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Reaktivität und Transformation funktioneller Gruppen von Spurenstoffen und organischer Hintergrundmatrix bei der Ozonierung von Abwasser

Die Ozonierung ist eine etablierte Technologie zur effizienten Oxidation von organischen Spurenstoffen in der Wasseraufbereitung. Ein wesentlicher Nachteil bei der Anwendung von Ozon ist die Bildung von stabilen und potenziell toxischen Ozonungsprodukten (OPs). Kritisch sind wegen ihrer Langlebigkeit vor allem biologisch stabile OPs. Unmöglich kann die Reaktion aller relevanter CECs mit Ozon, die dabei entstehenden OPs und deren biologische Stabilität untersucht werden. Vielmehr ist es notwendig, basierend auf dem systematischen Studium funktioneller Gruppen Kenntnisse zu generieren, die auf andere Stoffe übertragbar sind. Bislang wurden solche systematischen Studien aber nicht durchgeführt. Noch größer ist die Wissenslücke bei den im Abwasser vorliegenden organischen Kohlenstoffverbindungen (engl.: effluent organic matter, EfOM). Zwar belegt die Ozonzehrung von EfOM dessen Reaktivität gegenüber Ozon, aber welche funktionellen Gruppen reagieren, welche Produkte gebildet werden und wie biologisch stabil diese sind, ist gerade für EfOM mit Heteroatomen (N, S) nicht untersucht. Dieses Vorhaben will beide Lücken durch ein komplementäres analytisches und experimentelles Vorgehen schließen, mit dem gemeinsamen methodischen Ansatz der Einführung einer Markierung in die OPs durch Verwendung von 18O-Ozon und der nachfolgenden Detektion und Identifizierung der OPs mithilfe der (ultra-hochauflösenden) Massenspektrometrie. Das Vorhaben basiert auf der zentralen Hypothese, dass die Reaktion von Ozon sowohl mit bestimmten funktionellen Gruppen organischer Spurenstoffe als auch mit äquivalenten Gruppen des EfOM zu einer vorhersagbaren Bildung von OPs führt. Es zielt darauf ab, i) unser Verständnis der Reaktivität verschiedener funktioneller Gruppen gegenüber Ozon zu verbessern, wobei der Schwerpunkt auf der Identifikation biologisch schwer abbaubarer Funktionen innerhalb der OPs liegt, ii) ozon-reaktive funktionelle Gruppen im EfOM basierend auf bestehendem Wissen zur Transformation von Spurenstoffen zu identifizieren, wobei der Schwerpunkt auf N- und S-haltigen funktionellen Gruppen liegt, welche potentiell chemisch stabile OPs bilden, und iii) die Bedeutung des EfOM im Hinblick auf die Bildung biologisch schwer abbaubarer OPs in der Ozonierung von Abwasser zu bewerten. Dazu soll der biologische Abbau der OPs anhand deren spezifischen funktionellen Gruppen in Säulen-Abbauversuchen und einer simulierten Grundwasseranreicherung untersucht werden. Mit dem neuen Ansatz der Markierung sind wir in der Lage, OPs von CECs ebenso wie von EfOM sicher zu detektieren, besser zu identifizieren und ihre Stabilität gut zu verfolgen. Das Vorhaben generiert ein systematisches und übertragbares Verständnis zur Bildung stabiler OPs basierend auf funktionellen Gruppen organischer Moleküle, von CECs wie von EfOM. Erst wenn die Stabilität der möglichen OPs untersucht ist, wird auch eine systematische toxikologische Bewertung der Ozonung als Wasseraufbereitungsmethode möglich.

Neuartige Schadstoffe, Umweltmonitoring - Überwachung der Gewässerverschmutzung durch Non-Target-Screening im Rheineinzugsgebiet

Das "Non-Target Screening im Rheineinzugsgebiet" ist eine Initiative, deren Ziel es ist, die Non-Target Screening (NTS) Methodik zwischen den Umweltüberwachungsbehörden im Rheineinzugsgebiet zu harmonisieren. Das Ziel dieser Harmonisierung ist es, eine hohe Vergleichbarkeit der NTS-Daten aus verschiedenen Laboren zu erreichen, um neu auftretende Schadstoffe über die Überwachungsstationen entlang des Rheins und seiner Nebenflüsse hinweg zu detektieren und zu verfolgen. Das Projekt wird von der Internationalen Kommission zum Schutz des Rheins koordiniert und umfasst derzeit Institutionen aus fünf europäischen Ländern. Ein Vorgängerprojekt, genannt "Rhein-Projekt NTS", lief von 2021 bis 2024 und wurde von der Europäischen Union über das LIFE-Programm finanziert. Während dieser frühen Phase wurde eine Plattform für die schnelle, automatisierte, zentralisierte Auswertung und Speicherung von NTS-Daten entwickelt. Diese Plattform wird als NTS-Tool bezeichnet und wird von der deutschen Landesbehörde IT Baden-Württemberg gehostet. Das NTS-Tool umfasst derzeit eine harmonisierte Analysemethode auf Basis der Flüssigchromatographie gekoppelt mit hochauflösender Massenspektrometrie (LC-HRMS), IT-Infrastruktur (Cloud, Terminalserver), die Software enviMass zur Auswertung von NTS-Daten, Qualitätskontrollmaßnahmen basierend auf isotopenmarkierten Standardverbindungen sowie das Datenaggregierungs- und Visualisierungstool (DAV-Tool). Das DAV-Tool ermöglicht es Laborpersonal, nach neuartigen Schadstoffen in allen beteiligten Überwachungsstationen zu suchen. Das NTS-Tool wird im Rahmen des Internationalen Warn- und Alarmplans Rhein (IWAP Rhein) für Warnzwecke genutzt, da die zentrale Datenauswertung es ermöglicht, Schadstoffe schnell zu identifizieren, sodass geeignete Maßnahmen ergriffen werden können, um die öffentliche Gesundheit und die Umwelt zu schützen. Ein weiteres Ziel des Projekts ist der Wissenstransfer über bekannte und unbekannte neuartige Schadstoffe an Expertengruppen und Trinkwasserversorger im Rheineinzugsgebiet. Die Ergebnisse, die mit dem NTS-Tool gewonnen werden, sollen zur Überwachung der im "Rhein 2040"-Programm formulierten Ziele beitragen, einschließlich des 30%-Reduktionsziels für Mikroverunreinigungen, den Zielen des "Null-Schadstoff-Aktionsplans" der EU sowie den individuellen Strategien der Staaten im Rheineinzugsgebiet. Das Rheinüberwachungsprogramm und das Programm „Rhein 2040“ stützen sich auf die NTS-Methode, um neu auftretende chemische Substanzen zu identifizieren.

Geochemische Untersuchungen am Bodensee

Die innere Mischung des Sees, sowie die Wechselwirkung des Sees mit der Atmosphaere und dem Sediment soll mit Hilfe von Spurenstoffmessungen untersucht werden. Geplant sind Messungen von Temperatur, Sauerstoff, Leitfaehigkeit, Phosphat, SO2, Tritium, Helium-3, Radium 226, Radon-222, Blei-210 und Ionium.

Verteilung und Metabolismus verschiedener halogenierter Kohlenwasserstoffe, insbesondere von Organochlorpestiziden

Normalverteilung von Organochlorverbindungen in Humangewebe (Sektionsmaterial) und tierischen Organen (Schlachttiere) im Rahmen des Environmental Specimen Bank Program. Bestimmung mit Gaschromatographie und Kopplung mit Massenspektrometer.

Neue Beprobungstechniken zur Untersuchung der Rolle von Carboxylat-Exsudaten in der Phosphoraufnahmeeffizienz von Hartweizen (DGT Exudates)

Die Carboxylat-Exsudation ist ein wichtiger Prozess für Pflanzen, um eine ausreichende Nährstoffaufnahme, insbesondere in Böden mit Phosphor-Mangel, sicherzustellen. Die Gewinnung von Carboxylatproben von im Boden gewachsenen Wurzeln ist aufgrund der geringen Konzentrationen von Carboxylaten in der Bodenlösung und ihrer schnellen Mineralisierung durch Mikroben sehr anspruchsvoll. Deshalb wurden die meisten Studien bisher mit künstlichen Wachstumssystemen (z. B. Hydroponik) durchgeführt, von denen viele die Zusammensetzung und Menge der Wurzelexsudate beeinflussen können. Wegen dieser erheblichen technischen Lücke besteht immer noch eine große Wissenslücke hinsichtlich der räumlichen Verteilung von Carboxylat-Exsudaten in der Rhizosphäre, sowie hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs der Exsudation über die Vegetationsperiode von Kulturpflanzen. Wir haben kürzlich eine niedrig-invasive Citrat-Exsudat-Probenahmemethode entwickelt, die auf der “Diffusive Gradients in Thin Films” Methode (DGT) basiert. Diese Methode stellt eine signifikante Verbesserung gegenüber bestehenden Techniken dar. In diesem Projekt werden wir (1) unsere DGT-Citrat-Probenahmemethode weiterentwickeln, um weitere wichtige Carboxylat-Exsudat-Verbindungen einzubeziehen, (2) die DGT-Chemical-Imaging-Funktion nutzen, um Carboxylat-Exsudations-Bildgebungs-Workflows mit mm- und sub-mm-Auflösung zu entwickeln, (3) die entwickelten DGT-Carboxylat-Probenahmemethoden hinsichtlich ihrer Möglichkeiten und Einschränkungen charakterisieren und (4) die DGT-Carboxylat-Probenahme anwenden, um die Rolle der Carboxylat-Exsudation bei der Phosphoraufnahmeeffizienz von Hartweizen-Genotypen über ihre Vegetationsperiode und mit hoher räumlicher Auflösung zu untersuchen. Ausgewählte Anionenaustauscherharze werden auf ihre Carboxylatbindungseigenschaften charakterisiert. Räumliche Carboxylatverteilungen werden durch Schneiden der DGT-Gele und durch hochauflösende Massenspektrometrie (LDI-FTICR-MS) visualisiert. Die Probenahmeeffizienz der neuen Methode wird unter Verwendung von Mikrodialyse (künstliche Wurzelsonden) in Kombination mit C-14-markierten Carboxylatverbindungen quantifiziert. Die numerische Simulation der Probenahme und der experimentelle Vergleich mit herkömmlichen Methoden werden die Möglichkeiten und Grenzen der DGT-Carboxylat-Probenahme demonstrieren. Die neu entwickelte Probenahmetechnik wird die Probenahme von ganzen Wurzelsystemen und Wurzelsystemteilen, die Kartierung mit einer Auflösung im mm-Maßstab, die Abbildung von Exsudatgradienten im Mikrometer-Maßstab, und die wiederholte Probenahme über die gesamte Vegetationsperiode ermöglichen. Mit dieser neuartigen Methodik werden beispiellose Daten zu Carboxylat-Exsudationsmustern in Wurzelsystemen von Hartweizen gesammelt werden. Diese Methode wird eine wichtige technische Lücke schließen und zur Entwicklung/Auswahl von Kultursorten mit hoher Phosphoraufnahmeeffizienz beitragen.

Sonderforschungsbereich Transregio 129 (SFB TRR): Oxyflame - Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre, Teilprojekt A03: Experimentelle Bestimmung von Reaktionskinetiken zur Freisetzung von Chlor- und Schwefelverbindungen und zur Umwandlung der Spezies in der Gasphase

In Teilprojekt A3 werden Modelle zur Beschreibung der Chlor- und Schwefelchemie bei der Oxyfuel-Verbrennung entwickelt, mit denen die Bildung Cl- und S-haltiger Minoritätenspezies vorhergesagt werden kann, um so die Rückwirkung von Cl- und S-haltigen Spezies auf die Verbrennung zu berücksichtigen. Experimentellen Untersuchungen hierzu erfolgen in einem Flugstromreaktor sowie mittels thermogravimetrischer Analyse. Eine extraktive Messtechnik mit Massenspektrometer für hochreaktive S- und Cl-Spezies wird entwickelt und erprobt.

Erforschung und Entwicklung eines online HPLC- Messverfahrens zur energieeffizienten und ressourcenschonenden Spurenstoff-Elimination in Kläranlagen und Trinkwasser unter Einsatz eines Quadrupol Massenspektrometers

Digitale Lithogeochemische Karte von Bayern 1:25.000 (dLGK25)

Die digitale Lithogeochemische Karte von Bayern 1:25 000 (dLGK25) ist eine thematische Karte im Maßstab 1:25.000. Sie ist hinsichtlich der Abgrenzung der Einheiten direkt aus dem aktuellen Stand der digitalen Geologischen Karte von Bayern (dGK25) abgeleitet, entsprechend dem Ansatz einer integrierten Kartierung. Das Kartenbild gibt die zu geochemischen Gesteinseinheiten zusammengefassten geologischen Haupteinheiten wieder, die oberflächennah unterhalb der Bodenzone anstehen (Oberflächenkarte). Eine geochemische Gesteinseinheit ist aus geologischen Einheiten zusammengesetzt, die innerhalb eines definierten geologischen Zeitraums ähnliche Entstehungsbedingungen hatten und somit eine charakteristische, annähernd gleichartige, chemische Zusammensetzung erwarten lassen. Insgesamt werden für Bayern 184 geochemische Gesteinseinheiten unterschieden, in denen jeweils bis zu drei unterschiedliche Lithologien (Festgesteine) bzw. Korngrößenfraktionen (Lockergesteine) unterschieden werden. Der Datensatz enthält jeweils statistische Parameter (50. und 90. Perzentil, äquivalent für Median und Hintergrundwert) der untersuchten Elemente (Haupt-, Neben- und Spurenelemente; gemessen mit Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) bzw. Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS)) in den unterschiedenen geochemischen Gesteinseinheiten. Für eine statistische Auswertung wird eine Probenzahl von größer als 10 vorausgesetzt. Während für die Charakterisierung der Spannweitenverteilung in den geochemischen Gesteinseinheiten eine räumlich möglichst gleichverteilte hohe Probenanzahl ideal wäre, liegen häufig eher geringe Probenzahlen und/oder räumlich ungleiche Verteilungen der Probenahmestellen vor, die im Falle einer Nachverdichtung zu entsprechenden Korrekturen bei den Spannweiten führen könnten. Die angegebenen Perzentile sind stets als ein Hinweis für die Spannweite der Elementkonzentrationen innerhalb der geochemischen Einheiten zu sehen und geben damit keine Anhaltspunkte für die konkret an einem Standort anzutreffenden Werte. Zusätzlich ermöglichen die aus der dLGK25 abgeleiteten Elementkarten jeweils die Darstellung der bayernweiten Gehalte eines ausgewerteten Elementes, wobei die Karten sowohl für das 50. als auch für das 90. Perzentil verfügbar sind. Damit kann ein Überblick über die räumliche Verteilung von Elementkonzentrationen dargestellt werden. Die Gehalte der Hauptelemente sind in Gew.-% angegeben, die Gehalte der Neben- oder Spurenelemente sind in mg/kg angegeben. Für die Auswertungen wurden nach Möglichkeit nur repräsentative Gesteinsproben der Einheiten berücksichtigt, so dass lokale Besonderheiten wie z. B. Erzgänge im Regelfall nicht miteingeschlossen sind. Die Genauigkeit der Darstellung ist abhängig von den geologischen Verhältnissen, sie liegt entsprechend dem Bearbeitungsmaßstab bestenfalls bei 25 m und ist daher in der Regel nicht flurstückgenau. Aus der digitalen Lithogeochemischen Karte können somit keine parzellenscharfen Aussagen oder konkrete Hinweise auf tiefer liegende Gesteine und geochemische Eigenschaften direkt abgeleitet werden. Am konkreten Ort kann das Gestein oder dessen Ausprägung von den zugrunde gelegten Verhältnissen abweichen. Die Fachdaten entsprechen dem aktuellen Stand der Datenlage und des Wissens des Bayerischen Landesamts für Umwelt. Es kann keine Gewähr für die Vollständigkeit und Richtigkeit der angegebenen Informationen gegeben werden.

Analyse von Pestiziden in marinen Organismen

Bestimmung von organischen Schadstoffen durch Gaschromatographie und Massenspektrometrie im marinen Bereich.

Analyse von Pestiziden in marinen Organismen, Pestizide und andere organische Schadstoffe im Meer

Es werden organische Schadstoffe im Meerwasser, in Organismen und im Meeresboden bestimmt. Hierzu werden gaschromatographische und massenspektroskopische Methoden zur eindeutigen Identifizierung herangezogen. Die Auswahl von Tieren unterschiedlicher oekologischer Stellung ermoeglicht Einblicke in Anreicherungsvorgaenge in der Natur.

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