Tag: Extraktion
In den letzten Monaten haben PFAS (Per- und Polyfluoralkylsubstanzen) viel Aufmerksamkeit in den Medien erhalten. PFAS werden aufgrund ihrer Öl-, Wasser-, Temperatur-, chemischen und Feuerbeständigkeitseigenschaften bei der Herstellung einer Vielzahl von Produkten verwendet. Aufgrund ihrer chemischen Stabilität werden diese „für immer Chemikalien“ in Produkten verwendet, die von Antihaft-Kochgeschirr über elektronische Geräte bis hin zu emissionsarmen Automobilen reichen. Da diese Gegenstände entsorgt werden, verschmutzen die PFAS und sammeln sich in Böden und Wasservorräten an. Menschen, die diesen persistenten Chemikalien ausgesetzt sind, können zu Auswirkungen auf das Immunsystem, Krebs, Schilddrüsenstörungen und anderen Krankheiten führen.
Eine Sanierung von PFAS kontaminierten Böden ist größtenteils nicht möglich, daher ist eine genaue Analyse von PFAS für die öffentliche Sicherheit von entscheidender Bedeutung. Im Labor ist die PFAS-Analyse schwierig, da PFAS-freie Komponenten für eine genaue Analyse unerlässlich sind. Von Probenhomogenisierungsgeräten über Extraktionssysteme bis hin zu Flüssigkeitschromatographiesystemen muss alles PFAS-frei sein. In diesem Webcast werden wir Homogenisierungs- und Extraktionsprotokolle für eine Vielzahl von Matrizen diskutieren, um die Wiederherstellung zu optimieren. Wir werden auch LC-Methoden und Ergebnisse dieser Studien diskutieren.
Bessere Analyseergebnisse beginnen mit einer besseren Probenvorbereitung. Aufgrund der Komplexität der Cannabispflanze kann eine vollständige und zuverlässige Analyse schwierig sein. Der erste Schritt zu jeder Analyse besteht darin, einen vollständigen Aufschluss oder eine vollständige Extraktion in der Probenvorbereitung sicherzustellen. In diesem Webcast lernen Sie Techniken und Werkzeuge für eine schnelle, effiziente und reproduzierbare Probenvorbereitung für alle Ihre LC-MS-, GC-MS- und ICP-MS-Analysen von Cannabis- und Hanfproben kennen. Diskussionen über die Methoden und Techniken zur Extraktion von Pestiziden und THC aus Pflanzenmaterial und zum Mikrowellenaufschluss von gemischten Proben, einschließlich Blumen, Lebensmitteln, Lotionen, Extrakten und Ölen, werden angesprochen. Darüber hinaus werden wertvolle Probenhandhabungstechniken zur Erzielung einer konsistenteren und homogeneren Probenahme sowie Vergleiche zwischen klassischen und automatisierten Techniken sowie Optionen für niedrigen und hohen Durchsatz behandelt. Wichtige Lernziele: Lernen Sie einfache und wiederholbare Probenvorbereitungstechniken für Cannabis und Hanfprodukte Verstehen Sie die Bedeutung temperaturkontrollierter Potenz- und Pestizidextraktionen durch Filtration und Kühlung Best Practices für die Mikrowellenverdauung in einer Charge aller Cannabis- und Hanfproben, einschließlich Blumen, Lebensmittel, Lotionen, Öle und Extrakte.
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Schnelle und einfache MOSH/MOAH Analytik in der Mars 6 Mikrowelle
Mineralöle kommen in unserer Umwelt nahezu überall vor. Ihre Bestandteile können auf ganz unterschiedlichen Wegen sowohl in pflanzliche als auch in tierische Lebensmittel gelangen. Betrachtet man ihre chemische Struktur, so handelt es sich dabei im Wesentlichen um gesättigte Mineralölkohlenwasserstoffe (MOSH) und zu einem geringeren Anteil um aromatische Mineralölkohlenwasserstoffe (MOAH).
Mit den Abkürzungen MOSH und MOAH werden zwei unterschiedliche Gruppen chemischer Verbindungen bezeichnet, die im Mineralöl vorkommen. MOSH steht dabei für englisch Mineral Oil Saturated Hydrocarbons (Gesättigte Mineralölkohlenwasserstoffe), MOAH für englisch Mineral Oil Aromatic Hydrocarbons (Aromatische Mineralölkohlenwasserstoffe).
Beide werden leicht aus Lebensmitteln in den Körper aufgenommen und können sich im Körperfett sowie in einigen Organen anreichern. Ableitungen zur toxikologischen Bewertung werden aus Tierversuchen getroffen, weil derzeit keine Studien über die Effekte auf den Menschen vorliegen. Die Aufnahme von MOAH sollte nach Ansicht des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) gänzlich vermieden werden, da nicht auszuschließen ist, dass in dieser Fraktion auch krebserregende Verbindungen vorkommen.
Mineralöle setzen sich im Wesentlichen aus zwei chemisch und strukturell unterschiedlichen Fraktionen zusammen. Die Hauptfraktion besteht zu einem Anteil von 75 bis 85 % aus so genannten MOSH (Mineral Oil Saturated Hydrocarbons), bei der kleineren Fraktion mit einem relativen Anteil von 15 bis 25 % handelt es sich um so genannte MOAH (Mineral Oil Aromatic Hydrocarbons). Beide Fraktionen bestehen aus Kohlen-stoffketten mit meist weniger als 25 Kohlenstoff-atomen (<C25). MOSH sind gesättigte paraffinartige, d. h. offenkettige, meist verzweigte und naphtenartige (zyklische) Kohlenwasserstoffe mit niedriger bis mittlerer Viskosität. Bei MOAH handelt es sich um eine große Zahl verschiedener aromatischer Kohlenwasserstoffe, die überwiegend aus einem bis vier Ringsystemen bestehen und bis zu 97 % alkyliert sind
Beide Stoffgruppen werden in Lebensmitteln und Kosmetika untersucht.
Der analytische Nachweis und die quantitative Bestimmung der MOSH- und MOAH-Fraktion erfolgt als Summenparameter. Hierfür werden die Proben mit n-Hexan extrahiert und der Extrakt mit gekoppelter HPLC-GC mit Flammenionisationsdetektor oder massenspektrometrischem Detektor analysiert. Vorher wird noch ein Verseifungsschritt mit KOH vorgeschaltet. Die herkömmliche nasschemische Probenvorbereitung der Verseifung und Lösemittelextraktion ist arbeitsaufwändig und zeitintensiv. Als schnelle und einfache Alternative mit hohem Probendurchsatz in kurzer Zeit wurde ein Verfahren in der Mars 6 Mikrowelle mit speziell entwickelten Reaktionsbehältern entwickelt.
In nur 20 min. erfolgen nun mit Hilfe einer speziellen Rührtechnik die Verseifung und die Lösemittel-Extraktion.
Dabei ist die Temperaturmessung ein entscheidender Parameter für die Richtigkeit und Reproduzierbarkeit. Die im Mars 6 eingebaute iWave Temperatursensorik misst berührungslos durch verschiedene Materialien wie z. B. Hostaflon TFM und Glas die Probentemperatur der Proben.
Sehen Sie selbst die MOSH/MOAH Probenvorbereitung in diesem Film
Möchten Sie die MOSH/MOAH Probenvorbereitung mit Ihrer Chromatographie koppeln? Ein vollautomatischer Autosampler bedient die Mikrowelle sowie die GC.
Im EDGE Extraktionssystem werden in weniger als 10 min. unterschiedliche Referenzmaterialien (Sewage Sludge, Soil, Harbour Sediment) mit Lösemittel extrahiert. Der typische Lösemittelverbrauch beträgt 30 ml. Aus den Extrakten werden die Analyten HCB, PCB 28, PCB 52, PCB 101, PCB 118, PCB 153, PCB 138 und PCB 180 analysiert.
Der Vergleich zur Soxhlet Extraktion und der Vergleich zum zertifizierten Gehalt zeigen übereinstimmende Ergebnisse bei dieser neuen Extraktionstechnik:
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Unter der Probenvorbereitung versteht man die Aufarbeitung der zu analysierenden Probe in eine für die Bestimmung der relevanten Substanz geeigneten Form. In der Analytik kommt den atomspektroskopischen Bestimmungsmethoden (AAS, ICP-OES, ICP-MS) eine große Bedeutung zu. Es ist jedoch erforderlich, daß die Probensubstanz in Lösung vorliegt. Aus diesem Grund folgt dem Homogenisieren und Trocknen fester Proben ein Aufschlussprozess. Das Ergebnis sollte eine vollständige Matrixzersetzung sein, bei dem Verluste des Analyten verhindert werden und dieser nachher unter Umständen nach Entfernung der Matrixelemente störungsfrei bestimmt werden kann. Bei den Aufschlußmethoden kann zwischen naßchemische Aufschlüssen, Schmelzaufschlüssen und Aufschlüssen durch Gasreaktion unterschieden werden. Die zu verwendende Aufschlußmethode wird je nach Erfordernis der Bestimmungsmethode ausgewählt.
Bei einem naßchemischen Aufschluß wird die feste Probensubstanz in Wasser, Säuren oder Säuregemischen gelöst. Dies kann sowohl in offenen als auch in geschlossenen Behältnissen durchgeführt werden.
Oftmals ist ein rückstandsfreies Lösen komplexer Matrizes jedoch nicht erreichbar, da die Aufschlusstemperatur unter Atmosphärendruck durch die Siedetemperatur des verwendeten Lösungsmittels begrenzt ist. Als Alternative bieten sich sogenannte Druckaufschlüsse in statisch geschlossenen Systemen an, mit denen Aufschlüsse meistens mit Säuren unter drastischen Bedingungen durchgeführt werden können. Bedingt durch den höheren Druck stellt sich eine höhere Siedetemperatur ein, welches mit einer stärkeren Oxidationskraft der Aufschlusssäure einhergeht. Zudem werden Spurenverluste und Kontaminationen von außen vermieden. Druckaufschlüsse können nach der Art der Wärmeübertragung an die Aufschlußlösung unterschieden werden. Man unterscheidet die konvektive Wärmeübertragung und die Einwirkung von Mikrowellen, welche völlig unterschiedlichen Prinzipien unterliegen. Bei der konventionellen Aufheizung mit Heizplatten, Öfen oder metallischen Heizblocks, wird die Wärmeenergie von der geheizten Gefäßwand an die Lösung abgegeben, wo der Wärmeaustausch über Konvektion stattfand. Diese Übertragung ist nicht sonderlich effektiv, da die Energie nur über die im Verhältnis zur Masse kleinen Oberfläche abgegeben wird. Dies führt zu den langen Aufheizphasen bei der konventionellen Druckaufschlusstechnik.
Die Wärmeübertragung basiert auf der Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit heteropolaren Molekülen und ist umso stärker je größer das Dipolmoment bzw. das Dielektrikum der Stoffe ist. Es könnte so verstanden werden, daß die Mikrowellenenergie zum einen eine Rotations- und Schwingungsbewegung der Dipole und zum anderen eine beschleunigte Bewegung von Ionen mit einer Zunahme der Stoßzahlen in der Aufschlußlösung fördert.
Dipolrotation
Ionenleitung
Es können jedoch nur ionische oder polare Substanzen mit Hilfe der Mikrowellentechnik aufgeheizt werden. Mikrowellentransparente Stoffe können, soweit sie chemisch resistent sind als Gefäßmaterialien verwandt werden. Ein Maß für die Absorption von Mikrowellenenergie ist der sogenannte Dissipationsfaktor tan d, welcher den Vergleich von dialektischen Verlust zur Dielektrizitätskonstante darstellt. In der folgenden Tabelle ist ein Vergleich der Dissipationsfaktoren für verschiedene Aufschlußsäuren und Gefäßmaterialien wiedergegeben.
Aufschlusssäuren und Gefäßmaterialien
| Material/ Substanz | Siedetemperatur [°C] | Dissipations-faktor [tan d] |
| Wasser | 100 | 157000 |
| HCl (36%) | 109,5 | 8600 |
| HF (48%) | 108 | 11000 |
| HNO3 | 120 | 11000 |
| H2SO4 (96%) | 338 | 13500 |
| PTFE | 0,017 | |
| PFA | 0,017 | |
| Quarz | 0,005 |
Die geringen Mikrowellenabsorptionsraten machen PTFE-Derivate, PFA und Quarz zu bevorzugten Materialien für Druckaufschlusssysteme.
Dieser Film zeigt die Wirkungsweise der Mikrowellen auf den Aufschluss.
Die EU regelt mit den Verordnungen zu RoHS und WEEE die Analytik von elektronischen Bauteilen:
* WEEE: Directive 2002/96/EC on Waste Electrical and Electronic Equipment
* RoHS: Directive 2002/95/EC on the Restriction of the use of certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment
Gegenstand der Betrachtung in beiden Richtlinien sind die Elektro– und Elektronik-Altgeräte
Das Ziel der WEEE ist:
– Vermeidung und Reduktion von Abfällen,
– Wiederverwendung, Recycling, Verwertung
Das Ziel der RoHS ist:
– zu WEEE begleitende Stoffverbote und –beschränkungen
– Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedsstaaten
– Gesundheitsschutz
– umweltgerechte Verwertung und Beseitigung von Elektronikschrott
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Elektro– und Elektronikgeräte im Sinn der Richtlinien sind:
Geräte, die zu ihrem ordnungsgemäßen Betrieb elektrische Ströme und elektromagnetisch Felder benötigen, …..
….und für den Betrieb mit Wechselstrom von höchstens 1000 V bzw. Gleichstrom von höchstens 1500 V ausgelegt sind
Anhang 1B: Auflistung von Geräten innerhalb
der Kategorien (beispielhaft)
- Haushaltsgroßgeräte
Große Kühlgeräte, Kühlschränke, Waschmaschinen, Wäschetrockner,…
- Haushaltskleingeräte
Staubsauger, Bügeleisen, Kaffeemaschinen, Rasierapparate, Wecker, Armbanduhren,…
- IT- und Kommunikationssysteme
Großrechner, Drucker, PC‘s/Laptops Taschenrechner, Faxgeräte, Telefone,…
- Geräte der Unterhaltungselektronik
Radiogeräte, Fernsehgeräte, Videokameras, Videorekorder, Hi-Fi-Anlagen,…
- Beleuchtungskörper
Leuchten in Leuchtstofflampen, stabförmige Leuchtstofflampen, Entladungslampen,…
- Elektrische und elektronische Werkzeuge (mit Ausnahme ortsfester industrieller
Großwerkzeuge)
Bohrmaschinen, Sägen, Nähmaschinen, Fräsen,…
- Spielzeug sowie Sport- und Freizeitgeräte
El. Eisenbahnen/Autorennbahnen, Videospielkonsolen, Videospiele, Fahrradcomputer,…
- Medizinische Geräte (mit Ausnahme aller implantierten und infizierten Produkte)
Geräte für Strahlentherapie, Kardiologiegeräte, Dialysegeräte, Beatmungsgeräte,…
- Überwachungs– und Kontrollinstrumente
Rauchmelder, Heizregler, Thermostate, Überwachungs- und Kontrollinstrumente,…
- Automatische Ausgabegeräte
Heißgetränkeautomaten, Automaten für Flaschen oder Dosen, Geldautomaten,…
RoHS: Was ist eigentlich verboten?
Artikel 4 „Vermeidung“
Die Mitgliedstaaten stellen sicher, dass ab dem 1. Juli 2006 neu in Verkehr gebrachte Elektro– und Elektronikgeräte kein
– Blei,
– Quecksilber,
– Cadmium,
– sechswertiges Chrom,
– polybromiertes Biphenyl (PBB) bzw. polybromierten Diphenylether (PBDE)
enthalten.
Sobald wissenschaftliche Erkenntnisse vorliegen, beschließen das Europäische Parlament und der Rat ….., weitere gefährliche Stoffe zu verbieten und durch umweltfreundlichere Alternativen zu substituieren, die mindestens das gleiche Schutzniveau für den Verbraucher gewährleisten
Es wurden folgende Grenzwerte für die Analyten festgelegt:
Analyt Grenzwert [mg/kg]
Blei 1000
Quecksilber 1000
Cadmium 100
Chrom (VI) 1000
Polybromierte Biphenyle (PBB) 1000
Polybromierte Diphenylether (PBDE) 1000
Beispielhafte Probenarten sind Kabel, Platinen, Elektronische Bauteile und Kunststoffgehäuse. Wir haben Kunststoff Standard-Referenzmaterialen mit dem Mars Mikrowellenaufschluss Gerät nach folgendem Aufschlussprogramm aufgeschlossen und anschliessend spektrometrisch auf ihren Elementgehalt untersucht.
Referenzmaterialien
ERM – EC 680 Polyethylen
IRMM VDA 1, Sicolen Yellow, PE
IRMM VDA 2, Sicolen Orange, PE
IRMM VDA 3, Sicolen Red, PE
IRMM VDA 4, Sicolen Bordeaux, PE
Aufschlussbedingungen:
Ø Einwaage: 0,2 g vom Standardreferenzmaterial
Ø Säure: 10 ml Salpetersäure
Ø Aufheizzeit: 10 min
Ø Aufschlusstemperatur: 200 °C
Ø Haltezeit: 15 min
Ø ergibt eine Aufschlußzeit von 25 min. plus 15 min. Abkühlzeit
Die Richtigkeit des Verfahrens zeigt sich durch die gute Übereinstimmung der Messwerte mit den zertifizierten Gehalten der Referenzmaterialien sowohl bei niedrigen wie auch bei hohen Konzentrationen.
Die Verabschiedung der Richtlinien und Verordnung „Restriction of Hazardous Substances (RoHS) sowie Abfälle aus der Elektro- und Elektronik-Altgeräten (WEEE)“ durch die Europäischen Union (EU) ergab ein Problem. Während für die Messung der Schwermetalle Pb, Cd, Hg und Cr (VI) der Mikrowellen-Aufschluss eine etablierte Methode darstellt, gab es keine zuverlässige und kostengünstige Methode zur Prüfung der Additive polybromierte Biphenyle (PBB) und polybromierte Diphenylether (PBDE). NSL Analytical löste das Problem durch die Entwicklung einer MASE Technik (Microwave Accelerated Solvent Extraction = Mikrowellenbeschleunigte Lösemittel Extraktion) zur Extraktion von PBB und PBDE aus Polymeren mit nachfolgender Analyse durch GC-MS. Die Einsparungen an Zeit und Kosten (Arbeit, Lösungsmittelkosten und Entsorgung) durch die Mikrowellenmethode MASE waren enorm, während 99%ige Wiederfindung der Additive PBB und PBDE aus Probengrößen von nur 0,5 g ermöglicht wurde.
Microwave Extraction von PBB und PBDE
Am 4. September 2016 erschien im ZDF folgender Beitrag zum Recycling von Elektroschrott:
Seit dem Ende der 90er Jahre hat die United States Environmental Protection Agency (US-EPA) die Verwendung der SW-846 Methode 3546 für die Extraktion von unterschiedlichen organischen Verbindungen aus festen Matrizen mit MASE (mikrowellenbeschleunigte Lösemittel Extraktion) untersucht. In den letzten 15 – 20 Jahren haben die Anwendungen für diese Technik deutlich zugenommen und die Gerätetechnik wurde hinsichtlich des Bedienerkomforts und des Probendurchsatzes weiter entwickelt. Die Beschreibung eines mikrowellenbeschleunigten Lösemittel-Extraktionsverfahren (Methode 3546) wurde im Jahr 2008 abschließend reguliert. Dabei wird eine feste Probe mit einem Lösungsmittelgemisch in einem verschlossenen (geschlossenen) Behälter mit Mikrowellenenergie unter temperaturgeregelten Bedingungen erwärmt. Die Temperatur wird deutlich über den atmosphärischen Siedepunkt des Lösungsmittels erhöht und dadurch wird die Extraktion beschleunigt. Die Zeitverkürzung geht von typischerweise vielen Stunden im Soxhlet hin zu wenigen Minuten im Mikrowellensystem. Der Lösemittelverbrauch bei der mikrowellenbeschleunigten Extraktion beträgt nur 25 bis 50 ml pro Probe und spart somit enorm Kosten ein. Typische Analyten sind: Pestizide und Herbizide, PAKs und PCBs, Phenole, Dioxine und Furane
Akinlua, A., Jochmann, M. A., & Schmidt, T. C. (2015). Ionic Liquid as Green Solvent for Leaching of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons from Petroleum Source Rock. Industrial & Engineering Chemistry Research, 54(51), 12960–12965. doi:10.1021/acs.iecr.5b03367 beschreiben den Einsatz der Mars 6 Mikrowelle zur schnellen Extraktion von PAHs
Die American Society for Testing and Materials (ASTM) ist eine internationale Standardisierungsorganisation, die für 3 Verfahren ebenfalls die Mikrowelle als Probenvorbereitungsmethode standardisiert hat:
• ASTM 5765-05 (2010) ist die Standardmethode zur Lösungsmittelextraktion von TPH (Mineralöl-Kohlenwasserstoffe) aus Böden und Sedimenten. Die Bodenprobe oder die Sedimentprobe wird mit Aceton oder Hexan in einem verschlossenen Gefäß mit Mikrowellenerwärmung auf eine Extraktionstemperatur von 150 ° C gebracht, um einen Extrakt zur Analyse durch Gaschromatographie (GC) oder Gravimetrie zu erhalten.
• ASTM D6010-12 ist die Standardmethode für organischen Verbindungen aus festen Matrices. Die Boden-, Sediment-, Schlamm- oder Abfallprobe wird bei 115 ° C in einem Aceton-Hexan-Gemisch extrahiert, um anschließend halbflüchtige oder flüchtige organische Verbindungen durch GC oder GC-MS analysieren. Diese Methode reduziert die Probenvorbereitungszeit, den Lösungsmittelverbrauch und die Betriebskosten.
• ASTM D7210-13 ist die Standardmethode für die Extraktion von Additiven/Zusatzstoffen in Polyolefin-Kunststoffen. Dabei werden phenolische Antioxidantien, Phosphit-Antioxidantien, UV-Stabilisatoren, antistatische Mittel und Gleitmittel aus gemahlenen Polyolefin-Kunststoffen extrahiert und anschließend analysiert. Phthalate werden hauptsächlich als Weichmacher verwendet, um die Flexibilität und Haltbarkeit eines Produktes zu erhöhen, stehen aber im Verdacht der Gesundheitsgefährdung. Die Consumer Product Safety Commission (CPSC) hat die Testmethode: CPSC-CH-C1001-09.3 zur Bestimmung der Phthalate im April 2010 herausgegeben. Damit werden Phthalate in Kinderspielzeug und Babyartikeln analysiert. Das Testverfahren verwendet eine Mikrowellen-Extraktion basierend auf der EPA-Methode 3546 an.
Das Prinzip der MASE, mikrowellenbeschleunigten Lösemittelextraktion
Die Extraktionsmethode umfasst das Erhitzen einer festen Probe mit einem Lösungsmittel mittels Mikrowellenenergie um die Extraktionsgeschwindigkeit zu beschleunigen. Die Extraktion wird üblicherweise in einem geschlossenen Gefäß unter temperaturgeregelten Bedingungen durchgeführt. Dies stellt eine signifikante Temperaturerhöhung über dem atmosphärischen Siedepunkt des Lösungsmittels dar und beschleunigt die Extraktionskinetik deutlich. Die dazu erforderlichen Geräte unterscheidet man in Multi-Mode- und Mono-Mode-Mikrowellengeräte. Moderne Multi-Mode Mikrowellengeräte wie das Mars 6 vermögen eine große Anzahl gleichzeitiger Extraktionen durchzuführen. So können bis zu 40 Proben mit den Xpress Extraktionsbehältern in kurzer Zeit gleichzeitig extrahiert werden. Das Mars 6 besitzt eine Bibliothek mit vordefinierten Methoden und die Software hat die Fähigkeit, die Anzahl der Proben zu zählen und den Behältertyp automatisch zu erkennen. Somit kann die Extraktion mit nur einem Knopfdruck – „One-Touch“ gestartet werden.
Frühere Extraktionsbehälter bestanden aus vielen Baugruppen, die eher schwerfällig zu montieren waren und zudem konnten nur 12 bis 14 Proben gleichzeitig bearbeitet werden. Zum Verschluss der Behälter wurde ein Drehmomentschlüssel verwendet. Die neueste Extraktionsbehälter Technologie im Mars 6 hat jetzt nur noch drei Komponenten – ein Gefäßkörper, eine Kegeldichtung und eine Kappe – das vereinfacht die Montage der Xpress Behälter ganz ohne Werkzeug. 
Mono-Mode-Mikrowellengeräte arbeiten die Extraktionen sequentiell nacheinander ab wie z. B. das Discover. Das Discover besteht aus einer Mikrowellenkammer mit einem relativ kleinen „fokussierten“ Hohlraum und häufig aus einem Autosampler. Damit werden die Proben in typischerweise nur 10 min. extrahiert und es können unterschiedlich Proben nacheinander schnell abgearbeitet werden. Dieser sequentielle Ansatz im Discover bietet mehr Flexibilität als bei einem Batch-style-System wie dem Mars 6.
Beide Systeme extrahieren mittels Mikrowellenenergie die Proben-Lösungsmittelgemische bei erhöhter Temperatur und Druck, unter kontrollierten Bedingungen mit Rühren. Das Discover kann aber aufgrund seiner Konzeption auch mit Multi-Purpose-Autosamplern und Chromatographiegeräten wie GC oder HPLC gekoppelt werden.
Quecksilber Speziation: Die Gesamtquecksilberkonzentration in einer Probe gibt kein genaues Bild für ihre Wirkung in der Umwelt. Die genaue Verteilung der Quecksilberspezies gibt ein verbessertes Verständnis mit entsprechenden Schlussfolgerungen zur Bioverfügbarkeit, Verteilung in der Nahrungskette, Toxizität usw. Im Jahr 2013 veröffentlichten Leng und Mitarbeiter einen Artikel mit dem Titel „Spezies Analyse von Quecksilber in Sedimenten durch HPLC nach Mikrowellenunterstützter Extraktion“. Die Autoren beschreiben die Kombination von mikrowellenunterstützter Extraktion der Proben mit anschließender HPLC-VGAFS Bestimmung. Es wurden ausreichend niedrige Nachweisgrenzen von MeHg +, EtHg + und Hg2 + in Sedimentprobe erzielt. Die Nachweisgrenzen waren 0,013 ug / L, 0,022 ug / l und 0,011 ug / L für die einzelnen Quecksilberspezies. Die Methode wurde anhand von zwei zertifizierten Referenzmaterialien IAEA-405 und ERM-CC580 überprüft,- die gute Übereinstimmungen mit dem zertifizierten Wert ergaben.
Anti-Oxidantien: Es gibt mögliche positive Beeinflussungen der Gesundheit durch antioxidative Verbindungen, die das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und bestimmten Krebsarten senken. Im Jahr 2011 untersuchten Mathur und Mitarbeiter die MASE im Vergleich zu herkömmlichen Lösungsmittelextraktionstechniken für das Screening von Pflanzenextrakten hinsichtlich der antioxidativen Aktivität. Bei einer Extraktionstemperatur von 80 °C mit einer 20 minütigen Haltezeit wurde mit Methanol als Extraktionslösungsmittel die MASE Technik an 20 g Pflanzenproben optimiert. Die Extrakte wurden für invitro antioxidative Aktivitäten gescreent. Die Ergebnisse zeigten, dass die gewonnenen Extrakte aus der MASE Technik eine stark antioxidative Aktivität im Vergleich zu den Extrakten der traditionellen Methode aufweisen.
Active Pharmaceutical Ingredients: Die Freisetzung von pharmazeutischen Wirkstoffen (APIs) aus festen Darreichungsformen ist innerhalb der Formulierungen zu validieren. Brannegan veröffentlichte ein Kapitel mit dem Titel „Extraktionstechniken bei erhöhten Temperatur- und Druck-Einflüssen“ im Probenvorbereitungsteil von Pharmaceutical Dosage Forms: Herausforderungen und Strategien. Die Anwendung der MASE kann eine schnelle Fehlersuche bei niedrigen Ergebnissen erleichtern. Es können viele Proben gleichzeitig unter Rührung und erhöhten Temperaturen mittels MASE extrahiert werden. Das Kapitel enthält Fallstudien, die die Vorteile der MASE dokumentieren.
RoHS/WEEE: Die Verabschiedung der Richtlinien und Verordnung „Restriction of Hazardous Substances (RoHS) sowie Abfälle aus der Elektro- und Elektronik-Altgeräten (WEEE)“ durch die Europäischen Union (EU) ergab ein Problem. Während für die Messung der Schwermetalle Pb, Cd, Hg und Cr (VI) der Mikrowellen-Aufschluss eine etablierte Methode darstellt, gab es keine zuverlässige und kostengünstige Methode zur Prüfung der Additive polybromierte Biphenyle (PBB) und polybromierte Diphenylether (PBDE). NSL Analytical löste das Problem durch die Entwicklung einer MASE Technik zur Extraktion von PBB und PBDE aus Polymeren mit nachfolgender Analyse durch GC-MS. Die Einsparungen an Zeit und Kosten (Arbeit, Lösungsmittelkosten und Entsorgung) durch die Mikrowellenmethode MASE waren enorm, während 99%ige Wiederfindung der Additive PBB und PBDE aus Probengrößen von nur 0,5 g ermöglicht wurde.
Microwave Extraction von PBB und PBDE
Zukunft: Die aktuelle Forschung auf sequentiellen Systemen wie dem Discover, beinhaltet die Extraktion mit anschließender Derivatisierung von Fettsäuremethylestern (FAME) in einer Vielzahl von Lebensmittelproben sowie die Aminosäure Hydrolyse für zur Qualitätssicherung von Milch und Säuglingsnahrung. Mit immer wiederkehrenden Betrugsfällen bei der Lebensmittelsicherheit, ist es wahrscheinlich, dass diese Technik in den kommenden Jahren weiter ausgebaut wird. Weitere Forschungsschwerpunkte sind die Extraktion von Azofarbstoffen aus Textilien, die seit dem Jahr 2003 in Europa verboten worden sind.
Neue Grenzwerte für PAK in Spielzeug und Co.
Spielzeug, Mousepads, Gartenhandschuhe – für Gummi- oder Kunststoffprodukte gelten seit Ende 2015 EU-weit neue Grenzwerte für krebserregende Polycyclische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK).
Gummi- oder kunststoffhaltige Erzeugnisse dürfen demnach nur noch 1 mg/kg eines der acht krebserregenden PAK enthalten. Spielzeug und Babyartikel werden noch strenger reguliert: Hier gilt ab sofort der Grenzwert von 0,5 mg/kg. Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind krebserregend, können das Erbgut verändern und haben fortpflanzungsgefährdende Eigenschaften. Sie können in der Umwelt schlecht abgebaut werden und reichern sich in Organismen an. Seit dem 27.12.2015 gelten die neuen Grenzwerte EU-weit, die Beschränkung gilt auch für Importartikel. Hersteller und Importeure müssen jetzt sicherstellen, dass die neuen Grenzwerte eingehalten werden.
Leider lassen sich Produkte mit PAK nicht einfach am Aussehen erkennen. Wenn sie aber deutlich unangenehm riechen, ist Vorsicht beim Kauf geboten, berichtet das Umwelt-Bundesamt. Verströmen Produkte einen starken, ölartigen Geruch, kann dies auf eine PAK-Belastung hinweisen. Schwarzer Gummi oder Kunststoff kann mit PAK-haltigem Industrieruß eingefärbt sein. Güte- oder Qualitätssiegel wie beispielsweise das freiwillige GS-Zeichen bieten eine gewisse Orientierung. Mit dem GS-Zeichen versehene Produkte aus Gummi oder Kunststoff dürfen je nach Verwendungszweck und Hautkontaktzeit schon länger bestimmte PAK-Gehalte nicht überschreiten.
Retsch und CEM haben in Zusammenarbeit ein Verfahren vorgestellt, um schnell und einfach die Spielzeugproben aufzuarbeiten, damit anschliessend die PAKs gemessen werden können:
Zusammenfassung Im Laufe der vergangenen Jahre hat sich die mikrowellenbeschleunigte Lösemittelextraktion MASE für Umwelttests gut durchgesetzt. Die Zulassung durch die EPA, ASTM, CPSC und auch durch europäische Institutionen bestätigen diese Technik als zuverlässige analytische Methode. Die Kombination von hohem Probendurchsatz, enormer Lösungsmittelersparnis und Benutzerfreundlichkeit machen die MASE zu einer Alternative gegenüber anderen Extraktionstechniken.
Die Autoren J. Neßler, F. Focke, M. Opel und J. Fritsche untersuchen den Vergleich der Soxhlet Extraktion mit der Mikrowellen Extraktion von Ei im Discover.
Aufgrund ihrer lipophilen Eigenschaft treten PCDD/PCDF und PCB vermehrt in tierischem Fettgewebe und in Fettbestandteilen tierischer Lebensmittel, wie z.B. Fisch, Eier und Milch auf. Demnach besteht die Möglichkeit PCDD/PCDF und PCB anhand der Fettextraktionsmethode aus der Matrix zu extrahieren. Das Ziel ist die Entwicklung einer mikrowellenunterstützten Extraktionsmethode, die im Hinblick auf die Extraktionszeit und Kosten (Energie- und Materialbedarf) Vorteile gegenüber der Soxhletextraktion besitzt. Die Ergebnisse der mikrowellenunterstützten Extraktion werden mit den Ergebnissen der Soxhlet Extraktion verglichen.
Mars 6 und Discover SP
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