Flüssigchromatographische Bestimmung aliphatischer und aromatischer Amine mit 4-Chloro-7

125 Pages·2002·0.43 MB·German

Nicole Jachmann
Flüssigchromatographische Bestimmung aliphatischer und
aromatischer Amine mit 4-Chloro-7-nitrobenzo-2-oxa-1,3-diazol
-2001-
Analytische Chemie
Flüssigchromatographische Bestimmung aliphatischer und
aromatischer Amine mit 4-Chloro-7-nitrobenzo-2-oxa-1,3-diazol
Inaugural-Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades
der Naturwissenschaften im Fachbereich Chemie und Pharmazie
der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster
vorgelegt von
Nicole Jachmann
aus Senden
-2001-
__________________________________________________________
Dekan: Prof. Dr. Wulfhard Lange
Erster Gutachter: Prof. Dr. Uwe Karst
Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Karl Cammann
Tag der mündlichen Prüfung: ___________________________
Tag der Promotion: ___________________________
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungen
1 Einleitung 1
2 Ziel der Arbeit 2
3 Allgemeiner Teil 3
3.1 Amine 3
3.1.1 Definition, allgemeine Eigenschaften, Darstellungsmethoden 3
3.1.2 Vorkommen und Bedeutung von Aminen 5
3.1.3 Toxizität von Aminen 7
3.2 Probenahmetechniken 8
3.2.1 Probenahme mit Impingern (Waschflaschen) 8
3.2.2 Probenahmeröhrchen 9
3.3 Analytische Bestimmungsverfahren für Amine 10
3.3.1 Grundsätzliches zu Derivatisierungsverfahren 10
3.3.2 Derivatisierung von Aminen in Lösung 11
3.3.3 Derivatisierung von Aminen in der Gasphase 14
3.4 Detektion und Quantifizierung in der Flüssigchromatographie 17
3.4.1 UV/vis-Detektion 17
3.4.2 Fluoreszenzdetektion 18
3.4.3 Massenspektrometrische Detektion 20
3.5 4-Chloro-7-nitrobenzo-2-oxa-1,3-diazol (NBDCl) 23
3.5.1 Darstellung 23
3.5.2 Eigenschaften und Anwendung 24
4 Experimenteller Teil 26
4.1 Chemikalien 26
4.2 Geräte 26
4.3 Synthese und Charakterisierung der 4-Amino-7-nitrobenzo-2-
oxa-1,3-diazole (NBDAmine) 31
4.4 Flüssigchromatographische Trennung und Detektion 60
4.4.1 UV/vis-spektroskopische Eigenschaften 60
4.4.2 Flüssigchromatographische Trennung mit anschließender
UV/vis-Detektion 63
4.4.3 Fluoreszenzspektroskopische Eigenschaften der NBDAmine 65
4.4.4 Flüssigchromatographische Trennung mit anschließender
UV/vis- und fluoreszenzspektroskopischer Detektion 68
4.4.5 Bestimmung der apparativen Nachweisgrenzen für die
UV/vis- und Fluoreszenzdetektion 70
4.5 Vergleich mit bestehenden Methoden 73
4.6 Flüssigchromatographische Trennung mit
massenspektrometrischer Detektion 75
4.6.1 Allgemeines 75
4.6.2 Apparative Nachweisgrenzen der HPLC-MS-Methode 85
4.7 Bestimmung von Aminen in der Luft 88
4.7.1 Grundsätzliches 88
4.7.2 Luftprobenahme mit Impingern 89
4.7.3 Luftprobenahme mit Probenahmeröhrchen 97
4.8 Untersuchung von Realproben mit der NBDCl-Methode 101
5 Zusammenfassung 105
6 Literatur 107
Abkürzungsverzeichnis
A Ammoniak
Abb. Abbildung
AcNi Acetonitril
An Anilin
APCI Chemische Ionisation bei Atmosphärendruck (Atmospheric Pressure
Chemical Ionization)
bA biogene Amine
BA Butylamin
BFO 5,7-Dinitrobenzofuroxan
BFZ 4,6-Dinitrobenzofurazan
BzA Benzylamin
Cad Cadaverin
CE Kapillarelektrophorese (Capillary Electrophoresis)
d Dublett
DBA Dibutylamin
DC Dünnschichtchromatographie
DEA Diethylamin
DMA Dimethylamin
DMF Dimethylformamid
DMSO Dimethylsulfoxid
DP Deprotonierungsmechanismus
DPA Dipropylamin
DNFBz 2,4-Dinitrofluorbenzol
DNClBz 3,5-Dinitrochlorbenzol
EA Ethylamin
2-EAn 2-Ethylanilin
3-EAn 3-Ethylanilin
4-EAn 4-Ethylanilin
EE Elektroneneinfangmechanismus
EI-MS Elektronenstoßionisations-Massenspektrum
ESI Electrospray-Ionisation
eV Elektronenvolt
Fa. Firma
FT-IR Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie
GC Gaschromatographie
Him Histamin
HMDA Hexamethylendiamin
HPLC Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (High Performance Liquid
Chromatography)
I Intensität
IR Infrarot
3J Kopplungskonstante einer vicinalen Kopplung (Kopplung über drei
Bindungen)
LC Flüssigchromatographie (Liquid Chromatography)
LIF Laserinduzierte Fluoreszenz (Laser Induced Fluorescence)
m mittel, middle; Multiplett
MAK Maximale Arbeitsplatzkonzentration
2-MBzA 2-Methylbenzylamin
3-MBzA 3-Methylbenzylamin
4-MBzA 4-Methylbenzylamin
MeOH Methanol
MHz Megahertz
MA Methylamin
MO Molekülorbital
m/z Masse-zu-Ladungs-Verhältnis
NBD 7-Nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol
NBDCl 4-Chloro-7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol
NMAn N-Methylanilin
NMR Kernmagnetische Resonanz (Nuclear Magnetic Resonance)
NOCl 2-Naphthyloxycarbonylchlorid
NWG Nachweisgrenze
OSHA Occupational Safety & Health Administration, U.S. Department of Labor
PA Propylamin
PE Polyethylen
PeA Pentylamin (Amylamin)
PNZCl p-Nitrobenzyloxycarbonylchlorid
PP Polypropylen
ppm parts per million
Put Putrescin
q Quartett
rel. relativ
R.F.I relative Fluoreszenzintensität
RP Umkehrphase (Reversed Phase)
RT Raumtemperatur
SIM Single Ion Monitoring
Spd Spermidin
SPE Festphasenextraktion (Solid Phase Extraction)
Spm Spermin
t Triplett
TIC Totalionenstrom (Total Ion Current)
s stark (strong); Singulett
UV/vis Ultravioletter/sichtbarer Bereich des elektromagnetischen Spektrums
v/v Volumenanteil einer Substanz am Gesamtvolumen
VDI Verein Deutscher Ingenieure
w weak (schwach)
WFR Wiederfindungsrate
d chemische Verschiebung
e molarer Extinktionskoeffizient
l Wellenlänge
l Emissionswellenlänge
em
l Excitationswellenlänge
ex
l Wellenlänge des Absorptionsmaximums
max
ZNS Zentrales Nervensystem
1Einleitung 1
1 Einleitung
Die Bestimmung kurzkettiger aliphatischer Amine und flüchtiger aromatischer Amine
in der Luft am Arbeitsplatz ist eine wichtige Aufgabe der Arbeitsplatzüberwachung,
denn Amine treten in bedeutenden Mengen bei industriellen Großprozessen wie
beispielsweise in der Farbstoff- und Polymerherstellung auf und besitzen sowohl akut
als auch chronisch toxische Eigenschaften. Die Identifizierung und Quantifizierung
mittels direkt-spektroskopischer Verfahren ist allerdings wegen der hohen Reaktivität
dieser Verbindungsklasse nur sehr bedingt möglich, da diese häufig schon während
der Probenahme zu stabileren Verbindungen abreagieren und sich so der
Bestimmung entziehen.
Die Identifizierung und Quantifizierung reaktiver Amine erfolgt deshalb mit
Derivatisierungsreagenzien, die den Analyten stabilisieren und dessen
chromatographische und spektroskopische Eigenschaften verbessern. Als
Derivatisierungsreagenzien werden häufig halogenierte aromatische Verbindungen
eingesetzt, die mit den Analyten in einer nucleophilen aromatischen
Substitutionsreaktion zu einem stabilen Produkt reagieren.
Die bestehenden Methoden erlauben ausschließlich die Identifizierung und
Quantifizierung primärer und sekundärer aliphatischer Amine, während die
Bestimmung von flüchtigen aromatischen Verbindungen nicht möglich ist. Aufgrund
der Probenahmetechniken und Kalibrationsmethoden werden bei diesen Methoden
nur unzureichende Nachweisgrenzen erreicht.
Eine mögliche Lösung dieses analytischen Problems ist die in dieser Arbeit
vorgestellte Methode auf der Basis des 4-Chloro-7-nitrobenzo-2-oxa-1,3-diazols als
Derivatisierungsreagenz zur flüssigchromatographischen Bestimmung aliphatischer
und aromatischer Amine mit anschließender UV/vis- und fluoreszenz-
spektroskopischer Detektion sowie massenspektrometrischer Detektion.