Dioxin- und PCB-Analytik

Dioxin- und PCB-Analytik

Analytik von Dioxinen

Die Untersuchung von Dioxinen stellt besonders hohe Anforderungen an die Analytik. Die Analysetechnik muss nicht nur sehr empfindlich sein, sie muss auch eine sehr empfindliche Trennmöglichkeit und Detektion bieten. Dioxine kommen in allen Umweltbereichen vor, allerdings nicht einzeln, sondern als Stoffgemische mit unterschiedlicher Zusammensetzung der 210 Kongenere. Die Nachweisgrenzen liegen zudem im Pikogramm- bis Femtogrammbereich.

  • Ein quantitatives Analysenverfahren für Dioxine beinhaltet daher die folgenden Teilschritte:
  • Probenahme
  • Extraktion (Anreicherung aus der Probenmatrix)
  • Isolierung der zu untersuchenden Substanzen (Clean-up)
  • Identifizierung und Quantifizierung
Analytik von Dioxinen

Im Rahmen der Extraktion bzw. des Clean-up werden mitextrahierte organischen Substanzen, die bei der Analyse stören können, von den Dioxinen abgetrennt. Da Dioxine in den meisten Probenmatrices im Gegensatz zu anderen Spurenstoffen in extrem geringen Gehalten vorkommen, muss die Probelösung stark auf konzentriert werden (z.B. 0,5 L Rohextrakt auf 20 µl, d.h. 1 Tropfen). Dies stellt hohe Anforderungen an das Clean-up-Verfahren, da störende Substanzen, die in bis zu 1 Billion höherer Konzentration vorliegen (z.B. Fette und Wachse), praktisch vollständig abgetrennt werden müssen. Der Clean-up ist der bei weitem zeitaufwändigste Schritt in der Dioxinanalytik und besteht bei den meisten Probenmatrices aus einer Kombination von drei bis vier flüssigchromatographischen Schritten. Dabei müssen auch die strukturverwandten PCB vollständig von den Dioxinen abgetrennt werden.

Die Analyse der aufgearbeiteten Extrakte erfolgt durch Kopplung der Gaschromatografie (GC) mit der hochauflösenden Massenspektrometrie (HRMS). Durch die GC werden die 210 verschiedenen Dioxinkongenere, die nahezu alle in Umweltproben vorkommen, weitgehend aufgetrennt, sodass eine quantitative Bestimmung der 17 toxischen Einzelkongenere möglich ist. Durch Zugabe von isotopenmarkierten Analysenstandards vor der Extraktion ist die Quantifizierung in der Dioxinanalytik trotz sehr geringer Konzentrationen vergleichsweise sicher.

Analytik von Polychlorierten Biphenylen (PCB)

Die Stoffgruppe der PCBs besteht aus 209 Einzelkongeneren, die in unterschiedlicher Zusammensetzung, unterschiedlichen Chlorgehalten und unterschiedlicher Konsistenz vorkommen. In der Regel werden sechs ausgewählte Leit- oder Indikatorkongenere quantitativ bestimmt: PCB 28, PCB 52, PCB 101, PCB 138, PCB 153, PCB 180. Diese Einzelsubstanzen sind in den technischen PCB-Gemischen und damit in der Umwelt in besonders hohen Anteilen vorhanden und können somit mit geringerem instrumentellem Aufwand analysiert werden als Dioxine und dioxinähnliche PCB. Das Analysenverfahren der PCB ist ähnlich dem der Dioxine. Aufgrund der höheren Gehalte in der Umwelt genügen allerdings kleinere Probenmengen und eine geringere Konzentrierung der Extrakte. Die Analyse erfolgt mittels Gaschromatografie-Massenspektrometrie Kopplung (GC-MS).

Dioxinähnliche PCB

Da von den zwölf zu bestimmenden dioxinähnlichen PCB die vier nicht-ortho-substituierten Kongenere in ähnlich niedrigen Konzentrationen vorkommen wie die Dioxine selbst, ist für die GC-MS-Analyse für die meisten Umweltproben ein hochauflösendes Massenspektrometer erforderlich. Weiterhin ist im Clean-up-Verfahren in der Regel die Abtrennung der nicht-ortho-substituierten PCB von den übrigen PCB erforderlich.
Wenn in einer Umweltprobe Dioxine mit dem damit verbundenen hohen Aufwand analysiert werden, ist auch die Bestimmung der dioxinähnlichen PCB angebracht, zumal dioxinähnliche PCB z.T. eine höhere Umweltrelevanz zeigen als die Dioxine selbst.