Welche Methoden werden bei der Probenvorbereitung verwendet? Ein Leitfaden zu Extraktion, Aufreinigung und Konzentration

Im Kern umfasst die Probenvorbereitung eine Reihe von Prozessen, die zur Behandlung einer Probe vor ihrer Analyse eingesetzt werden. Diese Methoden dienen dazu, die interessierenden Verbindungen (Analyten) vom Rest der Probenmatrix zu isolieren, störende Substanzen zu entfernen und die Analyten auf ein für das Analyseinstrument geeignetes Niveau zu konzentrieren. Die primären Techniken lassen sich grob in Extraktion, Aufreinigung und Konzentration einteilen.

Das zentrale Ziel der Probenvorbereitung ist es, die Lücke zwischen einer komplexen „realen“ Probe und den präzisen Anforderungen eines empfindlichen Analyseinstruments zu schließen. Eine erfolgreiche Vorbereitung stellt sicher, dass die abschließende Analyse genau, zuverlässig und störungsfrei ist.

Warum die Probenvorbereitung ein entscheidender Schritt ist

Bevor wir uns mit spezifischen Methoden befassen, ist es entscheidend zu verstehen, warum dieser Schritt so wichtig ist. Ein Analyseinstrument, wie ein Chromatograph oder Spektrometer, kann nur das messen, was ihm zugeführt wird.

Entfernung von Störsubstanzen

Die Rohprobe (z. B. Blut, Boden, Lebensmittel) enthält Tausende von Verbindungen neben Ihrem Zielanalyten. Diese störenden Verbindungen können das Signal Ihres Analyten überdecken und zu ungenauen Ergebnissen führen.

Konzentration des Analyten

Oft ist der Analyt nur in Spurenmengen vorhanden, weit unterhalb der Nachweisgrenze des Instruments. Probenvorbereitungsmethoden werden verwendet, um den Analyten zu konzentrieren, sein Signal zu verstärken und den Nachweis zu ermöglichen.

Sicherstellung der Instrumentenkompatibilität

Der endgültige Probenextrakt muss in einem Lösungsmittel und Zustand vorliegen, der mit dem Instrument kompatibel ist. Zum Beispiel muss eine Probe für die Gaschromatographie flüchtig sein, und eine Probe für die Flüssigkeitschromatographie muss in einer geeigneten mobilen Phase gelöst sein.

Ein Rahmen für Probenvorbereitungsmethoden

Anstatt die Probenvorbereitung als einen einzigen Schritt zu betrachten, ist es effektiver, sie als einen Workflow mit verschiedenen Phasen zu sehen. Viele Techniken können innerhalb dieses Rahmens mehrere Zwecke erfüllen.

Phase 1: Extraktion

Extraktion ist der Prozess der Trennung des Zielanalyten von der primären Probenmatrix.

Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE) ist eine klassische Technik, bei der die Probe in einem Lösungsmittel gelöst und der Analyt in ein zweites, nicht mischbares Lösungsmittel extrahiert wird, in dem er eine höhere Löslichkeit aufweist.

Festphasenextraktion (SPE) ist eine modernere und effizientere Technik. Die Probe wird durch eine Kartusche geleitet, die ein festes Material (das Sorbens) enthält, das entweder den Analyten oder die Störsubstanzen selektiv zurückhält und so deren Trennung ermöglicht.

Festphasenmikroextraktion (SPME) ist eine lösungsmittelfreie Methode, bei der eine beschichtete Faser der Probe ausgesetzt wird. Analyten adsorbieren an der Faser und werden dann thermisch direkt in ein Instrument desorbiert, was sie ideal für flüchtige und halbflüchtige Verbindungen macht.

QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, and Safe) ist eine optimierte Methode, die in der Lebensmittel- und Agrarprüfung beliebt ist. Sie umfasst eine anfängliche Extraktion mit einem Lösungsmittel, gefolgt von einem Aufreinigungsschritt unter Verwendung verschiedener Sorbentien zur Entfernung von Störsubstanzen wie Fetten und Pigmenten.

Phase 2: Aufreinigung

Die Aufreinigung verfeinert den Extrakt aus der ersten Phase und entfernt alle mitextrahierten Störsubstanzen, die die Analyse noch beeinträchtigen könnten.

SPE wird sehr häufig zur Aufreinigung eingesetzt. Durch die Wahl der richtigen Kombination aus Sorbens und Lösungsmitteln können Sie Störsubstanzen selektiv abwaschen, während Ihr Analyt an der Kartusche gebunden bleibt, oder umgekehrt.

Phase 3: Konzentration

Diese letzte Phase bereitet den gereinigten Extrakt für die Injektion in das Instrument vor.

Verdampfung unter einem sanften Stickstoffstrom ist eine gängige Methode, um das Extraktionslösungsmittel zu entfernen. Dabei bleibt der konzentrierte Analyt zurück.

Lösungsmittelaustausch folgt der Verdampfung. Der getrocknete Analyt wird in einem kleinen, präzisen Volumen eines anderen Lösungsmittels, das besser für das Analyseinstrument geeignet ist, wieder gelöst (rekonstituiert).

Die Kompromisse verstehen

Die Wahl einer Probenvorbereitungsmethode ist nie die Suche nach der einzig „besten“ Option; es geht darum, konkurrierende Faktoren abzuwägen.

Geschwindigkeit vs. Selektivität

Einfachere, schnellere Methoden wie eine grundlegende LLE entfernen möglicherweise nicht alle Störsubstanzen. Komplexere, mehrstufige SPE-Methoden bieten eine überlegene Aufreinigung (hohe Selektivität), erfordern aber mehr Zeit und Methodenentwicklung.

Lösungsmittelverbrauch vs. Kosten

Traditionelle Methoden wie LLE verwenden oft große Mengen organischer Lösungsmittel, die kostspielig sind und Umweltbedenken aufwerfen. Moderne Techniken wie SPME sind lösungsmittelfrei, und SPE verbraucht deutlich weniger Lösungsmittel, wodurch sowohl Abfall als auch Kosten reduziert werden.

Potenzieller Analytverlust

Jeder Transfer-, Filtrations- oder Verdampfungsschritt birgt das Risiko, einen Teil Ihres Zielanalyten zu verlieren. Ein einfacherer Workflow mit weniger Schritten kann manchmal die Wiederfindung und Präzision verbessern, auch wenn der endgültige Extrakt nicht perfekt sauber ist.

Die richtige Methode für Ihre Analyse wählen

Ihre Methodenwahl sollte von Ihrem Probentyp, den Eigenschaften Ihres Analyten und Ihrem letztendlichen Analyseziel bestimmt werden.

• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Analyse einer komplexen Probe mit vielen Störsubstanzen liegt (z. B. Blutplasma, Abwasser): Eine hochselektive Methode wie die Festphasenextraktion (SPE) ist für eine effektive Aufreinigung unerlässlich.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf dem Nachweis von Spurenkontaminanten liegt (z. B. Pestizide in Lebensmitteln): Ihr Workflow muss einen signifikanten Konzentrationsschritt beinhalten, wie z. B. Lösungsmittelverdampfung und Rekonstitution.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf dem Hochdurchsatz-Screening vieler Proben liegt (z. B. Qualitätskontrolllabor): Ein optimiertes Protokoll wie QuEChERS oder die Verwendung automatisierter SPE-Systeme ist am effektivsten.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Analyse flüchtiger oder halbflüchtiger Verbindungen liegt (z. B. Aromen in Kaffee): Eine lösungsmittelfreie Technik wie die Festphasenmikroextraktion (SPME) ist ideal, um den Verlust Ihrer Zielanalyten zu verhindern.

Letztendlich ist eine gut durchdachte Probenvorbereitungsstrategie die Grundlage für jedes zuverlässige und genaue Analyseergebnis.

Zusammenfassungstabelle:

Phase	Zweck	Schlüsselmethoden
Extraktion	Analyt aus Probenmatrix isolieren	Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE), Festphasenextraktion (SPE), QuEChERS, Festphasenmikroextraktion (SPME)
Aufreinigung	Mitextrahierten Störsubstanzen entfernen	Festphasenextraktion (SPE)
Konzentration	Analyt-Signal für den Nachweis verstärken	Lösungsmittelverdampfung, Lösungsmittelaustausch

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