Anwendungen mit GC×GC

Einführung in die Applikationen

Das GC×GC-System ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Analyse von natürlichen Substanzen mit komplexer Matrix, die nur schwer mit herkömmlicher GC oder GC-MS analysiert werden können. Einige Anwendungen werden im Folgenden vorgestellt.

Die Daten auf dieser Seite wurden von der Gruppe von Professor Luigi Mondello, University of Messina, Italien zur Verfügung gestellt. Ein Interview mit Professor Mondello wird in der Rubrik „A bridge with our customers“ vorgestellt.

Analyse von aromatischen Kohlenwasserstoffen in Mineralöl (MOAH)

Die aus Rohöl durch ein Destillationsverfahren und verschiedene Veredelungsschritte gewonnenen Mineralölprodukte enthalten Anteile von gesättigten Mineralöl-Kohlenwasserstoffen (mineral oil saturated hydrocarbons, MOSH) und aromatischen Mineralöl-Kohlenwasserstoffen (mineral oil aromatic hydrocarbons, MOAH). Das Auftreten und die Gefahr von Mineralölprodukten in Lebensmitteln wurden in den letzten Jahren diskutiert. Es wird vermutet, dass die Verunreinigungen auf die direkt auf Verpackungen aufgebrachten Druckfarben und/oder der Zeitungstinte in der Recyclingfaserproduktion eingesetzt werden zurückzuführen sind. Dieser Artikel stellt die GCxGC Analyse von MOAH Fraktionen in Pasta da.

Bei der Analyse von Mineralöl werden MOSH und MOAH Fraktionen getrennt und dann wird jede Komponente quantifiziert. Die mit Offline-SPE mittels einer Ag Kieselgel-SPE-Kartusche getrennten Fraktionen enthalten die Peaks zusätzlich zu den Zielkomponenten im Chromatogramm. Diese Peaks können auch Informationen über die Quelle der Verunreinigung tragen.

Die folgende Abbildung zeigt das GCxGC Chromatogramm einer MOAH Fraktion für Pasta, die in einem Supermarkt gekauft wurde. Die Peaks in der MOAH Fraktion wurden als veresterte Fettsäuren identifiziert. Die versuchsweise identifizierten Peaks sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt. Die MOAH Fraktion wurde mit 1,6 mg/kg (<C25) mit GCxGC-FID quantifiziert; Augenmerk wurde auf die Integration gelegt, um die "unbekannten" Peaks zu beseitigen. Die veresterten Fettsäuren stammen aus der Kartonverpackung. So wurde in einer Probe von Pasta, die vor der Verpackung analysiert wurde, keine Kontamination mit MOAH festgestellt.

 

GCxGC-qMS Chromatogramm einer MOAH Fraktion in Pasta ( 1. Säule : SLB- 5ms iL = 30 m , I.D.=0,25,  df = 0,25μm) , 2. Säule: F Supelcowax -10 iL = 1m , I.D. = 0,1 mm , df = 0,10 ) , Modulationszeit : 6 Sekunden)
No Komponente No Komponente No Komponente
1 Isopropyldodecanoat 2 Dioctylether 3 2-Ethylhexyl octanoat
5 Isopropyltetradecanoat 9 Methylhexadecanoat 10 Ethylhexadecanoat
11 Isopropylhexadecanoat 12 Abietatriene 13 Octyldodecanoat
15 Methyloctadecanoat 16 Dodecyloctanoat 17 n-Butylhexadecanoat
18 Octyltetradecanoat 19 Tetradecyloctanoat 20 n-Butyloctadecanoat
22 Octylhexadecanoat 23 Di(ethylhexyl) phthalat 25 Squalene
26 1-Hexacosanol @ @ @ @

GCxGC-MS/MS-Analyse von ätherischem Mandarinenöl

Shimadzu´s Triple Quadrupol GCMS-TQ8040 kann unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen sowohl im Scan, als auch im MRM Modus arbeiten. Darüber hinaus kann dieses Instrument gleichzeitige Scan/MRM-Daten generieren; auch in hoher Geschwindigkeit. 

Eine GCxGC-MS/MS-Methode wurde für die gleichzeitige qualitative ungerichtete Scan-Analyse von ätherischem Öl und die quantitative gerichtete MRM Analyse entwickelt. Eine SLB-5ms wurde als 1. Säule und eine IL-60 als 2.Säule verwendet.

In der folgenden Abbildung ist der full Scan der GCxGC-MS/MS-2D-Messung von ätherischem Mandarinenöl gezeigt. Die 16 Mono/Sesquiterpene, die mittels Spektrenabgleich identifiziert wurden sind in der Tabelle angegeben. 

Das Scan-GCxGC-MS/MS 2D-Chromatogramm für ätherisches Mandarinenöl und die Peak-Identifikation (Modulationszeit: 5 Sekunden)

Nr. Komponente Nr. Komponente Nr. Komponente
1 Citronellal 2 Terpinen-4-ol 3 α-Terpineol
4 Decanal 5 Neral 6 Geranial
7 Perillaldehyd 8 Thymol 9 Linalool Isobutyrate
10 a-Copaen 11 Dodecanal 12 Methyl, N-Methylanthranilate
13 (E,E), α-Farnesen 14 δ-Cadinen 15 Caryophylleneoxide
16 δ-Sinensal @ @ @ @

Eine quantitative MRM Analyse wurde von drei Konservierungsmitteln wie o-Phenylphenol (OPP), butyl-Hydroxytoluol (BHT) und butyl-Hydroxyanisol (BHA) durchgeführt. Eine Kalibrierungskurve wurde über den 0,1 ppm-100 ppm-Bereich für OPP erstellt, während eine andere den 0,5 ppm-200 ppm-Bereich für BHA und BHT abdeckte. In der folgenden Abbildung ist ein MRM GCxGC-MS/MS-2D-Chromatogramm eines 1 ppm Levels dargestellt. In dem Mandarinenöl wurde eine durchschnittliche OPP Konzentration von 57,0 ppm gefunden und keine Spur von BHT oder BHA (LODs von BHT und BHA waren 3ppb und 11ppb).

MRM GCxGC-MS/MS-2D-Chromatogramm einer Standardlösung im 1 ppm IS Bereich (1,4-Dibrombenzol), BHT, OPP und BHA.

GCxGC-MS/MS hat das Potenzial, chromatographisch die überlappten MRM Peaks auch in konventionellen GC/MS/MS-Analysen zu trennen.

Analyse von Mate-Tee

Mate-Tee ist als stärkendes und anregendes Getränk in den Ländern Südamerikas weit verbreitet. Im Folgenden sehen Sie eine  GC×GC-Analyse mit den flüchtigen Bestandteilen eines Mate-Teegetränks (Ilex paraguariensis Blätter und Zweige), das auf dem brasilianischen Markt gekauft wurde.

GC×GC-qMS Chromatogramm des Mate-Tees

(Erste Säule: SLB-5ms (L = 30 m, I.D. = 0,25 mm, df = 0,25 um); zweite Säule: Equity 1701 (L = 1,5 m, I.D. = 0,1 mm, df = 0,1 um), Modulationszeit 6s)

Die erste Säule ist eine quasi-unpolare Säule, die zweite Säule ist eine Säule mittlerer Polarität für schnelle Analysen. Eine große Anzahl von Komponenten wurde in dem erhaltenen 2D-Chromatogramm detektiert. Kohlenwasserstoffgruppen-Komponenten wurden in dem unteren Teil des 2D-Diagramms (Low-Polarity Region) detektiert. Koffein wurde als eine Haupt-Verbindung erkannt. 

Comparison of GC×GC and Single GC Analyses

  Detektierte Peaks Identifizierte Peaks
GC×GC-MS 1000 oder mehr 241
Single GC-MS 200 70

Eine Bibliotheken-Suche, die mit dem Massenspektrum durchgeführt wurde, identifiziert 241 der über 1000 Peaks. Das verdeutlicht, dass die GC×GC ein wirksames Instrument zur Analyse von komplexen Proben ist.

GC×GC-qMS Chromatogramm von Mate-Tee und die Identifikation der Ergebnisse

Nr. Komponenten Name Nr. Komponenten Name Nr. Komponenten Name
20 4-Hydroxy-2-butanon 30 5-Methyl-3-methylene-5-hexen-2-on 40 alpha-Pinen
5 Isopropyltetradecanoat 9 Methylhexadecanoat 10 Ethylhexadecanoat
21 Methylpyrazin 31 2-Heptanon 41 2-Octanon
15 Methyloctadecanoat 16 Dodecyloctanoat 17 n-Butylhexadecanoat
22 Furfural 32 nonan 42 2-heptenal
23 Isovaleriansäure 33 4-heptenal 43 2,2-Dimethyl-3-heptanone
24 (2E)-hexenal 34 2-Butoxyethanol 44 5-Ethyl-2(5H)-furanone
25 2-allylfuran 35 2,4-Hexadienal 45 5-Methyl furfural
26 (2Z)-hexenal 36 2(5H)-furanone 46 Benzaldehyde
27 Furfurylalkohol 37 gamma-Butyrolacton 47 Hexansäure
28 Hexanol 38 Pyrazin 38 Pyrazin, 2,5-Dimethyl- 48 3-Methyl-2(5H)-furanone
29 Pentansäure 39 2,7-dimethyloxepin 49 1-Octen-3-ol

Diese Anwendungsdaten wurde von der Gruppe von Professor Luigi Mondello, University of Messina, Italien, zur Verfügung gestellt.

Fettsäuren im Blutplasma

Fette sind in Lebensmitteln von Interesse, da sie mit einer Reihe von Krankheiten in Verbindung stehen, einschließlich Bluthochdruck, Herzerkrankungen, Fettleibigkeit und Hypercholesterinämie. Sie wurden in den letzten Jahren an vielen Orten mittels Chromatographie untersucht. Herkömmliche Verfahren haben jedoch mehrere Probleme: 1) die Unfähigkeit, die Doppelbindungsposition in Fettsäureisomeren aufgrund von Ähnlichkeiten der Massenspektren zu identifizieren, 2) schlechte GC Auflösung und 3) die Unfähigkeit, Peaks im Spurenbereich aufgrund von schlechter Empfindlichkeit zu detektieren. In diesem Beispiel wurde eine hochauflösende, hochempfindliche GC×GC-Methode zur Bestimmung des Fettsäuremethylesters im menschlichem Blutplasma angewendet.

2D-Chromatogramm von Fettsäure-Methylester im Blutplasma

(Erste Säule: SLB-5ms (L = 30m, I.D. = 0,25, df = 0,25), zweite Säule: Supercowax-10 (L = 0,95 m, I.D. = 0,1 mm, df = 0,1 um), Modulationszeit: 6sec)

Peak FAME Peak FAME Peak FAME Peak FAME
1 C8:0 18 a-C19:0 35 C18:2ω6 (st) 52 C22:4ω6
2 C9:0 19 C19:0 36 C20:2 53 C22:4ω3
3 C10:0 (st) 20 C20:0 (st) 37 C20:2ω6 (st) 54 C24:4ω6
4 C11:0 (st) 21 C21:0 (st) 38 C22:2ω6 (st) 55 C20:5ω3 (st)
5 C12:0 (st) 22 C22:0 (st) 39 C24:2ω6 56 C20:5ω1
6 i-C14:0 23 C23:0 (st) 40 C18:3ω6 (st) 57 C21:5
7 C14:0 (st) 24 C24:0 (st) 41 C18:3ω3 (st) 58 C22:5ω6
8 i-C15:0 (st) 25 C14:1ω5 (st) 42 C18:3 59 C22:5ω3 (st)
9 a-C15:0 (st) 26 C16:1ω7 (st) 43 C19:3 60 C24:5ω3
10 C15:0 (st) 27 C17:1ω7 (st) 44 C19:3ω6 61 C24:5
11 i-C16:0 (st) 28 C18:1ω9 (st) 45 C20:3ω6 (st) 62 C20:6ω1
12 C16:0 (st) 29 C19:1 46 C20:3ω3 (st) 63 C22:6ω3 (st)
13 i-C17:0 (st) 30 C20:1ω9 (st) 47 C22:3ω6 64 C23:6
14 a-C17:0 31 C22:1ω9 (st) 48 C18:4ω3 65 C24:6ω3
15 C17:0 (st) 32 C24:1ω9 (st) 49 C20:4ω6 (st)    
16 i-C18:0 33 C16:2ω6 50 C20:4ω3 (st);    
17 C18:0 (st) 34 C17:2 51 C21:4    

Es ist offensichtlich, dass die FAME-Peaks, die mit der Kohlenstoffzahl (C), Doppelbindungs-Nummer (DB) und Doppelbindungsposition (ω) übereinstimmen, gleichmäßig auf dem 2D-Chromatogramm verteilt sind. Diese räumliche Verteilung ist für die Identifizierung von Verbindungen äußerst effektiv. 29 der 65 Peaks konnten basierend auf dieser Anordnung identifiziert werden. (Die im Diagramm markierten Peaks resultieren aus Standardproben). Zusätzlich wurden geringe Mengen an Fettsäuren mit ungeraden Kohlenstoffzahlen erkannt. 

Diese Anwendungsdaten wurde von der Gruppe von Professor Luigi Mondello, University of Messina, Italien, zur Verfügung gestellt.

Analyse von Kaffee

Das Aroma von Röstkaffee wird durch die Anwesenheit von mehreren tausend Arten von flüchtigen Verbindungen, die vor allem zu der Pyran, Pyrazin und Pyrrol Gruppe gehören, charakterisiert. Die Geruchsempfindlichkeit, Konzentration und die chemischen Eigenschaften unterscheiden sich von Typ zu Typ und die gegenseitigen Wechselwirkungen zwischen ihnen bestimmen das charakteristische Aroma des Kaffees. Wir haben GCGC-MS verwendet, um die flüchtigen Bestandteile in Kaffeebohnen zu analysieren, die aufgrund ihrer extrem komplexen Kompositionen schwer durch konventionelle GC zu analysieren sind. 

2D-Chromatogramm von flüchtigen Bestandteilen im Arabica Kaffee

(Erste Säule: Supercowax-10 (L = 30m, I.D. = 0,25, df = 0,25), zweite Säule: SPB-5 ms (L = 1,0 m, I.D. = 0,1 mm, df = 0,1 um), Modulationszeit: 6sec)

Es wurde ein polares-unpolares Säulenpaar für die Analyse verwendet. Wir erhielten mehrere tausend Peaks auf der zweidimensionalen Ebene und einen guten Plot des äußerst komplexen Kaffeearomas.

2D-Chromatogramm der flüchtigen Bestandteile im Arabica Kaffee 

Es ist offensichtlich, dass sich 14 Arten von Pyrazin Gruppenformen entsprechend der Seitenkettenkohlenstoffzahl formen und als horizontale Banden ausgerichtet werden.

Diese Anwendungsdaten wurde von der Gruppe von Professor Luigi Mondello, University of Messina, Italien, zur Verfügung gestellt.

Nr. Komponente Nr. Komponente Nr. Komponente
1 Isopropyldodecanoat 2 Dioctylether 3 2-Ethylhexyl octanoat
5 Isopropyltetradecanoat 9 Methylhexadecanoat 10 Ethylhexadecanoat
11 Isopropylhexadecanoat 12 Abietatriene 13 Octyldodecanoat
15 Methyloctadecanoat 16 Dodecyloctanoat 17 n-Butylhexadecanoat
18 Octyltetradecanoat 19 Tetradecyloctanoat 20 n-Butyloctadecanoat
22 Octylhexadecanoat 23 Di(ethylhexyl) phthalat 25 Squalen
26 1-Hexacosanol @ @ @ @

Nur für Forschungszwecke; nicht zur Verwendung im diagnostischen Bereich geeignet.

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