Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Bestimmung von Mineral\u00f6lkohlenwasserstoffen in Wasser erfolgt in Deutschland \u00fcblicherweise nach DIN 38409-H18. Da diese Methode eine Extraktion der Proben mit 1,1,2-Trichlortrifluorethan, einem FCKW und damit umweltgef\u00e4hrdenden Stoff vorsieht, wird derzeit nach alternativen Analysenverfahren gesucht. Das Ziel des von der SOFIA GmbH bearbeiteten Projektes bestand darin, eine umweltvertr\u00e4g-liche Methode zur Bestimmung von Mineral\u00f6lkohlenwasserstoffen in Wasser zu entwickeln, die auf einer neuen Extraktionstechnik, der solid-phase microextraction (SPME), und der Gaschromatographie mit FID-Detektion als Bestimmungsverfahren beruht.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn den ersten drei Monaten des Projektes wurden die Arbeitsbedingungen f\u00fcr die gaschromatographische Bestimmung der MKW festgelegt. Als Injektionssystem wurde ein split\/splitless-Injektor verwendet, da dieser am besten f\u00fcr die Kombination SPME\/GC geeignet ist. Zur Trennung der MKW wurde eine kurze Kapillars\u00e4ule mit einer unpolaren Phase eingesetzt (BPX-5, 12 m; Fa. SGE). Unter den gew\u00e4hlten Bedingungen lassen sich Benzin, Diesel und Schmier\u00f6l innerhalb von 24 Minuten weitgehend voneinander trennen (Schnellmethode, Screening-Verfahren).
\nIn den folgenden neun Monaten des Projektes wurden die Arbeitsbedingungen f\u00fcr die SPME ausgew\u00e4hlt und optimiert. Zur Extraktion wird bei der SPME eine ca. 1 cm lange, polymerbeschichtete Quarzglasfaser verwendet, die direkt in die Wasserprobe getaucht wurde (Direkt-SPME, Immersions-SPME). Die Analyten absorbieren in die Polymerschicht der Faser, bis sich ein Gleichgewicht zwischen der Konzentration der Verbindungen in der Probe und der Faser eingestellt hat. Anschlie\u00dfend wird die Faser in den hei\u00dfen Injektor eines Gaschromatographen eingef\u00fchrt und die extrahierten Verbindungen thermisch desorbiert. Vorteile der SPME bestehen darin, da\u00df zur Extraktion keine L\u00f6sungsmittel ben\u00f6tigt werden und die Extraktion und Desorption der Verbindungen einfach und schnell durchzuf\u00fchren sind. Da der Extraktionsproze\u00df auf einer Gleichgewichtsreaktion beruht, h\u00e4ngt die erzielte Extraktionsausbeute bzw. Wiederfindung der Analyten allerdings von einer Vielzahl an Parametern ab.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
F\u00fcr die Extraktion von MKW aus Wasser mittels SPME bot sich die Verwendung kommerziell erh\u00e4ltlicher SPME-Fasern an, die mit der unpolaren Hochtemperaturphase Polydimethylsiloxan (PDMS) beschichtet sind (Filmdicken: 7 \u00b5m, 30 \u00b5m, 100 \u00b5m; Fa. Supelco). Die PDMS-Faser mit dem 100 \u00b5m Film erwies sich aufgrund ihrer hohen Probenkapazit\u00e4t f\u00fcr die Extraktion von Benzin, Diesel und Schmier\u00f6l als am besten geeignet; zwar wurde im Falle von Schmier\u00f6l eine Diskriminierung h\u00f6hersiedender Probenkomponenten beobachtet, das Ausma\u00df der Diskriminierung war allerdings gering und f\u00fcr ein Screening-Verfahren durchaus zu vertreten.
\nZur Anreicherung der Analyten wurde die Faser zun\u00e4chst 15 Minuten bei Raumtemperatur in die Probenl\u00f6sung gehalten (statische Extraktion); das eingesetzte Probenvolumen betrug 5 ml. Unter diesen Bedingungen wurde nur ein sehr geringer Teil der in der Probe vorhandenen Substanzmenge extrahiert (<1 %), so da\u00df mit der Methode lediglich hohe Mineral\u00f6l-Konzentrationen in Wasser bestimmt werden konnten (10 - 20 mg\/l). \nEine deutliche Steigerung in der Extraktionsausbeute wurde durch die Verwendung dynamischer Extraktionstechniken (R\u00fchren der Probenl\u00f6sung, Ultraschall) erzielt. Die h\u00f6chsten Ausbeutesteigerungen wurden bei schnellem R\u00fchren der Probenl\u00f6sung mit einem Magnetr\u00fchrer erreicht. Die Ultraschallbehandlung erwies sich als weniger effektiv als das schnelle R\u00fchren der Probenl\u00f6sung; dieses Ergebnis kann allerdings darauf zur\u00fcckzuf\u00fchren sein, da\u00df Probenfl\u00e4schchen aus Glas verwendet wurden, die nur einen Teil der Ultraschallwellen passieren lassen.\nWeitere Steigerungen in der Extraktionsausbeute wurden durch die Erh\u00f6hung der Extraktionsdauer auf 30 Minuten und durch die Verringerung des Dampfraums \u00fcber der Probenl\u00f6sung erzielt. Das Aussalzen der Analyten brachte f\u00fcr die Extraktion von MKW unterschiedlicher Siedebereiche aus Wasser keine Vorteile; eine deutliche Ausbeuteverbesserung wurde nur bei den fl\u00fcchtigen Benzin-Komponenten (BTEX-Komponenten) erreicht. Methanol, das stellvertretend f\u00fcr polare organische Matrixkomponenten untersucht wurde, hat bei schnellem R\u00fchren der Probenl\u00f6sung bis zu einer Konzentration von 1 % offenbar keinen Einflu\u00df auf die Extraktionsausbeute von Mineral\u00f6l-Produkten. Bei der Anwesenheit von Tensiden in der Probe mu\u00df allerdings mit z.T. deutlichen Ausbeuteverlusten gerechnet werden.\nDas optimierte Verfahren zur Extraktion von MKW unterschiedlicher Siedebereiche aus Wasser mittels SPME sieht, wie folgt, aus: Als SPME-Faser wird eine 100 \u00b5m PDMS-Faser verwendet, die in 5 ml einer Wasserprobe getaucht wird. Die Extraktion der MKW erfolgt bei Raumtemperatur unter schnellem R\u00fchren der Probenl\u00f6sung mit einem Magnetr\u00fchrer; die Extraktionsdauer betr\u00e4gt 30 Minuten. Unter diesen Bedingungen konnte eine Bestimmungsgrenze von 0,1 bis 0,5 mg Mineral\u00f6l\/l Wasser erreicht werden. Die Reproduzierbarkeit der Me\u00dfergebnisse lag im Falle von Benzin bei 25 % und bei Diesel und Schmier\u00f6l bei 56 %.\n\n\nFazit\n\nMit Benzin, Diesel und Schmier\u00f6l dotierte Wasserproben, die unter optimierten Arbeitsbedingungen mittels SPME aus Wasser extrahiert und anschlie\u00dfend gaschromatographisch untersucht wurden, zeigten, da\u00df die entwickelte Analysenmethode grunds\u00e4tzlich gut zur Bestimmung von MKW unterschiedlicher Siedebereiche in Wasser geeignet ist. Die erzielte Bestimmungsgrenze von 0,1 bis 0,5 mg Mineral\u00f6l\/l Wasser ist allerdings noch zu hoch, um die Methode in der Praxis einsetzen zu k\u00f6nnen. Es ist anzunehmen, da\u00df dieser Wert durch weitere Optimierungsschritte bei der SPME gesenkt werden kann. Die Reproduzierbarkeit der Me\u00dfergebnisse, die derzeit bei 25 % (Benzin) bzw. 56 % (Diesel, Schmier\u00f6l) liegt, l\u00e4\u00dft sich vermutlich ebenfalls verbessern; nach Literaturangaben ist dies beispielsweise durch eine Automatisierung des Extraktions- und Desorptionsprozesses m\u00f6glich.\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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