Přihlášení
Registrace
Nastavení
Filtrování
Filtrování
Obnova hesla
Obnova hesla
Využití moderních analytických metod SPDE a TDAS při stanovení sirných těkavých látek
St, 1.4.2020
| Originální článek z: Kvasný průmysl
K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány analytické metody dynamická mikroextrakce na pevnou fázi a automatizovaná termická desorpce.

Pixabay/uirá uirá: Využití moderních analytických metod SPDE a TDAS při stanovení sirných těkavých látek

K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány analytické metody dynamická mikroextrakce na pevnou fázi a automatizovaná termická desorpce. Pro vlastní analýzu sirných těkavých látek byla použita plynová chromatografie ve spojení s plamenofotometrickým detektorem. Byly sledovány těkavé sirné látky dimethylsulfid, dimethyldisulfid, dimethyltrisulfid, sirouhlík, ethylsulfid, diethyldisulfid, methionol, 3-methylthiofen, ethylthioacetát, 2-methyl-1-buthanthiol.

1 ÚVOD

V poslední době je celosvětově a rovněž v České republice věnována zvýšená pozornost senzoricky aktivním látkám ovlivňujícím kvalitu piva. Na senzorickém charakteru i analytickém složení piva se spolupodílí kvalita pivovarských surovin, technologie výroby sladiny a mladiny i technologie kvašení a zrání piva. Mezi senzoricky aktivními látkami ovlivňujícími kvalitu piva hrají významnou úlohu heterocyklické a sirné sloučeniny, z nichž některé se vyznačují vysokou senzorickou aktivitou i v extrémně nízkých koncentracích. Stopová množství těchto sloučenin, které lze běžně nalézt v potravinách, se spolupodílejí na vytváření jejich aroma a tento vliv lze obecně hodnotit jako příznivý. U sladu, resp. u piva to však platí jen ve velmi omezené míře a přítomnost heterocyklických a sirných látek se v tomto směru hodnotí spíše nepříznivě.

Přímá analýza sirných senzoricky aktivních látek je možná jen zřídka, protože se nacházejí v analyzovaných matricích (slad, pivo) ve velmi nízkých koncentracích (μg.kg⁻¹,l⁻¹ – ng.kg⁻¹,l⁻¹). Před vlastní analýzou je třeba analyty extrahovat z matrice a zakoncentrovat. Výběr vhodné metody přípravy vzorku pak výrazně ovlivňuje rychlost, spolehlivost a přesnost analýzy (1). Pro zakoncentrování těkavých látek se používá destilace s vodní párou, headspace metody (extrakce plynem) a mikroextrakce tuhou fází (SPME) (2,3). Mikroextrakce tuhou fází je bezrozpouštědlová metoda přípravy vzorku. Metoda nevyžaduje složitou instrumentaci a je založena na sorpci analytu malým množstvím extrakční fáze na povrchu křemenného vlákna. Analyty se sorbují do dosažení rovnovážného stavu. Množství extrahovaného analytu závisí na hodnotě rozdělovacího koeficientu analyt – vlákno (3). Existuje několik typů vláken vhodných pro extrakci těkavých látek. Afinita vlákna vůči analytu závisí na polaritě stacionární fáze a na vlastnostech daného analytu. K separaci sirných těkavých látek bývá nejčastěji využívána plynová chromatografie ve spojení se selektivními detektory. Selektivní detektory jsou obzvláště výhodné při analýzách rozmanitých sirných látek ve složitých matricích. Tyto detektory mohou redukovat časově náročné čištění vzorků, které může být příčinou znečištění vzorků dalšími kontaminanty, nebo dokonce ztráty stanovovaných analytů (4). Stále nejvíce používaným detektorem pro analýzu sirných látek je plamenový fotometrický detektor (FPD). K separaci těkavých sirných látek metodou plynové chromatografie se používají kolony s polární stacionární fází polyethylenglykolu nebo s mírně polární fází 5 % – phenyl-95 % – dimethylpolysiloxanu (2,5,6).

K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány analytické metody dynamická mikroextrakce na pevnou fázi a automatizovaná termická desorpce.

2 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST

Chemikálie

Dimethyl sulfid (Sigma Aldrich, USA), dimethyl disulfid (Sigma Aldrich, USA), dimethyl trisulfid (Sigma Aldrich, USA), sirouhlík (Sigma Aldrich, USA), ethyl sulfid (Sigma Aldrich, USA), diethyl disulfid (Sigma Aldrich, USA), methionol (Sigma Aldrich, USA), 3-methylthiofen (Sigma Aldrich, USA), ethyl thioacetát (Sigma Aldrich, USA), 2-methyl-1-buthanthiol (Sigma Aldrich, USA), etanol p.a. (ML Chemica, ČR), deionizovaná voda.

Chromatografická kolona

Křemenná kapilární kolona GS-GasPro (60 m x 0,32 i.d., vázaná stacionární fáze silica plot vhodná i pro GC-MS) (J&W Scientific, Labicom Česká republika).

SPDE jehly

Polydimethylsiloxan/activ charcoal (PDMS/AU) 50 μm, délka jehly 56 mm (Chromtech, Německo)

Polydemethylsiloxan (PDMS) 50 μm, délka jehly 56 mm (Chromtech, Německo).

TDAS sorbenty

Tenax TA 60/80 (Labicom, Česká republika).

Carbotrap 20/40 (Labicom, Česká republika).

Technické plyny

Helium – čistota 5.5 (Siad, Česká republika), dusík – čistota 5.0 (Siad, Česká republika), vodík – čistota 4.5 (Siad, Česká republika), vzduch – čistota 5.0 (Siad, Česká republika), technický dusík – čistota 4.0 (Siad, Česká republika), dusík (dynamická head-space) – čistota 5.5 (Siad, Česká republika).

Instrumentální vybavení

Plynový chromatograf Finnigan Trace GC Ultra (Thermo Corporation, USA) s hmotnostním detektorem Finnigan DSQ (Thermo Corporation, USA)

Plynový chromatograf Trace GC Ultra s plamenofotometrickým detektorem (FPD) selektivním pro síru (Thermo Corporation, USA)

Autosampler CombiPall vybavený automatickou SPME, SPDE a TDAS (CTC Analytics AG, Švýcarsko).

Ostatní laboratorní vybavení

Termobox Evaterm (Labicom, Česká republika), zařízení pro dynamickou head-space (Labicom, Česká republika), analytická váha TB 215-D (Denver, Německo).

Ke stanovení sirných těkavých látek byly porovnávány metody automatizované SPDE (dynamická mikroextrakce na pevnou fázi) a TDAS (automatizovaná termická desorpce). Porovnání bylo prováděno na vzorku směsného standardu, který obsahoval dimethylsulfid (DMS), dimethyldisulfid (DMDS), dimethyltrisulfid (DMTS), sirouhlík (CS2), ethanthiol (EtSH), diethyldisulfid (DEDS), methionol, 3-methylthiofen (3MTP), ethylthioacetát (EtSAc) a 2-methyl-1-buthanthiol (2MBT). Podle ploch píků sledovaných analytů byly nalezeny vhodné podmínky pro jejich stanovení.

Byl připraven směsný standard sirných látek ředěním sledovaných analytů v 5 % roztoku ethanolu tak, aby výsledná koncentrace v 10 ml ethanolového roztoku byla pro jednotlivé analyty následující: dimethylsulfid 0,25 μg.l⁻¹, dimethyldisulfid 0,1μg.l⁻¹, dimethyltrisulfid 0,05 μg.l⁻¹, sirouhlík 0,1 μg.l⁻¹, ethanthiol 0,3 μg.l⁻¹, diethyldisulfid 0,4 μg.l⁻¹, methionol 5,0 μg.l⁻¹, 3-methylthiofen 0,1 μg.l⁻¹, ethylthioacetát 0,05 μg.l⁻¹ a 2-methyl-1-buthanthiol 0,3 μg.l⁻¹.

Takto připravený roztok byl použit pro porovnání výtěžností různých metod extrakce.

Stanovení sirných těkavých látek automatizovanou metodou SPDE

SPDE je novější a modernější uspořádání SPME. Jedná se o dynamickou extrakci kapalných nebo plynných vzorků. Princip metody SPDE je obdobný jako SPME s tím rozdílem, že sorbent je nanesen na vnitřní povrch jehly připojené k plynotěsné stříkačce (obr.1). Opakovaným nabíráním plynné (HS – SPDE) nebo kapalné fáze (DI – SPDE) vzorku dochází k zakoncentrování stanovovaných analytů uvnitř jehly.

Obr. 1 Schéma jehly pro SPDE extrakci (7)

Do 20 ml vialky na head-space bylo převedeno 10 ml roztoku směsného standardu. Vialka byla hermeticky uzavřena a vložena do automatického dávkovače CombiPal (CTC). Byly testovány 2 SPDE jehly: polydimethylsiloxan/activ charcoal (PDMS/AU) 50 μm, délka jehly 56 mm a polydimethylsiloxan (PDMS) 50 μm, délka jehly 56 mm. Inkubační doba vzorku při 50 °C byla 30 min, teplota jehly byla nastavena na 35 °C, počet extrakčních cyklů byl 15. Desorpční objem plynu He byl 500 μl. Jedná se o objem plynu (He), který při desorpci projde z plynotěsné stříkačky přes jehlu s nasorbovanými analyty do PTV injektoru. Rychlost plynu při desorpci byla 50 μl.s⁻¹, celková doba desorpce v PTV injektoru byla 3 min při 250 °C a hloubka vnoření jehly do injektoru 4,5 cm.

Po desorpci byly sirné látky separovány na kapilární koloně GS Gaspro. Kondicionace jehly (vypálení) po skončení desorpce byla nastavena na 5 min při 250 °C.

Stanovení sirných těkavých látek metodou TDAS

Pro extrakci a zakoncentrování byla testována a optimalizována dynamická head-space metoda (obr. 2) s automatizovanou termickou desorpcí.

Obr. 2 Zařízení pro dynamickou head-space

10 ml směsného standardu v 5 % ethanolovém roztoku bylo ve stripovací nádobce probubláváno inertním plynem dusíkem. Doba stripování byla 30 min při 50 °C, rychlost dusíku byla 10 ml.min⁻¹. Před stripováním byl vzorek kondicionován 10 min při 50 °C.

Těkavé analyty se sorbovaly na sorbentu v termodesorpční trubici. Po skončení doby sorpce byla sorpční trubička umístěna v modulu pro plně automatickou tepelnou desorpci vzorků dávkovače CombiPal (TDAS). Sledované analyty byly následně z desorpční trubice dopravovány na chromatografickou kolonu pouze přes jehlu, kterou lze snadno tepelně vyčistit a tím zamezit nežádoucí kontaminaci následujících vzorků. Teplota desorpce byla 250 °C po dobu 5 min, rychlost desorpčního plynu He byla 1,5 ml.min⁻¹.

Systém TDAS nepoužívá žádnou „transferline“ a je plně automatizován. Termodesorpční trubička byla naplněna 100 mg Tenaxu TA nebo 100 mg Carbotrapu.

Po desorpci byly sirné látky separovány na kapilární koloně GS GasPro.

Instrumentace a chromatografické stanovení

Vlastní stanovení sirných těkavých látek u automatizovaných SPDE a TDAS metod bylo prováděno na plynovém chromatografu Trace Ultra s FPD detektorem. K separaci byla použita kapilární kolona GSGaspro (60 m x 0,32 mm) s následujícím teplotním programem: počáteční teplota 40 °C po dobu 1 min, nárůst teploty 4 °C·min⁻¹ do 240 °C, doba setrvání 15 min. Konstantní průtok nosného plynu He 1.5 ml·min⁻¹. Teplota FPD detektoru 180 °C, průtok vzduchu 105 ml.min⁻¹, průtok vodíku 90 ml.min–1, průtok dusíku (make-up) 20 ml.min⁻¹.

U HS-SPDE techniky byl PTV injektor nastaven na 250 °C, režim splitless uzavřen po dobu 5 min. Pro TDAS byl PTV injektor nastaven na teplotu 40 °C, režim splitless uzavřen 5 min. Po této době byl injektor vyhřát ze 40 °C na 240 °C (doba prodlevy 10 min), rychlost ohřevu 15 °C.min⁻¹.

Identifikace analyzovaných těkavých látek byla provedena na základě porovnání retenčních časů se standardem, kvantifikace byla provedena pomocí kalibrační křivky.

3 VÝSLEDKY A DISKUZE

U automatizované metody SPDE byly za stejných experimentálních podmínek porovnávány dvě jehly s různou stacionární fází. Jehla se stacionární fází PDMS (polydimethylsiloxan) a jehla s kombinovanou stacionární fází PDMS/AU (polydimethylsiloxan a aktivní uhlí). Na jehlu s kombinovanou stacionární fází se nasorbovaly všechny sledované analyty a výtěžnost sorpce byla velmi dobrá (obr. 3).

Obr. 3 Porovnání jehel PDMS a PDMS/AU

Při optimalizaci automatizované metody TDAS byly testovány dva typy sorbentů – Tenax TA a Carbotrap. Oba sorbenty se používají pro analýzy těkavých látek. Vhodnější pro analýzy sirných těkavých látek byl Tenax TA (obr. 4). Na sorbentu Tenax TA se zakoncentrovalo všech 10 sledovaných sirných látek: dimethylsulfid (DMS), dimethyldisulfid (DMDS), dimethyltrisulfid (DMTS), sirouhlík (CS2), ethanthiol (EtSH), diethyldisulfid (DEDS), methionol, 3-methylthiofen (3MTP), ethylthioacetát (EtSAc) a 2-methyl-1-buthanthiol (2MBT), zatímco na sorbentu Carbotrap pouze 5 analytů (3MTP, DMDS, DEDS, EtAc, EtSH).

Obr. 4 Porovnání sorbentů Tenax TA a Carbotrap

4 ZÁVĚR

SPDE (dynamická mikroextrakce na pevnou fázi) a TDAS (automatizovaná termická desorpce). Pro vlastní analýzu sirných těkavých látek byla použita plynová chromatografie ve spojení s plamenofotometrickým detektorem. Byly sledovány tyto těkavé sirné látky: dimethylsulfid, dimethyldisulfid, dimethyltrisulfid, sirouhlík, ethylsulfid, diethyldisulfid, methionol, 3-methylthiofen, ethylthioacetát, 2-methyl-1-buthanthiol.

Pro metodu HS-SPDE byly testovány dva typy jehel s různými stacionárními fázemi (PDMS a kombinovaná stacionární fáze PDMS/aktivní uhlí). I když obě stacionární fáze jsou vhodné pro stanovení těkavých látek, měla větší výtěžnost pro stanovované analyty kombinovaná stacionární fáze PDMS/AU. U dynamické head-space metody byly testovány dva typy sorbentů – Tenax TA a Carbotrap. Vhodnější byl sorbent Tenax TA (4). Jako nejvhodnější metoda pro stanovení sirných těkavých látek se na základě dosažených výsledků jeví metoda dynamické head-space ve spojení TDAS se sorbentem Tenax TA. Metoda SPDE má velmi dobrou výtěžnost pro sledované sirné látky, ale musí být ovládána autosamplerem. Tento způsob extrakce není možno provádět ručně, protože by se při ruční manipulaci nedosáhlo potřebné opakovatelnosti. V každém případě je tato metoda robustnější než metoda SPME.

Kvasný průmysl
 

Mohlo by Vás zajímat

Indoor Air Monitoring of Volatile Organic Compounds by Thermal Desorption - GCMS

Aplikace
| 2020 | Shimadzu
Instrumentace
GC/MSD, Termální desorpce, GC/SQ
Výrobce
Shimadzu
Zaměření
Životní prostředí

Acrylamide (Potato Chip Extract) - Stabilwax

Aplikace
| N/A | Restek
Instrumentace
GC, GC kolony, Spotřební materiál
Výrobce
Restek
Zaměření
Potraviny a zemědělství

GC Troubleshooting Series Part One: Ghost Peaks

Technické články
| 2009 | Agilent Technologies
Instrumentace
GC
Výrobce
Agilent Technologies
Zaměření
---
 

Podobné články

Vědecký článek | Potraviny

Extrakce na míchací tyčince – nová možnost při analýze některých senzoricky a aktivních látek v pivu

Tato práce se zabývá využitím SBSE při stanovení některých senzoricky aktivních látek v pivu. Použita byla tyčinka (10 x 1,3 mm) pokrytá polydimethylsiloxanem od firmy Gerstel, komerčně nazývaná Twister.
Vědecký článek | Potraviny

Stanovení obsahu trans-2-nonenalu v zrnu ječmene, sladu a pivu

Cílem této práce byla optimalizace a zavedení automatizované metody SPME-GC pro stanovení obsahu trans-2-nonenalu v pivu a pivovarských surovinách. Identifikace byla provedena metodou HS-SPME-GC-MS.
Vědecký článek | Potraviny

Optimalizace stanovení obsahu dimethylsulfidu v mladině a pivu

Ke stanovení obsahu DMS v mladině a pivu byla optimalizována a validována metoda statické headspace ve spojení s plynovou chromatografií s plamenovým fotometrickým detektorem (HS-GC-FPD).
Vědecký článek | Potraviny

Stanovení methioninu ve sladu

Těkavé sirné látky mají nezanedbatelnou roli v senzorické jakosti piva. Byla optimalizována metoda stanovení methioninu ve sladu pomocí plynové chromatografie se selektivním plamenofotometrickým detektorem.
Využití moderních analytických metod SPDE a TDAS při stanovení sirných těkavých látek
St, 1.4.2020
| Originální článek z: Kvasný průmysl
K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány analytické metody dynamická mikroextrakce na pevnou fázi a automatizovaná termická desorpce.

Pixabay/uirá uirá: Využití moderních analytických metod SPDE a TDAS při stanovení sirných těkavých látek

K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány analytické metody dynamická mikroextrakce na pevnou fázi a automatizovaná termická desorpce. Pro vlastní analýzu sirných těkavých látek byla použita plynová chromatografie ve spojení s plamenofotometrickým detektorem. Byly sledovány těkavé sirné látky dimethylsulfid, dimethyldisulfid, dimethyltrisulfid, sirouhlík, ethylsulfid, diethyldisulfid, methionol, 3-methylthiofen, ethylthioacetát, 2-methyl-1-buthanthiol.

1 ÚVOD

V poslední době je celosvětově a rovněž v České republice věnována zvýšená pozornost senzoricky aktivním látkám ovlivňujícím kvalitu piva. Na senzorickém charakteru i analytickém složení piva se spolupodílí kvalita pivovarských surovin, technologie výroby sladiny a mladiny i technologie kvašení a zrání piva. Mezi senzoricky aktivními látkami ovlivňujícími kvalitu piva hrají významnou úlohu heterocyklické a sirné sloučeniny, z nichž některé se vyznačují vysokou senzorickou aktivitou i v extrémně nízkých koncentracích. Stopová množství těchto sloučenin, které lze běžně nalézt v potravinách, se spolupodílejí na vytváření jejich aroma a tento vliv lze obecně hodnotit jako příznivý. U sladu, resp. u piva to však platí jen ve velmi omezené míře a přítomnost heterocyklických a sirných látek se v tomto směru hodnotí spíše nepříznivě.

Přímá analýza sirných senzoricky aktivních látek je možná jen zřídka, protože se nacházejí v analyzovaných matricích (slad, pivo) ve velmi nízkých koncentracích (μg.kg⁻¹,l⁻¹ – ng.kg⁻¹,l⁻¹). Před vlastní analýzou je třeba analyty extrahovat z matrice a zakoncentrovat. Výběr vhodné metody přípravy vzorku pak výrazně ovlivňuje rychlost, spolehlivost a přesnost analýzy (1). Pro zakoncentrování těkavých látek se používá destilace s vodní párou, headspace metody (extrakce plynem) a mikroextrakce tuhou fází (SPME) (2,3). Mikroextrakce tuhou fází je bezrozpouštědlová metoda přípravy vzorku. Metoda nevyžaduje složitou instrumentaci a je založena na sorpci analytu malým množstvím extrakční fáze na povrchu křemenného vlákna. Analyty se sorbují do dosažení rovnovážného stavu. Množství extrahovaného analytu závisí na hodnotě rozdělovacího koeficientu analyt – vlákno (3). Existuje několik typů vláken vhodných pro extrakci těkavých látek. Afinita vlákna vůči analytu závisí na polaritě stacionární fáze a na vlastnostech daného analytu. K separaci sirných těkavých látek bývá nejčastěji využívána plynová chromatografie ve spojení se selektivními detektory. Selektivní detektory jsou obzvláště výhodné při analýzách rozmanitých sirných látek ve složitých matricích. Tyto detektory mohou redukovat časově náročné čištění vzorků, které může být příčinou znečištění vzorků dalšími kontaminanty, nebo dokonce ztráty stanovovaných analytů (4). Stále nejvíce používaným detektorem pro analýzu sirných látek je plamenový fotometrický detektor (FPD). K separaci těkavých sirných látek metodou plynové chromatografie se používají kolony s polární stacionární fází polyethylenglykolu nebo s mírně polární fází 5 % – phenyl-95 % – dimethylpolysiloxanu (2,5,6).

K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány analytické metody dynamická mikroextrakce na pevnou fázi a automatizovaná termická desorpce.

2 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST

Chemikálie

Dimethyl sulfid (Sigma Aldrich, USA), dimethyl disulfid (Sigma Aldrich, USA), dimethyl trisulfid (Sigma Aldrich, USA), sirouhlík (Sigma Aldrich, USA), ethyl sulfid (Sigma Aldrich, USA), diethyl disulfid (Sigma Aldrich, USA), methionol (Sigma Aldrich, USA), 3-methylthiofen (Sigma Aldrich, USA), ethyl thioacetát (Sigma Aldrich, USA), 2-methyl-1-buthanthiol (Sigma Aldrich, USA), etanol p.a. (ML Chemica, ČR), deionizovaná voda.

Chromatografická kolona

Křemenná kapilární kolona GS-GasPro (60 m x 0,32 i.d., vázaná stacionární fáze silica plot vhodná i pro GC-MS) (J&W Scientific, Labicom Česká republika).

SPDE jehly

Polydimethylsiloxan/activ charcoal (PDMS/AU) 50 μm, délka jehly 56 mm (Chromtech, Německo)

Polydemethylsiloxan (PDMS) 50 μm, délka jehly 56 mm (Chromtech, Německo).

TDAS sorbenty

Tenax TA 60/80 (Labicom, Česká republika).

Carbotrap 20/40 (Labicom, Česká republika).

Technické plyny

Helium – čistota 5.5 (Siad, Česká republika), dusík – čistota 5.0 (Siad, Česká republika), vodík – čistota 4.5 (Siad, Česká republika), vzduch – čistota 5.0 (Siad, Česká republika), technický dusík – čistota 4.0 (Siad, Česká republika), dusík (dynamická head-space) – čistota 5.5 (Siad, Česká republika).

Instrumentální vybavení

Plynový chromatograf Finnigan Trace GC Ultra (Thermo Corporation, USA) s hmotnostním detektorem Finnigan DSQ (Thermo Corporation, USA)

Plynový chromatograf Trace GC Ultra s plamenofotometrickým detektorem (FPD) selektivním pro síru (Thermo Corporation, USA)

Autosampler CombiPall vybavený automatickou SPME, SPDE a TDAS (CTC Analytics AG, Švýcarsko).

Ostatní laboratorní vybavení

Termobox Evaterm (Labicom, Česká republika), zařízení pro dynamickou head-space (Labicom, Česká republika), analytická váha TB 215-D (Denver, Německo).

Ke stanovení sirných těkavých látek byly porovnávány metody automatizované SPDE (dynamická mikroextrakce na pevnou fázi) a TDAS (automatizovaná termická desorpce). Porovnání bylo prováděno na vzorku směsného standardu, který obsahoval dimethylsulfid (DMS), dimethyldisulfid (DMDS), dimethyltrisulfid (DMTS), sirouhlík (CS2), ethanthiol (EtSH), diethyldisulfid (DEDS), methionol, 3-methylthiofen (3MTP), ethylthioacetát (EtSAc) a 2-methyl-1-buthanthiol (2MBT). Podle ploch píků sledovaných analytů byly nalezeny vhodné podmínky pro jejich stanovení.

Byl připraven směsný standard sirných látek ředěním sledovaných analytů v 5 % roztoku ethanolu tak, aby výsledná koncentrace v 10 ml ethanolového roztoku byla pro jednotlivé analyty následující: dimethylsulfid 0,25 μg.l⁻¹, dimethyldisulfid 0,1μg.l⁻¹, dimethyltrisulfid 0,05 μg.l⁻¹, sirouhlík 0,1 μg.l⁻¹, ethanthiol 0,3 μg.l⁻¹, diethyldisulfid 0,4 μg.l⁻¹, methionol 5,0 μg.l⁻¹, 3-methylthiofen 0,1 μg.l⁻¹, ethylthioacetát 0,05 μg.l⁻¹ a 2-methyl-1-buthanthiol 0,3 μg.l⁻¹.

Takto připravený roztok byl použit pro porovnání výtěžností různých metod extrakce.

Stanovení sirných těkavých látek automatizovanou metodou SPDE

SPDE je novější a modernější uspořádání SPME. Jedná se o dynamickou extrakci kapalných nebo plynných vzorků. Princip metody SPDE je obdobný jako SPME s tím rozdílem, že sorbent je nanesen na vnitřní povrch jehly připojené k plynotěsné stříkačce (obr.1). Opakovaným nabíráním plynné (HS – SPDE) nebo kapalné fáze (DI – SPDE) vzorku dochází k zakoncentrování stanovovaných analytů uvnitř jehly.

Obr. 1 Schéma jehly pro SPDE extrakci (7)

Do 20 ml vialky na head-space bylo převedeno 10 ml roztoku směsného standardu. Vialka byla hermeticky uzavřena a vložena do automatického dávkovače CombiPal (CTC). Byly testovány 2 SPDE jehly: polydimethylsiloxan/activ charcoal (PDMS/AU) 50 μm, délka jehly 56 mm a polydimethylsiloxan (PDMS) 50 μm, délka jehly 56 mm. Inkubační doba vzorku při 50 °C byla 30 min, teplota jehly byla nastavena na 35 °C, počet extrakčních cyklů byl 15. Desorpční objem plynu He byl 500 μl. Jedná se o objem plynu (He), který při desorpci projde z plynotěsné stříkačky přes jehlu s nasorbovanými analyty do PTV injektoru. Rychlost plynu při desorpci byla 50 μl.s⁻¹, celková doba desorpce v PTV injektoru byla 3 min při 250 °C a hloubka vnoření jehly do injektoru 4,5 cm.

Po desorpci byly sirné látky separovány na kapilární koloně GS Gaspro. Kondicionace jehly (vypálení) po skončení desorpce byla nastavena na 5 min při 250 °C.

Stanovení sirných těkavých látek metodou TDAS

Pro extrakci a zakoncentrování byla testována a optimalizována dynamická head-space metoda (obr. 2) s automatizovanou termickou desorpcí.

Obr. 2 Zařízení pro dynamickou head-space

10 ml směsného standardu v 5 % ethanolovém roztoku bylo ve stripovací nádobce probubláváno inertním plynem dusíkem. Doba stripování byla 30 min při 50 °C, rychlost dusíku byla 10 ml.min⁻¹. Před stripováním byl vzorek kondicionován 10 min při 50 °C.

Těkavé analyty se sorbovaly na sorbentu v termodesorpční trubici. Po skončení doby sorpce byla sorpční trubička umístěna v modulu pro plně automatickou tepelnou desorpci vzorků dávkovače CombiPal (TDAS). Sledované analyty byly následně z desorpční trubice dopravovány na chromatografickou kolonu pouze přes jehlu, kterou lze snadno tepelně vyčistit a tím zamezit nežádoucí kontaminaci následujících vzorků. Teplota desorpce byla 250 °C po dobu 5 min, rychlost desorpčního plynu He byla 1,5 ml.min⁻¹.

Systém TDAS nepoužívá žádnou „transferline“ a je plně automatizován. Termodesorpční trubička byla naplněna 100 mg Tenaxu TA nebo 100 mg Carbotrapu.

Po desorpci byly sirné látky separovány na kapilární koloně GS GasPro.

Instrumentace a chromatografické stanovení

Vlastní stanovení sirných těkavých látek u automatizovaných SPDE a TDAS metod bylo prováděno na plynovém chromatografu Trace Ultra s FPD detektorem. K separaci byla použita kapilární kolona GSGaspro (60 m x 0,32 mm) s následujícím teplotním programem: počáteční teplota 40 °C po dobu 1 min, nárůst teploty 4 °C·min⁻¹ do 240 °C, doba setrvání 15 min. Konstantní průtok nosného plynu He 1.5 ml·min⁻¹. Teplota FPD detektoru 180 °C, průtok vzduchu 105 ml.min⁻¹, průtok vodíku 90 ml.min–1, průtok dusíku (make-up) 20 ml.min⁻¹.

U HS-SPDE techniky byl PTV injektor nastaven na 250 °C, režim splitless uzavřen po dobu 5 min. Pro TDAS byl PTV injektor nastaven na teplotu 40 °C, režim splitless uzavřen 5 min. Po této době byl injektor vyhřát ze 40 °C na 240 °C (doba prodlevy 10 min), rychlost ohřevu 15 °C.min⁻¹.

Identifikace analyzovaných těkavých látek byla provedena na základě porovnání retenčních časů se standardem, kvantifikace byla provedena pomocí kalibrační křivky.

3 VÝSLEDKY A DISKUZE

U automatizované metody SPDE byly za stejných experimentálních podmínek porovnávány dvě jehly s různou stacionární fází. Jehla se stacionární fází PDMS (polydimethylsiloxan) a jehla s kombinovanou stacionární fází PDMS/AU (polydimethylsiloxan a aktivní uhlí). Na jehlu s kombinovanou stacionární fází se nasorbovaly všechny sledované analyty a výtěžnost sorpce byla velmi dobrá (obr. 3).

Obr. 3 Porovnání jehel PDMS a PDMS/AU

Při optimalizaci automatizované metody TDAS byly testovány dva typy sorbentů – Tenax TA a Carbotrap. Oba sorbenty se používají pro analýzy těkavých látek. Vhodnější pro analýzy sirných těkavých látek byl Tenax TA (obr. 4). Na sorbentu Tenax TA se zakoncentrovalo všech 10 sledovaných sirných látek: dimethylsulfid (DMS), dimethyldisulfid (DMDS), dimethyltrisulfid (DMTS), sirouhlík (CS2), ethanthiol (EtSH), diethyldisulfid (DEDS), methionol, 3-methylthiofen (3MTP), ethylthioacetát (EtSAc) a 2-methyl-1-buthanthiol (2MBT), zatímco na sorbentu Carbotrap pouze 5 analytů (3MTP, DMDS, DEDS, EtAc, EtSH).

Obr. 4 Porovnání sorbentů Tenax TA a Carbotrap

4 ZÁVĚR

SPDE (dynamická mikroextrakce na pevnou fázi) a TDAS (automatizovaná termická desorpce). Pro vlastní analýzu sirných těkavých látek byla použita plynová chromatografie ve spojení s plamenofotometrickým detektorem. Byly sledovány tyto těkavé sirné látky: dimethylsulfid, dimethyldisulfid, dimethyltrisulfid, sirouhlík, ethylsulfid, diethyldisulfid, methionol, 3-methylthiofen, ethylthioacetát, 2-methyl-1-buthanthiol.

Pro metodu HS-SPDE byly testovány dva typy jehel s různými stacionárními fázemi (PDMS a kombinovaná stacionární fáze PDMS/aktivní uhlí). I když obě stacionární fáze jsou vhodné pro stanovení těkavých látek, měla větší výtěžnost pro stanovované analyty kombinovaná stacionární fáze PDMS/AU. U dynamické head-space metody byly testovány dva typy sorbentů – Tenax TA a Carbotrap. Vhodnější byl sorbent Tenax TA (4). Jako nejvhodnější metoda pro stanovení sirných těkavých látek se na základě dosažených výsledků jeví metoda dynamické head-space ve spojení TDAS se sorbentem Tenax TA. Metoda SPDE má velmi dobrou výtěžnost pro sledované sirné látky, ale musí být ovládána autosamplerem. Tento způsob extrakce není možno provádět ručně, protože by se při ruční manipulaci nedosáhlo potřebné opakovatelnosti. V každém případě je tato metoda robustnější než metoda SPME.

Kvasný průmysl
 

Mohlo by Vás zajímat

Indoor Air Monitoring of Volatile Organic Compounds by Thermal Desorption - GCMS

Aplikace
| 2020 | Shimadzu
Instrumentace
GC/MSD, Termální desorpce, GC/SQ
Výrobce
Shimadzu
Zaměření
Životní prostředí

Acrylamide (Potato Chip Extract) - Stabilwax

Aplikace
| N/A | Restek
Instrumentace
GC, GC kolony, Spotřební materiál
Výrobce
Restek
Zaměření
Potraviny a zemědělství

GC Troubleshooting Series Part One: Ghost Peaks

Technické články
| 2009 | Agilent Technologies
Instrumentace
GC
Výrobce
Agilent Technologies
Zaměření
---
 

Podobné články

Vědecký článek | Potraviny

Extrakce na míchací tyčince – nová možnost při analýze některých senzoricky a aktivních látek v pivu

Tato práce se zabývá využitím SBSE při stanovení některých senzoricky aktivních látek v pivu. Použita byla tyčinka (10 x 1,3 mm) pokrytá polydimethylsiloxanem od firmy Gerstel, komerčně nazývaná Twister.
Vědecký článek | Potraviny

Stanovení obsahu trans-2-nonenalu v zrnu ječmene, sladu a pivu

Cílem této práce byla optimalizace a zavedení automatizované metody SPME-GC pro stanovení obsahu trans-2-nonenalu v pivu a pivovarských surovinách. Identifikace byla provedena metodou HS-SPME-GC-MS.
Vědecký článek | Potraviny

Optimalizace stanovení obsahu dimethylsulfidu v mladině a pivu

Ke stanovení obsahu DMS v mladině a pivu byla optimalizována a validována metoda statické headspace ve spojení s plynovou chromatografií s plamenovým fotometrickým detektorem (HS-GC-FPD).
Vědecký článek | Potraviny

Stanovení methioninu ve sladu

Těkavé sirné látky mají nezanedbatelnou roli v senzorické jakosti piva. Byla optimalizována metoda stanovení methioninu ve sladu pomocí plynové chromatografie se selektivním plamenofotometrickým detektorem.
Využití moderních analytických metod SPDE a TDAS při stanovení sirných těkavých látek
St, 1.4.2020
| Originální článek z: Kvasný průmysl
K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány analytické metody dynamická mikroextrakce na pevnou fázi a automatizovaná termická desorpce.

Pixabay/uirá uirá: Využití moderních analytických metod SPDE a TDAS při stanovení sirných těkavých látek

K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány analytické metody dynamická mikroextrakce na pevnou fázi a automatizovaná termická desorpce. Pro vlastní analýzu sirných těkavých látek byla použita plynová chromatografie ve spojení s plamenofotometrickým detektorem. Byly sledovány těkavé sirné látky dimethylsulfid, dimethyldisulfid, dimethyltrisulfid, sirouhlík, ethylsulfid, diethyldisulfid, methionol, 3-methylthiofen, ethylthioacetát, 2-methyl-1-buthanthiol.

1 ÚVOD

V poslední době je celosvětově a rovněž v České republice věnována zvýšená pozornost senzoricky aktivním látkám ovlivňujícím kvalitu piva. Na senzorickém charakteru i analytickém složení piva se spolupodílí kvalita pivovarských surovin, technologie výroby sladiny a mladiny i technologie kvašení a zrání piva. Mezi senzoricky aktivními látkami ovlivňujícími kvalitu piva hrají významnou úlohu heterocyklické a sirné sloučeniny, z nichž některé se vyznačují vysokou senzorickou aktivitou i v extrémně nízkých koncentracích. Stopová množství těchto sloučenin, které lze běžně nalézt v potravinách, se spolupodílejí na vytváření jejich aroma a tento vliv lze obecně hodnotit jako příznivý. U sladu, resp. u piva to však platí jen ve velmi omezené míře a přítomnost heterocyklických a sirných látek se v tomto směru hodnotí spíše nepříznivě.

Přímá analýza sirných senzoricky aktivních látek je možná jen zřídka, protože se nacházejí v analyzovaných matricích (slad, pivo) ve velmi nízkých koncentracích (μg.kg⁻¹,l⁻¹ – ng.kg⁻¹,l⁻¹). Před vlastní analýzou je třeba analyty extrahovat z matrice a zakoncentrovat. Výběr vhodné metody přípravy vzorku pak výrazně ovlivňuje rychlost, spolehlivost a přesnost analýzy (1). Pro zakoncentrování těkavých látek se používá destilace s vodní párou, headspace metody (extrakce plynem) a mikroextrakce tuhou fází (SPME) (2,3). Mikroextrakce tuhou fází je bezrozpouštědlová metoda přípravy vzorku. Metoda nevyžaduje složitou instrumentaci a je založena na sorpci analytu malým množstvím extrakční fáze na povrchu křemenného vlákna. Analyty se sorbují do dosažení rovnovážného stavu. Množství extrahovaného analytu závisí na hodnotě rozdělovacího koeficientu analyt – vlákno (3). Existuje několik typů vláken vhodných pro extrakci těkavých látek. Afinita vlákna vůči analytu závisí na polaritě stacionární fáze a na vlastnostech daného analytu. K separaci sirných těkavých látek bývá nejčastěji využívána plynová chromatografie ve spojení se selektivními detektory. Selektivní detektory jsou obzvláště výhodné při analýzách rozmanitých sirných látek ve složitých matricích. Tyto detektory mohou redukovat časově náročné čištění vzorků, které může být příčinou znečištění vzorků dalšími kontaminanty, nebo dokonce ztráty stanovovaných analytů (4). Stále nejvíce používaným detektorem pro analýzu sirných látek je plamenový fotometrický detektor (FPD). K separaci těkavých sirných látek metodou plynové chromatografie se používají kolony s polární stacionární fází polyethylenglykolu nebo s mírně polární fází 5 % – phenyl-95 % – dimethylpolysiloxanu (2,5,6).

K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány analytické metody dynamická mikroextrakce na pevnou fázi a automatizovaná termická desorpce.

2 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST

Chemikálie

Dimethyl sulfid (Sigma Aldrich, USA), dimethyl disulfid (Sigma Aldrich, USA), dimethyl trisulfid (Sigma Aldrich, USA), sirouhlík (Sigma Aldrich, USA), ethyl sulfid (Sigma Aldrich, USA), diethyl disulfid (Sigma Aldrich, USA), methionol (Sigma Aldrich, USA), 3-methylthiofen (Sigma Aldrich, USA), ethyl thioacetát (Sigma Aldrich, USA), 2-methyl-1-buthanthiol (Sigma Aldrich, USA), etanol p.a. (ML Chemica, ČR), deionizovaná voda.

Chromatografická kolona

Křemenná kapilární kolona GS-GasPro (60 m x 0,32 i.d., vázaná stacionární fáze silica plot vhodná i pro GC-MS) (J&W Scientific, Labicom Česká republika).

SPDE jehly

Polydimethylsiloxan/activ charcoal (PDMS/AU) 50 μm, délka jehly 56 mm (Chromtech, Německo)

Polydemethylsiloxan (PDMS) 50 μm, délka jehly 56 mm (Chromtech, Německo).

TDAS sorbenty

Tenax TA 60/80 (Labicom, Česká republika).

Carbotrap 20/40 (Labicom, Česká republika).

Technické plyny

Helium – čistota 5.5 (Siad, Česká republika), dusík – čistota 5.0 (Siad, Česká republika), vodík – čistota 4.5 (Siad, Česká republika), vzduch – čistota 5.0 (Siad, Česká republika), technický dusík – čistota 4.0 (Siad, Česká republika), dusík (dynamická head-space) – čistota 5.5 (Siad, Česká republika).

Instrumentální vybavení

Plynový chromatograf Finnigan Trace GC Ultra (Thermo Corporation, USA) s hmotnostním detektorem Finnigan DSQ (Thermo Corporation, USA)

Plynový chromatograf Trace GC Ultra s plamenofotometrickým detektorem (FPD) selektivním pro síru (Thermo Corporation, USA)

Autosampler CombiPall vybavený automatickou SPME, SPDE a TDAS (CTC Analytics AG, Švýcarsko).

Ostatní laboratorní vybavení

Termobox Evaterm (Labicom, Česká republika), zařízení pro dynamickou head-space (Labicom, Česká republika), analytická váha TB 215-D (Denver, Německo).

Ke stanovení sirných těkavých látek byly porovnávány metody automatizované SPDE (dynamická mikroextrakce na pevnou fázi) a TDAS (automatizovaná termická desorpce). Porovnání bylo prováděno na vzorku směsného standardu, který obsahoval dimethylsulfid (DMS), dimethyldisulfid (DMDS), dimethyltrisulfid (DMTS), sirouhlík (CS2), ethanthiol (EtSH), diethyldisulfid (DEDS), methionol, 3-methylthiofen (3MTP), ethylthioacetát (EtSAc) a 2-methyl-1-buthanthiol (2MBT). Podle ploch píků sledovaných analytů byly nalezeny vhodné podmínky pro jejich stanovení.

Byl připraven směsný standard sirných látek ředěním sledovaných analytů v 5 % roztoku ethanolu tak, aby výsledná koncentrace v 10 ml ethanolového roztoku byla pro jednotlivé analyty následující: dimethylsulfid 0,25 μg.l⁻¹, dimethyldisulfid 0,1μg.l⁻¹, dimethyltrisulfid 0,05 μg.l⁻¹, sirouhlík 0,1 μg.l⁻¹, ethanthiol 0,3 μg.l⁻¹, diethyldisulfid 0,4 μg.l⁻¹, methionol 5,0 μg.l⁻¹, 3-methylthiofen 0,1 μg.l⁻¹, ethylthioacetát 0,05 μg.l⁻¹ a 2-methyl-1-buthanthiol 0,3 μg.l⁻¹.

Takto připravený roztok byl použit pro porovnání výtěžností různých metod extrakce.

Stanovení sirných těkavých látek automatizovanou metodou SPDE

SPDE je novější a modernější uspořádání SPME. Jedná se o dynamickou extrakci kapalných nebo plynných vzorků. Princip metody SPDE je obdobný jako SPME s tím rozdílem, že sorbent je nanesen na vnitřní povrch jehly připojené k plynotěsné stříkačce (obr.1). Opakovaným nabíráním plynné (HS – SPDE) nebo kapalné fáze (DI – SPDE) vzorku dochází k zakoncentrování stanovovaných analytů uvnitř jehly.

Obr. 1 Schéma jehly pro SPDE extrakci (7)

Do 20 ml vialky na head-space bylo převedeno 10 ml roztoku směsného standardu. Vialka byla hermeticky uzavřena a vložena do automatického dávkovače CombiPal (CTC). Byly testovány 2 SPDE jehly: polydimethylsiloxan/activ charcoal (PDMS/AU) 50 μm, délka jehly 56 mm a polydimethylsiloxan (PDMS) 50 μm, délka jehly 56 mm. Inkubační doba vzorku při 50 °C byla 30 min, teplota jehly byla nastavena na 35 °C, počet extrakčních cyklů byl 15. Desorpční objem plynu He byl 500 μl. Jedná se o objem plynu (He), který při desorpci projde z plynotěsné stříkačky přes jehlu s nasorbovanými analyty do PTV injektoru. Rychlost plynu při desorpci byla 50 μl.s⁻¹, celková doba desorpce v PTV injektoru byla 3 min při 250 °C a hloubka vnoření jehly do injektoru 4,5 cm.

Po desorpci byly sirné látky separovány na kapilární koloně GS Gaspro. Kondicionace jehly (vypálení) po skončení desorpce byla nastavena na 5 min při 250 °C.

Stanovení sirných těkavých látek metodou TDAS

Pro extrakci a zakoncentrování byla testována a optimalizována dynamická head-space metoda (obr. 2) s automatizovanou termickou desorpcí.

Obr. 2 Zařízení pro dynamickou head-space

10 ml směsného standardu v 5 % ethanolovém roztoku bylo ve stripovací nádobce probubláváno inertním plynem dusíkem. Doba stripování byla 30 min při 50 °C, rychlost dusíku byla 10 ml.min⁻¹. Před stripováním byl vzorek kondicionován 10 min při 50 °C.

Těkavé analyty se sorbovaly na sorbentu v termodesorpční trubici. Po skončení doby sorpce byla sorpční trubička umístěna v modulu pro plně automatickou tepelnou desorpci vzorků dávkovače CombiPal (TDAS). Sledované analyty byly následně z desorpční trubice dopravovány na chromatografickou kolonu pouze přes jehlu, kterou lze snadno tepelně vyčistit a tím zamezit nežádoucí kontaminaci následujících vzorků. Teplota desorpce byla 250 °C po dobu 5 min, rychlost desorpčního plynu He byla 1,5 ml.min⁻¹.

Systém TDAS nepoužívá žádnou „transferline“ a je plně automatizován. Termodesorpční trubička byla naplněna 100 mg Tenaxu TA nebo 100 mg Carbotrapu.

Po desorpci byly sirné látky separovány na kapilární koloně GS GasPro.

Instrumentace a chromatografické stanovení

Vlastní stanovení sirných těkavých látek u automatizovaných SPDE a TDAS metod bylo prováděno na plynovém chromatografu Trace Ultra s FPD detektorem. K separaci byla použita kapilární kolona GSGaspro (60 m x 0,32 mm) s následujícím teplotním programem: počáteční teplota 40 °C po dobu 1 min, nárůst teploty 4 °C·min⁻¹ do 240 °C, doba setrvání 15 min. Konstantní průtok nosného plynu He 1.5 ml·min⁻¹. Teplota FPD detektoru 180 °C, průtok vzduchu 105 ml.min⁻¹, průtok vodíku 90 ml.min–1, průtok dusíku (make-up) 20 ml.min⁻¹.

U HS-SPDE techniky byl PTV injektor nastaven na 250 °C, režim splitless uzavřen po dobu 5 min. Pro TDAS byl PTV injektor nastaven na teplotu 40 °C, režim splitless uzavřen 5 min. Po této době byl injektor vyhřát ze 40 °C na 240 °C (doba prodlevy 10 min), rychlost ohřevu 15 °C.min⁻¹.

Identifikace analyzovaných těkavých látek byla provedena na základě porovnání retenčních časů se standardem, kvantifikace byla provedena pomocí kalibrační křivky.

3 VÝSLEDKY A DISKUZE

U automatizované metody SPDE byly za stejných experimentálních podmínek porovnávány dvě jehly s různou stacionární fází. Jehla se stacionární fází PDMS (polydimethylsiloxan) a jehla s kombinovanou stacionární fází PDMS/AU (polydimethylsiloxan a aktivní uhlí). Na jehlu s kombinovanou stacionární fází se nasorbovaly všechny sledované analyty a výtěžnost sorpce byla velmi dobrá (obr. 3).

Obr. 3 Porovnání jehel PDMS a PDMS/AU

Při optimalizaci automatizované metody TDAS byly testovány dva typy sorbentů – Tenax TA a Carbotrap. Oba sorbenty se používají pro analýzy těkavých látek. Vhodnější pro analýzy sirných těkavých látek byl Tenax TA (obr. 4). Na sorbentu Tenax TA se zakoncentrovalo všech 10 sledovaných sirných látek: dimethylsulfid (DMS), dimethyldisulfid (DMDS), dimethyltrisulfid (DMTS), sirouhlík (CS2), ethanthiol (EtSH), diethyldisulfid (DEDS), methionol, 3-methylthiofen (3MTP), ethylthioacetát (EtSAc) a 2-methyl-1-buthanthiol (2MBT), zatímco na sorbentu Carbotrap pouze 5 analytů (3MTP, DMDS, DEDS, EtAc, EtSH).

Obr. 4 Porovnání sorbentů Tenax TA a Carbotrap

4 ZÁVĚR

SPDE (dynamická mikroextrakce na pevnou fázi) a TDAS (automatizovaná termická desorpce). Pro vlastní analýzu sirných těkavých látek byla použita plynová chromatografie ve spojení s plamenofotometrickým detektorem. Byly sledovány tyto těkavé sirné látky: dimethylsulfid, dimethyldisulfid, dimethyltrisulfid, sirouhlík, ethylsulfid, diethyldisulfid, methionol, 3-methylthiofen, ethylthioacetát, 2-methyl-1-buthanthiol.

Pro metodu HS-SPDE byly testovány dva typy jehel s různými stacionárními fázemi (PDMS a kombinovaná stacionární fáze PDMS/aktivní uhlí). I když obě stacionární fáze jsou vhodné pro stanovení těkavých látek, měla větší výtěžnost pro stanovované analyty kombinovaná stacionární fáze PDMS/AU. U dynamické head-space metody byly testovány dva typy sorbentů – Tenax TA a Carbotrap. Vhodnější byl sorbent Tenax TA (4). Jako nejvhodnější metoda pro stanovení sirných těkavých látek se na základě dosažených výsledků jeví metoda dynamické head-space ve spojení TDAS se sorbentem Tenax TA. Metoda SPDE má velmi dobrou výtěžnost pro sledované sirné látky, ale musí být ovládána autosamplerem. Tento způsob extrakce není možno provádět ručně, protože by se při ruční manipulaci nedosáhlo potřebné opakovatelnosti. V každém případě je tato metoda robustnější než metoda SPME.

Kvasný průmysl
 

Mohlo by Vás zajímat

Indoor Air Monitoring of Volatile Organic Compounds by Thermal Desorption - GCMS

Aplikace
| 2020 | Shimadzu
Instrumentace
GC/MSD, Termální desorpce, GC/SQ
Výrobce
Shimadzu
Zaměření
Životní prostředí

Acrylamide (Potato Chip Extract) - Stabilwax

Aplikace
| N/A | Restek
Instrumentace
GC, GC kolony, Spotřební materiál
Výrobce
Restek
Zaměření
Potraviny a zemědělství

GC Troubleshooting Series Part One: Ghost Peaks

Technické články
| 2009 | Agilent Technologies
Instrumentace
GC
Výrobce
Agilent Technologies
Zaměření
---
 

Podobné články

Vědecký článek | Potraviny

Extrakce na míchací tyčince – nová možnost při analýze některých senzoricky a aktivních látek v pivu

Tato práce se zabývá využitím SBSE při stanovení některých senzoricky aktivních látek v pivu. Použita byla tyčinka (10 x 1,3 mm) pokrytá polydimethylsiloxanem od firmy Gerstel, komerčně nazývaná Twister.
Vědecký článek | Potraviny

Stanovení obsahu trans-2-nonenalu v zrnu ječmene, sladu a pivu

Cílem této práce byla optimalizace a zavedení automatizované metody SPME-GC pro stanovení obsahu trans-2-nonenalu v pivu a pivovarských surovinách. Identifikace byla provedena metodou HS-SPME-GC-MS.
Vědecký článek | Potraviny

Optimalizace stanovení obsahu dimethylsulfidu v mladině a pivu

Ke stanovení obsahu DMS v mladině a pivu byla optimalizována a validována metoda statické headspace ve spojení s plynovou chromatografií s plamenovým fotometrickým detektorem (HS-GC-FPD).
Vědecký článek | Potraviny

Stanovení methioninu ve sladu

Těkavé sirné látky mají nezanedbatelnou roli v senzorické jakosti piva. Byla optimalizována metoda stanovení methioninu ve sladu pomocí plynové chromatografie se selektivním plamenofotometrickým detektorem.
Využití moderních analytických metod SPDE a TDAS při stanovení sirných těkavých látek
St, 1.4.2020
| Originální článek z: Kvasný průmysl
K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány analytické metody dynamická mikroextrakce na pevnou fázi a automatizovaná termická desorpce.

Pixabay/uirá uirá: Využití moderních analytických metod SPDE a TDAS při stanovení sirných těkavých látek

K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány analytické metody dynamická mikroextrakce na pevnou fázi a automatizovaná termická desorpce. Pro vlastní analýzu sirných těkavých látek byla použita plynová chromatografie ve spojení s plamenofotometrickým detektorem. Byly sledovány těkavé sirné látky dimethylsulfid, dimethyldisulfid, dimethyltrisulfid, sirouhlík, ethylsulfid, diethyldisulfid, methionol, 3-methylthiofen, ethylthioacetát, 2-methyl-1-buthanthiol.

1 ÚVOD

V poslední době je celosvětově a rovněž v České republice věnována zvýšená pozornost senzoricky aktivním látkám ovlivňujícím kvalitu piva. Na senzorickém charakteru i analytickém složení piva se spolupodílí kvalita pivovarských surovin, technologie výroby sladiny a mladiny i technologie kvašení a zrání piva. Mezi senzoricky aktivními látkami ovlivňujícími kvalitu piva hrají významnou úlohu heterocyklické a sirné sloučeniny, z nichž některé se vyznačují vysokou senzorickou aktivitou i v extrémně nízkých koncentracích. Stopová množství těchto sloučenin, které lze běžně nalézt v potravinách, se spolupodílejí na vytváření jejich aroma a tento vliv lze obecně hodnotit jako příznivý. U sladu, resp. u piva to však platí jen ve velmi omezené míře a přítomnost heterocyklických a sirných látek se v tomto směru hodnotí spíše nepříznivě.

Přímá analýza sirných senzoricky aktivních látek je možná jen zřídka, protože se nacházejí v analyzovaných matricích (slad, pivo) ve velmi nízkých koncentracích (μg.kg⁻¹,l⁻¹ – ng.kg⁻¹,l⁻¹). Před vlastní analýzou je třeba analyty extrahovat z matrice a zakoncentrovat. Výběr vhodné metody přípravy vzorku pak výrazně ovlivňuje rychlost, spolehlivost a přesnost analýzy (1). Pro zakoncentrování těkavých látek se používá destilace s vodní párou, headspace metody (extrakce plynem) a mikroextrakce tuhou fází (SPME) (2,3). Mikroextrakce tuhou fází je bezrozpouštědlová metoda přípravy vzorku. Metoda nevyžaduje složitou instrumentaci a je založena na sorpci analytu malým množstvím extrakční fáze na povrchu křemenného vlákna. Analyty se sorbují do dosažení rovnovážného stavu. Množství extrahovaného analytu závisí na hodnotě rozdělovacího koeficientu analyt – vlákno (3). Existuje několik typů vláken vhodných pro extrakci těkavých látek. Afinita vlákna vůči analytu závisí na polaritě stacionární fáze a na vlastnostech daného analytu. K separaci sirných těkavých látek bývá nejčastěji využívána plynová chromatografie ve spojení se selektivními detektory. Selektivní detektory jsou obzvláště výhodné při analýzách rozmanitých sirných látek ve složitých matricích. Tyto detektory mohou redukovat časově náročné čištění vzorků, které může být příčinou znečištění vzorků dalšími kontaminanty, nebo dokonce ztráty stanovovaných analytů (4). Stále nejvíce používaným detektorem pro analýzu sirných látek je plamenový fotometrický detektor (FPD). K separaci těkavých sirných látek metodou plynové chromatografie se používají kolony s polární stacionární fází polyethylenglykolu nebo s mírně polární fází 5 % – phenyl-95 % – dimethylpolysiloxanu (2,5,6).

K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány analytické metody dynamická mikroextrakce na pevnou fázi a automatizovaná termická desorpce.

2 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST

Chemikálie

Dimethyl sulfid (Sigma Aldrich, USA), dimethyl disulfid (Sigma Aldrich, USA), dimethyl trisulfid (Sigma Aldrich, USA), sirouhlík (Sigma Aldrich, USA), ethyl sulfid (Sigma Aldrich, USA), diethyl disulfid (Sigma Aldrich, USA), methionol (Sigma Aldrich, USA), 3-methylthiofen (Sigma Aldrich, USA), ethyl thioacetát (Sigma Aldrich, USA), 2-methyl-1-buthanthiol (Sigma Aldrich, USA), etanol p.a. (ML Chemica, ČR), deionizovaná voda.

Chromatografická kolona

Křemenná kapilární kolona GS-GasPro (60 m x 0,32 i.d., vázaná stacionární fáze silica plot vhodná i pro GC-MS) (J&W Scientific, Labicom Česká republika).

SPDE jehly

Polydimethylsiloxan/activ charcoal (PDMS/AU) 50 μm, délka jehly 56 mm (Chromtech, Německo)

Polydemethylsiloxan (PDMS) 50 μm, délka jehly 56 mm (Chromtech, Německo).

TDAS sorbenty

Tenax TA 60/80 (Labicom, Česká republika).

Carbotrap 20/40 (Labicom, Česká republika).

Technické plyny

Helium – čistota 5.5 (Siad, Česká republika), dusík – čistota 5.0 (Siad, Česká republika), vodík – čistota 4.5 (Siad, Česká republika), vzduch – čistota 5.0 (Siad, Česká republika), technický dusík – čistota 4.0 (Siad, Česká republika), dusík (dynamická head-space) – čistota 5.5 (Siad, Česká republika).

Instrumentální vybavení

Plynový chromatograf Finnigan Trace GC Ultra (Thermo Corporation, USA) s hmotnostním detektorem Finnigan DSQ (Thermo Corporation, USA)

Plynový chromatograf Trace GC Ultra s plamenofotometrickým detektorem (FPD) selektivním pro síru (Thermo Corporation, USA)

Autosampler CombiPall vybavený automatickou SPME, SPDE a TDAS (CTC Analytics AG, Švýcarsko).

Ostatní laboratorní vybavení

Termobox Evaterm (Labicom, Česká republika), zařízení pro dynamickou head-space (Labicom, Česká republika), analytická váha TB 215-D (Denver, Německo).

Ke stanovení sirných těkavých látek byly porovnávány metody automatizované SPDE (dynamická mikroextrakce na pevnou fázi) a TDAS (automatizovaná termická desorpce). Porovnání bylo prováděno na vzorku směsného standardu, který obsahoval dimethylsulfid (DMS), dimethyldisulfid (DMDS), dimethyltrisulfid (DMTS), sirouhlík (CS2), ethanthiol (EtSH), diethyldisulfid (DEDS), methionol, 3-methylthiofen (3MTP), ethylthioacetát (EtSAc) a 2-methyl-1-buthanthiol (2MBT). Podle ploch píků sledovaných analytů byly nalezeny vhodné podmínky pro jejich stanovení.

Byl připraven směsný standard sirných látek ředěním sledovaných analytů v 5 % roztoku ethanolu tak, aby výsledná koncentrace v 10 ml ethanolového roztoku byla pro jednotlivé analyty následující: dimethylsulfid 0,25 μg.l⁻¹, dimethyldisulfid 0,1μg.l⁻¹, dimethyltrisulfid 0,05 μg.l⁻¹, sirouhlík 0,1 μg.l⁻¹, ethanthiol 0,3 μg.l⁻¹, diethyldisulfid 0,4 μg.l⁻¹, methionol 5,0 μg.l⁻¹, 3-methylthiofen 0,1 μg.l⁻¹, ethylthioacetát 0,05 μg.l⁻¹ a 2-methyl-1-buthanthiol 0,3 μg.l⁻¹.

Takto připravený roztok byl použit pro porovnání výtěžností různých metod extrakce.

Stanovení sirných těkavých látek automatizovanou metodou SPDE

SPDE je novější a modernější uspořádání SPME. Jedná se o dynamickou extrakci kapalných nebo plynných vzorků. Princip metody SPDE je obdobný jako SPME s tím rozdílem, že sorbent je nanesen na vnitřní povrch jehly připojené k plynotěsné stříkačce (obr.1). Opakovaným nabíráním plynné (HS – SPDE) nebo kapalné fáze (DI – SPDE) vzorku dochází k zakoncentrování stanovovaných analytů uvnitř jehly.

Obr. 1 Schéma jehly pro SPDE extrakci (7)

Do 20 ml vialky na head-space bylo převedeno 10 ml roztoku směsného standardu. Vialka byla hermeticky uzavřena a vložena do automatického dávkovače CombiPal (CTC). Byly testovány 2 SPDE jehly: polydimethylsiloxan/activ charcoal (PDMS/AU) 50 μm, délka jehly 56 mm a polydimethylsiloxan (PDMS) 50 μm, délka jehly 56 mm. Inkubační doba vzorku při 50 °C byla 30 min, teplota jehly byla nastavena na 35 °C, počet extrakčních cyklů byl 15. Desorpční objem plynu He byl 500 μl. Jedná se o objem plynu (He), který při desorpci projde z plynotěsné stříkačky přes jehlu s nasorbovanými analyty do PTV injektoru. Rychlost plynu při desorpci byla 50 μl.s⁻¹, celková doba desorpce v PTV injektoru byla 3 min při 250 °C a hloubka vnoření jehly do injektoru 4,5 cm.

Po desorpci byly sirné látky separovány na kapilární koloně GS Gaspro. Kondicionace jehly (vypálení) po skončení desorpce byla nastavena na 5 min při 250 °C.

Stanovení sirných těkavých látek metodou TDAS

Pro extrakci a zakoncentrování byla testována a optimalizována dynamická head-space metoda (obr. 2) s automatizovanou termickou desorpcí.

Obr. 2 Zařízení pro dynamickou head-space

10 ml směsného standardu v 5 % ethanolovém roztoku bylo ve stripovací nádobce probubláváno inertním plynem dusíkem. Doba stripování byla 30 min při 50 °C, rychlost dusíku byla 10 ml.min⁻¹. Před stripováním byl vzorek kondicionován 10 min při 50 °C.

Těkavé analyty se sorbovaly na sorbentu v termodesorpční trubici. Po skončení doby sorpce byla sorpční trubička umístěna v modulu pro plně automatickou tepelnou desorpci vzorků dávkovače CombiPal (TDAS). Sledované analyty byly následně z desorpční trubice dopravovány na chromatografickou kolonu pouze přes jehlu, kterou lze snadno tepelně vyčistit a tím zamezit nežádoucí kontaminaci následujících vzorků. Teplota desorpce byla 250 °C po dobu 5 min, rychlost desorpčního plynu He byla 1,5 ml.min⁻¹.

Systém TDAS nepoužívá žádnou „transferline“ a je plně automatizován. Termodesorpční trubička byla naplněna 100 mg Tenaxu TA nebo 100 mg Carbotrapu.

Po desorpci byly sirné látky separovány na kapilární koloně GS GasPro.

Instrumentace a chromatografické stanovení

Vlastní stanovení sirných těkavých látek u automatizovaných SPDE a TDAS metod bylo prováděno na plynovém chromatografu Trace Ultra s FPD detektorem. K separaci byla použita kapilární kolona GSGaspro (60 m x 0,32 mm) s následujícím teplotním programem: počáteční teplota 40 °C po dobu 1 min, nárůst teploty 4 °C·min⁻¹ do 240 °C, doba setrvání 15 min. Konstantní průtok nosného plynu He 1.5 ml·min⁻¹. Teplota FPD detektoru 180 °C, průtok vzduchu 105 ml.min⁻¹, průtok vodíku 90 ml.min–1, průtok dusíku (make-up) 20 ml.min⁻¹.

U HS-SPDE techniky byl PTV injektor nastaven na 250 °C, režim splitless uzavřen po dobu 5 min. Pro TDAS byl PTV injektor nastaven na teplotu 40 °C, režim splitless uzavřen 5 min. Po této době byl injektor vyhřát ze 40 °C na 240 °C (doba prodlevy 10 min), rychlost ohřevu 15 °C.min⁻¹.

Identifikace analyzovaných těkavých látek byla provedena na základě porovnání retenčních časů se standardem, kvantifikace byla provedena pomocí kalibrační křivky.

3 VÝSLEDKY A DISKUZE

U automatizované metody SPDE byly za stejných experimentálních podmínek porovnávány dvě jehly s různou stacionární fází. Jehla se stacionární fází PDMS (polydimethylsiloxan) a jehla s kombinovanou stacionární fází PDMS/AU (polydimethylsiloxan a aktivní uhlí). Na jehlu s kombinovanou stacionární fází se nasorbovaly všechny sledované analyty a výtěžnost sorpce byla velmi dobrá (obr. 3).

Obr. 3 Porovnání jehel PDMS a PDMS/AU

Při optimalizaci automatizované metody TDAS byly testovány dva typy sorbentů – Tenax TA a Carbotrap. Oba sorbenty se používají pro analýzy těkavých látek. Vhodnější pro analýzy sirných těkavých látek byl Tenax TA (obr. 4). Na sorbentu Tenax TA se zakoncentrovalo všech 10 sledovaných sirných látek: dimethylsulfid (DMS), dimethyldisulfid (DMDS), dimethyltrisulfid (DMTS), sirouhlík (CS2), ethanthiol (EtSH), diethyldisulfid (DEDS), methionol, 3-methylthiofen (3MTP), ethylthioacetát (EtSAc) a 2-methyl-1-buthanthiol (2MBT), zatímco na sorbentu Carbotrap pouze 5 analytů (3MTP, DMDS, DEDS, EtAc, EtSH).

Obr. 4 Porovnání sorbentů Tenax TA a Carbotrap

4 ZÁVĚR

SPDE (dynamická mikroextrakce na pevnou fázi) a TDAS (automatizovaná termická desorpce). Pro vlastní analýzu sirných těkavých látek byla použita plynová chromatografie ve spojení s plamenofotometrickým detektorem. Byly sledovány tyto těkavé sirné látky: dimethylsulfid, dimethyldisulfid, dimethyltrisulfid, sirouhlík, ethylsulfid, diethyldisulfid, methionol, 3-methylthiofen, ethylthioacetát, 2-methyl-1-buthanthiol.

Pro metodu HS-SPDE byly testovány dva typy jehel s různými stacionárními fázemi (PDMS a kombinovaná stacionární fáze PDMS/aktivní uhlí). I když obě stacionární fáze jsou vhodné pro stanovení těkavých látek, měla větší výtěžnost pro stanovované analyty kombinovaná stacionární fáze PDMS/AU. U dynamické head-space metody byly testovány dva typy sorbentů – Tenax TA a Carbotrap. Vhodnější byl sorbent Tenax TA (4). Jako nejvhodnější metoda pro stanovení sirných těkavých látek se na základě dosažených výsledků jeví metoda dynamické head-space ve spojení TDAS se sorbentem Tenax TA. Metoda SPDE má velmi dobrou výtěžnost pro sledované sirné látky, ale musí být ovládána autosamplerem. Tento způsob extrakce není možno provádět ručně, protože by se při ruční manipulaci nedosáhlo potřebné opakovatelnosti. V každém případě je tato metoda robustnější než metoda SPME.

Kvasný průmysl
 

Mohlo by Vás zajímat

Indoor Air Monitoring of Volatile Organic Compounds by Thermal Desorption - GCMS

Aplikace
| 2020 | Shimadzu
Instrumentace
GC/MSD, Termální desorpce, GC/SQ
Výrobce
Shimadzu
Zaměření
Životní prostředí

Acrylamide (Potato Chip Extract) - Stabilwax

Aplikace
| N/A | Restek
Instrumentace
GC, GC kolony, Spotřební materiál
Výrobce
Restek
Zaměření
Potraviny a zemědělství

GC Troubleshooting Series Part One: Ghost Peaks

Technické články
| 2009 | Agilent Technologies
Instrumentace
GC
Výrobce
Agilent Technologies
Zaměření
---
 

Podobné články

Vědecký článek | Potraviny

Extrakce na míchací tyčince – nová možnost při analýze některých senzoricky a aktivních látek v pivu

Tato práce se zabývá využitím SBSE při stanovení některých senzoricky aktivních látek v pivu. Použita byla tyčinka (10 x 1,3 mm) pokrytá polydimethylsiloxanem od firmy Gerstel, komerčně nazývaná Twister.
Vědecký článek | Potraviny

Stanovení obsahu trans-2-nonenalu v zrnu ječmene, sladu a pivu

Cílem této práce byla optimalizace a zavedení automatizované metody SPME-GC pro stanovení obsahu trans-2-nonenalu v pivu a pivovarských surovinách. Identifikace byla provedena metodou HS-SPME-GC-MS.
Vědecký článek | Potraviny

Optimalizace stanovení obsahu dimethylsulfidu v mladině a pivu

Ke stanovení obsahu DMS v mladině a pivu byla optimalizována a validována metoda statické headspace ve spojení s plynovou chromatografií s plamenovým fotometrickým detektorem (HS-GC-FPD).
Vědecký článek | Potraviny

Stanovení methioninu ve sladu

Těkavé sirné látky mají nezanedbatelnou roli v senzorické jakosti piva. Byla optimalizována metoda stanovení methioninu ve sladu pomocí plynové chromatografie se selektivním plamenofotometrickým detektorem.
Další projekty
Sledujte nás
Další informace
WebinářeO násKontaktujte násPodmínky užití

LabRulez s.r.o. Všechna práva vyhrazena.