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Determination of the geographical origin of green coffee beans via elemental and isotopic fingerprinting using ICPMS

Barbara Lehner

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Jürgen König

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DOI

10.25365/thesis.22434

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29773.09918.766259-5

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Heutzutage ist Kaffee eines der wertvollsten Produkte im Welthandel und ein wichtiges Exportgut der wirtschaftlich weniger prosperierenden Länder, wo er bis zu 50% der Auslandsgeschäfte ausmacht. Aus diesem Grund ist klar ersichtlich, dass einer Herkunftsbestimmung von Kaffee besondere Bedeutung zukommt. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Methode zur Separation der Seltenen Erdelemente (REE) von der Matrix. Die REE-Verteilung soll letztendlich als Fingerabdruck für die geografische Herkunft dienen, um Kaffeebohnen aus Afrika, Asien und Amerika zu unterscheiden. Das Hauptziel der Trennmethode war die Abtrennung interferierender Elemente, in erster Linie Barium und Eisen. Obwohl diese Elemente abgetrennt werden konnten, zeigte das verwendete Harz keine Rückhaltung der Seltenen Erden, woraus sich ein hoher Verlust der Seltenerdmetalle ergab. Als Konsequenz lag nur eine beschränkte Anzahl an Seltenen Erden oberhalb der Nachweisgrenze, die Gesamtmessunsicherheit dieser Elemente war sehr hoch. Als Resultat dieser Untersuchungen zeigte sich, dass die vorgeschlagene Methode nicht geeignet zur Lösung der Fragestellung war. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Kombination der aus verschiedenen Quellen gewonnenen Daten von Elementverteilungen und Isotopenverhältnissen herangezogen, um grüne Kaffeebohnen gemäß ihres geografischen Ursprunges zu klassifizieren. Diese Verteilungen beinhalten Seltenerdmetalle, (gemessen mit ICPQMS), Multielementverteilungen (ICPQMS-Messungen), Sr Isotopen (MC-ICPMS-Messungen) und leichte stabile Isotope (C, H, O, gemessen mit IRMS). Diese Daten wurden mithilfe von Hauptkomponentenanalyse und kanonischer Diskriminanzanalyse untersucht. Die Seltenen Erden zeigten kein erfolgreiches Ergebnis, während Strontium und die leichten stabilen Isotope gemeinsam mit den Multielementverteilungen die Herkunft bis zu 100% richtig klassifizierten.

Abstract

(Englisch)

Nowadays, coffee is one of the most valuable products in world trade, especially a crucial export good for the least developed countries as it contributes to over 50 % of the foreign exchange earnings through exports. Therefore, it is clearly stated that coffee shows a great potential concerning geographical origin discrimination and avoiding fraud or misleading of the consumer. The first part of this work was the establishment of an optimized sample preparation method using a rare earth element specific resin to separate the analytes from the sample matrix and to apply REE patterns to define elemental fingerprints of green coffee beans originating from Africa, Asia and America. The main aim of the separation procedure was the reduction of interfering matrix parts such as barium and iron. While these substances could be successfully separated, the resin did not show specific REE adhesion, resulting in high loss of original REE contents. Only a limited number of rare earth elements were above limits of detection and total combined uncertainties of measurements were quite high. Based on the results, the method was not adequate to solve the research question and requires further development. The second part of the thesis puts a special emphasis on the combination of different elemental and isotopic data to define a unique fingerprint of green coffee beans and to classify their geographical origins. These patterns include rare earth element patterns determined by ICPQMS, multi-element patterns determined by ICPSFMS, strontium isotope ratios determined by HR-MC-ICPMS as well as light stable isotope ratios determined by IRMS. The data were evaluated statistically by use of principal component and canonical discriminant analysis. While rare earth patterns did not show satisfying results, strontium and light stable isotope ratios as well as the multi-element pattern did support successful origin classification up to 100%.

Autor*innen

Barbara Lehner

Haupttitel (Englisch)

Determination of the geographical origin of green coffee beans via elemental and isotopic fingerprinting using ICPMS

Paralleltitel (Deutsch)

Geografische Herkunftsbestimmung grüner Kaffeebohnen anhand Elementenverteilungen und Isotopenverhältnissen mittels ICPMS

Publikationsjahr

2012

Umfangsangabe

94 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Jürgen König

Klassifikationen

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.03 Methoden und Techniken in den Naturwissenschaften ,

35 Chemie > 35.23 Analytische Chemie: Allgemeines

AC Nummer

AC09615579

Utheses ID

20037

Studienkennzahl

UA | 474 | | |

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Schlagwörter