Worum es geht: Mit der zunehmenden Nutzung von E-Zigaretten steigt der Konsum von E-Liquids. Die nikotinhaltigen und nikotinfreien verdampfbaren Flüssigkeiten unterliegen je nach Region und Land unterschiedlichen regulatorischen Anforderungen hinsichtlich der Art und Konzentration der ihnen zugesetzten Aromastoffe. Deren chemisch-analytische Bestimmung ist Gegenstand der Produktkontrolle und Eckpfeiler eines aktiven Verbraucherschutzes. Aus analytischer Sicht stellen E-Liquids eine Herausforderung dar: Die Matrix ist komplex und die Aromastoffe sind teilweise nur in Spurenkonzentrationen vorhanden. Das verlangt nach einer geeigneten, leistungsfähigen Probenvorbereitung und Extraktionstechnik vor der GC/MS-Bestimmung, wie sie Jim Zhu, Applikationsexperte von GERSTEL Shanghai, präsentiert.
Zur Vorgeschichte: Zhu sah sich vor die Aufgabe gestellt, eine Methode zu entwickeln, mit der es gelingen kann, die in der für den chinesischen Markt bestimmten E-Zigaretten und E-Liquids bestimmten Standardvorschrift GP 41700-2022 gelisteten Aromaverbindungen (108) nach Art und Mengen auf effiziente und gleichsam empfindlich und sichere Weise in E-Liquids zu bestimmen (s. AppNote 268). Die zentrale Frage, die es für den Applikationsexperten zu beantworten galt, war jene nach der optimalen Extraktionstechnik im Vorfeld der GC/MS-Analyse. Die Lösung fand er in der Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) mit dem GERSTEL-Twister und der Thermodesorptions-GC/MS.
Die Fragestellung: „Traditionelle Methoden wie die Lösungsmittel-Extraktion (SE), die Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE) und die gleichzeitige Destillation/Extraktion (SDE) werden häufig eingesetzt, um Aromastoffe in E-Liquids zu bestimmen“, gibt der Applikationsexperte das Ergebnis seiner Literaturrecherche wieder. Diese Methoden erforderten jedoch eine erhebliche Menge Lösungsmittel, größere Probemengen und zusätzliche Konzentrationsschritte. Zudem seien sie zeitaufwendig, arbeitsintensiv und umständlich. Die Festphasenmikroextraktion (SPME) zeige nur eine geringe Sensitivität und einen kleinen linearen Bereich für die Bestimmung. Headspace-Techniken wiederum würde durch die in der Probe enthaltenen Komponenten Propylenglykol und Glycerin gestört.
Die Hypothese: Die Verwendung der SBSE hingegen stellt eine lösungsmittelfreie, effiziente und hochsensitive Alternative zu klassischen Extraktionstechniken dar, mit der sich die Herausforderung effektiv bewerkstelligen und eine genauere Analyse von Aromastoffen in E-Liquids ermöglichen lässt. Diese moderne, umweltfreundliche Extraktionstechnologie erweist sich lau Zhu als effizient, empfindlich und benutzerfreundlich bei der Extraktion von Aroma- und Geschmacksstoffen. So weit zu Zhus Hypothese.
Die Extraktion: Die Menge an E-Liquids, die beprobt und mit dem GERSTEL-Twister (SBSE) extrahierte, betrug 50 mg. Als interner Standard wurde 2-Nonanol (200 mg/kg) zur semi-quantitativen Bestimmung der Probe beigefügt und zusammen mit 2 g gesättigter NaCl-Wasserlösung in ein 20 mL Headspace-Gefäß pipettiert. Der PDMS-Twister wurde in die Lösung gegeben und die flüchtigen Verbindungen wurden für 60 Minuten bei Raumtemperatur auf einem Rührer mit einer Rührgeschwindigkeit von 1000 U/min extrahiert. Der Twister wurde mit einer Pinzette entnommen, mit destilliertem Wasser gespült und einem sauberen, fusselfreien Einweg-Papiertuch getrocknet und in ein Thermodesorptionsröhrchen für die automatisierte Thermodesoptions-GC/MS-Analyse (GERSTEL-LabWorks-Plattform) überführt. Ende der manuellen Tätigkeit.
Die Analyse: Die auf dem Twister angereichernten Analyten wurden in der Thermal Desorption Unit (GERSTEL-TDU 2) temperaturprogrammiert ausgeheizt und mit dem Trägergas (Helium) auf das Kaltaufgabesystem (GERSTEL-KAS) des GC/MS-Systems (Agilent 7890/5975) überführt, kryofokussiert und schließlich unter Ausblendung des Lösungsmittels temperaturprogrammiert auf die GC-Trennsäule (HP-Innowax, 60 m x 0,25 mm ID, 0,25 µm, Agilent Technologies) überführt und sowohl im Elektronenstoß-Modus (EI) als auch im Full-Scan-Modus (33-400 amu) im MSD detektiert.
Das Resultat: „Die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) stellt eine zeitgemäße, umweltfreundliche und lösungsmittelfreie Probenextraktionstechnologie dar“, gibt Jim Zhu zu Protokoll. Die SBSE hat in der Extraktion und Bestimmung von Aromastoffen in E-Liquids ihre Effizienz, Empfindlichkeit und einfache Handhabung unter Beweis gestellt. Im Fall von E-Liquid (Probe A) wurden mittels SBSE etwa 87 flüchtige Aromastoffe identifiziert. Darüber hinaus wurden in E-Liquid (Probe B) etwa 105 flüchtige Aromastoffe durch die gleiche SBSE-Technik identifiziert. Die Effizienz der SBSE bei der Extraktion von Aromastoffen in E-Liquids wurde anhand des Vergleichs mit einer direkten Flüssigaufgabe der untersuchten Proben überprüft und ergebnishaft bestätigt. (GD)
Quelle: GERSTEL-AppNote 268