Projekt 05293/01

Optimierung eines Vor-Ort-Analyseverfahrens für die Mineralölkohlenwasserstoffbestimmung mit mobiler GC-MS unter Berücksichtigung der Matrix bei Bodenproben

Projektdurchführung

MOBILAB Hamburg MM1 Umweltanalytik GmbH
Zum Fürstenmoor 11
21079 Hamburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Mit mobiler GC-MS soll ein schnelles mobiles Analyseverfahren geschaffen werden, um die derzeitige IR-Methode, die in Anlehnung an der DIN 38409 Teil H18 durchgeführt wird, im Boden zu ersetzen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenVon der Mineralölindustrie werden verschiedene Öle als Referenzsubstanzen beschafft und den jeweiligen Projektpartnern überstellt. Diese Substanzen dienen zur Kalibrierung der Geräte. Mit den Ölen werden homogenisierte Referenzproben mit unterschiedlicher Matrix hergestellt. Die Methode wird mit weiteren 40 homogenisierten Proben aus realen Altlasten überprüft. Mit dem entwickelten mobilen Verfahren können Analysen im 5 Minutentakt durchgeführt werden. Der Bodenprobe werden 3 deuterierte interne Standards zugegeben und mit 10 ml Aceton versetzt. Anschließend wird die Probe im Ultraschallbad 5 min extrahiert und zentrifugiert.

10 µl des Extraktes werden auf einen Teflonfolienträger appliziert und durch Kontakt mit dem 240 °C heißen Sondenkopf der Schnelleinlaßsonde injiziert. Die Substanzen gelangen auf einer 3,5m langen GC-Quarz-Kapillarsäule (Phase: SE 54, 0,25 µm) mit einem GC-Temperaturprogramm (30 - 240 °C, 1°C/s) zum Massenspektrometer. Aufgezeichnet werden Massenspektren im Sekundentakt mit einem Massenbereich von 15-400 amu aus denen Chromatogramme mit frei wählbaren Ionenbereichen berechnet werden können.


Ergebnisse und Diskussion

Im Massenspektrometer werden die organischen Moleküle mit Elektronen beschossen. Bei Überschreitung der Ionisationsenergie werden außer Molekülionen auch Fragmentionen gebildet. Aliphatische Kohlenwasserstoffe weisen charakteristische Fragmente von Alkylresten im Massenspektrum auf. Zur Quantifizierung wird das Alkylfragment 71 ausgewählt, das bei ausreichender Nachweisstärke wenig Störungen aufweist.

Mineralöle können mit drei Methoden quantifiziert werden:
1.) über die Kalibrierfunktion des passenden Referenzöles
2.) Verwendung der Kalibrierfunktion eines leichtflüchtigen (Kerosin) und eines schwerflüchtigen (Gasöl) Mineralöls. Die jeweiligen Anteile der leicht- und schwerflüchtigen Mineralölkohlenwasserstoffe werden separat berechnet
3.) Verwendung eines der Flüchtigkeit der gemessenen Probenstoffe angepaßten Kalibrierfaktors


Mit der entwickelten Methode läßt sich schnell und differenziert Mineralöl in Feststoffproben nachweisen. Hierbei können Mineralöle mit verschiedenen Flüchtigkeiten (Diesel, Gasöl) anhand der Verhältnisse der Summe langkettiger Bestandteile zur Summe Mineralöl unterschieden werden. Desweiteren können z.T. noch spezifischere Aussagen über biogener oder anthropogener Herkunft anhand der Chromatogramme getroffen werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Versendung der Methoden an viele öffentliche Institutionen (z.B. Behörden, DIN-Ausschuß, Hochschulen).


Fazit

Das im Rahmen des Forschungsprojektes entwickelte Verfahren kommt ohne halogenierte Lösemittel aus, und kann differenziertere Aussagen über das untersuchte Mineralöl treffen. Es kann als gleichwertiges, bzw. besseres Analysenverfahren die IR-Methode nach DIN 38409 Teil H18 ersetzen.