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Analyse von APG mittels GC-FID

Ergebnisse und Diskussion

Das Hauptproblem der GC-MS-Methode, die Beschränkung der Bestimmung auf die Alkylmonoglucoside kann damit jedoch nicht gelöst werden.

eine extreme Peakverbreiterung sichtbar, eine eindeutige Unterscheidung des Tetradecanol-Peaks vom Untergrund war unter diesen Bedingungen unmöglich.

5 % 30 % 55 % 80 % 105 %

0 ml 1,5 ml 3 ml 4,5 ml 6 ml

C8

C10

C12

C14

2N NaOH

0,4 0,5 7 9,4 9,5

pH-Wert

Abbildung 5-24: Einfluß des pH-Wertes auf die LLE von Fettalkoholen mit EtOAc

Plantacare 818 UP wurde mit 6 ml 2N HCl hydrolysiert. Nach Zugabe von 2N NaOH wurden die mittels FID detektierten Peakflächen der resultierenden Fettalkohole mit-einander verglichen, dabei wurde auf die Peakflächen bei pH = 7 normiert.

Um die Reproduzierbarkeit der Methode zu prüfen, wurde die Trockenmasse von Plantacare 818 UP in fünf parallelen Ansätzen hydrolysiert. Nach der Neutralisation mit NaOH und dem Ausschütteln der Fettalkohole mit Ethylacetat wurde die Probe mittels GC-FID analysiert. Die WF der einzelnen Alkylketten lagen im Mittel zwischen 83 und 87 %. Die geringere WF verglichen mit der Spaltung von Referenzmaterial hat seine Ursache im Vorhandensein höher glucosidierter Komponenten, deren Spaltung mit zunehmendem Glucosidierungsgrad immer unvollständiger verläuft. Die relativen Standardabweichungen waren mit 4-12 % aber so unbefriedigend, daß der Versuch wiederholt wurde, diesmal jedoch unter Verwendung des ISTD n-Nonanol, der vor der LLE mit dem Extraktionsmittel EtOAc zugegeben wurde. Unter Einbeziehung des ISTD sinkt die relative Standardabweichung bei gleichbleibend guter WF auf Werte zwischen 1,7 % (C8) und 3,9 % (C14).

Ergebnisse und Diskussion

5.7.2 Quantifizierung von APG mittels GC-FID

Im Ergebnis der HCl-Spaltung werden die glucosidisch gebundenen Fettalkohole freigesetzt.

Durch die Hydrolyse von APG mit konzentrierter Salzsäure reduziert sich die Zahl der Peaks in den Chromatogrammen und die Übersichtlichkeit der Chromatogramme steigt. In Abbildung 5-25 ist das GC-FID-Chromatogramm von Plantacare 818 UP nach saurer Hydrolyse dargestellt. Verglichen mit der Bestimmung von APG mittels GC-MS, bei der 15 Peaks innerhalb von etwa 16 min detektiert werden, reduziert sich diese Zahl auf fünf inklusive n-Nonanol. Unter den in Kap. 4.6.2 angegebenen Trennbedingungen werden Retentionszeiten zwischen 1,8 und 5,8 min registriert.

min

2 4 6 8 10

1

2 3

4

5

Abbildung 5-25: GC-FID-Bestimmung von Plantacare 818 UP nach Hydrolyse

1 = Octanol; 2 = n-Nonanol (ISTD); 3 = Decanol; 4 = Dodecanol; 5 = Tetradecanol.

Unter Einbeziehung der mittels GC-MS ermittelten Alkylkettenverteilung und des bekannten (Plantacare 1200 UP, Glucopon 225) bzw. des abgeschätzten Polymerisations-grades von 1,5 (Plantacare 818 UP, Plantacare 2000 UP und Glucosid 24) wurde die eingewogene Trockenmasse der technischen APG-Gemische in einen theoretischen Fett-alkoholgehalt umgerechnet und mit dem ermittelten Wert in Relation gesetzt.

Die Bestimmung des Fettalkoholgehaltes nach Hydrolyse der APG erfolgte über eine externe Kalibrierung. In einer Doppelbestimmung wurden Standardlösungen der vier Fettalkohole C8, C10, C12 und C14 bei sechs verschiedenen Konzentrationen im Arbeitsbereich von 6-80 µg/ml analysiert. Aus den Mittelwerten der Peakflächen wurden die Kalibriergeraden erstellt. Für die untersuchten Analyten war das Signal über den gesammten

2

erwies es sich als positiv, daß die Kalibriergeraden über einen Zeitraum von mehr als sechs Monaten stabil blieben, so daß die Zahl der pro Sequenz erforderlichen Kalibrierstandards bei Bedarf reduziert werden konnte.

In Tabelle 5-6 sind die Ergebnisse der GC-FID-Analyse der Trockensubstanz technischer APG-Gemische zusammengefaßt. 5-10 mg getrocknete Probe wurden in 20 ml-Vials eingewogen und nach Zugabe von 6 ml 2N HCl 90 min bei 103°C hydrolysiert. Die WF der einzelnen Alkylketten lagen im Mittel von drei Bestimmungen zwischen 78 und 87 %, bei relativen Standardabweichungen, die für alle Proben und alle Alkylketten kleiner als 6 % waren. Allgemein weisen kurzkettige APG etwas höhere WF als langkettige Verbindungen auf, wie der Vergleich der WF von Plantacare 1200 UP und Glucopon 225 zeigt.

Insgesamt müssen die erzielten WF aber kritisch betrachtet werden, da der oftmals nur abgeschätzte Polymerisationsgrad einen erheblichen Einfluß auf die theoretisch freisetzbare Menge an Fettalkohol hat, der genaue Wert jedoch nur für Plantacare 1200 UP und Glucopon 225 aus der Literatur bekannt war [Hill et al., 1997]. So sinkt die WF von Planta-care 2000 UP unter 75 %, wenn statt 1,5 ein mittlerer theoretischer Polymerisationsgrad von 1,4 in die Berechnung der theoretisch freisetzbaren Menge einfließt.

Tabelle 5-6: WF [%] technischer APG-Gemische nach HCl-Spaltung (n=3)

Gemisch dp

Alkylkettenspektrum

(C8-C10-C12-C14) C8 C10 C12 C14

Plantacare 818 UP 1,5* 26-15-44-15 86,2 ± 1,2 83,6 ± 1,4 86,3 ± 1,5 85,3 ± 3,7

Plantacare 1200 UP 1,4** 0-0-75-25 81,2 ± 2,2 81,6 ± 4,2

Plantacare 2000 UP 1,5* 34-22-34-10 82,2 ± 1,2 78,1 ± 2,2 79,5 ± 2,7 83,4 ± 4,5

Glucosid 24 1,5* 0-0-75-25 78,0 ± 2,5 80,7 ± 3,8

Glucopon 225 1,7** 49-51-0-0 86,1 ± 1,9 87,0 ± 1,8

Das Alkylkettenspektrum ergibt sich aus dem prozentualen Anteil jeder Alkylkette am Gesamtgehalt an APG.

* dp abgeschätzt. ** dp nach Hill et al. [1997].

Die Steigerung der WF hängt in besonderem Maße von der Hydrolyse höher glucosidierter Komponenten ab. Da aber die Reproduzierbarkeit der HCl-Spaltung sehr zufriedenstellend war, wurden keine zusätzlichen Optimierungsversuche unternommen. Der Fehler in der Quantifizierung von technischen APG-Gemischen mittels GC-FID kann durch einen Korrekturfaktor, in den die maximale Hydrolyserate und der "Verlust" bei der SPE einfließt, ohne Probleme ausgeglichen werden.

Ergebnisse und Diskussion

Die Bestimmung von APG nach Hydrolyse ermöglicht eine einfache Analyse des Alkylkettenspektrums von APG-Gemischen. Die Leistungsfähigkeit der entwickelten GC-FID-Methode wird in Abbildung 5-26 demonstriert.

Abbildung 5-26: Veränderung der Zusammensetzung technischer APG-Gemische durch die Anreicherung mittels Schaumfraktionierung

Probe: Plantacare 2000 UP. Peaks wie Abbildung 5-20.

A: Zulauf (0,6 g/l); B: Konzentrat (3,5g/l); C: Klarlauf (0,2 g/l).

A

B

C

min

min

min 1

2

2

2 1

1

4

5 5

3 3 3

4

Im Teil A der Abbildung 5-26 ist das GC-FID-Chromatogramm des Zulaufs von Proben der Schaumfraktionierung (SF) dargestellt. Die detektierten Fettalkohole spiegeln das Alkylkettenspektrum des Gemisches Plantacare 2000 UP sehr genau wider. Im Bild darunter (B) ist die Zusammensetzung des erzielten Konzentrates dargestellt. Eine Verschiebung der Verteilung hin zu längerkettigen Verbindungen ist deutlich erkennbar, während der Klarlauf der SF (Bild C) ausschließlich kürzerkettige APG enthält. Eine direkte Wiederverwendung des Konzentrates scheint nicht möglich, da eine Veränderung der physiko-chemischen Eigenschaften wahrscheinlich ist.

Die quantitative Bestimmung des Gesamtgehaltes an APG erfolgte nach Anreicherung der Proben an ENV+. Je nach APG-Gehalt wurden 10-25 ml Probe extrahiert. Ausgehend von einer Zulaufkonzentration von 0,6 g/l Plantacare 2000 UP wurden im Konzentrat 3,5 g/l und im Klarlauf 0,2 g/l an APG gefunden.

Die Bestimmungsgrenzen der GC-FID-Methode wurden anhand der Konzentrationen, bei denen die Peakflächen noch gut bestimmtbar waren, abgeschätzt. Für die verschiedenen Fettalkohole C8-C14 ergaben sich bei der Analyse von Standardlösungen Bestimmungs-grenzen im Bereich von etwa 1 µg/ml. Weitergehende Versuche zur Ermittlung der Nachweisgrenzen wurden nicht durchgeführt, da die mit diesem Verfahren im Routinebetrieb untersuchten Proben zumeist wesentlich höhere Konzentrationen an APG enthielten. In der Regel mußten die ausgeschüttelten Fettalkohole sogar mit Ethylacetat verdünnt werden, um den linearen Arbeitsbereich des FID nicht zu überschreiten.