Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
VOC-Analytik: Freisetzung von Emissionen & Kinetiken mit Echtzeit-Monitoring
Charakterisierung von Emissionsprofilen und dynamischer Prozesse
Forschung und Entwicklung flüchtiger organischer Verbindungen
Wie werden Aromastoffe aus Lebensmitteln freigesetzt? Welche (Geruchs-)Stoffe entstehen durch die Verarbeitung oder während der Lagerung von Produkten? Woher kommt der Geruch bei bestimmten Materialien?
Die Analyse von flüchtigen und semi-flüchtigen organischen Verbindungen (engl. volatile organic compounds, VOCs und semi-volatile organic compounds, SVOCs) dient u. a. der sensorischen Produktoptimierung oder zur Minimierung gesundheitsschädlicher Emissionen.
Wir beobachten und charakterisieren die Freisetzung von (S)VOCs aus diversen Produkten und Materialien. Dabei passen wir unsere analytischen Methoden genau an Ihre Produkte und individuellen Herausforderungen an. So können wir die typischen Zusammensetzungen und Muster für (S)VOCs aus diversen Quellen, wie bspw. aus biogenen Rohmaterialien, Lebensmitteln und Futtermitteln, sowie Kunststoffen und Bedarfsgegenstände, oder Abfällen aufschlüsseln. Im Bereich Gesundheitswesen und Personal & Home Care können freigesetzte Stoffe aufgeklärt und deren Exposition abgeschätzt werden. Dadurch erhalten wir wichtige Informationen über das Vorhandensein oder die Entstehung chemischer Stoffe – erwünscht sowie unerwünscht – und können gemeinsam mit uns Maßnahmen zur Vermeidung oder Förderung bestimmter Substanzen entwickeln.
Charakterisierung, Monitoring und Optimierung von VOCs
Die Charakterisierung von Geruchsstoffen erfolgt mittels Gaschromatographie-Olfaktometrie (GC-O) in Koppelung mit massenspektrometrischen (MS) Methoden. Durch den Einsatz der GC-O werden die geruchsaktiven Verbindungen von den geruchsinaktiven Verbindungen klar unterschieden. Dadurch werden schon während der Analysen diejenigen Verbindungen herausgefiltert, die mit einem charakteristischen sensorisch wahrnehmbaren Geruch bzw. Störgeruch in Verbindung stehen. Diese fokussierte Analytik ermöglicht auch einen direkten Vergleich störender Komponenten zwischen verschiedenen Proben.
Die Identifizierung der geruchsaktiven Spurenkomponenten erfolgt mittels zweidimensionaler GC-O/MS mit sehr hoher Trennleistung. Hierbei werden die Geruchsstoffe an zwei gekoppelten gaschromatographischen Trennsäulen voneinander getrennt und anschließend sowohl massenspektrometrisch analysiert als auch an einem Odour-Detection-Port von unserem hoch spezialisierten Sensorikpanel hinsichtlich ihrer Geruchsqualität bewertet.
Der Abgleich der chemisch-analytischen Untersuchungen erfolgt stets mit den entsprechenden human-sensorischen Bewertungen, um sicherzustellen, dass alle Störsubstanzen erfasst wurden.
Untersuchung dynamischer Prozesse in Echtzeit
Für die Echtzeit-Erfassung und Quantifizierung von VOCs wird insbesondere die Protonentauschreaktions-Massenspektrometrie (PTR-MS) – auch mit Flugzeitmassenspektrometer (PTR-TOF-MS) – verwendet. Die PTR-MS-Methode erlaubt es, kleinste Konzentrationsveränderungen von VOCs im Ultraspurenbereich zu detektieren. Da entscheidende Freisetzungsprozesse oftmals nur kurzfristig auftreten, wie zum Beispiel mechanische und enzymatische Prozesse während des Kauvorgangs, sind Echtzeit-Analysen von zentraler Bedeutung. Dabei setzen wir die PTR-MS sowohl für in vivo (z.B. Nosespace-Analysen) als auch in vitro-Analysen (z.B. Headspace-Analysen) ein.
Weitere Informationen zu unseren PTR-MS-Messgeräten
Umfangreiche (Stör-)Substanzanalytik
Ergänzend zur PTR-MS kommt bei der Analyse von VOCs die Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) sowie weitere moderne zweidimensionale GCxGC-MS-Analytik zum Einsatz. Dies ermöglicht eine umfassende Charakterisierung von VOCs mit hoher Auflösung auch im Spurenbereich. Gasproben werden bspw. durch den Einsatz eines Mikrokammer/Thermoextraktor auf Adsorberröhrchen (z.B. Tenax) gewonnen, die anschließend durch Thermodesorption in das GC-MS-System zur Analyse initiiert werden.
Die Ergebnisse aus der online Analytik enthalten Echtzeit-Informationen über die untersuchten flüchtigen Emissionen.
Mithilfe von zerstörungsfreien Headspace-Analysen wird die Zusammensetzung von VOCs aus verschiedensten Produkten bestimmt.
Emissionen aus Konsumgütern, Lebensmitteln und (Roh-)Materialien bei unterschiedlichen Temperaturen können mit einem Mikrokammer-/Wärmeabzugssystem charakterisiert werden.