Probenhomogenität: Verteilung der Partikelgröße

WHITAKER ET AL. (1974, 1983 und 1994) konnten in unterschiedlichen Untersuchungen zei-gen, dass die Varianz der Aflatoxin-Ergebnisse für Mais, Erdnüsse und Baumwollsamen sehr groß ist. WHITAKER ET AL. (2000) und (2002) zeigten bei DON-Untersuchungen an Weizen, dass die Varianz der Untersuchungsergebnisse signifikant niedriger lagen, als die oben be-schriebenen Ergebnisse der Aflatoxin-Analytik. Dieser Umstand wurde durch die unter-schiedliche Verteilung der kontaminierten Kerne mit den genannten Mykotoxinen in dem je-weiligen Probengut erklärt.

In weiteren Untersuchungen bestimmten WHITAKER ET AL. (2000) den Einfluss der Proben-menge der Gesamtprobe, Sub-Proben und die Anzahl der Probennahme-Anteile auf die Re-duzierung der Varianz auf die DON-Ergebnisse bei einer vorgelegten 0,454 kg Probe mit einer relativen Standardabweichung von 13,4 % der DON-Analyse bei einer Konzentration von 5 mg/kg. Die relative Standardabweichung bezogen auf Probennahme, Probenbearbei-tung und Analyse wurde mit 6,3 %, 10,0 % und 6,3 % bestimmt. Demzufolge stellte bei

die-84 Bundesinstitut für Risikobewertung sen Untersuchungen mit einer Probenmenge von 0,454 kg die Probeninhomogeniät den ge-ringsten Anteil an dem gesamten Fehler dar (WHITAKERET AL. (2002)).

Bei der Probennahme werden ausgehend von einer Gesamtprobe sogenannte Sub-Proben (Unter-Proben) entnommen und führen letztendlich zu einer Labor-Teilprobe. Das analytisch- chemisch determinierte Begriffspaar Inhomogenität-Homogenität wird definiert durch eine statistisch bedingte Konzentrationsfunktion. Unter inhomogenen Materialien versteht man Stoffe, deren chemische Zusammensetzung in Teilportionen von Feststoffen (Schüttgut, kör-nige oder pulverförmige Stoffe), also in räumlichen Dimensionen, nicht konstant ist. Für die Probennahme ist wesentlich, das Inhomogenitäten als reale Konzentrationsunterschiede nur dann nachgewiesen werden können, wenn sie den Analysenfehler überschreiten (DANZERET AL. (2001)).

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Siebuntersuchungen beispielhaft an DON-kontaminierten Materialien durchgeführt, um das mechanische Schüttgutverhalten der zuvor homogen hergestellten Labor-Teilprobe zu charakterisieren. Durch leichte Erschütterung und Bewegungen der dispersen Labor-Teilprobe kann es sowohl während der Lagerung als auch in Vorbereitung auf die Analyse zu einem Partikelgrößengradient innerhalb des jeweiligen Lagergefäßes kommen. Die Siebuntersuchungen wurden mit einer Siebmaschine der Fa. RETSCH^® durchgeführt. Dabei wurden die Siebböden mit den Maschenweiten 45 µm, 63 µm, 125 µm, 250 µm, 500 µm und 1000 µm eingesetzt. Jeder Siebvorgang wurde mit 100 g Probe durchgeführt, wobei die nachstehenden Geräteeinstellungen für den Siebvor-gang festgelegt wurden:

Tab. 25: Definierte Geräteeinstellungen für die Siebmaschiene der Fa. RETSCH^® Zeit 90 Minuten

Amplitude 90 Intervall ja

Intervalldauer 10 Sekunden

Für die Untersuchung der Partikelgrößenverteilung in einer Labor-Teilprobe wurde zum ei-nen DON 311 und zum anderen ein handelsüblicher Maisgrieß herangezogen. Die Mais-grießprobe wurde als Untersuchungsgut ausgewählt, da dieses einen breiten Partikelgrö-ßenbereich aufwies. Eine weitere Verarbeitung des Maisgrießes durch die Zentrifugalmühle führte zu einer sichtbaren Verschiebung des genannten Partikelgrößenbereichs (siehe Abb.

23). Die Proben wurden in der handelsüblichen Angebotsform der RETSCH^® Zentrifugalmüh-le zugeführt. Die vorherige Vermahlung der Proben erfolgte mittels Distanz-Ringsieb mit ei-ner Lochweite von 1.000 µm. Somit wurde gewährleistet, dass die Labor-Teilproben eine Partikelgröße von ≤ 1.000 µm aufwiesen.

6.3.1 Siebuntersuchung des Deoxynivalenol Vergleichsmaterials

Wie aus nachstehender Abbildung ersichtlich, lagen 84 % der homogenisierten Labor-Teilprobe DON 311 im Bereich zwischen 63 bis 500 µm vor.

Die Partikelgrößenverteilung (Abb. 21) des homogenisierten DON-Vergleichsmaterials zeigt eine deutlich rechtsschiefe Verteilung. In nachfolgender Abb. 22 sind die DON-Konzentrationen der einzelnen Siebfraktionen mit den resultierenden RSD_r-Fehlerbalken dargestellt.

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Abb. 21: Verteilung der Partikelgröße von DON 311 nach Zerkleinerung und Homogenisierung mittels RETSCH® Zentrifugalmühle (n = 3)

Alle Siebfraktionen weisen eine Konzentration (Abb. 22) im Bereich des mittleren DON-Gehaltes auf. Die Streuung der Fehler liegt innerhalb der vorgegebenen Fehlergrenzen. So-mit kann das Vergleichsmaterial über den fraktionierten Partikelgrößenbereich als homogen angesehen werden. Die relativen Standardabweichungen der DON-Analysen der unter-schiedlichen Siebfraktionen lagen zwischen 3 - 16 %. Werden diese mit der relativen Stan-dardabweichung von 11,3 % (n = 12) aus der Vorperiode (siehe Abschnitt 6.2.1) verglichen, so wurde kein signifikanter, auf Inhomogenität der Siebfraktion zurückzuführender Unter-schied festgestellt.

Abb. 22: Verteilung der DON-Konzentrationen der einzelnen Siebfraktionen des Vergleichmaterials DON 311 (n = 3) nach Zerkleinerung und Homogenisierung mittels RETSCH® Zentrifugalmühle

362

384

360

380

355

200 250 300 350 400 450 500

45 - 63 µm 63 - 125 µm 125 - 250 µm 250 - 500 µm 500 - 1000 µm

Deoxynivalenol [µg/kg]

Es bleibt zu diskutieren, dass die Siebfraktionen 45 - 63 µm, 63 - 125 µm, 125 - 250 µm und 250 - 500 µm deutlich geringere relative Standardabweichungen aufwiesen als die Siebfrak-tion 500 - 1000 µm bzw. zu der in der Vorperiode erhaltenen relativen Standardabweichung.

Dieser Umstand kann auf die enger gefassten Partikelgrößenbereiche und der damit ver-bundenen Extraktionseigenschaften der jeweiligen Siebfraktion zurückzuführen sein. Es ist somit belegbar, dass eine Reduktion der Streuung des gesamten Analysenfehlers durch ei-nen definierten Vermahlungsgrad mit einer Zentrifugalmühle mit einer bestimmten Feinheit (z. B. 500 µm) erreicht werden kann.

9 38

31

15

7 0

10 20 30 40 50

45-63 µm 63-125 µm 125-250 µm 250-500 µm 500-1000 µm

relative Korngrößen Verteilung [%]

86 Bundesinstitut für Risikobewertung 6.3.2 Siebuntersuchung einer handelsüblichen Maisgrieß-Probe

Um auch einen Bezug für die im Einzelhandel durchgeführten Einzelpackungsbeprobungen zu ermitteln, wurde ein handelsüblicher Maisgrieß für die weitergehenden Untersuchungen der Partikelgrößen-Verteilung eingesetzt. Entsprechend der oben aufgeführten Siebparame-ter wurde sowohl die Angebotsform des Maisgrießes als auch die nach Vermahlung mittels Zentrifugalmühle erhaltene Labor-Teilprobe jeweils dreifach der Siebanalyse zugeführt.

Wie aus nachstehender Abb. 23 ersichtlich, liegen 95 % der Angebotsform (durchgezogene Funktion) im Bereich zwischen 125 - 500 µm vor. 98 % der vermahlenen und homogenisier-ten Labor-Teilprobe (gestrichelte Funktion) liegen in einem Bereich zwischen 63 - 500 µm vor.

Abb. 23: Relative Verteilung der Partikelgröße einer Maisgrieß-Probe in der handelsüblichen Angebots-form und nach Vermahlung und Homogenisierung mittels RETSCH^® Zentrifugalmühle (n = 3)

Nachstehende Tab. 26 stellt die Verteilung der unterschiedlichen Partikelgrößen einer Mais-grieß-Probe in der handelsüblichen Angebotsform und der homogenisierten Labor-Teilprobe gegenüber.

Tab. 26: Gegenüberstellung der Partikelgrößen einer Maisgrieß-Probe in der handelsüblichen Angebots-form und der homogenisierten Labor-Teilprobe (n = 3)

Angebotsform Labor-Teilprobe

* Die Ausbeute der Siebfraktion war zu gering.

Werden die Mittelwerte (Gesamt) der handelsüblichen Angebotsform und der Labor-Teilprobe Maisgrieß verglichen, so ist festzustellen, dass unter Berücksichtigung der ermittel-ten Varianz ein nahezu gleicher DON-Gehalt in der belassenen und der

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nert/homogenisierten Probe von ca. 200 µg/kg bestimmt wurde. Die Mittelwerte der unter-schiedlichen Siebfraktionen der Angebotsform teilen sich in zwei Partikelgrößenbereiche:

Einerseits in den Partikelgrößenbereich 1000 - 250 µm mit Konzentrationen im Bereich von 150 µg/kg, anderseits in den Partikelgrößenbereich 250 - 63 µm mit Konzentrationen im Be-reich von 250 µg/kg. Werden die relativen Standardabweichungen betrachtet, so konnte bei dem handelsüblich vorliegenden Maisgrieß in nahezu allen Siebfraktionen (außer Fraktion 250-125 µm) eine erhöhte RSD festgestellt werden. Die RSD in den unterschiedlichen Frak-tionen der Labor-Teilprobe unterlagen keinen signifikanten Schwankungen (zwischen 9,2 bis 11,0 %). Daraus lässt sich die Notwendigkeit ableiten, dass selbst bei Matrizes, die eine Par-tikelgrößenverteilung unter 1000 µm (wie das Beispiel Maisgrieß zeigt, siehe Abb. 22) besit-zen, einer weiteren Vermahlung und Homogenisierung im Labormaßstab zu unterziehen sind, um eine homogene Toxinverteilung bezogen auf die Partikelgrößenverteilung zu ge-währleisten.

Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass durch das Vermahlen einer Probe mittels Zentrifu-galmühle mit einer Lochweite von 1000 µm eine einheitliche Partikelgrößen-Verteilung erzielt wurde, die das daraus resultierende Quellvermögen standardisiert. In Bezug auf das jeweili-ge Extraktionsmittel kann somit ein gleichmäßijeweili-ger Übergang (Extraktionseffizienz) des Ana-lyten von der Matrix in die Lösungsmittelphase gewährleistet werden.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass nach der Vermahlung mittels einer Zent-rifugalmühle durch ein Distanz-Ringsieb mit einer Lochweite von 1000 µm die resultierende Partikelgrößen-Verteilung eine zufriedenstellende Homogenität in der Untersuchungsprobe garantiert. Werden diese Untersuchungen im Hinblick auf durchzuführende Vergleichsunter-suchungen und Ringversuche ausgewertet, so ist festzuhalten, dass durch geeignete Stan-dardisierung der Partikelgrößenverteilung die Gefahr der Entmischung der Probe durch me-chanische Einflüsse der Teilchendispersion wie durch Segregation durch Erschütterungen beim Transport und der damit ggf. verbundenen Toxin-Umverteilung, entgegengewirkt wer-den kann. Diese Feststellung kann durch die durchgeführten Vergleichsuntersuchungen mit DON 311 belegt werden, da die Ergebnisse der teilnehmenden Laboratorien ebenfalls im Bereich des bestimmten Mittelwerts (Tab. 21 und Abb. 20) liegen. Dabei besitzen die einzel-nen Laboratorien relative Standardabweichungen im Bereich zwischen 1,1 bis 7,6 %.