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- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (24)
- 1.8 Umweltanalytik (24)
- 4 Material und Umwelt (8)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (4)
- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (4)
- 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (3)
- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (2)
- 1.4 Non-Target-Analytik (1)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (1)
- 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien (1)
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Eingeladener Vortrag (wissenschaftliche Konferenzen)
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Gegenstand der vorzustellenden Arbeiten ist die Prüfung der Umwelt-beständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP) zum Einsatz. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden.
A method for the determination of the novel brominated flame retardant tetrabromobisphenol A bis(2,3-dibromopropylether), 1,1'-(isopropylidene)bis[3,5-dibromo-4-(2,3-dibromo-propoxy)-benzene] (TBBPA-dbpe), was developed. Technical TBBPA-dbpe was purified and the results of a thorough physical characterisation are reported. The application of APCI-MS is discussed and the fragmentation patterns are described. Quantification of TBBPA-dbpe was done by HPLC-DAD using external calibration. The validation of the method was accomplished using sediment and sewage sludge samples spiked with defined amounts of authentic TBBPA-dbpe. The average recovery rates of TBBPA-dbpe from spiked samples ranged from 35 to 91% (sediment) and from 57 to 98% (sewage sludge) depending on the respective extraction method. Pressurised fluid extraction (PFE) and fluidised bed extraction were superior to classical Soxhlet and sonication procedures and yielded recovery rates between 90 and 98% with relative standard deviations of 2%. The limits of detection (DTC), identification (ID) and determination (DTM) using HPLC-DAD were 10, 21 and 30 ng g-1 in sediment and 22, 44 and 72 ng g-1 in sewage sludge, respectively.
Solid wastewater-based fertilizers were screened for per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) by the extractable organic fluorine (EOF) sum parameter method. The EOF values for ten sewage sludges from Germany and Switzerland range from 154 to 7209 mg kg−1. For thermal treated sewage sludge and struvite the EOF were lower with values up to 121 mg kg−1. Moreover, the application of PFAS targeted
and suspect screening analysis of selected sewage sludge samples showed that only a small part of the EOF sum parameter values can be explained by the usually screened legacy PFAS. The hitherto unknown part of EOF sum parameter contains also fluorinated pesticides, pharmaceutical and aromatic compounds. Because these partly fluorinated compounds can degrade to (ultra-)short PFAS in wastewater treatment plants they should be considered as significant sources of organic fluorine in the environment. The combined results of sum parameter analysis and suspect screening reveal the need to update current regulations, such as the German fertilizer ordinance, to focus not solely on a few selected PFAS such as perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA) but
consider an additional sum parameter approach as a more holistic alternative. Moreover, diffusion gradient in thin-films (DGT) passive samplers were utilized as an alternative simplified extraction method for PFAS in solid wastewater-based fertilizers and subsequently quantified via combustion ion chromatography. However, the DGT method was less sensitive and only comparable to the EOF values
of the fertilizers in samples with >150 mg kg−1, because of different diffusion properties for various PFAS, but also kinetic exchange limitations.
For the first time, µ-X-ray fluorescence (µ-XRF) mapping combined with fluorine K-edge µ-X-ray absorption near-edge structure (µ-XANES) spectroscopy was applied to depict per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) contamination and inorganic fluoride in samples concentrations down to 100 µg/kg fluoride. To demonstrate the matrix tolerance of the method, several PFAS contaminated soil and sludge samples as well as selected consumer product samples (textiles, food contact paper and permanent baking sheet) were investigated. µ-XRF mapping allows for a unique element-specific visualisation at the sample surface and enables localisation of fluorine containing compounds to a depth of 1 µm. Manually selected fluorine rich spots were subsequently analysed via fluorine K-edge µ-XANES spectroscopy. To support spectral interpretation with respect to inorganic and organic chemical distribution and compound class determination, linear combination (LC) fitting was applied to all recorded µ-XANES spectra. Complementarily, solvent extracts of all samples were target-analysed via LC-MS/MS spectrometry. The detected PFAS sum values range from 20 to 1136 µg/kg dry weight (dw). All environmentally exposed samples revealed higher concentration of PFAS with a chain length >C8 (e.g. 580 µg/kg dw PFOS for Soil1), whereas the consumer product samples showed a more uniform distribution with regard to chain lengths from C4 to C8. Independent from quantified PFAS amounts via target analysis, µ-XRF mapping combined with µ-XANES spectroscopy was successfully applied to detect both point-specific concentration maxima and evenly distributed surface coatings of fluorinated organic contaminants in the corresponding samples.
Gegenstand des Projekts ist die Prüfung der Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polycarbonat, Polytetrafluorethylen, Polystyrol und Polypropylen zum Einsatz. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden, die es gestatten, Schnellprüfverfahren zu etablieren, die die Simulation der realen Beanspruchungen im Zeitraffermodell anwendbar machen. Somit sollen standardisierbare Schnellbeanspruchungs-verfahren erarbeitet werden, die als Prüfeinrichtungen etabliert werden und von externen Auftraggebern zur Prüfung der Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von neuen Materialien genutzt werden können. Die Umweltwirkungen (chemisch-physikalisch und mikrobiologisch) sollen so definiert eingesetzt werden, dass eine reproduzierbare Prüfung möglich wird. Aus diesen Verfahren und Methoden sollen Normen abgeleitet werden, die eine standardisierte Materialprüfung ermöglichen.
Der vorliegende Bericht ist der 2.Teil eines Gesamtberichtes und schildert ausführlich die im Kontext des BAM-Innovationsoffensive-Projektes „Chemische Brandspurenanalytik“ durchgeführten Untersuchungen und fasst die gewonnenen analytischen Erkenntnisse zusammen. Der gesamte Bericht gliedert sich in drei Teile. Der erste Teil beinhaltet den Aufbau, die Durchführung und die brandtechnologische Auswertung der durchgeführten Raumbrandversuche, während in dem hier vorliegenden Teil die analytischen Methoden zum Nachweis des Brandbeschleunigers in den Brandrückständen vorgestellt und ausgewertet werden. Die Beurteilung von Brandspuren und daraus abgeleitet die Rekonstruktion eines Brandverlaufes beruhen auch auf der präzisen chemischen Analyse der Brandprodukte. Im Rahmen dieses Projektes wurde eine innovative Methodik entwickelt, wie verfügbare Analysetechniken in geeigneter Weise kombiniert werden können, um aus festen, flüssigen und gasförmigen Brandrückständen Rückschlüsse auf den Brandverlauf ziehen zu können. Neben der Untersuchung von Proben von realen Brandorten wurden verschiedene wohnungstypische Materialien unter Laborbedingungen unterschiedlichen Brandszenarien unterworfen. Die dabei entstehenden Brandgase, Aerosole sowie der verbleibende Brandrückstand wurden durch geeignete analytische Verfahren analysiert, um mögliche Brandursachen beurteilen zu können. Der Schwerpunkt dieses Berichtes liegt in dem Nachweis von Brandbeschleunigern. Es zeigte sich, dass mittels der Kombination aus HS-SPME-GC-MS sowohl in den festen Brandrückständen, als auch in den Kondensaten Brandbeschleuniger eindeutig und verlässlich nachgewiesen werden können. Anhand von 5 verschiedenen Zimmerbrandversuchen wurde der Einfluss von Brandbeschleunigern auf den Brandverlauf experimentell untersucht. Es wurden verschiedene brandtechnologische Kennwerte, wie der Massenverlust des gesamten Brandraums, Brandraumtemperaturen, die Wärmefreisetzungen sowie die Rauchgasemissionen ermittelt und beurteilt. Die Rauchgasanalyse erfolgte im Schlot, im Brandraum sowie in der Brandraumöffnung mittels Fourier Transformierte Infrarot-FTIR-Spektroskopie. Neben diesen brandtechnologischen Untersuchungen, die im Bericht Teil 1 enthalten sind, erfolgten auch chemisch-analytische Untersuchungen nach dem Brand, mit dem Ziel, den eingesetzten Brandbeschleuniger nachzuweisen. Im Anschluss an die jeweiligen Zimmerbrandversuche wurden verschiedene Brandrückstandsproben aus dem Brandschutt, Wischproben von den Wänden und den übriggebliebenen Gegenständen genommen und mit Hilfe einer entwickelten HS-SPME-GC-MS-Methode (Headspace-Solid Phase Micro Extraction-Gas Chromatographie-Massenspekrometrie) in Hinblick eines möglichen Brandbeschleunigernachweis analysiert.
Arsenolipids (AsL) of the type arsenic-containing fatty acids (AsFA) and hydrocarbons (AsHC) are known to occur in seafood and their identification is today a challenge due to the need of data for toxicological assessment. The aim of this investigation was to enhance the data concerning AsL in commercial canned cod liver. Therefore, the present study focuses on the quantification and identification of AsL by LC–ICP-MS combined with ESI-MS. The molecular structure of 17 AsL was elucidated on the basis of their exact mass and their product ion spectra and two new AsFA tentatively identified. The total arsenic concentration in four different canned cod liver analyzed by ICP-MS ranged from 2.6 to 5.5 mg As/kg with an extraction recovery of 98%. The AsL detected by RP-IPC–MS comprise 58–95% of the total arsenic content, indicating that AsL are a major class of arsenic in canned cod liver. Much of the AsL detected in the canned cod liver extracts are, however, not yet identified.
Practical applications: The results obtained in the present research show the possibility to apply the current extraction and detection method in different biological samples for the determination of AsL. Additionally, this information can be used for further studies to assess the risk of AsL for consumer health. On the other hand, the MS/MS results could be used for the future identification of AsL without the ICP-MS detection and thus, low the cost of the analysis.
Arsenic and mercury are frequent contaminants in the environment and care must be taken to limit their entrance into the food chain. The toxicity of both elements strongly depends upon their speciation. Total amounts of As and Hg as well as their species were analyzed in muscle and liver of 26 fishes of seven freshwater fish species caught in the River Elbe. The median concentrations of As were 162 mg kg-1 w.w. in liver and 92 mg kg-1 w.w. in muscle. The median concentrations of total Hg were 241 mg kg-1 w.w. in liver and 256 mg kg-1 w.w. in muscle. While this level of Hg contamination of the freshwater fish in the River Elbe is significantly lower than 20 years ago, it exceeds the recommended environmental Quality standard of 20 mg Hg kg-1 w.w. by a factor of 5e50. However, the European maximum level of 500 mg Hg kg-1 for fish for human consumption is rarely exceeded. Arsenic-containing fatty acids and hydrocarbons were determined and partially identified in methanolic extracts of the fish by HPLC coupled in parallel to ICP-MS (element specific detection) and ESI-Q-TOF-MS (molecular structure detection). While arsenobetaine was the dominant As species in the fish, six arsenolipids were detected and identified in the extracts of liver tissue in common bream (Abramis brama), die (Leuciscus idus), asp (Aspius aspius) and northern pike (Esox lucius). Four arsenic-containing fatty acids (AsFA) and two arsenic-containing hydrocarbons (AsHC) are reported in freshwater fish for the first time. With respect to mercury the more toxic MeHgþ was the Major species in muscle tissue (>90% of total Hg) while in liver Hg2þ and MeHgþ were of equal importance. The results Show the high relevance of element speciation in addition to the determination of total element concentrations to correctly assess the burden of these two elements in fish.
Arsenolipids (AsL) of the type arsenic-containing fatty acids (AsFA) and hydrocarbons (AsHC) are natural organoarsenic compounds present in high abundance in seafood. Since little is known about their toxicity, there is a significant concern about their health risk. Here we report the synthesis of two new AsL and their identification in fish by liquid chromatography (LC) coupled simultaneously to inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and to high resolution mass spectrometry (HR-MS). The molecular structure was elucidated on the basis of their exact mass and their product ion mass spectra. One of the synthesized AsL has been already identified in fish samples, meanwhile, the other arsenolipid is reported here as a natural product in fish.
