Überlagerung der Signale von Duftstoffstandards (schwarz) und Duschgel (rot). Die blauen Ziffern markieren Duftstoffe (siehe Tabellen auf Seite 12), grüne Ziffern folgende Matrixkomponenten: 1. Methyllaurat, 2. n-Dodecanol, 3. Caprylsäure, 4. 2-Phenoxyethanol, 5. Laurylethoxylat, 6. Laurinsäure, 7. Methyl-p-hydroxybenzoat, 8. N-propyl-p-hydroxybenzoat.
Schematische Darstellung des DHS-Prozesses.
Analysenbedingungen
Adsorbens: Tenax TA
DHS: 20 °C Fallentemperatur,
80 °C Inkubationstemperatur,
500 mL Extraktionsvolumen,
50 mL/min Extraktionsfluss
TDU: Solvent-vent-Modus,
20 °C (3 min);
100 °C/min;
250 °C (5 min)
KAS: Tenax TA Liner, 0,2 min
Solvent-vent-Modus
(30 mL/min), Split 10:1,
20 °C; 12 °C/s; 280 °C (5 min)
Säule: 30 m Stabilwax (Restek),
di = 0,25 mm
df = 0,25 μm
Pneumatik: He, konstanter Fluss = 1 mL/min
Ofen: 40 °C (1 min); 3 °C/min; 240 °C (20 min)
MSD: Scan, 29-350 amu
Nr. Verbindung Likens-N.
Hexan
[%]
Likens-N.
Frigen
[%]
DHS
[%]
1 Ethylbutyrat 40 120 80
2 Limonen 53 67 82
3 Hexylacetat 50 90 90
4 Allylcaproat 60 100 101
5 Dihydromyrcenol 62 73 100
6 Linalool 83 100 92
7 Agrumex 96 108 97
8 α-Terpineol 75 100 90
9 Styrallylacetat 117 150 99
10 Benzylacetat 100 120 85
11 Florol 36 32 98
12 Dihydrojasmon 150 200 95
13 DMBC-Butyrat 143 179 101
14 ß-Ionon 167 135 90
15 cis-Jasmon 125 115 95
16 keine Angaben      
17 Lilial 183 117 49
18 Bacdanol 130 120 83
19 Hydroxycitronellol n.n. n.n. 109
20 Aldehyd C-14 75 150 105
21 Hedion 67 50 95
22 Galaxolid 50 IPM 150 125 81
23 Hexylcinnamaldehyd 100 60 85
24 Helional 69 52 37
25 Cumarin 80 93 86
26 Ethylvanillin Spur 60 133
27 Moschus T 93 3 3 78
28 Frambinon n.n. n.n. 49
Referenz
GERSTEL-AppNote 2009-08. „Fragrance Profiling of Consumer Products using a Fully Automated Dynamic Heaspace System.“
Weitere Informationen
Andreas Hoffmann, Dr. Oliver Lerch, GERSTEL GmbH & Co. KG, Eberhard-Gerstel- Platz 1, D-45473 Mülheim an der Ruhr.
Volker Hudewenz, Drom Fragrances International GmbH & Co. KG, Oberdiller Straße 18, D-82065 Baierbrunn

Duftstoff-Profiling I

Auf den Geruch gekommen?

Um dem Geruchsgeheimnis eines Konsumguts auf die Spur zu kommen, bedarf es analytischer Raffinesse und einer ausgefeilten Analysentechnik. Wie das folgende Beispiel zeigt, profitiert der Anwender bei der olfaktorischen Detektivarbeit von einer automatisierten Probenvorbereitung und einer Extraktionstechnik, die im Handumdrehen ein Maximum an Aufklärung bietet.

Die Nase gereicht ihrem Besitzer nicht allein zur Zierde. Sie im Umkehrschluss als bloßes Riechorgan zu bezeichnen, wäre ebenfalls zu kurz gegriffen angesichts des einerseits äußerst komplizierten, wissenschaftlich bislang noch nicht vollständig entschlüsselten Riechprozesses, andererseits der mit ihr verbundenen psychologischen Komponente, die in vielen Redewendungen anklingt: Von Durchsetzungsfähigkeit kann die Rede sein, wenn alle nach jemandes Nase tanzen. Der neugierige Mensch steckt seine Nase in die Dinge anderer Leute, der erfolgreiche hat sie vorn. Veralbert wird, wer an der Nase herumgeführt wurde; die Nase voll hat, wem es reicht. Wir fallen auf die Nase, wenn etwas misslingt, oder kriegen eins auf die Nase, gehen wir zu weit. Und wenn es uns stinkt, rümpfen wir die Nase und wenden uns angewidert ab.

Kassenschlager oder Ladenhüter – der Nasenfaktor ist entscheidend

Was hingegen gut riecht, kommt meist gut an. Das gilt für Menschen ebenso wie für all die Dinge, die uns nähren, kleiden, pflegen oder schmücken: Gerüche können, kaum dass sie in die Nase gestiegen sind, wie kein anderer Sinneseindruck in uns ein neuronales Feuerwerk entfachen und Reaktionen von Ekel über Wohlgefallen bis hin zur Schnüffelsucht anstoßen.
Diese Erkenntnis erweist sich auch den Herstellern von Konsumgütern als wertvolles Instrument im Marketingkoffer, das, virtuos gespielt, dazu beitragen kann, die Karriere eines Produktes zu beflügeln und das Schicksal, als Ladenhüter im untersten Regal zu enden, abzuwenden.
Mit anderen Worten: Wohlgeruch steigert die Wahrnehmung und Akzeptanz eines Produkts aufseiten der Anwender, hat folgerichtig eine verkaufsfördernde Wirkung. Womit sich der Einsatz von Aroma- und Duftstoffen in der Konsumgüterindustrie erklären lässt. Um im Wettbewerb die Nase vorn zu haben, setzen die Hersteller von Konsumgütern große Stücke auf die Aroma- und Duftstoffforschung unter Einsatz „schweren Geräts“: Insbesondere moderne GC/MS-Systeme eignen sich dazu, hinreichend verwertbare qualitative und quantitative Informationen über die chemische Zusammensetzung einer Probe zu erhalten. Ein wichtiger Schritt bei der Bestimmung interessanter Aromen und Duftstoffe ist die Probenvorbereitung, deren Kern ein Extraktionsverfahren bildet.
Traditionell werden zur Isolierung und Anreicherung olfaktorisch relevanter Analyten die Flüssig-flüssig- und Soxhlet-Extraktion eingesetzt. Gleiches gilt für die Likens- Nickerson-Extraktion, eine simultane Destillation und Extraktion (SDE), deren Handhabung sich in der Praxis jedoch als arbeits- und zeitintensiv herausstellt und die darüber hinaus oft nur sehr ungenaue Ergebnisse liefere, sagt Andreas Hoffmann: „Das SDE-Verfahren ist zeitaufwendig, und während der Probenvorbereitung können einige polare und/ oder halbflüchtige Verbindungen verloren gehen“, bemerkt der Applikationsexperte von GERSTEL.
Auch die Solid Phase Micro Extraction (SPME) erweise sich nicht als Königsweg, ungeachtet ihrer weiten Verbreitung. Das SPME-Verfahren gelte zwar als „schnellere Lösung“, zeige jedoch in puncto Selektivität und Kapazität gewisse Schwächen.
Auf der Suche nach der idealen qualitativen und quantitativen Bestimmungsmethode von Duftstoffen in Konsumgütern haben Andreas Hoffmann und Kollege Dr. Oliver Lerch die automatisierte Dynamische Headspace-Technik (DHS) auf den Prüfstand gestellt. Damit untersuchten sie u. a. ein mit einer bekannten Duftstoffmischung versetztes Duschgel. Um die Vergleichbarkeit zu gewährleisten, wurde das Gel auch nach der Likens-Nickerson-Methode extrahiert. „Allerdings, so viel vorweggenommen“, erklärt Dr.Oliver Lerch, „hat die DHS beim Nachweis von Duftstoffen in Konsumgütern die Nase vorn.“

Praxiseinsatz spricht für die DHS zwecks Duftstoffnachweis

Im nächsten Schritt wurde das Experiment auf die Bewältigung anspruchsvollerer Matrices erweitert. „Wir wollten wissen“, erläutert Dr. Oliver Lerch, „inwieweit die Matrix auf eine Duftstoffmischung wirkt und ihre Stabilität sowie den Nachweis beeinflusst.“
Unter anderem analysierten die Wissenschaftler Konsumgüter wie Deospray, Seifen, Kerzen und Haarfärbemittel, die mit demselben Duftstoffmix versetzt waren wie das untersuchte Duschgel. Auch in diesen Fällen, sagt der Wissenschaftler, belegten die Ergebnisse die Wirksamkeit der Dynamischen Headspace-Technik bei der Duftstoffanalyse.
Dr. Oliver Lerch: „Unter Nutzung des Totalverdampfungsverfahrens (Full Evaporation Technique, FET) ermöglicht die DHS die quantitative Extraktion einer großen Bandbreite unterschiedlicher Duftstoffverbindungen. Sie liefert dabei Ergebnisse, welche die tatsächliche Duftstoffzusammensetzung besser widerspiegeln als herkömmliche Extraktionsverfahren.“
Obendrein habe man mit der DHS noch schwer flüchtige Verbindungen (SVOC) bestimmen können, die traditionellen Extraktionsverfahren und -techniken in der Regel durch die Lappen gehen. Dr. Oliver Lerch: „Durchgängig zeigte sich die DHS-GC/MS-Analyse von Duftstoffen aus Konsumgütern als effizientere Alternative zu traditionellen Verfahren.“

Nr. Verbindung Dusch-gel
[%]
Stück Seife
[%]
Kerzen-wachs
[%]
Deo-spray
[%]
Haar-farbe
[%]
1 Ethylbutyrat 80 n.n. n.n. 51 n.n.
2 Limonen 82 10 32 64 20
3 Hexylacetat 90 n.n. 22 55 n.n.
4 Allylcaproat 101 n.n. 31 71 n.n.
5 Dihydromyrcenol 100 96 48 74 24
6 Linalool 92 92 39 63 24
7 Agrumex 97 99 51 73 23
8 α-Terpineol 90 104 39 65 21
9 Styrallylacetat 99 54 40 65 n.n.
10 Benzylacetat 85 5 35 53 n.n.
11 Florol 98 108 52 55 34
12 Dihydrojasmon 95 105 43 49 19
13 DMBC-Butyrat 101 110 56 87 24
14 ß-Ionon 90 120 35 49 24
15 cis-Jasmon 95 112 47 46 n.n.
16 Clonal 96 99 46 74 n.n.
17 Lilial 49 60 32 1 Spur
18 Bacdanol 83 95 34 n.n. 28
19 Hydroxycitronellol 109 72 44 26 23
20 Aldehyd C-14 105 11 56 70 n.n.
21 Hedion 95 99 48 28 4
22 Galaxolid 50 IPM 81 122 75 56 24
23 Hexylcinnamaldehyd 85 105 22 57 5
24 Helional 37. n.n. 27 38 n.n.
25 Cumarin 86 100 43 27 n.n.
26 Ethylvanillin 133 29 31 n.n. 11
27 Moschus T 93 78 10 72 28 n.n.
28 Frambinon 49 41 28 n.n. 12
Wiederfindung von Duftstoffverbindungen aus unterschiedlichen Matrices.

Das Experiment im Detail

Zur Bestimmung der Duftstoffe verwendet wurde folgende Gerätekombination: GC 7890, MSD 5975 von Agilent Technologies in Verbindung mit folgenden GERSTEL-Geräten und -Systemen:

Das GERSTEL-DynamicHeadspace-System (DHS) ist ein Modul des MultiPurposeSamplers, das den dynamischen Transport der Analyten aus dem Dampfraum (Headspace) sowie ihre Anreicherung auf einem entsprechenden Adsorbens vornimmt. Hierzu werden im vorliegenden Fall wenige Mikroliter eines methanolischen Extrakts der Probe in ein Headspace-Vial pipettiert und auf 80 °C erhitzt.
Aufgrund der Temperatureinwirkung gehen die Leicht- und Schwerflüchter in den Dampfraum über, und nichtverdampfbare Matrixbestandteile bleiben im Vial zurück. Bei dieser Verfahrensweise, die als Totalverdampfung, neudeutsch: Full Evaporation Technique (FET), bezeichnet wird, muss keine Rücksicht auf die Einstellung eines Gleichgewichts der Analyten zwischen Dampfraum und Probe genommen werden. „Und wir finden, was wir finden sollen“, sagt Andreas Hoffmann. Lenken wir einmal den Blick auf die weiteren Details der DHS-GC/MS-Analyse: Die Analyten werden vollständig verdampft und vermittels eines kontinuierlichen Gasstroms durch einen mit einem geeigneten Adsorbensmaterial gefüllten Glasliner gespült und angereichert. Das Adsorbensröhrchen wird anschließend in die Thermal- DesorptionUnit (TDU) überführt und die angereicherten Analyten werden thermisch desorbiert. Nachdem sie im KaltAufgabeSystem (KAS) cryofokussiert und temperaturprogrammiert auf die GC-Säule überführt wurden, erfolgten die Trennung und die massenselektive Detektion. Insbesondere die Cryofokussierung im KAS, bestätigt Andreas Hoffmann, sorge für scharfe Peaks und steigere die Sensitivität des Verfahrens. „Sämtliche Arbeitsschritte lassen sich dank der Automatisierung sehr effizient gestalten. Darüber hinaus“, freut sich der Wissenschaftler, „profitiert der Anwender, dauert die DHS-Analyse doch nur einen Bruchteil der Zeit, die zum Beispiel die Likens-Nickerson-Extraktion in Anspruch nimmt.“