Filtern
Dokumenttyp
- Vortrag (7) (entfernen)
Sprache
- Englisch (5)
- Deutsch (1)
- Mehrsprachig (1)
Referierte Publikation
- nein (7)
Schlagworte
- Sensor (7) (entfernen)
Organisationseinheit der BAM
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (7) (entfernen)
Eingeladener Vortrag
- nein (7)
Contamination of natural bodies of water with oil and lubricants (or generally, hydrocarbon derivatives such as petrol, fuel and others) is a commonly found phenomenon around the world due to the extensive production, transfer and use of fossil fuels. The timely identification of these contaminants is of utmost importance, since they directly affect water quality and represent a risk for wildlife and human health even in trace amounts.
In this work, we develop a simple system for the on-field detection of total petroleum hydrocarbons (TPH) in water and soil, the "Spectrocube". The test is based on the measurement of the fluorescence signal emitted by the molecular rotor 4-DNS-OH dye. This dye is embedded in a hydrophobic polymeric matrix (PVDF), avoiding interactions of water with the dye and providing a robust support for use in test-strip fashion. The test-strip’s fluorescence intensity increases linearly at low concentrations of TPH, reaching a saturation value at higher concentrations.
For excitation and evaluation of the test-strip fluorescence, a simple miniature optical system was designed. The system works semi-quantitatively as solvent-free TPH detection kit, as well as quantitatively when using a simple cyclopentane extraction step. To simplify the fluorescence read-out, the device is coupled to a tablet computer via Bluetooth, running a self-programmed software ("app").
Ammoniakemissionen in die Umwelt erfolgen insbesondere durch die Landwirtschaft (93,6 %), aber auch durch Verbrennungsprozesse in der die Abfallwirtschaft (2,3 %) und den Straßenverkehr (1,8 %). Dieser Stoff ist selbst in geringen Konzentrationen nicht nur eine Geruchsbelästigung, sondern auch eine Substanz mit ökologischer und klimatischer Relevanz.
Die Bestimmung von Ammoniak in relevanten Konzentrationen von kleiner 25 μg m-3 erfolgt im Allgemeinen über NH4+ als Analyten, spektralfotometrisch oder mit der Ionenchromatographie nach Überführung in die flüssige Phase. Wegen der niedrigen Konzentrationen an Ammoniak in der Außenluft wird meist eine gesammelte Probe verwendet oder die Bestimmung erfolgt nach einer aktiven, anreichernden Probenahme.
Die eigenen Arbeiten sollen dazu beitragen, die Ammoniak-Bestimmung in der Außenluft präziser, sowie schneller und kostengünstiger zu machen.
Die BAM prüfte daher kommerzielle elektrochemische und Metalloxid-basierte Sensoren, die für diesen Konzentrationsbereich aber nur bedingt geeignet sind. Deshalb wurden alternativ eigene Entwicklungen zum Nachweis von Ammoniak im Spurenbereich aufgenommen, wobei der Analyt über die Änderung der Fluoreszenz eines BODIPY-Farbstoffs bei 550 nm mittels eines portablen Fluoreszenz-Sensors direkt aus der Gasphase gemessen wird.
Zur Kalibrierung von Ammoniak-Sensoren und -Messgeräten steht ein stationäres System basierend auf der Mischung von zertifizierten Prüfgasen aus Druckflaschen mit kalibrierten Massendurchfluss-regler (MFC) zur Verfügung. Darüber hinaus erfolgt eine chemische Analyse der verwendeten Gasgemische mittels eines Massenspektrometers.
Für die Kalibrierung und Prüfung von Sensoren und Messgeräten vor Ort wurde ein mobiles Prüfsystem entwickelt. Die Generierung von Ammoniak-haltigen Gasen im Spurenbereich von 0,5 nmol/mol bis 500 nmol/mol erfolgt durch das Permeationsverfahren nach ISO 6145-10.
Für die Realisierung der Rückführbarkeit der Ammoniakbestimmung werden von den Nationalen Metrologischen Instituten sowie designierten Instituten Standards bereitgestellt und auch weiterentwickelt. Die primären metrologischen Standards beruhen auf SI-Einheiten und sind die Basis für eine Rückführbarkeit der Sensoren bzw. Analysengeräte.
Photoluminescence applications in the life and material sciences require bright molecular and nanocrystalline emitters, stimuli-responsive optical probes, signal enhancement, multiplexing, and barcoding strategies and traceable methods to quantify the signal-relevant optical properties of luminescent materials at the ensemble and single molecule/particle level. In this context, current research at Division Biophotonics of BAM is presented ranging from dye and nanocrystal photophysics, absolute measurements of photoluminescence quantum yields in the UV/vis/NIR/SWIR, lifetime multiplexing, and the development of different types of fluorescence standards for validating optical-spectroscopic measurements.
Two nanosensors for simultaneous optical measurements of temperature (“T”), oxygen (“O”), and pH (“P”) have been designed. These “TOP” nanosensors are based on 100 nm-sized silica-coated polystyrene nanoparticles (PS-NPs) doped with the near infrared emissive oxygen- and temperature-sensitive chromium(III) complex ([Cr(ddpd)2][BPh4]3 CrBPh4)[1][2] and an inert reference fluorescence dye (Nile Red NR or 5,10,15,20-tetrakis-(pentafluorophenyl) porphyrin TFPP) and are covalently labeled with the pH-sensitive fluorophore fluorescein isothiocyanate (FITC). These emitters can be excited at the same wavelength and reveal distinguishable emission spectra suitable for ratiometric intensity-based and time-resolved studies in the visible and near infrared spectral region. The core-shell nanostructure of these sensors reveals high colloidal stability in various aqueous media. Studies in PBS buffer solutions and in a model body liquid demonstrate the applicability of the TOP nanosensors for optically detecting the three bioanalytically and biologically relevant analytes temperature, oxygen and pH simultaneously at the same position.
A vast number of emerging pollutants is being detected in the environment. Another lingering problem are health-threatening contaminants, such as mycotoxins, that deteriorate food and feed, and the pathogens themselves. Analytical methods, suitable for trace analysis, are needed that are desirably also fast, inexpensive and, if possible, robust and portable. It is set out, how immunoana-lytical, i.e., antibody-based methods, which are elaborated in a broad range of formats, can be profitably used to gain insights on the distribution and concentration trends of the target analytes at the point-of-need.
pH and oxygen are amongst the most important and frequently measured analytes in the life and material sciences, indicating, e.g., diseases and corrosion processes. This includes the optical monitoring of pH in living cells for studying cellular internalization pathways, such as phagocytosis, endocytosis, and receptor ligand internalization with the aid of molecular and nanoscale fluorescent sensors. Nanoparticle (NP)-based sensors, that are labeled or stained with a multitude of sensor dyes, have several advantages as compare to conventional molecular probes like enhanced brightness, i.e., amplified signals, ease of designing ratiometric systems by combining analyte sensitive and inert reference dyes, and increased photostability. Moreover, this can enable the use of hydrophobic dyes in aqueous environments. Versatile templates and carriers for the fabrication of nanosensors by the staining and/or labelling with different fluorophores and sensor molecules or surface functionalized NP like silica (SiO2-NP) and polystyrene (PS-NP) particles provide. Here we present the design of a versatile platform of color emissive nanosensors and stimuli-responsive microparticles for the measurement of pH, oxygen, and other targets utilizing both types of matrices and sets of spectrally distinguishable sensor and reference dyes and their characterization and demonstrate the applicability of representative sensor particle for cellular studies.
Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ist eine forschende Bundesoberbehörde und Einrichtung der Ressortforschung der Bundesrepublik Deutschland. Unter ihrer Leitlinie „Sicherheit in Technik und Chemie“ ist sie zuständig für die öffentliche technische Sicherheit und für metrologische Aufgaben in der Chemie. Das Aufgabenspektrum der BAM, das sich an aktuellen Fragestellungen aus Wissenschaft, Wirtschaft, Politik und Normung orientiert, bietet sehr viele interessante Tätigkeitsfelder für Naturwissenschaftler*Innen und Ingenieur*Innen.