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Organisationseinheit der BAM
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (3)
- 6 Materialchemie (2)
- 9 Komponentensicherheit (2)
- 9.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 9.2 Versuchsanlagen und Prüftechnik (2)
- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (1)
- 1.4 Prozessanalytik (1)
- 1.5 Proteinanalytik (1)
- 1.6 Anorganische Referenzmaterialien (1)
- 6.3 Strukturanalytik (1)
Coordination chemistry was applied to deposit pyridine-functionalized gold nanoparticles on silicon substrates. The particles were synthesized through the Brust/Schiffrin route with a subsequent ligand exchange reaction yielding well-defined particles of two different sizes. Multilayer deposition was carried out on a pyridine-terminated SAM, anchored on a hydroxyl-terminated silicon surface. Analogously, Hunter/Vögtle-type tetralactam macrocycle multilayers were deposited as well as mixed layers containing both either in an alternating sequence or as a macrocycle multilayer with a terminating nanoparticle layer. These composite layers were examined with respect to their ability to bind squaraine axles in the macrocycle cavities. The amount of guest bound is higher for the composite layer with alternating macrocycles and nanoparticles.
In supplementary work to the one published earlier, experiments with SF6, NF3, CF4 and H2 as new modifier gases for the matrix studied were performed. Our investigations were continued to improve the described analytical method and to achieve additional insights into the mechanism of analyte release. Our new survey is split in two parts. At first fluorinating modifiers were used to investigate the behaviour of a variety of trace elements (Ag, Al, As, Au, Bi, Cd, Co, Cr, Fe, Mg, Mn, Ni, P, Pb, Sb, Se, Si, Sn, Te, Ti, Zn and Zr). Most of them (exceptions Au, Se, and Te) could be effectively released from the copper matrix by thermo-halogenation reactions and by partial sub-sample evaporation. Using SF6 and NF3 as modifier gases, low limits of quantification (LOQs) were achieved for the 19 well released trace elements (typical ≤0.1 mg kg-1). Most elements (exceptions Ag, Mg, and Ni) could be calibrated by using aqueous calibration solutions without any sample pretreatment. For the trace determination of Se, Te, and Au, a further analytical method of ETV-ICP OES is described in the second part based on thermo-hydrogenation reactions by using a hydrogen/argon mixture as a modifier gas. The determination of Se and Te with very high analytical performance (LOQ < 0.1 mg kg-1) can either be carried out in a second analytical step succeeding the halogenation procedure, or the sub-sample is directly treated with H2 without previous halogenation procedure whereby the sub-sample can either be partially or totally evaporated. In this case some other analytes (Ag, Au, As, Bi, Cd, Fe, Mg, Ni, Pb, Sb, Sn, and Zn) can additionally be quantified simultaneously with Se and Te.
The formation of diffusion layers on Zn layers deposited on Al substrates is mainly used to prevent corrosion effects. Evaluation of the influence exerted by different coating methodologies and heat treatments on the formation of these diffusion layers is of great interest for the aluminium industry. Particularly, multi-elemental in-depth distributions of major, minor and trace elements in Zn-coatings is highly demanded before and after heat treatments. A fast characterization of these materials require a direct solid analytical technique able to provide high sensitivity and high depth resolution. For this purpose, an improved analytical method based on the use of pulsed glow discharge sector field mass spectrometry (pulsed-GD-SFMS) is investigated. Glow discharge operating parameters (e.g. pulse duration, pulse frequency), glow discharge source design (e.g. flow tube lengths), and SFMS mass spectra acquisition conditions (e.g. integration time) are evaluated to achieve low sputtering rates, high mass spectra acquisition rates and improved depth resolution. At the optimize conditions Zn coatings deposited by arc-spray and electrodeposition are analysed before and after heat treatments to evaluate the diffusion of different key elements. Moreover, results are validated using femtosecond laser ablation (fs-LA)-ICP-MS, which provides additional information about the heterogeneous distribution of some elements in the Zn coatings.
This work investigates the microstructure formed in friction stir welds of FCC alloys, focused on two multiprincipal alloys: a CoCrFeMnNi high-entropy alloy (HEA) and a CoCrNi medium-entropy alloy (MEA). A commercial stainless steel AISI 304 is used for comparison. The largest nugget was formed in the MEA, while the smallest was formed in the HEA. Grain refinement occurs in the stirred zone in all welds. Discontinuous dynamic recrystallisation is the predominant restoration mechanism during friction stir welding of the three investigated alloys. A sharp decrement in the Σ3 boundary fraction occurs in the stirred zone of the AISI 304 and HEA welds, while comparable values with the base metal are found for the MEA weld. The peak in the maximum index of crystallographic texture is observed on the advancing side of the stirred zone of the AISI 304 weld. A strong <001> θ-fibre texture is formed in the advancing side of the nugget in the AISI 304 from a well-established {123} <634> S-type texture in the base metal. Multiple crystallographic texture components without specific fibres are identified in most regions of the welds, indicating the complex shear path history during friction stir welding.
Im Verbundprojekt RUSEKU wurde die Probenahme von Wasserproben entscheidend weiterentwickelt. Wichtig ist hierbei zu gewährleisten, dass genügend Merkmalsträger in jeder Probe untersucht werden. Es muss daher eine für den Probenahmeort repräsentative Beprobung hinsichtlich des Wasservolumens in Abhängigkeit der Partikelanzahl gewährleistet sein.
Das Hauptaugenmerk lag im vorliegenden Projekt auf einer praxisnahen Beprobungsstrategie. Es wurden verschiedene Konzepte ausprobiert.
• Grundsätzlich hat sich gezeigt, dass eine Stichprobe eine Momentaufnahme des MP-Massengehaltes zeigt. Es wird eine hohe Statistik, also eine Vielzahl an Messungen am gleichen Probenahmeort, benötigt, um eine valide Aussage über den MP-Gehalt zu machen.
• Es zeigt sich, dass eine integrale Probenahme über mehrere Wochen mit dem SK routinemäßig möglich ist. Die erfassten MP-Massen sind reproduzierbar und robust.
• Die DFZ ist für Stichproben geeignet. Partikel < 50 µm werden eventuell unterschätzt
• Die fraktionierte Filtration kann für Stich- und Mischproben direkt im Feld genutzt werden. Fraktionen von 10 und 5 µm werden später im Labor Vakuum filtriert. Es erfolgt eine Fraktionierung der Probe mit Siebmaschenweiten von 1000, 500, 100, 50, 10 und 5 µm.
• Die fraktionierte Filtration kann auch anschließend an die Beprobung mit dem SK zur Anwendung kommen. Wird die mit dem SK gewonnene Wasserprobe fraktioniert filtriert, kann neben einem MP-Gesamtgehalt auch eine Einschätzung über die Partikelgrößen gewonnen werden.
• Für Wässer mit geringen Partikelzahlen wurde ein Messfiltertiegel entwickelt. Dieser hat eine Maschenweite von 6 µm. Seine Anwendung kann mögliche Verluste beim Transferieren vom Probenahmetool zum Messgefäß und mögliche Kontaminationen reduzieren.
Die Optimierung der Probenahmestrategie wurde durch Modellversuche und Simulationen unterstützt. Modellversuche zum Sinkverhalten und Simulationen von MP in realen Gewässern verdeutlichten das komplexe Verhalten der Partikel. Es konnte gezeigt werden, dass Partikel ab einer bestimmten Größe (und kleiner) bei genügend starker Turbulenz sich in der Wassersäule unabhängig von ihrer Dichte verhalten und so auch MP mit kleiner Dichte (z.B. PE) in der gesamten Wassersäule zu finden sind. Es konnte mit dem TEM die Existenz von NP gezeigt werden.
Ein wesentlicher Aspekt des RUSEKU Projektes war die Beprobung realer Kompartimente. Beprobt wurde neben Oberflächengewässern, das urbane Abwassersystem der Stadt Kaiserslautern, Waschmaschinenabwasser und Flaschenwasser.
• In Oberflächengewässern wurde hauptsächlich PE gefunden. Je nach Probe und Gewässer konnten auch PP, PS, PET, PA, SBR und Acrylate nachgewiesen werden.
• Im urbanen Abwassersystem der Stadt Kaiserslautern konnte an allen Probenahmestandorten MP nachgewiesen werden. Es wurde hauptsächlich PE, neben geringeren Mengen an PP, PS und SBR gefunden. Nach einem Regenereignis war der SBR Anteil deutlich erhöht.
• Die Beprobung eines realen Wäschepostens, bestehend aus T-Shirts und Hemden mit PA/CO oder PES/CO Mischgewebe, zeigte einen PA- und PES-Austrag im Waschwasser. Der überwiegende Teil der detektierten Fasern ist aber auf Baumwolle zurückzuführen. Reine gravimetrische Messungen zur Detektion von MP führen zu einer starken Überschätzung.
• In Flaschenwasser (PET-Flaschen) konnte MP detektiert werden. PET wurde nur im stillen Mineralwasser, nicht in Mineralwasser mit Kohlensäure gefunden werden. Teilweise wurde auch das MP-Material des Verschlusses im Wasser detektiert.
• Für Luftproben konnte ein Aufbau zur größenselektiven Beprobung getestet werden.
Neben der Probenahme hat das Projekt auch gezeigt, dass die TED-GC/MS geeignet für die MP-Detektion im Routinebetrieb ist. Die TED-GC/MS konnte weiter optimiert werden. Es wurden MP-Massen bestimmt.
Im Projekt wurden erste realitätsnahe Referenzmaterialien für die MP Detektion hergestellt. Die Herstellung von realitätsnahen Polymeren in ausreichender Homogenität und Menge hat sich als große Herausforderung herausgestellt.