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Entwicklung von Analysenmethoden zur Untersuchung des Meerwassers auf schaedliche Schwermetalle

Es sollen weitere schaedliche Schwermetalle, die bisher im DHI noch nicht hinreichend bearbeitet werden konnten, in die Ueberwachungsprogramme aufgenommen werden. Hierzu zaehlt im Meerwasser mit hoechster Prioritaet die Bestimmung von Blei und Zink durch Invers-Involtametrie, die Bestimmung von Titan, Chrom und Vanadium durch Atomabsorptionsspektrometrie, sowie die Bestimmung von vielen weiteren Elementen durch Totalreflexions- Roentgenfluoreszenzanalyse. Hierzu muessen auch die bewaehrten Probenahmemethoden im Hinblick auf moegliche Kontaminationen bei neu zu untersuchenden Metallen geprueft werden. Alle neuen Verfahren und Untersuchungen dienen unmittelbar dem Ziel, eine regelmaessige Ueberwachung auf die in Zukunft neu hinzutretenden Elemente im Rahmen internationaler und nationaler Verpflichtungen des DHI durch geeignete und erprobte Verfahren sicherzustellen.

Atmosphaerische Chemie

Untersuchungen ueber die Verteilung von Spurenstoffen in der Atmosphaere werden im Institut fuer Chemie (ICH3) durchgefuehrt. Es erfolgt die Aufklaerung der Produktions- und Abbauprozesse und Modellrechnung zur Voraussage von Auswirkungen anthropogener Stoerungen. Folgende Themen werden schwerpunktmaessig bearbeitet: a) Entwicklung von Messverfahren fuer Radikale und Messungen in der Troposphaere und Stratosphaere mit folgenden Methoden: Laserresonanzfluoreszenz (fuer OH), vergleichende Absorptionsspektroskopie auf langen optischen Wegen (fuer OH), Matrix-Isolation und Elektronenspinresonanzspektroskopie (fuer HO2, NO2, RO2). b) Messung von langlebigen Spurengasen in der Atmosphaere mit gaschromatischen Methoden (z.B. CO, CH4, H2, N2O, CFCl3, CF2Cl2, CO2). c) Erarbeitung von chemischen und physikalisch-optischen Methoden zur Messung von kurzlebigen Spurengasen wie SO2, HNO3, NH4, CH2O, NO2 und Bestimmung ihrer Depositionsrate auf natuerliche bewachsene Boeden. d) Untersuchungen zum Isotopengehalt verschiedener Spurengase zur Aufklaerung ihres atmosphaerischen Kreislaufs (z.B. D in H2 und CH4, 13C in CO, CH4). Besondere Bedeutung hat die Messung von 14C im atmosphaerischen CO, weil sie Daten zur mitteleren globalen OH-Radikalkonzentration liefert. e) Entwicklung eines ein- und zweidimensionalen Modells zur Interpretation der Radikalmessungen, zur Untersuchung von Abbauprozessen in der Troposphaere und zur Voraussage der anthropogenen Stoerung der Ozonschicht.

Untersuchungen des Tagesgangs verschiedener Spurengase mit Hilfe der solaren Absorptionsspektroskopie im infraroten Spektralbereich im tropischen Westpazifik (TROPAC)

Der Ozean im Westpazifik ist mit Temperaturen von ganzjährig 30°C der wärmste Ozean der Welt. Im tropischen Westpazifik ist die Lufttemperatur der Grenzschicht weltweit am höchsten und die Ozonkonzentration am niedrigsten. Aufgrund der allgemeinen Advektion der Luftmassen in der unteren und mittleren Troposphäre aus dem Osten durch die Walker-Zirkulation über den Pazifik befindet sich die Luft über dem tropischen Westpazifik für längere Zeit in einer sauberen, warmen und feuchten Umgebung. Der Abbau von reaktiven Sauerstoff- und Ozonvorläufern wie NOx findet daher länger als anderswo in den Tropen, was zu sehr niedrigen Ozonkonzentrationen führte. Dies erhöht die Lebensdauer von kurzlebigen biogenen und anthropogenen Spurengasen. Darüber hinaus begünstigen hohe Meeresoberflächentemperaturen eine starke Konvektion im tropischen Westpazifik, was zu niedrigen Ozonmischungsverhältnissen in den konvektiven Ausflussgebieten in der oberen Troposphäre führen kann. Der Warmpool im Westpazifik ist auch eine wichtige Quellregion für stratosphärische Luft. Daher fallen die Region, in der die Lebensdauer kurzlebiger Spurengase erhöht ist, und die Quellregion der stratosphärischen Luft zusammen. Somit bestimmt die Zusammensetzung der troposphärischen Atmosphäre in dieser Region in hohem Maße auch die globale stratosphärische Zusammensetzung.Ozon ist aufgrund von Rückkopplungsprozessen zwischen Temperatur, Dynamik und Ozon ein wichtiges Spurengas in der Klimaforschung. Da der Warmpool im Westpazifik die Hauptquellenregion für stratosphärische Luft ist, ist die Kenntnis von Ozon und anderen kurzlebigen Spurengasen auch wichtig, um den Transport von Spurengasen in die Stratosphäre zu verstehen.Ziel unseres Projektes ist die Messung des Tagesgangs von Ozon und anderen Spurengasen mit Hilfe der hochauflösenden solaren Absorptions-FTIR-Spektroskopie. Die Messungen liefern die Gesamtsäulendichten von bis zu 20 Spurengasen. Für einige Spurengase erlaubt die Analyse der Spektrallinienform die Ableitung der Konzentrationsprofile in bis zu etwa vier atmosphärischen Höhenschichten. Ergänzt werden die Beobachtungen durch Ozonballonsondierungen, kontinuierliche Messungen der UV-Strahlung, und Modellrechnungen mit einem Chemie-Transport-Modell. Die Messungen sind für den Zeitraum August bis Oktober 2022 geplant, die Auswertung und Interpretation von November 2022 bis Januar 2023.

Entwicklung von Analysenverfahren zur Bestimmung von Elementspezies in Biotopen

Fuer Aussagen ueber die Toxizitaet von Elementen in Biotopen ist nicht allein der Gesamtgehalt sondern auch die Bindungsform, d.h. die Kenntnis ueber die Arten von Elementspezies im Material, von entscheidender Bedeutung. Bisher existieren nur wenige Analysenverfahren, die eine differenzierte Analyse von Elementen nach Elementspezies ermoeglichen. Mit gas- und fluessigkeits-chromatographischen (DC u. HPLC) trenn- sowie photo-, fluor- und atomabsorptionsspektrometrischen Bestimmungsmethoden sollen solche Verfahren fuer einige toxische Elemente wie vorerst Arsen, Chrom, Zinn, Aluminium, Nickel, Kupfer und Mangan erarbeitet werden. Anwendungen der entwickelten Analysenverfahren auf Wasser, Sedimente, Pflanzenmaterial und Lebensmittel dienen dem Ziel, Kenntnisse ueber den Kreislauf dieser Elemente zu erhalten.

Belastung von Haus- und Wildtieren durch Pestizide und Schwermetalle sowie der aus diesen Tieren hergestellten Lebensmittel

1) Ziel: Schutz des Verbrauchers vor gesundheitlichen und materiellen Schaeden. 2) Aufgabenstellungen: Ausarbeitung von Untersuchungsmethoden, Sammlung statistischer Werte, Erarbeitung von Recycling-Plaenen, Ursachenforschung, Metabolisierungsfragen und Fragen der Akkumulation. 3) Methodik: Entnahme von Proben bei der Fleischbeschau und Lebensmittelueberwachung. Die Untersuchungsergebnisse werden bei der Beurteilung verwertet. 4) Untersuchungen: A) Schwermetalle mittels Atomabsorptionsspektrometrie, Material: (Vorzugsweise) Leber, Niere, Muskulatur; b) Pestizide mittels Gaschromatographie, Material: (Vorzugsweise) Fettgewebe.

Ermittlung der Schwermetallhintergrundbelastung fuer das Stadtgebiet Iserlohn unter Nutzung von Geoinformationssystemen

Die Stadt Iserlohn plant die Erarbeitung eines Bodenschutzkonzeptes. Zwingende Voraussetzung fuer ein solches Konzept ist die Kenntnis der geogenen Schwermetall-Hintergrundbelastung, um Belastungserhoehungen ueberhaupt beurteilen zu koennen. Um die Daten besser verfuegbar zu machen, sollen Geoinformationssysteme genutzt werden, mit deren Hilfe eine Visualisierung moeglich ist. Da mit deren Hilfe auch Interpolationen moeglich sind, waere ein solches System ein wichtiges Werkzeug fuer eine Optimierung der Stadtplanung. Im ersten Schritt wurden nach Vorgaben und mit Leihgeraet des Landesumweltamtes (LUA) anthropogen nicht ueberformte Standorte des gesamten Stadtgebietes beprobt. Die Involvierung des LUA stellt sicher, dass die Messungen landesweit vergleichbar sind, was zwingende Voraussetzung fuer eine ins Auge gefasste spaetere Foerderung des Projektes durch das Landesumweltministerium ist. Die Schwermetallbestimmungen wurden durch Fa UCL in Luenen durch ICP-Messungen durchgefuehrt; die Aus- und Bewertung der Daten erfolgte durch die MFH. An ausgesuchten Punkten wurden zusaetzliche Proben in feinerem Raster genommen, deren Schwermetallgehalte an der MFH durch Inverspolarographie sowie von Fa Lobbe durch AAS bestimmt wurden. An geologisch interessanten Punkten wurden zusaetzliche Vergleichsmessungen per RFA durch die Ruhr-Universitaet Bochum durchgefuehrt. Die Visualisierung der Daten durch das Geoinformationssystem ARCVIEW wird durch das Institut fuer Stadtoekologie und Bodenschutz durchgefuehrt werden.

Entwicklung und Anwendung von Verfahren zur Bestimmung von Elementspuren in biologischen Matrices

Die biologische Matrix beeinflusst die Bestimmung von Elementspuren mit Hilfe von flammenloser AAS oder inverser Polarographie (DPASV). Durch Methodenvergleich und Entwicklung unabhaengiger Verfahren sollen diese Interferenzen erkannt und durch geeignete Massnahmen eliminiert werden (Verfahrensoptimierung). Ziel ist die Interpretation klinisch analytischer Befunde als Beitrag fuer die Grundlagenforschung zur Physiologie der Spurenelemente.

Geochemisches Monitoring anorganischer Schadstoffe

Zur Erfassung von Schadstoffbelastungen und zugeordneten geogenen Systemparametern in oberflaechennahen Sedimenten und Boeden wurde im Rahmen mehrerer Diplomarbeiten Typlokalitaeten unterschiedlicher anthropogener Nutzung und Belastung untersucht: - tonreiche Flutablagerungen in der Saale-Aue bei Halle - glaziale Sedimente im Bereich der Rieselfelder suedlich Berlin - Sandaufschuettungen auf Kinderspielplaetzen im Stadtgebiet von Berlin. Ueber spezifische Aufschluss- und Messverfahren in unterschiedlichen Kornfraktionen (- 200 mym im Oberboden bzw. - 63 mym im Unterboden und Sediment) werden unterschiedliche Bindungsarten und Mobilisierungsphasen ermittelt: - Element-Screening mittels RFA fuer 11 Haupt- und Nebenelemente sowie 20 Spurenelemente ueber Pulvertabletten an Fraktion - 63 mym; - Koenigswasseraufschluss nach DIN 38414 mit atomspektrometrischer Analytik zur Vergleichbarkeit mit Pruefwertlisten; - sequenzielle Laugungen zur Erfassung der an organische Bestandteile gebundenen Schadstoff/Schwermetallkonzentrationen (H2O2) sowie der Pflanzenverfuegbarkeit (Zitronensaeure); - sequenzielle Laugungen an Vertikalprofilen nach Zeien & Bruemmer; - Erfassung der mineralischen Komponenten ueber Abschaetzung der RFA-Hauptelementkonzentrationen mit Kontrolle ueber RD-Phasenanalytik. Die Darstellungen flaechiger Verteilungsmuster sowie zum vertikalen Migrationsverhalten von Schwermetallkonzentrationen und physiko-chemischen Systemparametern bilden die Basis des anorganischen Schadstoff-Monitoring.

Verbesserung der Analysenverfahren zum Nachweis von anorganischen Schadstoffen in geringen Konzentrationen

Entwicklung von Analysenverfahren zur Erfassung von anorganischen Schadstoffen in Industrieemissionen und biologischen Materialien in Konzentrationen, die unterhalb der Grenze ihrer Schadwirkung liegen. Vergleich der Nachweisgrenzen bestehender insbesondere photometrischer, atomabsorptionsspektrometrischer und elektrochemischer Analysenverfahren mit den Anforderungen des Umweltschutzes. Erforderlichenfalls Herabsetzung der NWG durch Erarbeitung von Anreicherungsverfahren fuer das zu erfassende Element.

Methodenentwicklung, Roentgenfluoreszenz, HIXE, ZAAS und Aerosolprobennahme

Verbesserung von Nachweisgrenzen und Genauigkeit von Roentgenfluoreszenz-Spurenanalyse. a) Ausnutzung von Polarisation: Reduzierung des Streuuntergrundes in dreidimensionaler Geometrie, Anregung mit Barkla-gestreutem Kontinuum; Bragg-gestreuter Sekundaerstrahlung mit Einkristall. b) Rechnerische selbsteichende Matrix-Korrektur an festen dicken Proben; interaktives Verfahren, das drei Rayleigh -und Comptonstreupeaks zur Information ueber leichte Matrixkomponenten verwendet. 2) Entwicklung von Aerosolsammlern: a) tragbar zur Personenueberwachung, b) transportabel zur Ueberwachung von oertlichen Belastungen, c) ortsfest, windrichtungsabhaengig sammelnd. 3) Entwicklung von Schwerionen-Techniken zur Analyse HIXE, HIRFS. 4) Zeeman-AAS-Entwicklung.

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