Other language confidence: 0.7795263529672513
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.
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.
Arsenic-contaminated ground- and drinking water is a global environmental problem with about 1-2Prozent of the worlds population being affected. The upper drinking water limit for arsenic (10 ìg/L) is often exceeded, especially in Asian countries, such as Vietnam. Household sand filters are already used as one very simple and cost-efficient treatment to remove arsenic from water. Oxidation of dissolved iron (Fe(II)) present in the groundwater leads to the formation of sparsely soluble iron(hydr)oxide particles (Fe(III)OOH) in the sand filter, which bind negatively charged arsenic species and reduce arsenic concentrations in the water. Arsenite (As(III); H3AsO3) binds generally less strong to metal oxides than arsenate (As(V); H2AsO4 -/HAsO4 2-), therefore As(V) is removed much more effectively than As(III). This is why As(III) oxidation to As(V) is of special interest for arsenic removal from drinking water. Whether and how the activity of iron- and arsenite-oxidizing bacteria contributes to effective arsenic removal in household sand filters is currently not known. One of the goals of this study therefore is to isolate, identify, and quantify Fe(II)- and As(III)-oxidizing microorganisms from filters and to study their iron and arsenic redox activities. Cultivation-based work will be complemented by molecular, cultivation-independent techniques to characterize and quantify the microbial communities in samples from different filter locations taken at various time points during filter operation (both at field sites and in artificial laboratory filter systems). The isolated iron- and arsenite-oxidizing bacteria will be studied with respect to their abilities to precipitate iron minerals (in the presence or absence of arsenic) and oxidize arsenite. Biogenic and abiogenic iron minerals formed by the isolated strains in the lab, on the sand filter material in Vietnam and in artificial laboratory filter systems will be identified and characterized, also with respect to arsenic sorption. And we will determine how biotic and abiotic processes that contribute to arsenic mobilization from arsenic-loaded iron mineral phases affect filter performance over time. The long-term goal of this research is to better understand the microbial redox transformation processes that drive arsenic/iron mineral interactions in natural and engineered systems, such as household sand filters and to give recommendations for improved filter use and filter material disposal.
Wirkungen von Arsen Bei den gesundheitsschädigenden Wirkungen durch Arsen und seinen Verbindungen steht dessen kanzerogene Wirkung im Vordergrund. Dies gilt sowohl für die inhalative als auch für die orale Aufnahme. Inhalativ aufgenommenes Arsen ist nach der Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ein erwiesenes Humankanzerogen. Diese stuft Arsen und anorganische Arsenverbindungen (Arsenmetall, Arsentrioxid, arsenige Säure und ihre Salze, Arsenpentoxid, Arsensäure und ihre Salze und Kalziumarsenat) als einen Stoff ein, der beim Menschen Krebs erzeugt und bei dem davon auszugehen ist, dass er einen nennenswerten Beitrag zum Krebsrisiko leistet (Krebserzeugende Kategorie 1). Bei Personen mit beruflich bedingter langfristiger inhalativer Exposition gegenüber Arsen (vorwiegend Arsentrioxid) wurden zudem insbesondere Hautläsionen, Neuropathien und kardiovaskuläre Effekte beobachtet. Die Toxizität der verschiedenen Arsenverbindungen nach langfristiger inhalativer Aufnahme dürfte insbesondere von der Wasserlöslichkeit abhängig sein. Ferner gibt es deutliche Hinweise für eine Erhöhung des Risikos an Diabetes zu erkranken, wenn eine chronisch erhöhte Belastung am Arbeitsplatz oder durch Trinkwasser vorliegt. Akute Wirkungen nach inhalativer Exposition sind vor allem Reizeffekte auf Schleimhäute und exponierte Hautpartien. Darüber hinaus treten Schädigungen des Immunsystems sowie fruchtschädigende Effekte auf. Anorganische Arsenverbindungen sind hier im Vergleich zu anderen Arsenverbindungen weitaus toxischer. Untersuchungen zu Kurzzeit- und Langzeitwirkungen von Arsen und seinen Verbindungen beruhen in erster Linie auf einer Exposition gegenüber Arsentrioxid. Bewertungsmaßstäbe Zur Bewertung der möglichen gesundheitlichen Wirkungen nach langfristiger inhalativer Exposition gegenüber Arsen ist im Rahmen der Luftreinhalteplanung der Zielwert der 39. BImSchV von 6 ng/m³ maßgebend. Ein Zielwert ist nach 39. BImSchV „ ... ist ein Wert, der mit dem Ziel festgelegt wird, schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit oder die Umwelt insgesamt zu vermeiden, zu verhindern oder zu verringern, und der nach Möglichkeit innerhalb eines bestimmten Zeitraums eingehalten werden muss.“ Der Zielwert der 39. BImSchV basiert auf dem Zielwert der "Richtlinie 2004/107/EG des europäischen Parlaments und des Rates vom 15. Dezember 2004 über Arsen, Kadmium, Quecksilber, Nickel und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe in der Luft". Diese EU-Richtlinie inklusive des Zielwertes für Arsen wurde durch die 39. BImSchV in bundesdeutsches Recht umgesetzt. Zur Bewertung im Rahmen der Anlagengenehmigung und -überwachung nach Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) bzw. der Sonderfallprüfung nach Nr. 4.8 TA Luft (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft) kann der Orientierungswert des Länderausschuss für Immissionsschutz 1 (LAI 2004) von 6 ng/m 3 herangezogen werden. Der LAI hatte sich bei der Ableitung des Orientierungswertes für Arsen an dem Zielwert der EU "Richtlinie 2004/107/EG des europäischen Parlaments und des Rates vom 15. Dezember 2004 über Arsen, Kadmium, Quecksilber, Nickel und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe in der Luft" orientiert. (Stand: Januar 2022) 1 jetzt Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Immissionsschutz
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
Es werden Experimente unter definierten Bedingungen durchgeführt, um Parameter zu erhalten, die für die Mobilität und Umverteilung von Platinmetallen (PGE) im oberflächennahen Bereich (Oxidation) von Bedeutung sind. Das metallurgische Ausbringen von PGE in oxidierten Erzen ist bekannterweise sehr niedrig. Dieser Befund ist bedingt durch die Remobilisierung der PGE unter supergenen Bedingungen. Theoretische Studien deuten darauf hin, dass auch die PGE unter oxidierenden Bedingungen und in sauren, Chlorid-reichen Lösungen mobil sind. Gelöstes organisches Material kann ebenso eine wichtige Rolle spielen. Experimentelle Untersuchungen für die PGE fehlen jedoch bisher. Experimente werden mit PGE-haltigen Sulfiden und Telluriden durchgeführt, um die Konzentrationen der PGE in wässrigen Lösungen nach Reaktion mit PGE-haltigen Mineralen zu ermitteln. Die Rolle von Chlor und organischem Material in Lösungen wird ermittelt. Um zu verstehen, welche Phasen die Mobilität von Pt und Pd wesentlich kontrollieren, werden Experimente mit speziellen Mineralphasen durchgeführt, die im Bushveld-Komplex von Bedeutung sind: Sulfide, Telluride oder Arsenide. Die Experimente werden über unterschiedliche Zeiträume durchgeführt und die nach Reaktion mit den Mineralen erhaltenen PGEs in der Lösung werden mit ICP-MS Analysen und Voltametrie untersucht. Die Experimente werden in Kombination mit den Untersuchungen der frischen und oxidierten Erze sowie jener der Übergangszone dazu beitragen zu ermitteln (1) welche PGE-haltigen Phasen bevorzugt oxidiert werden, (2) welche Fluide effizient bei der Mobilisierung der PGE sind, und (3) welche Unterschiede in der Mobilität der verschiedenen PGE existieren.
Das Ziel des vom Bundesforschungsministerium geförderten Verbundprojekts TEMPO (Toxikologische, physikalisch-chemische und gesellschaftliche Erforschung innovativer Materialien und Prozesse der Optoelektronik) besteht darin, diese wissenschaftliche Grundlage für die Stoffe Galliumarsenid, Galliumnitrid, Siliziumcarbid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und Galliumantimonid substanziell mit einem ganzheitlichen Ansatz zu vertiefen. Dazu wird vorhandenes (Material-)Wissen konzentriert, es werden Wissensdefizite identifiziert und durch experimentelle Untersuchungen, u.a. zu toxikologischen Schlüsselfragen wie Lungenwechselwirkungen und Bioverfügbarkeit, geschlossen. Der Projektschwerpunkt liegt darüber hinaus auch auf der Analyse der Expositionsrisiken und der vorhandenen Risikomanagementpraxis während des ganzen Lebenszyklus der betreffenden Stoffe von den Arbeitsplätzen bei der Herstellung bis hin zum Produktrecycling. Das Hauptziel des vorliegenden TEMPO-Teilprojektes ist es, die Kenntnisse zum Stand des chemisch-physikalischen Löslichkeitsverhaltens von Galliumarsenid und anderen strategischen Halbleitermaterialien der Opto- und Elektronikindustrie über den Stand der Literatur hinaus zu erweitern. Dabei stehen unterschiedliche in den Prozessen auftretende Materialarten und umwelttypische Löslichkeitsbedingungen hinsichtlich toxikologischer Relevanz im Fokus. Die existierenden Datenlücken sollen identifiziert und so weit wie möglich im Projekt geschlossen werden. Zum Erreichen dieser Ziele gibt es einen engen Austausch mit den Projektpartnern.
The focus of the present project is on arsenic-sulfur compounds, so-called thioarsenates (AsVO4-xSx3-) and thioarsenites (AsIIIO3-xSx3-). Even though the affinity between arsenic and sulfur has been known for a long time, the relevance of thioarsenic species in environmental chemistry is only slowly emerging. Key achievements within the present project were: - To reconcile contradictory spectroscopic and chromatographic evidence that has existed on As-S-chemistry for about 10 years, showing that thioarsenates and thioarsenites can co-exist in solution (which has previously only been postulated by modeling) and that the sole detection of thioarsenates in HPLC-ICP-MS is an artifact due to the rapid oxidation of thioarsenites to thioarsenates or their transformation to arsenite due to competitive ligand exchange at high pH; to provide unambiguous XAS spectra of thioarsenates and thioarsenites (Planer-Friedrich et al., 2010; Planer-Friedrich and Wallschläger, 2009; Suess et al., 2009). - To transfer experiences gained from arsenic-sulfur chemistry to enable the correct determination and structural characterization of antimony-sulfur compounds, prove their natural occurrence (Planer-Friedrich and Scheinost, 2011) and determine stability and competing interactions in an As-Sb-S-system (Wilson and Planer-Friedrich, submitted). - To show by development of new preservation methods that thioarsenates can predominate As speciation in Fe-rich solutions which has been regarded unlikely because of limited availability of excess S for As-S-complexation due to precipitation of FeS phases; to further demonstrate that the presence of sulfide increases arsenite desorption from iron hydroxides by formation of thioarsenates in-situ, and that the re-sorption potential for monothioarsenate on iron hydroxides is significantly lower than that of arsenite and arsenate; to provide XAS spectra for thioarsenates on iron hydroxides (Suess and Planer-Friedrich, submitted; Suess et al., 2011). - To unravel a substantial impact of thermophile microorganisms on unusual arsenic redox chemistry, e.g. Thermocrinis ruber transforming thioarsenates in a purely oxidizing environment via arsenite to arsenate (Härtig and Planer-Friedrich, submitted) or a culture isolated from Mono Lake using sulfide to enhance microbial arsenite oxidation to arsenate by formation of thioarsenates (Fisher et al., 2008) as well as to show accelerated growth of known sulfide-oxidizers (Thermocrinis ruber and MLMS-1) on thioarsenates indicating new degradation pathways. - To enhance interpretations on the toxicity of arsenic-sulfur species from simple bioluminescent tests by improved speciation analysis and providing individual dose-response curves for thioarsenate standards (Planer-Friedrich et al., 2008); to show the effect of free sulfide in reducing arsenite cytotoxicity by formation of thioarsenates and to provide individual dose-response curves for thioarsenates in human liver, bladder, and skin c
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 41 |
| Europa | 2 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 16 |
| Type | Count |
|---|---|
| Chemische Verbindung | 11 |
| Förderprogramm | 30 |
| Gesetzestext | 6 |
| unbekannt | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 12 |
| Offen | 30 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 35 |
| Englisch | 11 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 1 |
| Keine | 30 |
| Webseite | 12 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 23 |
| Lebewesen und Lebensräume | 33 |
| Luft | 17 |
| Mensch und Umwelt | 42 |
| Wasser | 21 |
| Weitere | 38 |