihrer Vorgän-gerversionen, übertrifft sie jedochin entscheidenden Details. Sokann die HPV-X nun mit einer

gespeicherter Bilder machen dieHPV-X so besonders.

Separate Signalverarbeitungunterstützt Geschwindigkeit

Herausforderung jeder Hochge-schwindigkeitskamera auf demMarkt ist die Signalverarbeitung.Sie ist der geschwindigkeitsbe-stimmende Schritt während einerAufnahme.

Shimadzu hat daher Signalaufnah-me und Signalverarbeitung zeitlichvoneinander entkoppelt. JederSensor ist mit einem internenSpeicher versehen. Das analogeAufnahmesignal wird zunächstohne zeitaufwändige Signalver-arbeitung direkt in den Speicherverschoben. In einem zweitenSchritt – nachdem die Aufnahmebeendet ist – wird dieser Speicherausgelesen und die analogen Sig-nale verarbeitet. Fasste dieser in-terne Speicher 100 Bilder bei denVorgängern HPV-1 und HPV-2,so speichert die neue HPV-X beiBelegung von zwei Speicherbän-ken mehr als doppelt so viele –nämlich bis zu 256 Bilder.

Hohe Auflösung auch bei hohenGeschwindigkeiten

Mit der HPV-X ist es möglichzwischen Aufnahmelänge und

Aufnahmen. Überstrahlungseffek-te (auch Blooming genannt) stel-len sensorbedingt kein Problemdar und sind kaum mehr wahr-nehmbar.

In einem Satz zusammengefasst:Die zeitliche Realisierung höch-ster Geschwindigkeit, feinsterAuflösung und großer Zahl der

Geschwindigkeit von 10 Mio.Bildern pro Sekunde aufnehmen.Der neu entwickelte FT-CMOS-Sensor, ein Hochleistungs-Chip,liefert speziell in schwierigenBelichtungssituationen bessere


SchockwellenWeltpremiere – Die neue Hochgeschwindigkeits-Videokamera Hyper Vision HPV-X

Abbildung 1: Aufbau eines HPV-X-Systems bestehend aus Kamerakopf und Netzteil

Auflösung zu wählen. Der interneSpeicher fasst insgesamt 128 Ein-zelbilder. Damit sind entwederAufnahmen mit 128 Bildern beivoller Auflösung 400 x 250 Pixelmöglich oder Aufnahmen mit 256Bildern bei leicht reduzierter Auf-nahmequalität, jedoch identischerPixelanzahl.

Andere Hochgeschwindigkeits-kameras müssen die Auflösungverringern, wenn die Aufnahme-geschwindigkeit steigt. Die Ultra-hochgeschwindigkeitskameras vonShimadzu erhalten ihre hohe Auf-lösung auch bei hoher Aufnahme-geschwindigkeit. Somit lassen sichultraschnelle Ereignisse weit ge-nauer analysieren.

Einfache Bedienung

Die HPV-X ist sehr kompakt undleicht zu bedienen. Genauso wiebei den Vorgängermodellen bietetdie einfache Systemanordnung ausKamerakopf und Laptop-Compu-ter eine kompakte und transporta-ble Konstruktion, was die Einrich-tung vor Ort besonders einfachmacht. Außerdem nutzt das Sys-tem die gleiche, bei Nutzern sehrbeliebte HPV-Software. IntuitiveBedienung und leicht zu verste-hende Aufnahmeeinstellungenmachen es einfach, ultraschnelleVideos aufzuzeichnen.

Die HPV-X im Fokus

Sensor: CMOS (FTCMOS)

Aufnahmegeschwindigkeit:10 Mio. Bilder pro Sekunde (Mfps)

Anzahl Bilder: 256

Auflösung: 400 x 250 px

Konstant hohe Auflösung bis 10 Mfps

Unterstützt die Synchronisation mehrerer Kameras


PRODUKTE

D enkt man an die Mikrohär-teprüfung, so fallen einemin erster Linie die Bestim-

mungen der Gefügebestandteilevon harten metallischen oder kera-mischen Proben ein. Zwar machendie Untersuchungen zu den Seige-rungen von Kristallen, Härtever-läufen von Nitrierschichten undSchweißverbindungen und syste-matischen Härteermittlungen vonneuen Materialien die Mehrzahlder Anwen-

kann der HMV-G in den Bereichder Ultramikrohärte vorstoßenund mit Kräften von lediglich 9,81 Milli-Newton bis 49,04 Milli-Newton messen. Somit lassen sichsehr harte Materialien sowie auchdünne Schichten gleichermaßenuntersuchen, wie zum BeispielMetallfolien für die Herstellungvon Solarzellen.

Zwölf wählbare Lastbereiche

Hierbei unterstütztdie Auswahl aus biszu zwölf wählba-ren Lastbereichenvon HV0,001 bis

HV2. Dank derkraftkompensierten

Bauweise lassen sichdarüber hinaus noch bis zuvier Lastbereiche frei defi-

nieren, die in Grenzfäl-len sehr nützlich

sein können.Und sollte eseinmal passieren,

dass ein zu großeroder zu ge-

ringer

Lastbereich gewählt wurde, dannermöglicht ein motorbetriebenerMessrevolver das einfache Um-

dungsgebiete aus, jedoch steigt dieAnzahl der Messungen, bei derinsbesondere kleine Prüfkräfte be-nötigt werden, mit dem raschenFortschreiten der Leichtbauweiserapide an.

Die komplett neu entwickeltenMikrohärteprüfer der BaureiheHMV-G tragen dieser Entwick-lung Rechnung, denn sie vereinenalle geforderten Merkmale in ei-nem Gerät.

Die HMV-G Modelle verfügenüber einen enorm großen Kraftbe-reich, der vom klassischen Mikro-härtebereich von 0,098 N bis zu1,96 N bis hin zum Kleinlasthärte-bereich bis 19,61 N reicht. Zudem

Von zart bis hartDer neue Mikrohärteprüfer HMV-G

schalten auf ein anderes Objektiv,ohne dass der Versuch erneutdurchgeführt werden müsste.

Insgesamt wurde bei der Entwick-lung des neuen HMV-G auf flexi-bles wie komfortables ArbeitenWert gelegt. Der C-förmige Rah-men vergrößert den Probenraumerheblich, so dass sich auch groß-volumige Proben oder Bauteile ein-fach vermessen lassen. Der Mess-revolver ist in zwei Ausführungenerhältlich, mit der Möglichkeit, biszu zwei Eindringkörper sowie vierObjektive gleichzeitig zu montie-ren.

Drei Baureihen für verschie-denste Einsätze

Je nach Anwendungsbedarf stehenüberdies drei Baureihen zur Wahl:• die manuelle Version, die sich

für die Lehre eignet sowie für die hochpräzise Messung beikleineren Messaufgaben in derForschung

• die Kamera- und PC-gesteuerteAusführung für komplexere undintensive Messtätigkeiten, dieautomatisch die Objekteindrückevermisst

• die vollautomatische Version fürgroße Messserien und regelmäßi-

Abbildung 3: Großer alphanumerischer LCD Touchscreen

Abbildung 2: Revolverkopf mit bis zu zwei Eindringkörpern und vier Objektiven

ge Härteprofilverläufe, die übereine Autofokus-Funktion undeinen automatisierten Kreuztischverfügt

Insbesondere der vollautomatisier-te Härtetester HMV-G-FA bietetmit seiner Vielzahl an Funktionenein Höchstmaß an Komfort undLeistungsfähigkeit bei minimalemArbeitsaufwand.

Dedizierte Unterstützungs-funktionen

Durch die integrierte „StageVie-wer“-Funktion lässt sich der ge-samte Kreuztisch auf Proben un-tersuchen. Ein „EdgeDetector“erkennt hierbei die Probengeome-trien und stellt sie vereinfacht aufdem Bildschirm dar. Durch dieoptimierte Bildgebung lassen sichsogar reale Proben mit Kratzernoder hellen beziehungsweise dunk-len Untergründen automatischbestimmen, ohne dass es aufwändi-ger Probenvorbereitungen bedarf,etwa Polieren. Die Reihenmessun-gen erfolgen dann durch einfachesAnklicken der Anfangs- und End-punkte oder durch Auswahl vonEinzelpunkten.

All diese Unterstützungsfunktio-nen sowie die hervorragendenMesseigenschaften und Präzisionender neuen HMV-G-Serie er-möglichen es auch weniger trai-nierten Anwendern, schnelle Mess-ergebnisse zu erzielen. Getreu demMotto „Everybody can become anexpert.“

Abbildung 1: Mikrohärteprüfer HMV-G

AKTUELLES


E s hätte nicht besser geplantwerden können: zur Eröff-nung der neuen Shimadzu

Laborwelt am 15. April begrüß-ten strahlender Sonnenschein undleuchtende Kirschblüten 150 Gäs-te aus ganz Europa. BlühendeKirschen symbolisieren in der ja-panischen Kultur den Aufbruch –das Leitmotiv für diesen Tag mitEröffnungszeremoniell mit Ver-tretern aus Wirtschaft und Poli-tik, einer japanische Kagamiwari-Zeremonie, einem Rundgangdurch die Labore sowie Welt-und Europa-Premieren neuerProdukte.

Nach kurzen Reden u.a. vonAkira Nakamoto, PresidentShimadzu Corporation, demjapanischen Konsul KiyoshiKoinuma, Duisburgs Oberbür-germeister Sören Link sowieYasuo Miura, President ShimadzuEuropa, durchschnitten sie dasBand und übergaben die neueLaborwelt ihrer Bestimmung.Anschließende Führungen durchdie Labor- und Seminarräumezeigten Live-Demonstrationenausgesuchter Anwendungen undTechnologien an sieben Stationen.

regulierten Umgebungen (sieheSeite 8)

• der hochempfindliche Gas-Chromatograph Tracera, derdurch neuartige Plasmatechno-logie nahezu alle Arten vonSpuren organischer und anorga-nischer Verbindungen detek-tiert – etwa 100 mal sensitiverals der Universaldetektor TCDund doppelt so empfindlich wieFID (siehe Seite 4).

tern und Waagen bis hin zu Mate-rialprüfmaschinen. Die Massen-spektrometrie hat ihren eigenenBereich erhalten; diese Technolo-gie wurde von Shimadzu in denletzten Jahren wesentlich ausge-weitet. Zusätzlich wurden derLaborraum für Kundenanwen-dungen und die Seminarflächenvergrößert. Insgesamt hatShimadzu 3,2 Mio. Euro in denAusbau der Labor- und Trainings-flächen investiert.

„Während der gesamten Wochehaben wir hier weit über 200Kunden begrüßt“, erklärte JürgenKwass, Geschäftsführer Europa.„Die Räume der LaboratoryWorld sind so konzipiert, dasssich neben den großzügigenProdukt- und Laborstationenauch Areale für Diskussion undAustausch befinden.“ Shimadzugeht davon aus, dass durch dieerweiterten Regularien zu Ver-braucher- und Produktsicherheitder Test- und Analysebedarf –und somit der Trainingsbedarf –auch in Zukunft weiter steigenwird.

Eine Welt- und dreiEuropapremieren

Neben der neuen „LaboratoryWorld“ hat Shimadzu vier neueProdukte vorgestellt:

• die Hochgeschwindigkeits-kamera Hyper Vision HPV-X.Durch den schnellsten Sensorder Welt mit 10 Mio. Bildern/sek (FPS) zeichnet sie Phäno-mene bei Explosionen, Schock-wellen oder in Produktions-prozessen auf (siehe Seite 18)

• der HS-20 Headspace-Proben-geber für die Gas-Chromato-graphie für die präzise Analyseflüchtiger und semi-flüchtigerVerbindungen in einem großenSiedepunktsbereich

• das UHPLC-System NexeraX2 mit dem weltweit empfind-lichsten Photodiodenarray-Detektor für Routineanalysenund Anwendungen in streng

Auch die vier Produktpremierenerhielten ihre Bühne.

Kagamiwari-Zeremonie mitHolzhammer und Reiswein

Die Einweihung der Laborweltschloss eine japanische Kagami-wari-Zeremonie ab. Mit Holz-hämmern wurde der Deckel einesSakefasses durchschlagen, wozugehört, dass der Reiswein ordent-lich spritzt. Ein gemeinsamer„Kanpai“ (Toast) aus hölzernenSakeschalen mit allen Gästen run-dete die Dramaturgie ab. Journa-listen von Print und Fernsehenhaben das Ereignis begleitet unddarüber berichtet.

Während der folgenden Tage von15.-19. April wurden den Kun-den der Shimadzu-Niederlassun-gen Europas die „LaboratoryWorld“ mit den einzelnen Pro-duktsegmenten vorgestellt.

Auf einem Areal von über 1.500 qmsind Testflächen für alle Bereicheder Instrumentellen Analytik ent-standen – von Chromatographen,über Spektralphotometer, TOC-Analysatoren, Massenspektrome-

Laboreröffnung mit Holzhammer„Excellence in Science“ auf 1.500 qm; Welt- und Europapremieren

Traditionelle Kagamiwari-Zeremonie mit dem Geschäftsführer der Analytical Division

Teruhisa Ueda, dem Shimadzu-CEO Akira Nakamoto, Konsul Kiyoshi Koinuma sowie den

Europa-Geschäftsführern Yasuo Miura und Jürgen Kwass (v.l.n.r.)

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Laboreröffnung mit Holzhammer Weltpremiere: HPV-X Der ... · PRODUKTE 4 SHIMADZU NEWS2/2013 S chon lange besteht in der Gas-Chromatographie Be-darf für einen universellen Detektor,