Forschungsprojekt:
Online-Messung des Mineralölgehaltes und spezifischer Mineralölbestandteile in Recyclingpapier und –karton , Machbarkeitsstudie

Kurzbeschreibung:

Kartonagen, Lebensmittelverpackungen und Zeitungspapier werden ganz oder teilweise aus Altpapier hergestellt. Dabei ist es möglich, dass unerwünschte Stoffe beim Recyclingprozess nicht vollständig eliminiert werden. Üblicherweise werden in der Analytik der jeweiligen Mineralölkomponenten aufwändige chromatographische Trennmethoden eingesetzt. Dies erfolgt insbesondere wegen der Komplexität der zugrunde liegenden Substanzgemische wie auch der besonderen Anforderung, aromatische von nicht-aromatischen Komponenten zu trennen, um sie gesondert erfassen zu können. Gefordert sind allerdings auch schnelle online-Methoden, die in kurzer Zeit nicht nur Aufschluss über die quantitative Zusammensetzung aromatischer und nicht-aromatischer Mineralölfraktionen erhalten, sondern zudem zielgerichtet auf besonders kritische Einzelkomponenten, insbesondere hinsichtlich Nicht-Anwesenheit bzw. Unterschreitung kritischer Grenzwerte zu prüfen.

Das Projekt soll diesen Anspruch adressieren: Ein neuer Ansatz für die schnelle online Detektion von spezifischen aromatischen Mineralölkomponenten mittels der Protonentausch-Massenspektrometrie, einem schonenden Ionisationsverfahren, das selektive aromatische Verbindungen in einem Kohlenwasserstoffgemisch ionisiert und detektiert, und in Koppelung mit der höheren Massenauflösung der Time-of-Flight (TOF) Detektion eine differenzierte Erfassung von flüchtigen Zielkomponenten erlaubt. Im Rahmen des Projektes wurde in einer Machbarkeitsstudie mit Hilfe definierter Mineralöl-Modelle und definierter MOSH-MOAH-Gemische in Dotierungsversuchen die Detektierbarkeit und Differenzierbarkeit der Zielkomponenten durch PTR-QMS und PTR-TOF-MS evaluiert. Ein besonderer Fokus lag hierbei auf einer Abschätzung der ohne weitere technische Hilfsmittel erzielbaren Detektionsgrenzen.

Evaluation der Projektergebnisse

Das Projekt hat erfolgreich eine erste Einschätzung geliefert, dass die PTR-QMS bzw. PTR-TOF-MS Technologie eine vielversprechende ergänzende Technologie zur schnellen Detektion kritischer Bestandteile in Mineralöl darstellt und als mobiles Früherkennungstool mit geringem Probenaufbereitungsaufwand und schneller Analysezeit zur Erkennung kritischer Mineralöl-komponenten in Kartonwaren einsetzbar ist.

Es wurde gezeigt, dass spezifische aromatische Zielkomponenten, die möglicherweise von physiologisch-toxikologischer Relevanz sind, mit hoher Sensitivität erfassbar sind; dies ist mit den bisher etablierten Methoden (Referenz LC-GC-FID Methode) nicht möglich, da hier nur Summenparameter erfasst werden, d.h. Substanzgruppen als Gesamtheit detektiert werden, ohne die Möglichkeit einer zielgerichteten Separation und Fokussierung auf bestimmte bedenkliche Moleküle.

In den wenigen Fällen, in denen für einzelne Komponenten noch nicht eine vollumfängliche Detektierbarkeit erreicht wurde, sind ergänzende Maßnahmen möglich, die die Sensitivität und Selektivität in der Detektion mittels PTR-MS noch über das bereits erreichte Maß hinaus steigern können. Hierzu zählen z.B. die Koppelung der PTR-MS Technologie mit einem Voranreicherung- und Thermodesorptionsschritt oder auch zur präzisen Quantifizierung in der jeweiligen Matrix die Kombination mit Stabilisotopenverdünnungsanalyse für spezifische Zielkomponenten.

Die derzeit etablierte Mineralölanalytik ist sehr anspruchsvoll und zeitaufwändig. Die PTR-MS Methodik könnte die Analytik wesentlich beschleunigen und insbesondere auch den überwachenden Behörden die Arbeit erleichtern. Es könnte ein Instrument zur stärkeren Risikoorientierung darstellen, um zunächst eine Vorauswahl für eine vertiefte Migrationsuntersuchung zu treffen, womit Personal- und Verbrauchsmittel-Ressourcen geschont werden. Um dies zu verdeutlichen, ist nachfolgend der Zeitaufwand für die durchgeführten Analysen pro Einzelkomponente, wie im Rahmen dieses Projektes aufgezeichnet, für die jeweiligen Verfahren vergleichend gegenübergestellt. Die Zeitkalkulation umfasst jeweils für jede Methode die Probenbereitung, Probenmessung und Auswertung der Ergebnisse. Es wird klar erkennbar, dass für den Routineeinsatz zur Messung spezifischer Zielkomponenten nach dieser ersten Zeitabschätzung der Vorteil klar auf Seiten der PTR-MS Technologie liegt.

Laufzeit: 2014