Die Extraktion in der Fließanalyse mit Hilfe der Chromatomembran-Zelle: Ein Beitrag zur automatisierten Probenvorbereitung für moderne Analysegeräte

Abstract

Eine neue und elegante Möglichkeit für unterschiedliche Extraktionen bietet die Chromatomembran-Methode. Kernstück dieser Methode ist eine Chromato- membran-Zelle (CM-Zelle). Sie besteht aus einem PTFE-Block mit zwei unterschiedlichen Porengrößen. Wird eine polare Flüssigkeit durch die CM-Zelle gepumpt, so bewegt sie sich lediglich durch die Makroporen. Die Mikroporen bleiben ihr aufgrund ihres Kapillardrucks unzugänglich. Durch diese Mikroporen kann daher ein Gas oder eine unpolare Flüssigkeit fließen. Beide Phasen können nun unabhängig voneinander durch die Zelle gepumpt werden, ohne daß eine Vermischung stattfindet. An der Kontaktfläche der beiden Phasen findet ein Stoffaustausch statt. Sie erlaubt im Rahmen der Fließ-Injektions-Analyse den Analyt-Transfer zwischen nicht mischbaren Phasen und ermöglicht damit Gas- Flüssig-, Flüssig-Flüssig- sowie Flüssig-Gas-Extraktionen.

Neben der Anwendung der CM-Zelle für die Extraktion bzw. die Anreicherung einer Komponente aus einer Phase in eine andere existieren noch andere Einsatzgebiete für die CM-Zelle. Wie in dieser Arbeit gezeigt wurde, ermöglicht die CM-Zelle eine schnelle Herstellung von Gasgemischen und ist als Phasen-Separator von organischer und wäßriger Phase sehr gut eignet.

Die durchgeführten Messungen konnten die geeigneten Anwendungsmöglichkeiten der CM-Methode zur Vorbereitung von gasförmigen Proben durch Absorption in der CM-Zelle bestätigen. Neben den gasförmigen Stoffen in der Luft konnten gleichzeitig auch Aerosole mit der CM-Zelle erfaßt werden. Es wurden Untersuchungen mit folgenden Gasen durchgeführt:

· Ozon,

· Schwefeldioxid,

· salpetriger Säure,

· Chlorwasserstoff

und

· Ammoniak.

Die genannten Gaskomponenten konnten im nmol/l-Bereich quantitativ bestimmt werden. Speziell für das Ozon wurde eine neue Nachweismethode entwickelt, bei der die Leitfähigkeitsveränderung einer wäßrigen Kaliumiodid-Lösung gemessen wurde, nachdem das Ozon in der CM-Zelle absorbiert worden war.

Neben der Gas-Flüssig-Extraktion mit der CM-Methode wurde auch die Flüssig- Flüssig-Extraktion untersucht. Hierfür wurde die Bestimmungsmethode von Phenol in wäßrigen Lösungen durch Reaktion mit 4-Aminoantipyrin zu einem farbigen Antipyrinfarbstoff auf die CM-Methode angewendet.

The chromatomembrane-method (CM-method) is an extraction technique, which has proved to be reliable as an extraction and preconcentration manifold in flow injection analysis (FIA). The trick is that two immiscible phases (polar or gas and non polar) can be induced to flow independently through a block of biporous (macro and micro) PTFE. This principle to promote analyte exchange is realized in the chromatomembrane-cell (CM-cell). Consequently, the application of the CM-cell in the environmental analysis resolves all problems of sample pretreatment more simply and more effectively whenever a preconcentration step by gas-liquid-, liquid-gas- or liquid-liquid-extraction is included.

Except for the application of the CM-cell to extract and preconcentrate components from one phase into another, the CM-cell was also used for:

· fast production of gas mixtures with a constant concentration of one component

and

· separation of two immiscible phases.

In addition the contact area in the biporous PTFE block between the macro- and micropores (64,2 cm2/cm3) could be determined. Thereby a fast mass exchange is possible.

The executed measurements could acknowledge further the suitable application possibilities of the method for the preparation of gaseous samples by absorption in the CM-cell. Beside the gaseous components in air also aerosols could be absorbed with the CM-cell at the same time. In the presented work, the CM-cell has been linked up with:

· a conductometric detector after gas-liquid-extraction to detect ozone in gas

and

· an ionchromatograph (IC) after gas-liquid-extraction to detect sulfur dioxide, nitrous acid, hydrogen chloride and ammonia in gas.

The influences of flow rates and preconcentration times were investigated. The mentioned gas components could be quantitatively determined within the nmol/l range.

The liquid-liquid-extraction with the CM-cell was successfully executed on the basis of the determination of phenol in water. An UV/VIS-spectrophotmeter was used for detection.

The advantages of the CM-method are the easy possibility of automation, low detection limits and the use of a very small volume of the samples.