Die Probenvorbereitung ist ein entscheidender Schritt in der analytischen Chemie, der eine Rohprobe in eine mit dem Analysegerät kompatible Form umwandelt. Die richtige Probenvorbereitung gewährleistet Genauigkeit, Präzision und Reproduzierbarkeit und minimiert gleichzeitig Matrixinterferenzen.
Bedeutung der Probenvorbereitung
Die meisten Analysegeräte können feste oder komplexe Proben nicht direkt messen. Daher wird bei der Probenvorbereitung der Analyt in eine messbare Form wie eine Lösung, ein Gas oder einen gereinigten Extrakt umgewandelt. Es entfernt oder reduziert Matrixkomponenten, die die Detektion beeinträchtigen könnten, und konzentriert den Analyten, um ihn in den Detektionsbereich des Geräts zu bringen. Die Probenvorbereitung macht typischerweise 60–70 % der gesamten Analysezeit aus und ist die größte Fehlerquelle in analytischen Arbeitsabläufen.
Verdauungsmethoden
Beim Säureaufschluss wird die Probe mit konzentrierten Säuren wie HNO3, HCl, H2SO4 oder HF erhitzt, um organische Stoffe zu zersetzen und Metalle aufzulösen. Er wird für die Elementaranalyse mittels AAS, ICP-OES und ICP-MS verwendet. Der mikrowellenunterstützte Aufschluss nutzt einen Aufschluss in geschlossenen Gefäßen mit Mikrowellenenergie, um Säuremischungen schnell zu erhitzen. Der Prozess ist in 10 bis 30 Minuten abgeschlossen, während gleichzeitig die Kontamination reduziert und der Verlust flüchtiger Elemente minimiert wird. Bei der Trockenveraschung wird die Probe in einem Muffelofen auf 450–550 °C erhitzt, um organisches Material zu verbrennen. Anschließend wird der anorganische Rückstand zur Analyse in Säure gelöst.
Extraktionstechniken
Bei der Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE) verteilt sich der Analyt auf der Grundlage seines Verteilungskoeffizienten zwischen zwei nicht mischbaren Lösungsmitteln wie Wasser und Dichlormethan, und mehrere Extraktionen verbessern die Gewinnung. Bei der Festphasenextraktion (SPE) wird der Analyt auf einem festen Sorbens wie C18, Kieselsäure oder Ionenaustauschmedien zurückgehalten und mit einem kleinen Lösungsmittelvolumen eluiert, was ihn für die Reinigung und Vorkonzentration von Umwelt- und biologischen Proben nützlich macht. Die Soxhlet-Extraktion ermöglicht die kontinuierliche Extraktion fester Proben mit heißem Lösungsmittel über 6–24 Stunden und wird zur Fettanalyse bei Lebensmitteln und zur Schadstoffextraktion aus dem Boden verwendet. Bei der beschleunigten Lösungsmittelextraktion (ASE) werden hoher Druck und Temperatur (100 °C, 1500 psi) verwendet, um die Lösungsmittelviskosität zu reduzieren und die Extraktionseffizienz in 15–30 Minuten zu erhöhen.
Filtration und Reinigung
Die Membranfiltration mit 0,22–0,45 µm-Filtern entfernt Partikel vor der HPLC oder IC-Analyse, wobei Spritzenfilter eine praktische Filtration kleiner Volumina ermöglichen. Die Zentrifugation trennt feste und flüssige Phasen durch Zentrifugalkraft und wird zur Proteinfällung, Phasentrennung und Pelletsammlung eingesetzt. Durch die Festphasenreinigung mithilfe von Kartuschen oder dispersiven Sorbentien (d-SPE) werden störende Matrixbestandteile wie Lipide, Pigmente und Proteine entfernt.
Derivatisierung
Durch die Derivatisierung werden nichtflüchtige oder thermisch instabile Analyten in flüchtige, stabile Derivate für die GC-Analyse umgewandelt. Zu den üblichen Derivatisierungsreaktionen gehören die Silylierung mit BSTFA oder MTBSTFA für Hydroxyl- und Aminogruppen, die Alkylierung für Carbonsäuren und die Acylierung für Amine. Bei der HPLC können durch Derivatisierung Chromophore oder Fluorophore eingeführt werden, um die Nachweisempfindlichkeit zu erhöhen, z. B. Dansylchlorid für Amine und o-Phthalaldehyd für Aminosäuren.
Qualitätskontrolle bei der Probenvorbereitung
Methodenleerwerte stellen sicher, dass Reagenzien und Geräte keine Kontamination verursachen. Matrixspitzen, die die bekannte Zugabe von Analyt mit sich bringen, bewerten die Wiederfindung und die Genauigkeit der Methode. Zertifizierte Referenzmaterialien (CRMs) validieren das gesamte Analyseverfahren, während Replikatanalysen die Präzision und Reproduzierbarkeit der Vorbereitungsmethode bewerten.
