Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Hier werden zunächst alle Artikel gesammelt, bis sie nach Qualitätskontrollen in die entsprechenden Foren verschoben werden.

Moderatoren: Moderatoren, Assistenten

EDTA
Illumina-Mitglied
Beiträge: 90
Registriert: Donnerstag 13. August 2015, 13:39
Wohnort: Salzburg

Re: Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Beitrag von EDTA »

Ich habe mich jetzt einmal an das Aceton gewagt, der Rest muss noch warten. Für den Koffein-Duft muss ich den Liner wechseln und für die Messungen des Tees bei unterschiedlichen Ziehzeiten, brauche ich neue Standards. Für beides habe ich erst nächste Woche Zeit.

Das Aceton wurde in einer normalen Destillationsapparatur ohne Kolonne destilliert, 10 % Vorlauf und 10 % Sumpf wurden verworfen. Der Siedebereich des Destillats lag bei 55-56 °C.

Die GC Messung wurde mit 0.5 µL bei 60:1 Split durchgeführt, das Ofenprogramm war dem der Koffein-Messung entsprechend. Zum Vergleich stelle ich hier noch das Chromatogramm des FID/ECD-Grade Acetons rein, dieses wurde aber mit mehr Probenvolumen und geringerem Splitverhältnis gemessen - es ist also nicht 1:1 vergleichbar.

Aceton FID/ECD-grade:
Aceton GC-FID grade.jpg
Aceton GC-FID grade.jpg (22.89 KiB) 490 mal betrachtet
Aceton techn. (Sefra):
Aceton techn.jpg
Aceton techn.jpg (27.03 KiB) 490 mal betrachtet
Destillat:
Destillat.jpg
Destillat.jpg (26.44 KiB) 490 mal betrachtet
Vorlauf:
Vorlauf.jpg
Vorlauf.jpg (25.42 KiB) 490 mal betrachtet
Sumpf:
Sumpf.jpg
Sumpf.jpg (30.63 KiB) 490 mal betrachtet
Man könnte natürlich nun alle Signale integrieren und über den Lösungsmittelpeak versuchen einen prozentualen Gehalt zu schätzen. Ich glaube aber nicht, dass das notwendig ist - die Optik spricht für sich. Es ist klar, dass im Sumpf die Verunreinigungen angereichert werden und das Destillat geringfügig reiner ist, als das unbehandelte Aceton.

Dennoch wird man sich selbst kein p.a. Aceton destillieren können - wenn hohe Anforderungen an die Reinheit gestellt sind, führt m.E. kein weg am Kauf vorbei.

Mit Bildausschnitten geht leider viel Information verloren - wer sich selbst davon ein Bild machen will, kann die verwendete Software Unichrom V kostenlos downloaden (http://unichrom.com/dle.php) und mir zum Erhalt der Rohdaten eine PN zukommen lassen. Man kann in dieser Demo-Version nur Chromatogramme auswerten, aber nicht messen.

Da der "ominöse 4 Minuten Peak" nicht im technischen Aceton zu sehen war, stellt sich jetzt natürlich die Frage, ob es sich hierbei tatsächlich um eine unvermeidliche Verunreinigung im Zuge der Aceton Herstellung handelt, oder ob lediglich unsauber gearbeitet wurde und eine Verunreinigung in das FID/ECD Aceton eingebracht wurde...

Benutzeravatar
mgritsch
Illumina-Admin
Beiträge: 3125
Registriert: Montag 8. Mai 2017, 10:26
Wohnort: in den Misanthropen

Re: Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Beitrag von mgritsch »

:thumbsup: :yeah:

jetzt haben wir es schwarz (oder blau) auf weiß - destillieren bringt's.
Verunreinigungen sind vor allem im Sumpf, erwartungsgemäß...

ich würde mal schätzen das ist vielleicht nicht GC-rein aber schon ziemlich sehr rein für alle anderen praktischen Zwecke.

Glaskocher
Illumina-Mitglied
Beiträge: 1948
Registriert: Dienstag 27. Oktober 2015, 22:17
Wohnort: Leverkusen

Re: Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Beitrag von Glaskocher »

Mein Fazit: Mit einer einfachen Destillation kann man die Reinheit merklich erhöhen, aber kein p.A. erzeugen. Dazu bräuchte man mindestens zehn theoretische Böden und vermutlich noch ein recht großes Rücklaufverhältnis. Aber DAS ist dann Thema eines "Aceton reinigen" Threads, um hier dem Koffein den Vortritt zu lassen. Dort können wir dann über oxidative, extraktive und destillative Reinigung diskutieren.

Den "4,2-Minuten-Peak" habe ich im Verdacht, aus Aceton durch eine Aldolreaktion entstanden zu sein. Basenkatalysiert (Si-O-Na Gruppen auf der Glasoberfläche) kondensiert aus zwei Molekülen Aceton das Dimer 4-Methyl-3-penten-2-on. Der würde sich mit der Zeit bei längerem Stehen bilden...


Der FID- scheint deutlich empfindlicher zu sein als unser MS-Detektor. Bisher hatte ich in unserem Aceton "technische Ware" keine Nebenpeaks gefunden, die mir aufgefallen wären. Dabei bin ich immer darauf aus, möglichst jeden Peak zu integrieren, um eine "wahre" Reinheit angeben zu können. Bei Proben, die Oligomere von Isobuten enthalten können ist man allerdings rasch auf der "Hochsiederseite" aus dem Fenster gefallen, auch mit zusätzlichen "Rachenputzerläufen".

EDTA
Illumina-Mitglied
Beiträge: 90
Registriert: Donnerstag 13. August 2015, 13:39
Wohnort: Salzburg

Re: Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Beitrag von EDTA »

Mein Fazit: Mit einer einfachen Destillation kann man die Reinheit merklich erhöhen, aber kein p.A. erzeugen. Dazu bräuchte man mindestens zehn theoretische Böden und vermutlich noch ein recht großes Rücklaufverhältnis. Aber DAS ist dann Thema eines "Aceton reinigen" Threads, um hier dem Koffein den Vortritt zu lassen. Dort können wir dann über oxidative, extraktive und destillative Reinigung diskutieren.
Ich hatte schon mal nach dieser Vorschrift Aceton gereinigt und analysiert. Allerdings wurde das Chromatogramm auf Thermopapier aufgezeichnet, wo unweigerlich viel Information verloren geht. Ich werde diese Messungen wiederholen - dann gibt es einen schönen Vergleich.
Den "4,2-Minuten-Peak" habe ich im Verdacht, aus Aceton durch eine Aldolreaktion entstanden zu sein. Basenkatalysiert (Si-O-Na Gruppen auf der Glasoberfläche) kondensiert aus zwei Molekülen Aceton das Dimer 4-Methyl-3-penten-2-on. Der würde sich mit der Zeit bei längerem Stehen bilden...
Sollte ich zufällig mal die Reinsubstanz erhalten, werde ich die durch das Gerät jagen.

Der FID- scheint deutlich empfindlicher zu sein als unser MS-Detektor. Bisher hatte ich in unserem Aceton "technische Ware" keine Nebenpeaks gefunden, die mir aufgefallen wären.
Das ist interessant! Bisher bin ich davon ausgegangen, dass MS um mind. 3 Größenordnungen sensitiver ist. Es wundert mich dennoch, da die Menge an Verunreinigungen - in analytischem Kontext - sehr hoch ist. Die Peaks im techn. Aceton erreichen fast eine Höhe von 1.0 mV, während es 0.05 mg/mL Menthol nur auf gut 1/10 schafften (Bei weniger Probe und höherem Split!). Kann es sein, dass euer MS im SIM Modus arbeitet und die Verunreinigungen erst gar nicht erfasst? Oder ist der Solvent-Delay so großzügig gewählt, dass sämtliche Verunreinigungen schon eluiert sind, ehe das Gerät anfängt zu messen?

Glaskocher
Illumina-Mitglied
Beiträge: 1948
Registriert: Dienstag 27. Oktober 2015, 22:17
Wohnort: Leverkusen

Re: Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Beitrag von Glaskocher »

Den exakten Modus müßte ich mal heraussuchen, da ich bisher "einfach" gemessen habe. Im Solvent-Delay verschwunden kann nicht sein, da ich ihn oft kurz vor Erreichen der Basislinie abgeschaltet hatte (Testmessung ab Injektion). Ich kenne die Zeiten für die unterschiedlichen Lömis und starte knapp danach. In Aceton kann ich z.B. Benzol und Oktan finden.

EDTA
Illumina-Mitglied
Beiträge: 90
Registriert: Donnerstag 13. August 2015, 13:39
Wohnort: Salzburg

Re: Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Beitrag von EDTA »

Benzol in Aceton - Herausforderung angenommen. Mal sehen ob ich das auch finde...

Zählt das dann schon als Ringversuch? :yeah:

Benutzeravatar
mgritsch
Illumina-Admin
Beiträge: 3125
Registriert: Montag 8. Mai 2017, 10:26
Wohnort: in den Misanthropen

Re: Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Beitrag von mgritsch »

EDTA hat geschrieben:
Freitag 13. August 2021, 15:31
Sollte ich zufällig mal die Reinsubstanz erhalten, werde ich die durch das Gerät jagen.
das könnte schwierig werden, aber man kann sich mal für einen qualitativen Test insofern behelfen als du einfach reines Aceton mit Base (Mg(OH)2, Ca(OH)2, Ba(OH)2,... ) ein bisschen refluxierst und siehst was dann alles hoch kommt.
Die ersten Kondensationsprodukte wären der Diacetonalkohol, dann 4-Methyl-3-penten-2-on und dann immer mehr höhere Kondensaktionsprodukte. Auch wenn man evtl nicht jeden Peak eindeutig zugeordnet bekommt - welche generell eine Folge einer Aldolkondensation sind wäre damit klar.

Kann man bei nur wenigen Peaks und in Frage kommenden Substanzen auch so wie bei der DC mit einfachen Denkmodellen bzgl Polarität ganz gut abschätzen was früher und was später kommt?

p.s.: bemerkenswert dass der Solvent-blank-Peak 4,2 min beim Baumarktaceton nicht kommt. Spricht eher gegen eine "übliche" Aldolkondensations-Verunreinigung.

p.p.s: der Vorlauf war ja noch reiner als der Rest, muss man also nicht verwerfen. 10% hinten übrig lassen reicht. alle Peaks vom Sumpf sind so auch in den anderen Fraktionen enthalten, nur schwächer - es gibt also nur höher-sieder die halt mehr oder weniger stark früher schon mitkommen. Aber keine niedrig-Sieder die sich im Vorlauf ansammeln würden.

EDTA
Illumina-Mitglied
Beiträge: 90
Registriert: Donnerstag 13. August 2015, 13:39
Wohnort: Salzburg

Re: Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Beitrag von EDTA »

mgritsch hat geschrieben:
Freitag 13. August 2021, 16:57
Kann man bei nur wenigen Peaks und in Frage kommenden Substanzen auch so wie bei der DC mit einfachen Denkmodellen bzgl Polarität ganz gut abschätzen was früher und was später kommt?
In der GC wird nach Siedepunkt und (bei polaren Säulen) nach Polarität "sortiert". So ist klar, dass Alkohole entsprechend der homologen Reihe eluieren und auch Isopropanol (Sdp. 82 °C) im Vergleich zu n-Propanol (Sdp. 97 °C) kann man sich noch überlegen. Aber ab dann wirds schwierig. Und schlussendlich ist es auch eine Frage der Konzentration - im Spurenbreich braucht man so nicht arbeiten.
mgritsch hat geschrieben:
Freitag 13. August 2021, 16:57
p.s.: bemerkenswert dass der Solvent-blank-Peak 4,2 min beim Baumarktaceton nicht kommt. Spricht eher gegen eine "übliche" Aldolkondensations-Verunreinigung.
Genau! Wie oben erwähnt schließe ich unsauberes Arbeiten und das unbeabsichtigte Verunreinigen nicht aus. Sobald ich ein neues Gebinde anbreche, werde ich mal schauen ob ich dort auch diesen Peak finde.
mgritsch hat geschrieben:
Freitag 13. August 2021, 16:57
p.p.s: der Vorlauf war ja noch reiner als der Rest, muss man also nicht verwerfen. 10% hinten übrig lassen reicht. alle Peaks vom Sumpf sind so auch in den anderen Fraktionen enthalten, nur schwächer - es gibt also nur höher-sieder die halt mehr oder weniger stark früher schon mitkommen. Aber keine niedrig-Sieder die sich im Vorlauf ansammeln würden.
So sehe ich das auch. Und es macht auch Sinn: Wenn ich meine Gläser mit Aceton spüle, muss ich sie trotzdem danach mit Wasser nachwaschen, da sie sonst "verschmiert" aussehen. Was auch immer das ist, konzentriert sich im Sumpf und kann so abgetrennt werden.

Vanadiumpentoxid
Gesperrt
Beiträge: 804
Registriert: Sonntag 28. März 2021, 15:47

Re: Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Beitrag von Vanadiumpentoxid »

Glaskocher hat geschrieben:
Freitag 13. August 2021, 15:07
Aber DAS ist dann Thema eines "Aceton reinigen" Threads
Den findet man hier: viewtopic.php?f=47&t=1679
Gott gebe mir die Kraft, zu ändern, was ich verändern kann,
die Gelassenheit, hinzunehmen, was ich nicht verändern kann,
und die Weisheit, das eine vom anderen zu unterscheiden.
_______________________________________________

Ist das noch o. k. oder auch schon wieder zu viel?...

EDTA
Illumina-Mitglied
Beiträge: 90
Registriert: Donnerstag 13. August 2015, 13:39
Wohnort: Salzburg

Re: Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Beitrag von EDTA »

Nun habe ich mich um den Kaffee-Geruch gekümmert: Dazu habe ich eine 1 mL Spritze mit Glaswolle verschlossen und zur Hälfte mit Kaffeepulver befüllt. Über eine Kanüle konnte ich dann genau 0.5 mL Luft durch das Kaffeepulver in den GC einspritzen. Gemessen wurde splitless unter ansonsten gleichen Messbedingungen.

Hier ist das Chromatogramm:
Screenshot 2021-08-22 203758.png

Der große Peak bei 1,2 min könnte eventuell Furfurylmercaptan sein. Ich habe gelesen, dass dieser Stoff hauptverantwortlich für den Kaffee-Geruch sein soll. Morgen habe ich diesen Stoff als Referenzsubstanz vorliegen, dann wissen wir mehr.


Besondere Aufmerksamkeit möchte ich diesen 5 Peaks bei ca. 4 Minuten zukommen lassen:
Screenshot 2021-08-22 203832.png

Dieser Ausschnitt stammte von der Filterkaffee-Messung und zeigt dieselben Signale (Retentionszeiten sind bis auf 0.1s gleich):
Screenshot 2021-08-22 203943.png
Screenshot 2021-08-22 203943.png (12.02 KiB) 415 mal betrachtet

Das ist zum Vergleich das gesamte Filterkaffee-Chromatogramm:
Screenshot 2021-08-22 204222.png

Benutzeravatar
mgritsch
Illumina-Admin
Beiträge: 3125
Registriert: Montag 8. Mai 2017, 10:26
Wohnort: in den Misanthropen

Re: Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Beitrag von mgritsch »

Gratuliere zur erfolgreichen Headspace GC ;)
Analytik ist so ein schönes Rätselspiel…

EDTA
Illumina-Mitglied
Beiträge: 90
Registriert: Donnerstag 13. August 2015, 13:39
Wohnort: Salzburg

Re: Quantitative Analyse von Koffein in Kaffee und Tee über GC-FID

Beitrag von EDTA »

Der größte Peak bei 1,2 min ist tatsächlich Furfurylmercaptan. Ich habe Kaffeepulver mit einer kleinen Menge dieser Substanz versehen und analysiert - dieser Peak vergrößerte sich relativ zu den anderen um den Faktor 2.

Interessant war, dass alle Signale im selben Verhältnis unter ansonsten gleichen Bedingungen deutlich schwächer waren.
Glaskocher hat geschrieben:
Freitag 13. August 2021, 15:50
In Aceton kann ich z.B. Benzol und Oktan finden.
Benzol finde ich auch - aber mit lediglich ~0,01 % Gehalt.

Antworten