Identifizierung mittels DLS, AF4 und MALS

Nanopartikel in Instant-Lebensmitteln

Petra Krystek*) und Thomas Jocks**)

Waren Nanopartikel vor einigen Jahren lediglich für eine begrenzte Forschergemeinde Gegenstand des Interesses, so haben sie inzwischen ihren Weg in zahlreiche Alltagsprodukte gefunden. Parallel zu dieser fast explosionsartigen Entwicklung wächst natürlich auch die Notwendigkeit, zuverlässige Daten über Ausbreitung, Größenverteilung, Bioverfügbarkeit oder Emissionsverhalten von Nanopartikeln zu gewinnen. Schließlich möchte man ein mögliches Gefahrenpotential für Mensch und Umwelt realistisch einschätzen oder ausschließen. Im Bereich der Qualitätskontrolle von Konsumprodukten kann die Identifizierung und Charakterisierung von Nanopartikeln wertvolle Erkenntnisse liefern. Wir zeigen in diesem Anwendungsbeispiel, wie man durch den kombinierten Einsatz verschiedener Trenn- und Analysentechniken eine Reihe von Daten erhält, die für die Charakterisierung von Partikeln - selbst in komplexer Matrix - wertvolle Informationen liefern.

Zu Beginn der Analyse muss man die Probe, die ja meist als Gemisch unterschiedlich großer Teilchen vorliegt, in ihre Bestandteile trennen. Hierzu wurde in der vorliegenden Untersuchung die asymmetrische Fluss-Feldflussfraktionierung (AF4) verwendet. Diese Separationsmethode arbeitet ohne Säule. Die Trennung findet in einem flachen Kanal statt, der vom Laufmittel durchströmt wird. Dabei wirken ausschließlich Strömungskräfte auf die Probe ein, was zu einer ebenso sauberen wie schonenden Separation entsprechend der Teilchengröße (genauer gesagt: dem Diffusionskoeffizienten der Partikel) führt. Sind die Komponenten aufgetrennt, erfolgt ihre Detektion mithilfe der Mehrwinkel-Lichtstreuungsmessung (MALS). MALS ist ein Verfahren, das absolute Messungen von Molmassen und Molekülradien erlaubt, ohne das System mit Standards kalibrieren zu müssen.

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In diesem Applikationsbericht stellen wir Messungen von Nanopartikeln in einer komplexen Matrix, nämlich einem kommerziell erhältlichen Instant-Cappuccino-Pulver, vor. Die Messungen wurden in den Labors von Wyatt Technology Europe GmbH, Dernbach, durchgeführt und ausgewertet.

Wir zeigen, dass man in solchen Proben die Größenverteilung der Komponenten bestimmen kann. Die Daten wurden mit Hilfe von AF4 (Wyatt Eclipse 3+) und MALS (Dawn Heleos) ermittelt. Batch-Messungen mit einem Wyatt Dyna Pro Plate Reader lieferten mithilfe der Dynamischen Lichtstreuungsmessung (DLS) als zusätzlichen Parameter die Größenverteilungen der Partikel in der komplexen Matrix des fertigen Produktes.

Im zubereiteten Cappuccino erhält man mittels DLS für die Größenverteilung der Partikel das in Bild 1 gezeigte Ergebnis: Die Größe der Komponenten liegt zwischen 100 und 1000 nm. Werden die Partikel mithilfe der AF4 in die verschiedenen Größenfraktionen getrennt und die Gyrationsradien durch MALS bestimmt, so ergibt sich eine noch genauere Differenzierung, wie Bild 2 zeigt.

Die Größe der Komponenten liegt in diesem Fall zwischen 100 und etwa 2000 nm. Der Nachweis solcher Partikelgrößen von bis zu 2000 nm legt den Schluss nahe, dass es hier zur Bildung großer Aggregate mit Radien bis in den Mikrometerbereich hinein kommt. Diese kann man mit einem 18-Winkel MALS-Detektor sehr gut detektieren.

Zusammenfassung

Es wird gezeigt, dass die Batch-Messung mit dem Dyna Pro Plate-Reader einen Überblick über die Größenverteilung der Komponenten liefern kann. Die Vorteile einer solchen Batch-Messung: Sie ist schnell und meist ohne aufwändige Probenvorbereitung durchführbar. Gerade bei einer breit verteilten Probe mit einem deutlichen Anteil sehr großer Partikel ist es jedoch darüber hinaus sinnvoll, eine Auftrennung der Partikelfraktionen mit AF4 vorzunehmen. Die anschließende MALS-Messung mit dem Dawn Heleos erbringt dann ein sehr genaues, differenziertes Bild der Teilchengrößen.

*) Institute for Environmental Studies (IVM), VU University, Amsterdam, The Netherlands, E-Mail: petra.krystek@ivm.vu.nl

**)Wyatt Technology Europe, Dernbach, E-Mail: thomas.jocks@wyatt.eu

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