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“Dioxintests werden bald fünfmal so empfindlich sein” Jean-François Focant, Professor der Chemie an der Universität Lüttich
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“Dioxintests werden bald fünfmal so empfindlich sein”

Jean-François Focant, Professor der Chemie an der Universität Lüttich

Triple-Quadrupol-GC-MS ersetzt immer öfter die magnetische Massenspektrometrie, die bis vor circa fünf Jahren die einzig offiziell anerkannte Methode zur Dioxinbestimmung war. Auch in Focants Labor stehen noch einige dieser Riesengeräte. Sie funktionieren ausgezeichnet, benötigen aber viel Wissen der Analisten und brauchen viel Platz. Ein Triple-Quadrupol-GC-MS passt einfach auf einen Labortisch, ist benutzerfreundlicher, kostet nur die Hälfte und ist für Routinekontrollen von Lebens- und Futtermitteln laut Focant nicht schlechter als klassische magnetische Sektorfeld-MS. Schon seit Jahren entwickelt Focants Forschungsgruppe Methoden für Triple-Quad-Analysen, anfangs - und mit Erfolg - für Pestizidanalysen, später auch für die Dioxinbestimmung. Die Dioxinbestimmung stellt die Forscher und Forscherinnen u.a. wegen der Empfindlichkeit vor besondere analytische Herausforderungen. Hier hat Focants Gruppe Methoden entwickelt um Dioxinanalysen in großem Maßstab im Femtogrammbereich durchführen zu können. Einige davon wurden vom Zentrum für analytische Forschung und Technologie (CART) in Lüttich übernommen, wo viel Auftragsforschung statt ndet.

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Artikel aus LABinsights www.labinsights.de ©maXus media Professor Jean- François Focant der Universität Lüttich: „Wir erwarten, dass wir in Zukunft fünfmal emp ndlichere Dioxinmessungen durchführen können, zumindest in einigen Matrizen.“ Dioxinskandal Focant gilt als eine der weltweiten Autoritäten auf dem Gebiet der Dioxinanalysen. Selbst bleibt er trotz dieses Erfolgs beschei- den: „Ich stolperte mehr oder weniger über das Dioxinproblem als ich 1999-2000 promovierte. Damals arbeitete ich im Labor von Edwin de Pauw. Dioxin wird schon seit 35 Jahren in Nah- rungs- und Futtermitteln gemessen, aber es wurde erst durch den Dioxinskandal hier in Belgien zum großen Gesundheitspro- blem. Es wurden damals mit Dioxin verseuchtes Hühner eisch und verseuchte Eier gefunden. Über eine Fettschmelzerei war Transformatoröl in andere Fette gelangt und so wurde der mit PCB verunreinigte Rohstoff an Futtermittelhersteller geliefert. Die Panik war groß und das Konsumentenvertrauen beschä- digt. Produkte mit Hühner eisch und -eiern wurden massenhaft zurückgerufen. Mitten in meiner Doktorarbeit musste ich im Labor bei der Inbetriebnahme von PCB- und Dioxinmessungen für die ASCFA-FAVV, die belgische Behörde für Lebensmittelsicherheit, helfen. Die Methoden mussten auf der Stelle automatisiert wer- den, denn es ging um tausende Proben. Das war eine schnelle Lehre!“ Femtogrammbereich Eine Überschreitung der Dioxingrenzwerte kann mit Bioassays nachgewiesen werden, aber eine quantitative Analyse nach Typ geht nur mit GC-MS. Wenn bei einem Schnelltest Dioxin nach- gewiesen wurde, muss dies immer chemisch-analytisch bestätigt werden. Focant über diese GC-MS-Analyse: „Damit können wir ungefähr 30 Dioxinverbindungen bestimmen. Jede Form muss separat analysiert werden. Dioxine sind mit einem Molekular- gewicht von 300 - 500 leicht bis mäßig üchtig, also kann man sie gaschromatogra sch trennen. Die Schwierigkeit ist, dass sie lipophil sind, man muss sie also aus dem Fettanteil extrahieren. Wir können inzwischen Dioxine im Piko- und Femtogrammbe- reich nachweisen, aber die Grenzwerte werden immer strenger. Das zwingt uns immer niedrigere Konzentrationen messen zu können. Die neuen Grenzwerte sind darin der nächste Schritt und in Zukunft könnten sie noch strenger werden. Also müssen wir dafür sorgen, dass das Nachweisverfahren nicht nur für heute ausreichend sondern auch zukunftsfähig ist.“ Reinigung In der Probenaufbereitungsphase gibt es kaum noch Ver- besserungspotential. Protokolle wurden standardisiert. Die “Strengere Dioxingrenzwerte verursachen Aufruhr in europäischen Referenzlaboren” “Ein Konzentrationsfaktor von ca. 100.000 von Milchproben bei Einspritzung auf GC” Jean-François Focant, Professor der Chemie an der Universität Lüttich: “DIOXINTESTS werden bald fünfmal so emp ndlich sein” Professor Jean- François (Jef) Focant gehört mit seinem Forschungsteam zur Weltspitze bei Dioxinanalysen. Der Leiter des Fachbereichs Chemie der Universität Lüttich führt in den Dioxinbestimmungen, einschließlich der Tri- ple-Quadrupol-GC-MS-Methoden. Hiermit kann auch den verschärften Ana- lysenormen für Routineanaylsen entsprochen werden. Triple-Quadrupol-GC-MS ersetzt immer öfter die magneti- sche Massenspektrometrie, die bis vor circa fünf Jahren die einzig of ziell anerkannte Methode zur Dioxinbestimmung war. Auch in Focants Labor stehen noch einige dieser Riesen- geräte. Sie funktionieren ausgezeichnet, benötigen aber viel Wissen der Analisten und brauchen viel Platz. Ein Triple-Qua- drupol-GC-MS passt einfach auf einen Labortisch, ist benutzerf- reundlicher, kostet nur die Hälfte und ist für Routinekontrollen von Lebens- und Futtermitteln laut Focant nicht schlechter als klassi- sche magnetische Sektorfeld-MS. Schon seit Jahren entwickelt Focants Forschungsgruppe Methoden für Triple-Quad-Analysen, anfangs - und mit Erfolg - für Pestizidanalysen, später auch für die Dioxinbestimmung. Die Dioxinbestimmung stellt die Forscher und Forscherinnen u.a. wegen der Emp ndlichkeit vor besondere analytische Herausforderungen. Hier hat Focants Gruppe Metho- den entwickelt um Dioxinanalysen in großem Maßstab im Fem- togrammbereich durchführen zu können. Einige davon wurden vom Zentrum für analytische Forschung und Technologie (CART) in Lüttich übernommen, wo viel Auftragsforschung statt ndet. 2 LABinsights | März 2019 März 2019 | LABinsights 3 Artikel aus LABinsights www.labinsights.de ©maXus media Rechts: Die brasilianische Doktorandin Eliane Lazzari und der italienische wissenschaftliche Mitarbeiter Flavio Franchina bei der Methodenentwicklung am JMS- TQ4000GC von Jeol. Rechtsunten: Heidolph-Verdampfer konzentrieren die Dioxinproben nach Reinigung. Triple-Quadrupol-Massenspektrometrie verglichen mit magnetischer Sektorfeld- Massenspektrometrie Wissentscha ticher MItarbeiter Flavio Franchina am Triple- Quadrupol-Massenspektrometer von Jeol Triple-Quadrupol-Massenspektrometrie ist nicht gerade eine neue Technik. Laut Wikipedia wurde der erste kom- merzielle Typ Ende der Siebzigerjahre an der Michigan State Universität entwickelt. Aber erst in den letzten Jahren sind (bezahlbare) Tischmodelle auf den Markt gekommen. Alle großen Fabrikanten drängen sich jetzt auf diesen neuen Markt. Nur Jeol und Thermo produzieren noch Sektorfeld-Massen- spektrometer, ein inzwischen stark schrumpfender Markt. Das Problem von Triple-Quadrupol-Massenspektrometrie war immer, dass ein zu kleiner Prozentsatz von Ionen den Detektor erreichte, was die Emp ndlichkeit negativ beein- usste. Verbesserte Ionisierungstechniken haben zu einer deutlich größeren Emp ndlichkeit geführt. Dies führt dazu, dass Triple-Quadrupol-Massenspektrometer immer besser mit magnetischen Sektorfeld-Massenspektrometern konkurrieren können. Letztere sind nicht nur doppelt so teuer sondern auch schwieriger zu bedienen. Magnetische Sektorfeld-Massenspektrometrie sei immer noch die beste Technik für die Messung von Dioxinen und ähnlichen Verbindungen, so Professor Jean-François Focant, Leiter des Fachbereichs Chemie der Universität Lüttich. Das ist vor allem beim Human-Biomonitoring wichtig, wo es gesetzli- che Maximalwerte gibt und Grenzwerte so niedrig wie möglich liegen müssen. Triple-Quadrupol-Massenspektrometer sind heutzutage für Zielanalysen von Dioxinen mit Maximalwerten in Nahrung und Futtermitteln emp ndlich genug. Indem der Massenspektrometer auf die Überprüfung von bestimmten Ionen, die speziell fragmentiert werden, programmiert wird, kann Triple-Quadrupol-Massenspektrometrie zur Bestimmung von Ionen für hochspezi sche Analysen eingesetzt werden. Dies kompensiert zum Teil den Mangel an spektraler Reso- lution und bietet eine akzeptable Emp ndlichkeit für den Nachweis von Dioxinverbindungen im Piko- und Femtogram- mbereich. Momentan experimentiert Focants Fachbereich mit der weiteren Anpassung der Methode für den Gebrauch der neuen Generation von Triple-Quadrupol-Massenspektrome- tern. Dabei arbeitet er u.a. mit Large-Volume-Injektion (LVI), 5 μl statt 1 -2 μl, was dabei helfen kann, niedrigere Dioxin- konzentrationen in Nahrungs- und Futtermitteln messen zu können, wenn die EU demnächst die Dioxingrenzwerte senkt. 4 LABinsights | März 2019 März 2019 | LABinsights 5 Focant-Gruppe arbeitet mit einem automatischen System zur Fettextraktion, mit einem FMS-Reinigungssystem für die weitere Isolation von Festphasenextraktion. Während der Probenvor- bereitung wird das Probenvolumen mit vorbereitender üssi- ger Chromatographie konzentriert. „Man fängt bei 50 bis 100 ml Probe, z.B. Vollmilch. Nach der Extraktion bleiben ca. 2-3 Gramm Fett übrig, in denen der Verseuchungsstoff enthalten ist. Letztendlich kommt man auf eine Dioxinkonzentration von 5 Mikrogramm pro Liter, was einem Konzentrationsfaktor von ca. 100.000 der Milchprobe zur Einspritzung in die GC entspricht.“ Preiswerter Als of zielle Analysemethode war bis vor ca. fünf Jahren aus- schließlich die magnetische Sektorfeld-Massenspektrometrie erlaubt. Nach der Entwicklung der Triple-Quadrupol-Massen- spektrometrie wurde klar, dass eine zweite Methode zugelassen werden würde. Im Vorfeld seiner Professur forschte Focant nach hybriden Plattformen um Methoden für diese neue Art der Dioxi- nbestimmung zu entwickeln. „Wie Sie sehen können, haben wir noch zwei magnetische Sektorfeld-Massenspektrometer, die wir für Routineanalysen benutzen, aber sie sind riesig, teuer und schwierig zu bedienen. Bis vor kurzem kostete eine Dioxin- messung um die 1.000 Euro. Jetzt können wir das für 250 Euro machen. Eine ef zientere Probenaufbereitung und niedrigere Investitionskosten für die neue Generation von automatisierter Systeme sowie Triple-Quadrupol haben zur Kostenreduzierung beigetragen.“ Methodenentwicklung Focant hat mit Jeol schon länger in der Flugzeitmassenspek- trometrie zusammengearbeitet, in der Forschung nach einer Analyse für üchtige Abbauprodukte bei u.a. Krankheiten und Kadavern. Die Zusammenarbeit wurde um Gaschromatogra- e-Triple-Quadrupol-Massenspektrometrie erweitert, als Jeol hierfür seine hybride Plattform entwickelte. Das System, das JMSTriple TQ4000GC, kam of ziell 2018 auf den Markt. „Anfangs wurden wir gefragt das System zu testen und für eine Reihe von in Japan üblichen Pestiziden zu validieren. Wir zeigten, dass die Instrumente taugten und schnitt in Punkto Emp ndlichkeit gut ab. Nach sechs Monaten beendete Flavio Franchina, einer meiner wissenschaftlichen Assistenten, das Projekt. Dann entstand die Idee, diese Plattform auch zur Methodenentwicklung für Dioxine zur Validierung auf dem europäischen Markt zu nutzen. Wir hat- ten schon Validierungen mit einem Agilent Triple Quadrupole vorgenommen und hatten so Erfahrung gesammelt, aber für Pestizide ist das einfacher als für Dioxine. Die Nachweisgrenzen liegen bei Dioxinen wesentlich niedriger. Das Instrument musste eine Emp ndlichkeit von 10-12 bis 10-15 schaffen, also Werte im Piko- und Femtogrammbereich. Wir wussten schon, dass die Plattform sehr emp ndlich ist und jetzt ist die brasilianische Doktorandin Eliane Lazzari für ihre Doktorarbeit dabei, diesen Tri- ple-Quadrupol für Nahrungs- und Futtermittel laut der EU-Regeln zu validieren. Wir werden dieses Gerät auf die Probe stellen um zu beweisen, dass es den Anforderungen genügt. Wir be nden uns jetzt bei 95%, es gibt also noch einiges auf dem Gebiet der Qualitätssicherung und -kontrolle zu tun, um die 100% zu erreichen.“ Magische Zahl Es sei äußerst wichtig zu beweisen, dass das Gerät für den Zweck geeignet ist, betont Focant: „Stellen Sie sich vor, es kommt ein Schiff im Hafen von Antwerpen an und wartet auf grünes Licht zur Freigabe seiner Ladung. Dann müssen die Tes- tergebnisse eindeutig sein. Die Folgen einer Dioxinverseuchung sind enorm: Kommt es in Tierfutter, dann gelangt es in die Nah- rungskette und dann liegen die verseuchten Lebensmittel bald in den Regalen. Wenn man dann erst eingreift, geht es ganz schön ins Geld, ganz zu schweigen vom psychischen Effekt auf die Bevölkerung, wie z.B. das geschädigte Konsumentenvertrauen in die Lebensmittelsicherheit.“ Focant schätzt, dass die Dioxinvalidierung im Mai abgeschlossen sein wird. Die Ergebnisse werden dann auf dem jährlichen Dioxi- nkongress präsentiert. Die 39. internationale Dioxinkonferenz (International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants) ndet dieses Jahr im japanischen Kyoto statt. „Sie werden verstehen, dass es für Jeol sehr wichtig ist, dort die Validierung vorlegen zu können.“ Auf der Grundlage der bisheri- gen Messergebnisse genügen sie bezüglich der Emp ndlichkeit den neuen, verschärften Dioxingrenzwerten der EU, so schätzt Focant. „Jetzt gilt der Grenzwert von 2,5 Pikogramm pro Gramm Milchfett. Diese magische Zahl wird auf die Anzahl Menschen zurückgerechnet, die dies ohne gesundheitsschädigende Folgen zu sich nehmen können, also auf ihre zulässige wöchentliche Aufnahme. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) schlägt vor, die tolerierbare wöchentliche Aufnahme- menge (TWI) um den Faktor fünf bis zehn zu senken. Wir müssen also emp ndlicher messen können, ungefähr Faktor fünf. Alle Dioxinlabore kommen durch diese Verschärfung ins Schwitzen, aber wir erwarten den neuen Anforderungen in Kürze genügen zu können, zumindest für bestimmte Matrizen. Dies verursacht jedenfalls eine Menge Aufruhr im Netzwerk der europäischen Referenzlabore.“ Reinigungssystem von FMS zur weiteren Isolation von Zielanalyten aus Fett. 6 LABinsights | März 2019
MAXUS MEDIA
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