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Found 31 results.

Bedeutung und Umweltverhalten von methylthiolierten Arsenaten in Geothermalwässern

Geothermalwässer sind eine der wichtigsten Quellen im geochemischen Arsen-Kreislauf. Untersuchungen konzentrieren sich häufig auf Arsenit und Arsenat, die sich nach dem Austritt aus Geothermalquellen weit ausbreiten und z.B. die Qualität von Trinkwasser-Aquiferen negativ beeinflussen können. Erst kürzlich wurde gezeigt, dass nicht Arsenit und Arsenat, sondern Thioarsenate (AsVSnO4-n3-; n = 1 - 4), die sich aus Arsenit und reduziertem Schwefel bilden, die häufigsten Arsenspezies an Geothermalquellen sind. Allerdings ist deren Ausbreitung durch Reaktivität gegenüber Sauerstoff begrenzt. Für das vorliegende Projekt postulieren wir, dass Methylierung ein viel häufigerer Prozess an Geothermalquellen ist als bisher angenommen und dass methylthiolierte Arsenate signifikanten Anteil am Gesamtarsengehalt haben, v.a. bei leicht saurem pH und hohen Gehalten an Sulfid und gelöstem organischem Kohlenstoff. Wir postulieren weiter, dass methylthiolierte Arsenate im Vergleich zu anorganischen Thioarsenaten geringere abiotische und mikrobielle Umwandlungen zeigen und im Vergleich zu Arsenit und Arsenat geringere und langsamere Sorption an Eisenminerale und organische Substanz. All dies würde zu einem potentiell hohen Austrag aus Geothermalgebieten führen. Um unsere Hypothesen zu testen, werden wir an zwei Geothermalgebieten in China (Rehai, Yunnan und Daggyai, Tibet) Arsenspezies an den Quellen bestimmen und ihre Umwandlung entlang der natürlichen Abflusskanäle sowie in on-site Inkubationsstudien verfolgen. Wir werden dabei auch klären, welche anderen abiotischen oder biotischen Faktoren zur Arsenspeziesumwandlung beitragen. Im Labor werden wir methylthiolierte Arsenate synthetisieren und ihre Bildung und Stabilität unter verschiedenen S/As Verhältnissen, Temperaturen, pH und in Anwesenheit von Oxidationsmitteln untersuchen. Desweiteren werden wir Ausmaß und Kinetik von Sorption an häufig vorkommenden Eisenmineralen (Ferrihydrit, Goethit, Mackinawit, Pyrit) und an einer organischen Modelsubstanz untersuchen. Um natürliche Bedingungen besser abzubilden, werden wir das Sorptionspotential für methylthiolierte Arsenate auch an natürlichen Sedimenten von Geothermalquellen und ihren Abflusskanälen bestimmen. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit zwischen Prof. Dr. Britta Planer-Friedrich (Deutschland), Expertin für Thioarsenchemie und -analytik, und Prof. Dr. Qinghai Guo (China), Experte für Geothermalwasserchemie, durchgeführt. Die Zusammenarbeit schliesst gemeinsam betreute Promotions- und Masterarbeiten ein, gemeinsame Geländearbeiten in China und Laborarbeiten in Deutschland, ein kickoff meeting in Deutschland sowie ein Abschlusstreffen in China. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, ein neues Modell für die Bildung, den Transport und die Umwandlung von Arsenspezies in Geothermalgebieten zu entwickeln sowie das mögliche Vorkommen von methylthiolierten Arsenaten auch für andere natürliche Systeme vorhersagen zu können.

Elektrochemische Plattform zur Phosphatbestimmung sowie weiterer Parameter in wässrigen Systemen, Teilprojekt 2

Entwicklung einer Strategie zur optischen Detektion von Anionen in Wasser mithilfe von oberflächenmodifizierten Goldnanopartikeln

In diesem Forschungsvorhaben wird eine Strategie zur optische Detektion anorganischer Anionen in Wasser verfolgt, die auf der Immobilisierung bekannter Anionenrezeptoren auf der Oberfläche von wasserlöslichen Goldnanopartikeln beruht. In Abwesenheit der entsprechenden Analyte sollen diese Nanopartikel in Lösung in nicht-aggregierter Form vorliegen und aufgrund ihrer Größe eine Plasmonenresonanz aufweisen, welche der Lösung eine charakteristische Farbe verleiht. In Gegenwart geeigneter anorganischer Anionen soll es zu einer Farbveränderung der Lösung kommen, die auf eine Nanopartikelaggregation zurückzuführen ist. Diese Aggregation soll auf spezifische Wechselwirkungen zwischen den Rezeptoren auf der Oberfläche der Nanopartikel und ihren anionischen Substraten beruhen. Vorteile solcher Systeme sind die zu erwartende Nachweisempfindlichkeit als Konsequenz der multivalenten Wechselwirkungen, welche der Aggregation zugrunde liegenden, sowie die Nachweisselektivität, die durch die Art der oberflächengebundenen Rezeptoren kontrolliert werden kann. Als Anionenrezeptoren werden die in der eigenen Gruppe entwickelten anionenbindenden Cyclopeptide berücksichtig und eine Reihe weiterer beschriebener Rezeptortypen. Die Arbeiten zielen vornehmlich auf die Detektion typischer anionischer Bestandteile von Grund- oder Trinkwasser ab, z.B. von Sulfat-, Phosphat- und Chloridionen. Außerdem wird das toxische Arsenat als Analyt berücksichtigt. Systematische Untersuchungen, währenddessen die Zusammensetzung der Nanopartikeloberfläche sowie die Art der oberflächengebundenen Rezeptoren systematisch variiert werden, sollen zeigen, ob auf Basis dieses Konzepts Anionen in Wasser in relevanten Konzentrationen nachgewiesen können und das selektiv in Gegenwart potentiell störender Begleitstoffe. Auf diese Weise soll am Ende des Vorhabens abgeschätzt werden können, ob praktische Einsatzmöglichkeiten für solche Detektionssysteme realisierbar sind, z.B. zum schnellen qualitativen Nachweis von Arsenat in Trinkwasser.

CLIENT II - Chile: ReAK - Reduktion von Arsen in Kupferkonzentraten, Teilvorhaben 2: Sulfidische und mikrobiologische Laugung

Die Bedeutung volatiler Arsen-Emissionen aus vulkanischen Gebieten

Arsen ist durch sein ubiquitäres Vorkommen eines der bestuntersuchten Elemente in Gestein, Boden und Wasser. Über Arsen in der Atmosphäre ist dagegen wenig bekannt. Die größten Freisetzungen stammen aus Punktquellen, wobei vulkanische Gebiete die wichtigsten natürlichen Quellen sind. Meist wird angenommen, dass die atmosphärische Ausbreitung von partikulärem Arsen abhängt, während volatile Arsenspezies ignoriert wurden trotz hoher Toxizität schon bei geringen Konzentrationen. Sie wurden als exotisch und zu kurzlebig, um umweltrelevant zu sein, eingestuft. Neuere Untersuchungen zeigen aber, dass die Stabilität volatilen Arsens bislang unterschätzt wurde. Ein Mangel an Probenahme-, Stabilisierungs- und Analysetechniken verhinderte auch, dass speziesselektive Massenbilanzen für atmosphärisches Arsen aufgestellt und abiotische von biotischen Bildungsmechanismen unterschieden werden konnten. Die Hypothese des vorliegenden Antrags ist, dass volatile Arsenspezies mehr zum globalen biogeochemischen Kreislauf beitragen und über größere Distanzen transportiert werden als bisher angenommen. Desweiteren wird postuliert, dass neben primärer abiotischer Freisetzung mikrobielle Gemeinschaften sekundär Arsen volatilisieren und die Speziierung bestimmen. Ein erstes Ziel ist die Entwicklung einer neuen, feldtauglichen Methode zur Beprobung volatiler Arsenspezies. Dafür werden Extraktionsfallen aus Stahlnadeln gefüllt mit Polymersorbenten verwendet (Needle Trap Devices, NTDs). NTDs werden durch aktives Pumpen beladen, was die Quantifizierung der Flussrate und Berechnung absoluter Konzentrationen ermöglicht. NTDs werden in der organischen Chemie routinemäßig eingesetzt. Ihr Potential, volatiles Arsen quantitativ und spezieserhaltend zu sorbieren, ist unbekannt. Sorptionsmaterial, Pumpraten, Lagerbedingungen müssen optimiert und Konkurrenzsorption anderer volatiler Metall(oid)e oder vulkanischer Gase (H2O, SO2, H2S) eliminiert werden. Zur Analyse wird eine moderne Kopplungstechnik verwendet (GC-MS split ICP-MS): Nach gaschromatographischer Trennung wird der Probenfluss gesplittet; ein Massenspektrometer ermöglicht die molekulare Identifikation unbekannter Spezies, ein induktiv-gekoppeltes Plasma-MS die Element-Quantifizierung. Das zweite Ziel ist die Erfassung der Bedeutung volatiler Arsenfreisetzung und -verteilung in drei Gebieten unterschiedlicher vulkanischer Aktivität (Mt.Etna - Vulcano - Yellowstone National Park). Messungen entlang von Transekten sollen die Veränderung der volatilen Arsenmenge und -speziierung während des Transports aufzeigen. On-site Inkubationstests mit extremophilen Bakterien sollen zeigen, ob es zu mikrobieller Volatilisierung methylierter Arsenate und Methylierung von Arsin in der Gasphase kommt. Gesamtziel ist, durch das Bereitstellen einer Methode und den Nachweis der Rolle von volatilem Arsen exemplarisch in vulkanischen Gebieten eine neue Bewertung der Bedeutung volatiler Metall(oid)e für globale Stoffkreisläufe anzustoßen

Vorhaben: Untersuchung von Sorptionsprozessen der Arsenspezies an eisenhaltigen Mineralphasen, zu ihrer Kinetik und zu möglichen Transformationsprozessen - Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN^MO: MicroAktiv; Optimierung von Wasseraufbereitungstechnologien zur Arsen- und Antimonfixierung durch mikrobiologisch aktive Eisenminerale, Vorhaben: Die Kinetik der kompetitiven Silikat-Arsenal-Adsorption auf Akageneit - Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN

Ziele: Technologien der Aufbereitung von Grundwässern mit erhöhten Arsen- und Antimonkonzentrationen auf Basis von Eisenoxidfiltern sind zwar bereits seit langem etabliert. Wesentliches und nach wie vor weitgehend unverstandenes Problem sind jedoch die auftretenden enormen Leistungsunterschiede baugleicher Filter bei gleichen Schadstoffgehalten, Redox- und pH-Werten aber ansonsten regional und kleinräumig unterschiedlicher Grundwasserbeschaffenheit. Konkurrenzreaktionen scheinen durch Variationen in den anorganischen Inhaltstoffen des zu reinigenden Wassers oder durch organische Inhaltsstoffe (z. B. Huminstoffe) verursacht zu sein. Neben den rein chemisch bedingten Störfaktoren könnten insbesondere auch mikrobielle Oberflächenreaktionen in Biofilmen von Bedeutung sein. Diese Vielfalt an beeinflussenden Faktoren gilt es durch einen interdisziplinären Ansatz innerhalb des Projektverbundes zu untersuchen. Zum Einsatz kommen modernste Verfahren der Speziationsanalyse sowohl der gelösten (UFZ) als auch der adsorbierten Schadstoffe (Uni Mainz), die röntgenspektroskopische Charakterisierung der Sorbentphasen (RWTH Aachen), sowie die Charakterisierung der mikrobiellen Reaktionen in Biofilmen auf den Sorbentphasen (Uni Tübingen). Die Ergebnisse sollen in ein Reaktionsmodell auf molekularer Basis einfließen, aus dem heraus praktikable Lösungsvorschläge zur Optimierung des Einsatzes von Eisenoxidfiltern insbesondere auch auf dem Drittweltmarkt zusammen mit der Firma GEH Wasserchemie erarbeitet werden.

Verknüpfung hydrogeochemischer und mikrobiell katalysierter Prozesse in der Arsen-Schwefel-Redoxchemie alkalischer geothermaler Quellen im Yellowstone Nationalpark

Zielstellung des vorliegenden Projektes ist es, das Zusammenspiel zwischen abiotischen und mikrobiell katalysierten Umwandlungen von Arsen- und Schwefelspezies unter Zunahme des Sauerstoffs und Abnahme der Temperatur zu bestimmen. Dazu werden insgesamt ca. 5-10 alkalische heiße Quellen und deren Abflusssysteme im Yellowstone National Park ausgewählt und folgende Einzelprojekte durchgeführt: - Charakterisierung mikrobieller Gemeinschaften aus hoch auflösenden (0.1-0.5 cm Pixelgröße) Luftbildern, die mittels eines Heliumballons selbst über den Quellen aufgenommen werden (Erfahrungen dazu hat meine Gruppe aus 3 anderen Projekten zur Kartierung hydrothermaler Features in Yellowstone); Kartierung und Wasserprobenahme zur Charakterisierung mittels DGGE (denaturierende Gradientengelelektrophorese, vorhanden an Uni Bozeman) - Speziierung von Arsen und Schwefel mittels IC-ICP-MS (Gerät wird 2008 angeschafft im Rahmen meiner DFG Emmy Noether Förderung) in kurzen Abständen von der Quelle entlang des Abflusskanals - Sequenzierung ausgewählter OTU-Bänder (OTU = operational taxonomic unit; in erster Näherung einer phylogenetischen Einheit entsprechend) aus der DGGE-Trennung zur Identifikation der Mikroorganismen (Uni Bozeman) à Korrelation mit der hydrogeochemischen Speziierung - Laborexperimente, in denen ausgewählte, aus den heißen Quellen isolierte Mikroorganismen Thioarsenat-Standard-Lösungen ausgesetzt werden zur Bestimmung der Umsatzraten einzelner Spezies (in meinem Labor) - Isotopenanalyse an Thioarsenaten mittels Elektrospray-Time-of-Flight-Massenspektrometrie (Trent University, Kanada) zur Bestimmung der 32S/34S Verhältnisse, die Hinweis auf abiotische oder biotische Fraktionierung geben und im Vergleich mit den mikrobiellen Untersuchungen helfen, abiotische von mikrobiell gesteuerten Umwandlungen zu unterscheiden - Bestimmung volatiler Arsenspezies mittels Sorption auf solid phase micro extraction fibers im Gelände und anschließender Analyse mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie zur Überprüfung der Arsenbilanz und möglicher Verschiebung der Redoxgleichgewichte durch Überführung von Spezies in die gasförmige Phase (Erfahrung zu Probenahme und Analyse bestehen aus meinem eigenen Promotionsprojekt); wenn möglich auch Korrelation mit dem Auftreten bestimmter Mikroorganismen

Einsatz von Organo-Tonen als Adsorber für problematische Anionen in geotechnischen Barrieren

Arsenmetabolismus in Terestrischen Oligochaeten und Marinen Polychaeten

Arsen ist hauptsaechlich fuer die toxische Wirkung einiger Verbindungen bekannt Doch die Bioverfuegbarkeit und Toxizitaet von Arsen haengt von seiner chemischen Form ab. wobei die meisten anorganischen Verbindungen aeusserst toxisch, ihre organischen Umwandlungsprodukte weniger oder gar nicht toxisch sind. Letztere finden sich vor allem in marinen Organismen, wo sie als Endprodukte eines Detoxifizierungsprozesses angesehen werden. Dabei spielen Arsenozucker eine wichtige Rolle. Arsenozucker konnten aber bislang nur in marinen Algen und deren Konsumenten nachgewiesen werden. Eine Untersuchung der Antragstellerin bewies erstmalig das Vorhandensein von Arsenozuckern und zwei bislang unbekannten Arsenverbindungen im terrestrischen Bereich, naemlich in Steirischen Regenwuermern aus agrarisch genutzten, stark mit anorg. As belasteten Boeden. Die Umwandlung von toxischem Arsenat zu Arsenozuckern ist toxikologisch hoechst bedeutsam, erfordert aber noch weitere Untersuchungen, besonders in Hinblick auf den Ursprung solcher Verbindungen. Mit dem eingereichten Projekt 'As Metabolismus in terrestrischen Oligochaeten und marinen Polychaeten', koennten diese Transformationen genauer untersucht werden. Da marine Organismen meist weit hoehere As-Werte als terrestrische aufweisen, sollten die Untersuchungen an marinen Wuermern desselben Stammes die Erforschung des As-Metabolismus erheblich erleichtern. Die Ergebnisse mariner Polychaeten sollen dann mit terrestrischen Oligochaeten verglichen werden. Die geplanten Analysen von frei lebenden Oligochaeten und Polychaeten erstrecken sich von der natuerlichen Variabilitaet des As, seiner Verteilung im Organismus bis hin zur Spezifizierung der Arsenverbindungen mit besonderer Beruecksichtigung der Arsenozucker. Darueber hinaus soll die Aufnahme und Umwandlung von As unter definierten Bedingungen untersucht und eine Massenbilanz erstellt werden. Schliesslich soll die Rolle von Mikroorganismen im As-Metabolismus durchleuchtet werden.

Speciation of As by HPLC-HR-ICPMS Coupling

The toxicological and biological importance of many metals greatly depend upon their chemical form. The determination of the total amount of an element is not sufficient to assess the toxicity of a considered medium. Arsenic is one of these elements whose speciation (determination of different chemical species involved) is of particular interest because of the wide-ranging levels of toxicity exhibited by the different chemical forms. With direct coupling of HPLC with HR-ICPMS it is possible to determine the arsenic species arsenite, arsenate, monomethylarsonic acid (MMAA), dimethylarsinic acid (DMAA), arsenobetaine (AsB) and Arsenochinoline (AsC).

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