In vielen Anwendungsbereichen, zum Beispiel wenn es darum geht, Produktqualität oder -akzeptanz sicherzustellen, oder Materialemissionen zu bestimmen, kommt es in zentralen Fragen auf eine sehr genaue, hochempfindliche Bestimmung sowohl bekannter als auch unbekannter, mehr oder weniger flüchtiger organischer Verbindungen (VOC und SVOC) an. Idealerweise soll verlust- und zerstörungsfrei sowie ohne den Einsatz toxischer Lösungsmittel gearbeitet werden. Hier bietet sich die Thermodesorption als das Mittel der Wahl an.
Der Erfolg einer nicht-zielgerichteten Analyse hängt von der eingesetzten Analysentechnik ab. Die verwendeten Geräte und Systeme sollten sich idealerweise flexibel den Anforderungen des Tages anpassen lassen und derart ausgestattet sein, dass sich mit ihnen ein möglichst umfangreiches Spektrum an Verbindungen frei von Diskriminierung, Kontamination und Substanzverlust auch in niedrigsten Konzentrationen bestimmen lässt.
Wünschenswerterweise lässt sich die Technik einfach und anwenderfreundlich bedienen. Bezogen auf die Analyse von VOC und SVOC hat sich die Thermodesorption (TD) im Vorfeld der Gaschromatographie – meist in Verbindung mit der Massenspektrometrie – als Werkzeug der Wahl herausgestellt. GERSTEL setzt mit seinen Geräten und Systemen für die lösungsmittelfreie und damit umweltschonende Thermodesorption seit mehr als 25 Jahren weltweit Maßstäbe.
Fokus auf die TD-Technik
Blicken wir auf die technischen Details thermischer Desorptionsinstrumente. Sie bestehen im Wesentlichen aus drei Kernkomponenten: einem Konzentrator, einem thermischen Desorber sowie einem Autosampler.
Das Herzstück eines jeden GERSTEL-Thermodesorbers ist seit jeher das KaltAufgabeSystem (KAS), mit dem sich Analyten leistungsstark und diskriminierungsfrei aufkonzentrieren lassen. Entwickelt wurde das KAS ursprünglich für die Injektion großvolumiger Lösungsmittel und Probenextrakte (Large-Volume-Injection LVI). Im Zusammenhang mit der Thermodesorption stellt das KAS eine Probenfalle dar, deren Funktionsprinzip, also das Fokussieren und Konzentrieren von Analyten, auf niedrigen Temperaturen basiert und nicht notwendigerweise auf dem Einsatz eines Sorptionsmittels.
Die Kryofokussierung eignet sich bestens für die Bestimmung unbekannter flüchtiger Verbindungen: Die Kühlfalle erlaubt die Einstellung sehr niedriger Temperaturen, wodurch es möglich ist, alle gasförmigen Stoffe durch Kondensation dem Gasstrom zu entziehen.
Das KAS dient somit als Probenfalle für die GERSTEL-Thermodesorption, erweist sich aber auch für Flüssiginjektionen als wertvoll, etwa bei der Validierung von TD-Methoden oder im Zuge von Problemlösungen.
Ein schlankes Design sowie ein kurzer, von Ventilen freier Probenweg minimiert das Risiko von Verschleppungen und Substanzverlust. Die Möglichkeit einer programmierbaren, temperaturabhängigen Fokussierung der Analyten erlaubt eine einfache Handhabung des Geräts. Wird das KAS mit flüssigem Stickstoff gekühlt, lassen sich minus 180 °C erreichen, die Kohlendioxid-Kühloption erreicht Werte um minus 70 °C. Das heißt, sämtliche potenziell interessanten Verbindungen werden kondensiert und fokussiert und können anschließend temperaturprogrammiert auf die Trennsäule ins GC-System überführt werden. Das KAS muss nicht für verschiedene Stoffgruppen durch Einsatz verschiedener Sorbenzien konfiguriert werden, eine Falle reicht für alle Fälle. Der Vollständigkeit halber: Die kühlmittelfreie Kryostatenkühlung erlaubt Temperaturen bis minus 40 °C, die Peltier-Kühlung reicht bis plus 10 °C; eine moderate Temperatur, die geeignet ist zum Anreichern und Fokussieren von Hochsiedern, zum Beispiel auch nach Large-Volume-Injektion (LVI). Die verfügbaren Optionen bieten Fallentemperaturen, mit denen das TD-System optimal für jede Anwendung und jegliche Laboranforderung konfiguriert werden kann.
True TrapTM
GERSTELs True-TrapTM-Technologie kommt bei Kühlung des KAS bis -180 °C in Verbindung mit einem inerten, mit Glasperlen gepackten KAS-Liner zum Einsatz. Diese Kombination bietet die ideale Voraussetzung, um sowohl sehr flüchtige als auch reaktive und thermolabile Substanzen anreichern, und diese frei von Diskriminierung auf die GC-Säule überführen zu können. Dadurch ist die Grundlage gelegt, für ein repräsentatives GC-MS Analyseergebnis von höchster Richtigkeit.
Die Grundkonfiguration ermöglicht die Anreicherung aller Stoffklassen ohne umkonfiguriert zu werden, und ohne etwaige Sorbenzien in der Falle je nach gesuchter Stoffart austauschen zu müssen. Die Technologie beruht nicht auf Sorbenzien, die Herausforderung der Auswahl des „richtigen“ Sorbens entfällt. Diese geht ansonsten mit dem Einsatz von Standards sowie mit einem umständlichen Trial-and-Error-Ansatz einher, um sicherzustellen, dass alle wichtigen chemischen Verbindungen, ohne signifikanten Verlust oder Abbau eingefangen, und an die GC-Säule überführt werden können.
Flow path: der (besser kurze) Weg der Analyten durch das Gerät
Bei der Wahl eines Thermodesorptionsgeräts sollten Sie immer die Verbindungen zwischen Thermodesorber, Falle und GC-Säule im Blick haben. Diese sollten kleinstmögliches Volumen und minimale innere Oberfläche haben, und sowohl inert als auch robust und Leck-frei sein. Wie immer: „die beste Transferleitung ist keine Transferleitung“, damit Totvolumina und aktive Oberflächen eliminiert werden. Für bestmögliche Wiederfindung und Qualität der Analyse wurden diese Anforderungen in der TDU 2 und im TD 3.5+ zur Perfektion entwickelt. Die Module sind mit der Falle direkt nach dem Liner-im-Liner-Prinzip verbunden und die GC-Säule wird direkt in den KAS-Liner geführt. Indem die Einzelteile der Thermodesorptionssysteme in einer so kompakten Art miteinander verbunden sind, werden gleich mehrere Elemente aus dem Strömungsweg der Systeme eliminiert: O-Ringe; Ventile mit Polymer-Stator, -Rotor oder -Gleiter; Verbindungsrohre, und PTFE-Filter, die ansonsten zum Schutz der Ventile benötigt werden. Schutz der Ventile? Ja, Ventile müssen vor Partikeln geschützt werden, die ansonsten zwischen Rotor und Stator das dichtende Polymer verkratzen und zu Undichtigkeiten führen. In Ventil-basierten Systemen werden daher Sorbens-Partikeln in PTFE-Filtern aufgefangen (und gehäuft), um Lecks zu verhindern. Solche Systeme sind möglicherweise mit maximalen Desorptionstemperaturen von bis zu 400 °C spezifiziert, aber PTFE-Filter schmelzen bei deutlich geringeren Temperaturen, also besser nicht ausprobieren.
Zusammenfassend eliminiert das kompakte Liner-im-Liner-System sehr viel Komplexität und beschert dadurch den Anwendenden ein Inertes System mit hervorragender Wiederfindung aller Analyten von flüchtig bis schwerflüchtig, unpolar bis polar, inert bis reaktiv.
Flüssigproben oder Standards können direkt in das TDU 2 oder TD 3.5+ injiziert werden oder mittels in TD-Röhrchen platzierte µVials mit dem MPS automatisiert eingeführt werden. Das KAS kann auch direkt für Flüssigaufgabe eingesetzt werden, zum Beispiel für die GC-MS-Methodenentwicklung, um die Performance zu validieren, oder für Problemlösung. Außerdem bietet das TubeSpikingSystem-(TSS)-Modul für den MultiPurposeSampler (MPS) die automatisierte Aufgabe von Standards in TD-Röhrchen unter Trägergasfluss, wie in diverse Standardmethoden vorgeschrieben.
Drei Thermodesorber zur Auswahl
Das KAS lässt sich mit drei unterschiedlichen GERSTEL-Thermodesorbern kombinieren: ThermalDesorptionUnit (TDU 2), Thermodesorber 3.5+ (TD 3.5+) und ThermalDesorptionSystem (TDS 3). Die Probenaufgabe erfolgt in der Regel durch Einsatz von mit Sorbens beladenen Röhrchen aus Glas oder Metall. Glasrohre kommen vermehrt in der Aroma-Analytik sowie bei der Bestimmung von chemisch aktiven oder thermolabilen Stoffen zum Einsatz, und daher logischerweise bei der Bestimmung unbekannter Stoffe.
Um den Anforderungen der jeweiligen Anwendung gerecht zu werden, unterstützen die TD-Systeme von GERSTEL die drei weltweit am häufigsten verwendeten Röhrchen-Größen, und zwar die Längen 2,4 Zoll (60 mm), 3,5 Zoll (89 mm) und 7 Zoll (179 mm). Das passende Gerät lässt sich in Abhängigkeit vom Anforderungsprofil auswählen. Hierzu folgende Empfehlungen: 2,4-Zoll-TDU-Röhrchen aus Glas eignen sich besonders gut für die GERSTEL-Twister®- oder Thin-Film-SPME(TF-SPME)-Desorption. 3,5-Zoll-Röhrchen (vorgesehen für den Einsatz im TD 3.5+) erlauben die Aufnahme einer signifikant größeren Sorbensmenge und besitzen damit eine höhere Beladungskapazität; sie werden häufig für Luftmessungen im Innen- und Außenbereich verwendet oder für die Bestimmung sehr flüchtiger Stoffe mittels der Dynamischen Headspace-Technik (DHS). Weil es von Anwendung zu Anwendung oft viele Überschneidungen gibt, ist die Größe des TD-Rohres am Ende immer eine Frage der Aufgabenstellung.
Unabhängig von der Röhrchengröße weisen GERSTEL TDU 2 und TD 3.5+ drei wichtige Merkmale auf. Sie verfügen über 1. Eine schnelle, temperaturprogrammierbare Röhrchenheizung, 2. ein einfaches, sehr inertes Transfersystem, frei von Ventilen und Transferleitungen zwischen dem Thermodesorber, KAS und GC-Trennsäule sowie 3. die Möglichkeit, schnell und einfach demontiert und umgerüstet zu werden, um etwa Flüssigkeitsinjektionen durchzuführen, Methoden zu validieren oder zur Wartung.
Während der Primär-Desorption (TD-Rohr-Desorption) wird ein erhöhter Trägergasstrom gleichzeitig mit einem Temperaturprogramm angelegt, um ein Überheizen und Abbau der Analyten zu verhindern. Alle GERSTEL-TD-Systeme funktionieren auf dieser Weise, um selbst die schwierigsten Stoffe mit hoher Richtigkeit korrekt bestimmen zu können.
Autosampler
Das TDS 3 verfügt über einen eigenen, passgenauen Autosampler (GERSTEL-TDS A); die TDU 2 und der TD 3.5+ werden mit einem Autosampler der GERSTEL-MPS-robotic-Serie kombiniert. Beide Systeme, also die TDU 2 und der TD 3.5+, lassen sich im LabWorks Plattform Basic auf 10 Techniken skalieren zur Einführung analytischer Proben. Die LabWorks Advanced Plattform ist erweiterbar auf mehr als 35 Techniken für GC-MS, um jegliche analytische Herausforderung flexibel, schnell, und erfolgreich meistern zu können. Von der Flüssigkeitsinjektion über die Headspace-Injektion bis hin zur Dynamischen Headspace und Pyrolyse. Für Anwenderinnen und Anwender, für die Non-Target-Analysen sowie die Analyse labiler oder adsorptiver Stoffe die Herausforderungen des Tages darstellen, sind die TD-Lösungen von GERSTEL eine große Unterstützung.
Die leistungsstarken TD-Plattformen maximieren den Einsatz und den Nutzen leistungsstarker Massenspektrometer wie TOF-MS. Fazit: Die TD-Lösungen von GERSTEL unterstützen Sie dabei, insbesondere auch anspruchsvollste, nicht zielgerichtete Analysen erfolgreich und effizient zu bewältigen.
Gesteuert wird die GERSTEL-TDU 2 mit Hilfe der GERSTEL MAESTRO-Software. Sämtliche Schritte der Probenvorbereitung bis hin zur GC oder GC/MS-Analyse lassen sich per Mausklick aus selbsterklärenden Einzelschritten zusammenstellen. Die Software arbeitet wahlweise im Standalone-Modus oder komfortabel ein- bzw. angebunden an führende Chromatografie-Softwaresysteme.
Fazit:
Die TD-Lösungen von GERSTEL unterstützen Sie dabei, insbesondere auch anspruchsvollste, nicht zielgerichtete Analysen erfolgreich und effizient zu bewältigen. Einfachheit und Robustheit des jeweiligen TD-Systems wie auch der gesamten TD-Plattform ermöglichen die routinemäßige Quantifizierung einer großen Bandbreite an VOCs – unabhängig von der jeweiligen Schwierigkeitsstufe. Ob es darum geht, wenige Parameter in der Luft zu bestimmen oder das vollständige Aromaprofil eines Getränks zu entschlüsseln, die TD-Technologie von GERSTEL führt Sie zum Erfolg!
