'Mit Hilfe der Kopplung von HPLC bzw. GC an eine ICP-MS können Fluide (Boden-, Grund-, Meer- Prozesswässer, Fluid Inclusions in Mineralen, Gase aus Schmelzen, vulkanische, atmosphärische und Biogase) auf ihre Inhaltsstoffe untersucht werden. Dabei können schwer-, mittel-, und leichtflüchtige organische und anorganische Komponenten analysiert werden. Der besondere Vorteil liegt in der chromatographischen Trennung in die jeweiligen Spezies und Komplexe umweltrelevanter Elemente gekoppelt mit einer hochsensitiven massenspektrometrischen Detektion. Die Verwendung des induktiv gekoppelten Plasmas vor der Massenspektrometrie ist dabei aussagefähiger für flüchtige organische Verbindungen als die Verwendung einer einfachen GC-MS, weil nicht 'zufällige Bruchstücke nach Massenzahlen identifiziert werden, sondern einzelne Elemente. Für die Identifizierung komplexer wässriger Spezies, z.B. As-S, As-U, U-P-Verbindungen etc., besticht die ICP-MS als Mulitelementmethode, da gleichzeitig eine Vielzahl von Elementen gemessen werden kann, deren Massenverhältnisse Aufschluss über ihren Anteil an der jeweiligen Spezies geben. Damit kann in begrenztem Umfang auch Strukturaufklärung unbekannter Spezies betrieben werden. Monitoring verschiedener Isotope eines Elements ermöglicht darüber hinaus die Interpretation von Fraktionierungsprozessen in den Proben.'
Die Analytik und Bewertung von Spurenverunreinigungen und deren Transformationsprodukten in der aquatischen Umwelt sowie in technischen Wasseraufbereitungsverfahren im Spuren- und Ultraspurenbereich ist einer der Hauptschwerpunkte in Forschung und Lehre der Wasserchemie am Engler-Bunte-Institut des KIT (KIT-EBI). Das vorhandene Triple-Quad (Anschaffungsdatum: 2000) entspricht nicht mehr dem aktuellen Stand der Technik und Forschung. Zudem steigen die Reparaturkosten überproportional und Ersatzteile werden nicht mehr hergestellt. Daher wird der Service des Gerätes auch in absehbarer Zukunft eingestellt werden. Die Triple-Quad Geräte der neuesten Generation weisen eine um den Faktor 200-500 (substanzspezifisch) höhere Sensitivität auf, als das vorhandene Gerät. Das beantragte Gerät soll daher u.a. auch zur Direktinjektion und online Anreicherung von Wasserproben genutzt werden und so Kosten und Zeit zur Probenvorbereitung einsparen. Die UHPLC ist zeitgemäß und ermöglicht neben den normalen chromatografischen Anwendungen auch Trennungsgänge bei Drücken bis 1200 bar. Vom Anbieter wurde dem KIT-EBI im Rahmen des Kaufs eines Triple-Quad Systems eine Kooperation mit der Möglichkeit zur Messung an Q-ToF Geräten zugesagt, die für non-target Fragestellungen und Transformationsprodukt-Identifizierung genutzt werden können.
Die Auswirkungen von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) auf die Luftqualität und damit auf die Gesundheit der Menschen auf lokaler oder regionaler Skala sind direkt offenkundig durch die schädlichen Effekte auf die Lebenswelt. Noch bedeutender ist die kritische Rolle, die VOC in chemischen Prozessen der Atmosphäre einnehmen. Die Bildung vieler sekundärer organischer Schadstoffe in der Atmosphäre wie Ozon, Peroxide, Aldehyde, Peroxyacetylnitrate und sekundäre organische Aerosole hängt entscheidend von der Verfügbarkeit der VOC und ihrer Vorläufersubstanzen ab. Wir planen die Messung von Isotopenverhältnissen und Konzentrationen spezifischer VOC in der Abluft großer Ballungszentren (MPC) in Europa und Asien durch Einsatz des Luftprobensammlers MIRAH auf den HALO-Missionen EMeRGe-EU und EMeRGe-Asia. Die Luftproben werden im Labor mittels Gaschromatographie-Verbrennungs-Isotopen-Massenspektrometrie analysiert. Isotopenverhältnisse in VOC sind wertvolle Indikatoren zur Untersuchung von Reaktionen, die derzeitigen Messverfahren nicht direkt zugänglich sind. Transport- und Mischungsprozesse in der Atmosphäre können damit visualisiert werden, wertvolle Information über dominante Prozesse, an denen VOC beteiligt sind, gewonnen werden. Bereits in den letzten HALO-Missionen, TACTS/ESMVal und den beiden OMO-Missionen, konnten wir zeigen, dass die beantragte Messmethode ein sensitives Werkzeug ist, z.B. für Quellstudien von VOC, zur Ableitung von Transportwegen und deren Einfluss auf die Verteilung der VOC, zur Abschätzung des Mischungsgrads, der Unterscheidung zwischen dynamischen und chemischen Prozessen, als auch zur Untersuchung atmosphärischer Umwandlung und Verweilzeit spezifischer VOC. Die Wertstellung dieser Ergebnisse wird sogar noch gesteigert durch den Vergleich mit Ergebnissen aus 3-dimensionalen Chemie-Transport-Modellen. Die folgenden geplanten wissenschaftlichen Zielsetzungen betten sich in die übergreifenden Ziele von EMeRGe-EU and EMeRGe-ASIA: (1) Messung der Zusammensetzung der in Europa und Asien entspringenden Schadstofffahnen und Bestimmung des Beitrags bestimmter VOC an der Zusammensetzung der Atmosphäre; (2) Bestimmung der weitreichenden Luftverschmutzung sowie deren Einfluss auf die Verteilung bestimmter VOC; (3) Identifizierung möglicher Unterschiede im Transport und der Umwandlung von VOC, die mit besonderen einzigartigen Charakteristiken europäischer und asiatischer MPCs verbunden sind; (4) Identifizierung von Oxidations- und Zwischenprodukten des VOC-Abbaus; (5) Informationsgewinnung über Oxidationswege durch Messung von Vorläufer- und Oxidationsprodukten; (6) Altersbestimmung von Luftmassen in unterschiedlichen Stadien der Schadstofffahnen; (7) Gegenüberstellung photochemischer Prozessierung gegen Transport und Mischung; (8) Verbindung der Informationen aus Isotopenverhältnissen mit bestimmten regionalen meteorologischen Daten; (9) Bereitstellung der Messdaten für Chemietransportmodelle.
Due to the often practised uncontrolled disposal into the environment, olive oil production wastewater (OPWW) is presently a serious environmental problem in Palestine and Israel. The objectives of this interdisciplinary trilateral research project are (i) to understand the mechanisms of influence of the olive oil production wastewater on soil wettability, water storage, interaction with organic agrochemicals and pollutants; (ii) monitor short-term and long-term effects of OPWW land application in model laboratory and field experiments; (iii) identify the components responsible for unwanted changes in soil properties and (iv) analyse the mechanisms of association of OPWW OM with soil, the interplay between climatic conditions, pH, presence of multivalent cations and the resulting effects of land application. Laboratory incubation experiments, field experiments and new experiments to study heat-induced water repellency will be conducted to identify responsible OPWW compounds and mechanisms of interaction. Samples from field experiments and laboratory experiments are investigated using 3D excitation-emission fluorescence spectroscopy, thermogravimetry-differential thermal analysis-mass spectrometry (TGA-DSC-MS), LC-MS and GC-MS analyses. We will combine thermal decomposition profiles from OPWW and OPWW-treated soils in dependence of the incubation status using TGA-DSC-MS, contact angle measurements, sorption isotherms and the newly developed time dependent sessile drop method (TISED). The resulting process understanding will open a perspective for OPWW wastewater reuse in small-scale and family-scale olive oil production busi-nesses in the Mediterranean area and will further help to comprehend the until now not fully un-ravelled effects of wastewater irrigation on soil water repellency.
Es wird die Beschaffung eines Stabilisotopen-Massenspektrometers mit Elementaranalysator- und Spurengaseinheit-Kopplung beantragt, um die vorhandene und intensiv genutzte Massenspektrometrie um verschiedene Stabilisotopenanwendungen zu erweitern (S- und O-Isotopenverhältnisse sowie N2O-Isotopomere). Die Stabilisotopanalyse wurde und wird in unserem Institut und der Fakultät für ein weites Feld von Forschungsanwendungen eingesetzt. Die Stabilisotopmethoden sind auch von zentraler Bedeutung für die Prozessforschung im Bereich der Dünger- und Boden-N-Umsetzungen im Hinblick auf Umweltwirkungen der landwirtschaftlichen Bodennutzung mit den Stichworten Gewässer- und Atmosphärenbelastung. Die Stabilisotopmethodik spielt daher auch wichtige Rolle bei vier laufenden Forschungsvorhaben meiner und kooperierender Arbeitsgruppen der Fakultät und für die Einwerbung weiterer Einzel- und Verbundvorhaben.
Bei akuten Umweltschadensfällen in Nordrhein-Westfalen steht das Landesamt für Natur, Umwelt und Klima (LANUK) rund um die Uhr für Sondereinsätze bereit. „Jeder Einsatz dient dem Schutz von Mensch und Natur – wir sind zur Stelle, wenn es darauf ankommt“, betont LANUK-Präsidentin Elke Reichert. Auch in Fällen von Umweltkriminalität werde das Landesamt für Natur, Umwelt und Klima immer häufiger zu einem wichtigen Glied in der Kette der Beweisführung. Mit speziell ausgerüsteten Umweltmesswagen, dem sogenannten Sondereinsatz, werden Ermittlungsbehörden und Einsatzkräfte mit wissenschaftlicher Expertise und modernster Messtechnik direkt vor Ort unterstützt. Diese Expertise hat in Nordrhein-Westfalen einen hohen Stellenwert und bietet eine wichtige Schnittstelle zwischen Umwelt- und Ermittlungsbehörden Die Einrichtung der Vernetzungsstelle Umweltkriminalität im Januar 2024 und die Schulungen, die für die Polizei angeboten werden, haben die fachlichen und analytischen Möglichkeiten des LANUK bei den Einsatzkräften bekannter gemacht. Die Zahl der Einsätze hat als Folge im Jahr 2024 einen historischen Höchstwert von 57 Einsätzen verzeichnet. Das Einsatzspektrum reicht von illegalen Lagerungen und Einleitungen von Chemikalien oder Abfällen bis zu Bränden, Stofffreisetzungen und komplexen Unfällen, bei denen es um den Schutz von Mensch und Umwelt geht. Aktuell war der Sondereinsatz beispielsweise bei mehreren illegalen Boden- und Abfallablagerungen im Kreis Heinsberg und in Erkelenz gefragt. Auch an Untersuchungen zu illegalen Drogenlaboren oder Einleitungen in Gewässer wird der Sondereinsatz immer wieder beteiligt. Durch die interdisziplinäre Kompetenz des LANUK erhalten die Ermittlungsbehörden fachliche Grundlagen für die Beantwortung komplexer Fragestellungen und für daraus folgende Konsequenzen. „Nachhaltiger Umweltschutz ist eine Frage der Wachsamkeit“, erklärte die Präsidentin des LANUK, Elke Reichert. Bei Ereignissen, die Umweltschäden oder Gefahren für Menschen bedeuten können, müsse schnell gehandelt werden. Das könne nur gelingen, wenn die Fachleute und Behörden ohne Umwege eine sichere Einschätzung der Gefährdungslage für gemeinsames weiteres Handeln erhielten. „Oft ist das LANUK die erste Fachinstanz, die mit konkreten Analysen entscheidende Erkenntnisse und damit auch Hinweise für Ermittlungsbehörden liefert.“ Sie unterstreicht: „Für die Ermittlungsarbeit ist es elementar, schnell Klarheit zu schaffen. Mit der mobilen Labortechnik im Sondereinsatz können wir direkt vor Ort gefährliche Substanzen identifizieren und so die Behörden dabei unterstützen, die richtigen Maßnahmen zu ergreifen.“ Elke Reichert macht deutlich: „Unser Ziel ist es, jeden Einsatzort so zu verlassen, dass Menschen und Umwelt bestmöglich geschützt sind“. Die Einsätze beginnen meist mit einem Anruf bei der rund um die Uhr besetzten Nachrichtenbereitschaftszentrale des LANUK. Dort koordinieren die Mitarbeitenden des LANUK alles Weitere – egal, ob die lokale Feuerwehr, die Bezirksregierungen, Kommunen oder Polizei Unterstützung benötigen. Rund ein Drittel der Einsätze wird von Feuerwehren angefordert, ein weiteres Drittel von den Bezirksregierungen, die übrigen von Polizei und anderen Behörden. Die Einsatzgründe variieren: „Bei vielen Einsätzen ist zu Beginn nicht klar, ob es sich um einen Unfall, ein natürliches Phänomen oder einen Fall von Umweltkriminalität handelt“ berichtete LANUK-Präsidentin Elke Reichert. Immer wieder gäbe es Fälle, bei denen durch Ermittlungen im Nachgang auch Umweltkriminalität als Ursache festgestellt werde. Der Sondereinsatz umfasst ein Kernteam aus sechs Fachleuten, zwei Frauen und vier Männern, ergänzt durch 18 weitere Mitarbeitende aus unterschiedlichen naturwissenschaftlichen und technischen Fachbereichen des LANUK. Die beiden LKW des Sondereinsatzes verfügen jeweils über eine eigenständige Stromversorgung. In die Sondereinsatzfahrzeuge installierte und mitgeführte Messtechnik ermöglicht spezialisierte Untersuchungen direkt am Einsatzort. Dazu gehört ein mobiles Massenspektrometer (GC-MS), mit dem mehr als 1000 flüchtige organische und anorganische Stoffe gemessen werden können. An Bord des großen Messwagens steht ebenfalls ein mobiles Rasterelektronen-Mikroskop mit Röntgensonde zur Verfügung. Damit können Proben mehr als 100.000fach vergrößert werden. Form, Größe und elementare Bestandteile von Proben, z. B. von Asbest, können damit sichtbar gemacht werden. Zur Bestimmung zahlreicher Stoffe befindet sich weitere mobile Messtechnik an Bord. Als „Umweltfeuerwehr des Landes Nordrhein-Westfalen“ verfügen beide Fahrzeuge über eine Sondersignalanlage (Blaulicht). Die Vernetzung mit der Zentralstelle für Umweltkriminalität bei der Staatsanwaltschaft Dortmund, den verschiedenen Dienststellen der Kriminalpolizei und dem Landeskriminalamt hat sich als sehr wirksam erwiesen. Die systematische Zusammenarbeit sorgt dafür, dass Schadensfälle am Ort des Geschehens fachlich bewertet werden können – ob Freisetzung von Chemikalien, illegaler Entsorgung von Abfällen oder der Ausbreitung unbekannter Substanzen. Präsidentin Reichert bringt es auf den Punkt: „Wir setzen auf vernetztes Wissen, engagierte Teams und den Anspruch, aus jedem Einsatz zu lernen. Umweltschäden sind oft unsichtbar, aber die Folgen können gravierend sein. Es ist unsere Aufgabe, unser Fachwissen, unsere Möglichkeiten des Messens und Bewertens zu nutzen und damit die Behörden in NRW in der Umsetzung von Maßnahmen zu stärken – für mehr Sicherheit und nachhaltigen Schutz“. zurück
Zur Anreicherung und Isolierung von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (= PAH) wurde ein PAH-spezifisches Anreicherungsverfahren entwickelt. In mehreren Proben (Weichbraunkohle, Garsdorf; Matt- und Glanzbraunkohle, Bogovina und Banovici) wurde der Gehalt an Fluoranthen, Pyren, Benzofluoranthene, Benzo(e)pyren, Benzo(a)pyren, Perylen, Benzi(ghi)perylen u.a. bestimmt. Die Identitaet dieser Verbindungen wurde mit der GC-MS-Kombination bestaetigt. Die gaschromatographisch bestimmten Gehalte lagen z.B. fuer Benzo(a)pyren zwischen 0.07 und 0.20 mg/kg Kohle. In erheblich hoeheren Konzentrationen wurden 6 weitere Verbindungen isoliert, deren UV- und Massenspektren auf substituierte PAH hindeuten. Ebenso werden Torfproben aus Hoch- und Niedermooren auf ihren Gehalt an PAH untersucht und der Versuch unternommen, zwischen dem PAH-Gehalt einer Torfschicht und ihrem Alter Korrelationen herzustellen.
Ziel der Studie war, die vorgeschlagenen Moeglichkeiten zur Bestimmung der Quellen polyzyklischer Aromaten zu ueberpruefen. Diskutiert werden: die Mengenverhaeltnisse von Benzo(a)pyren zu Benzo(ghi)perylen und zu Coronen, das Vorkommen einzelner Verbindungen, die Profile schwefelhaltiger Di- und Polyzyklen, die vollstaendigen Profile, die Intensitaeten homologer Polyzyklenserien. Das Ergebnis ist, dass keine dieser Ueberlegungen zur Herkunftsbestimmung polyzyklischer Aromaten nuetzlich ist. Es wird erwogen, ob manche Vorschlaege einfach durch die unzureichende Analytik veranlasst wurden. In diesem Zusammenhang werden wichtige Analysenverfahren und damit erhaltene Ergebnisse diskutiert. Fuer Zimmeroefen mit Leistungen bis zu 9 kW wird folgende Abschaetzung gegeben: Die gesamten Polyzyklenemissionen von Gasofen, Oelofen und Kohleofen verhalten sich naeherungsweise wie 0,001:1:100. Bei solchen Verhaeltnissen wird schon die Unterscheidung zwischen den Beitraegen von Feuerungen schwierig, da bei einem geringen Anteil von Kohleheizungen deren Emissionen ueberwiegen. Mit der Hochaufloesungs-Niedervolt-Massenspektrometrie wurden bisher in verschiedenartigen Umweltproben stets sehr viele Verbindungstypen nachgewiesen. Diese Vielfalt und damit die analytische Problematik werden durch neuartige graphische Profile veranschaulicht. Wegen der Schwierigkeiten der exakten Strukturbestimmung von Polyzyklen in Umweltproben wird erneut die Frage gestellt, ob es sinnvoll ist, am Grundsatz der Analyse einzelner Verbindungen festzuhalten.
Organische Schwefelkomponenten sind abundant in marinen Sedimenten. Diese Verbindungen werden v.a. durch die abiotische Reaktion anorganischer Schwefelverbindungen mit Biomolekülen gebildet. Wegen seiner Bedeutung für globale Stoffkreisläufe, für die Nutzung von Erdöllagerstätten und für die Erhaltung des Paleorecords, gibt es eine Vielzahl von Studien zum Thema. Sehr wenig Aufmerksamkeit wurde allerdings wasserlöslichen Komponenten geschenkt, die beim Prozess der Sulfurisierung entstehen und als gelöster organischer Schwefel (DOS) in die Meere gelangen können. Anhand der wenigen verfügbaren Informationen ist Schwefel vermutlich das dritthäufigste Heteroelement im gelösten organischen Material (DOM) der Meere, nach Sauerstoff und Stickstoff. Einige Schwefelverbindungen, insbesondere Thiole, sind für die Verbreitung von Schadstoffen aber auch essenzieller Spurenstoffe verantwortlich. Wichtige klimarelevante Schwefelverbindungen entstehen aus DOS. Daher spielt der marine DOS-Kreislauf eine Rolle für die Meere und Atmosphäre. Trotz seiner Bedeutung sind die Quellen marinen DOS, seine Umsetzung im Meer und Funktion für Meeresbewohner unbestimmt. Auch ist die molekulare Zusammensetzung von DOS unbekannt. In diesem Projekt werden wir Pionierarbeit in einem neuen Forschungsfeld der marinen Biogeochemie leisten. Wir wollen grundlegende Fragen bzgl. der Bildung und Verteilung von nicht-flüchtigem DOS im Meer beantworten. Unsere wichtigsten Hypothesen:* Bildung von DOS:(1) Sulfatreduzierende Sedimente sind wesentlich für die Bildung von DOS.(2) Reduzierte Schwefelverbindungen (v.a. Thiole) dominieren in Zonen der DOS-Entstehung.(3) DOS wird v.a. über abiotische Sulfurisierung in der Frühdiagenese gebildet.* Transport und Schicksal von DOS im Ozean:(4) DOS wird von sulfat-reduzierenden intertidalen Grundwässern an das Meer abgeben.(5) In der Wassersäule oxidiert DOS schnell (z.B. zu Sulfonsäuren).(6) DOS aus intertidalen Sedimenten ist in oxidierter Form auf den Kontintentalschelfen stabil.Neben dem wissenschaftlichen Ziel der Beantwortung dieser Hypothesen, wird das Projekt drei Promovierenden (eine in Deutschland und zwei in Brasilien) die außergewöhnliche Gelegenheit bieten, ihre Doktorarbeiten im Rahmen eines internationalen Projektes durchzuführen. Wir werden die Stärken beider Partner in Feld- und Laborstudien und Elementar-, Isotopen- und molekularen Analysen kombinieren. Wir werden unterschiedliche Regionen im deutschen Wattenmeer und in brasilianischen Mangroven (Rio de Janeiro and Amazonien) beproben, sowie die benachbarten Schelfmeere. Sulfurisierungsexperimente werden die Feldstudien ergänzen. Zur quantitativen Bestimmung und molekularen Charakterisierung von DOS werden wir neue Ansätze anwenden, die von den beiden Arbeitsgruppen entwickelt wurden. Dabei kommen u.a. ultrahochauflösende Massenspektrometrie (FT-ICR-MS), und andere massenspektrometrischen und chromatographischen Methoden zu Anwendung.
| Origin | Count |
|---|---|
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| Land | 15 |
| Wissenschaft | 11 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 833 |
| Repositorium | 1 |
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| unbekannt | 25 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 22 |
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| unbekannt | 10 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 782 |
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| Resource type | Count |
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| Dokument | 4 |
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| Webdienst | 1 |
| Webseite | 251 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 593 |
| Lebewesen und Lebensräume | 706 |
| Luft | 552 |
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| Weitere | 842 |