Bestimmung von Kontaminationen: HPLC vs. GC

Gaschromatographie (GC) und Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) zählen zu den bedeutendsten Nachweismethoden in der modernen chemischen Analytik. Beide Verfahren spielen in der Forschung sowie in Branchen wie der Lebensmittelsicherheit eine wichtige Rolle.

Doch wie unterscheiden sie sich hinsichtlich ihrer Funktion, ihres Aufbaus sowie der zu analysierenden Substanzen?

Technik und Funktionsweise von GC und HPLC

Die GC beruht auf der Nutzung eines Gases als mobile Phase zur Trennung von unpolaren Substanzen. Dabei wird die Probe zunächst im Injektor verdampft und anschließend mithilfe des Trägergases, das in einem speziellen Gasbehälter gespeichert ist, durch eine mit stationärer Phase beschichtete Trennsäule geführt. Diese stationäre Phase besteht in der Regel aus einer hochsiedenden Flüssigkeit oder einem Polymer, das auf einem festen Trägermaterial aufgebracht ist. Im GC-Ofen wird ein Temperaturgradient angewendet, sodass die Stoffe aufgrund ihrer Flüchtigkeit und Wechselwirkung eluieren. GC ist ideal zur Analyse flüchtiger und thermisch stabiler Substanzen. Thermisch stabile Substanzen sind chemische Verbindungen, die auch bei hohen Temperaturen ihre Struktur und Eigenschaften beibehalten und sich nicht zersetzen, z.B. organische Lösungsmittel und Aromastoffe.

Im Gegensatz dazu basiert die HPLC auf einer Flüssigkeit als mobiler Phase. Hierbei werden gelöste polare Stoffe unter Hochdruck durch eine Trennsäule gepumpt, die mit einer stationären Phase aus fein verteilten Partikeln (meist Kieselsäure) gefüllt ist. Hier werden Lösungsmittelgradienten gefahren - also zwei (oder mehrere) unterschiedliche Lösungsmittel werden zu unterschiedlichen Prozenten zugesetzt, z.B. Start A 0% und B 100% und Ende A 100% und B 0%. Die Trennung der Substanzen erfolgt hauptsächlich auf Basis von Polarität und Löslichkeit. Dadurch ist die HPLC ideal für eine Vielzahl von Proben, insbesondere für nichtflüchtige und polare Verbindungen wie Vitamine oder Konservierungsstoffe.

Detektionsmethoden von GC und HPLC

Die GC ist eine zuverlässige Nachweismethode bei der Untersuchung von flüchtigen und hitzebeständigen Substanzen. Mithilfe hochsensibler Detektoren wie dem Flammenionisationsdetektor (FID) oder der Massenspektrometrie (MS) lassen sich selbst geringste Spuren von z.B. Pestiziden und Allergenen aufspüren.

Die HPLC hingegen ist besonders effektiv bei der Untersuchung von Substanzen mit hoher Polarität und geringer Flüchtigkeit, wie z.B. Kontaminanten und Lebensmittelzusätze. Dank verschiedener Detektortypen wie Fluoreszenz- oder MS-Detektoren lassen sich diese Verbindungen präzise identifizieren und quantifizieren.

Empfindlichkeit und Selektivität von GC und HPLC

Unterschiede in Selektivität und Trennschärfe zwischen Gaschromatographie und Hochleistungsflüssigkeitschromatographie haben Einfluss auf die Präzision und Wiederholbarkeit analytischer Resultate, etwa in der Produktkontrolle oder bei sicherheitsrelevanten Prüfungen.

Die GC erzielt eine exakte Trennung bestimmter Substanzen durch die Wahl geeigneter Säulenmaterialien und die Steuerung von Betriebsparametern wie Temperaturverläufen sowie das Gasflüssen und Gasdrücken des Trägergases. Ihre Auflösung ermöglicht es, eng verwandte flüchtige Komponenten innerhalb komplexer Gemische zu differenzieren.

Die HPLC hingegen bietet Flexibilität bei der Trennung einer Vielzahl von Molekülen unterschiedlicher Polarität und Größe. Durch den Einsatz verschiedener stationärer Phasen, sowie durch die gezielte Modifikation der mobilen Phase lässt sich die Methode auf unterschiedlichste analytische Fragestellungen zuschneiden. Der Einsatz von Gradientenelution steigert dabei die Effizienz der Trennung und verkürzt die Laufzeiten. Dies ist vor allem bei Anwendungen mit hohem Probendurchsatz ein Vorteil.

Anwendungsgebiete von GC und HPLC

Lebensmittel

Bei der sensorischen Untersuchung von Lebensmitteln ermöglicht die GC nicht nur das Aufspüren und Bestimmen von Aromastoffen, sondern auch deren exakte Quantifizierung, welche ein zentraler Aspekt für Produktionsprozesse und Qualitätsprüfungen ist. Die GC wird unter anderem eingesetzt, um sowohl natürliche als auch künstlich hergestellte Aromakomponenten in Produkten wie Getränken, Gebäck oder Gewürzmischungen zu untersuchen.

Die HPLC lohnt sich insbesondere bei der Analyse von Zusatzstoffen. Sie erlaubt eine präzise Bestimmung von Vitaminen, Konservierungsmitteln, Süßstoffen und Farbstoffen. Diese Methode hilft der Lebensmittelindustrie dabei, gesetzliche Anforderungen einzuhalten und bietet eine transparente Einsicht in die Zusammensetzung von Nahrungsmitteln für Verbraucher.

Biopharmazeutika

Im biopharmazeutischen Sektor kommt die GC häufig bei der Untersuchung von Arzneimittelabbauprodukten zum Einsatz. Sie ermöglicht Wissenschaftlern, den Weg eines Medikaments im Organismus nachzuvollziehen. Besonders in Kombination mit der Massenspektrometrie (GC-MS) liefert sie präzise qualitative und quantitative Daten zu Metaboliten, die z.B. für die Wirkstoffentwicklung unverzichtbar sind.

Die HPLC wiederum nimmt eine zentrale Rolle bei der Charakterisierung und Reinigung komplexer Biomoleküle wie Proteine ein. Dank ihrer hohen Trennschärfe und Sensitivität eignet sie sich ideal zur Analyse großer, polarer Moleküle, die in modernen Arzneimitteln vorkommen.

Umwelt

In der Umweltanalyse hilft die GC vor allem zur Erkennung organischer Schadstoffe in Luft und Abwasser. Sie kommt beispielsweise bei der Überprüfung von Abwässern kommunaler Kläranlagen auf flüchtige organische Verbindungen (VOCs) zum Einsatz. Dank spezieller Trennsäulen und hochsensibler Detektionssysteme wie der Massenspektrometrie kann die GC Stoffe, die erhebliche Risiken für Umwelt und Gesundheit darstellen (wie Benzol oder chlorierte Kohlenwasserstoffe), präzise bestimmen.

Die HPLC überwacht insbesondere die Wasserqualität. Sie ist prädestiniert für den Nachweis nichtflüchtiger Stoffe wie Arzneimittelrückstände, Pestizide oder Inhaltsstoffe aus Kosmetika. Durch den Einsatz maßgeschneiderter stationärer Phasen und hochempfindlicher Detektoren ermöglicht die HPLC nicht nur die Identifikation dieser Verbindungen, sondern auch eine genaue Bestimmung ihrer Konzentration, was wichtig für fundierte Bewertungen der Wasserreinheit und die Entwicklung wirksamer Schutzmaßnahmen ist.

Kosten und Verfügbarkeit

GC und HPLC unterscheiden sich wesentlich in ihrer Handhabung, Kostenstruktur und Anwendbarkeit.

GC gilt als kostengünstiger und einfacher im Betrieb, eignet sich aber hauptsächlich für flüchtige und thermisch stabile Substanzen bei gleichzeitig geringerem Probenbedarf. HPLC hingegen ist komplexer und teurer in Anschaffung und Wartung, bietet dafür aber eine größere Flexibilität bei der Analyse verschiedener Verbindungen.

Während die GC vor allem in der Umweltanalyse aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit bei der Erfassung flüchtiger Schadstoffe bevorzugt wird, ist HPLC besonders in der Biopharmazie und Lebensmittelanalytik unverzichtbar. Die Wahl zwischen beiden Verfahren hängt letztlich vom Anwendungsbereich, den Eigenschaften der Probe und den jeweiligen analytischen Anforderungen ab.

Einsatz von HPLC und GC bei Tentamus

Die Labore der Tentamus Group nutzen Hochleistungsflüssigkeitschromatographie und Gaschromatographie für eine Vielzahl von Analysen in den Bereichen Lebensmittel, Kosmetik, Pharma und Nahrungsergänzungsmittel.

Mit HPLC werden unter anderem Süßungsmittel, Pestizidrückstände, Konservierungsstoffe und pharmazeutische Wirkstoffe präzise getrennt, identifiziert und quantifiziert. GC kommt vor allem bei der Analyse von Lösungsmittelrückständen und Pestiziden zum Einsatz, etwa um Schadstoffe oder Rückstände in Lebensmitteln, Kosmetika und Arzneimitteln nachzuweisen. Beide Methoden sichern die Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte, gewährleisten Produktqualität und unterstützen die Verkehrsfähigkeit der Produkte. GC und HPLC werden redundant und ergänzend zueinander eingesetzt, bei komplexen Analysen wird die Verwendung beider Trennsysteme in Betracht gezogen.