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- 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (1)
- 1.8 Umweltanalytik (1)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (1)
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The present paper describes the contribution of the Institute for Reference Materials and Measurements to the certification of B, Cd, Mg, Pb, Rb, Sr, and U amount contents in a natural water sample, in round 9 of the International Measurement Evaluation Programme (IMEP-9). The analytical procedure to establish the reference values for B, Cd, Mg, Pb, Rb, Sr, and U amount contents was based on isotope dilution inductively coupled plasma-mass spectrometry used as a primary method of measurement. Applying this procedure reference values, traceable to the SI, were obtained for the natural water sample of IMEP-9. For each of the certified amount contents presented here a total uncertainty budget was calculated using the method of propagation of uncertainties according to ISO and EURACHEM guidelines. The measurement procedures, as well as the uncertainty calculations are described for all seven elements mentioned above. In order to keep the whole certification process transparent and so traceable, the preparations of various reagents and materials as well as the sample treatment and blending, the measurements themselves, and finally the data treatment are described in detail. Explanations focus on Pb as a representative example. The total uncertainties (relative) obtained were less than 2% for all investigated elements at amount contents in the pmol/kg up to the high 7mol/kg range, corresponding to low 7g/kg and mg/kg levels.
Dieser Bericht beschreibt die Zertifizierung einer synthetischen Isotopenmischung aus natürlicher und angereicherter Borsäure. Dieses Isotopen-ZRM liegt als konzentrierte, wässerige Borsäure-Lösung vor und ist bezüglich ihrer Isotopenzusammensetzung zertifiziert. Der Bor-Gesamtgehalt ist als Richtwert angegeben. Die Unsicherheiten sind erweiterte Messunsicherheiten mit k=2. Sie sind in Klammern angegeben und beziehen sich auf die letzten beiden Stellen. Das vorliegende Isotopen-ZRM ist bezüglich der Isotopenzusammensetzung mit erweiterten relativen Messunsicherheiten kleiner 0,08% zertifiziert. Die absolute, kombinierte Standardmessunsicherheit des prozentualen Stoffmengenanteils der Isotope (Isotopenhäufigkeit) liegt bei 0,014. In diesem Zertifizierungsbericht wird nur auf die Kapitel eingegangen, die abweichend vom bestehenden Zertifizierungsreport für die Referenzmaterialien BAM I001 bis BAM I003 sind und Einfluss auf die Endergebnisse haben. Dabei handelt es sich um die Kapitel 3.3, 3.4, 4, 6, 7 und 8, Die Kapitel 1, 2, 3, 3.1, 3.2, 5, 9 und 10 des alten Zertifizierungsberichts für die Referenzmaterialien BAM I001 bis BAM I003 behalten unverändert ihre Gültigkeit und sind nicht noch einmal aufgeführt worden.
Twelve different samples were analyzed for their water content by the classical oven-drying method and a commercial moisture analyzer. Nominal values have been set by Karl Fischer titration and gravimetry. The decomposition during the drying process of samples containing organic compounds was checked by thermogravimetry coupled with Fourier transform infrared spectrometric and mass spectrometric detection. Summarizing all measurement results, the commercial moisture analyzer demonstrated an average bias for the determination of water contents, which is much smaller than the stated uncertainty and thus is negligible. Compared to the classical oven-drying method, the commercial moisture analyzer shows a smaller bias, more ease in handling and less time consumption per analysis. When validated by a reference procedure like Karl Fischer titration the commercial moisture analyzer is the method of choice for routine analysis.
The present paper describes the certification of the amount content of Cd, Cr and Pb in two different polyethylene materials within the third phase of the Polyethylene Elemental Reference Material (PERM) project. The analytical procedure to establish the reference values for Cd, Cr and Pb amount contents in these materials is based on isotope dilution mass spectrometry used as a primary method of measurement. Cd and Pb were measured with inductively coupled plasma-mass spectrometry and Cr with positive thermal ionization-mass spectrometry. The decomposition of the polymer matrix was carried out using a high pressure asher. Reference values for amount content, traceable to the SI-system, have been obtained for these three elements in both of the polyethylene samples of PERM. For each of the certified amount content values an uncertainty budget was calculated using the method of propagation of uncertainties according to ISO and EURACHEM guidelines. The measurement procedures, as well as the uncertainty calculations, are described for all three elements. In order to keep the whole certification process as transparent as possible, the preparations of various reagents and materials as well as the sample treatment and blending are described in detail. The mass spectrometry measurements and the data treatment are also explained carefully. The various sources of uncertainty present in the procedure are displayed in the uncertainty budgets. The obtained combined uncertainties for the amount content values were less than 2% relative (k=1) for all investigated elements. The amount contents were in the ?mol/kg range, corresponding to mg/kg levels.
Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung eines bestehenden pyrometallurgischen Prozesses zur Rückgewinnung von Tantal und Niob aus metallurgischen Reststoffen mit vorwiegend niedriger Wertstoffkonzentration.
Zur näheren Erforschung der im vorliegenden Stoffsystem ablaufenden Reduktionsprozesse wurden in einem Elektrolichtbogenofen Schmelzversuche im Pilotmaßstab durchgeführt. Als Reduktionsmittel diente Koks, welcher mithilfe einer Argon-gespülten Eisenlanze in die flüssige mineralische Schmelze eingebracht wurde. Während der Reduktionsbehandlung werden Refraktärmetalle wie Tantal und Niob in ihre Carbide überführt und anschließend in der erschmolzenen eisenbasierten Metallphase am Boden des Reaktors angereichert. Neben Tantal und Niob gelangt auch ein Teil des im Einsatzmaterial enthaltenen Titans als unerwünschtes Begleitelement in die Metallphase.
Sein Großteil verbleibt jedoch als Oxid in der Schlacke und wird dort hauptsächlich im Mineral Perowskit (CaTiO3) gebunden. Die erstarrten Schlackeproben wurden mit verschiedenen Methoden wie Röntgenfluoreszensanalyse, Röntgenbeugung und Rasterelektronenmikroskopie mit gekoppelter energiedispersiver Röntgenanalyse untersucht, um die Bildung tantalhaltiger Mineralphasen zu verschiedenen Stadien des Reduktionsprozesses zu verfolgen.
Die hier gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass weniger die durch das Einblasen von Koks verursachte Reduktionsreaktion, sondern das Absinken der tantalreichen Eisentröpfchen in der flüssigen mineralischen Schmelze, gefolgt von ihrer Anreicherung in die Metallphase, für die Kinetik ausschlaggebend ist.
Detailed knowledge about soil composition is an important prerequisite for many applications, for example precision agriculture. Current standard laboratory methods are complex and time-consuming but could be complemented by non-invasive optical techniques. Its capability to provide a molecular fingerprint of individual soil components makes Raman spectroscopy a very promising candidate. A major challenge is strong fluorescence interference inherent to soil, but this issue can be overcome effectively using shifted excitation Raman difference spectroscopy (SERDS). A customized dual-wavelength diode laser emitting at 785.2 and 784.6 nm was used to investigate 117 soil samples collected from an agricultural field along a distance of 624 m and down to depths of 1 m. To address soil spatial heterogeneity, a raster scan approach comprising 100 measurement spots per sample was applied. Based on the Raman spectroscopic fingerprint extracted from intense fluorescence interference by SERDS, 13 mineral soil constituents were identified, and even closely related molecular species could be discriminated, for example polymorphs of titanium dioxide and calcium carbonate. For the first time, the capability of SERDS is demonstrated to predict the calcium carbonate content as an important soil parameter using partial least squares regression (R2 = 0.94, root mean square error of cross-validation RMSECV = 2.1%). Our findings demonstrate that SERDS can extract a wealth of spectroscopic information from disturbing backgrounds enabling qualitative and quantitative soil analysis. This highlights the large potential of SERDS for precision agriculture but also in further application areas, for example geology, cultural heritage and planetary exploration.
In this study the microscopic homogeneity of the newly developed plastic reference materials BAM H001-BAM H010 was investigated. The materials consist of an acrylonitryle-butadien-styrene terpolymer, doped with different amounts of the elements Br, Cd, Cr, Hg and Pb. For the quantitative determination of the degree of homogeneity, a procedure proposed by Kempenaers et al. (Fresenius J. Anal. Chem., 2001, 369, 733-737) was used. On every sample an extensive number of different points were analyzed and standard deviation for every element mentioned above was used to calculate a minimal sampling mass that is necessary to reach a certain level of uncertainty caused by inhomogeneity (mmin,5%). The experiments were taken out with synchrotron µ-XRF (SR µ-XRF) at BESSYII in Berlin and by laser ablation inductively coupled plasma mass spectroscopy (LA-ICP-MS). The calculated values for mmin,5% of both techniques showed comparable results for all elements. It could be shown that the materials are suitable for calibration of micro analytic techniques if at least 64 µg are used.
Phosphorus recycling from sewage sludge will be obligatory in Germany from 2029. Phosphorus content determination in sewage sludge is crucial to assess the prescribed recycling rates. Currently, German law regards sample preparation using aqua regia digestion in a microwave or under reflux conditions as well as instrumental phosphorus determination by ICP-OES, ICP-MS, or photometric determination with ammonium molybdate as equivalent. However, it is questionable whether these methods are indeed equivalent regarding phosphorus quantification in sludges near the limit of 20 g/kg for mandatory recycling. To answer this question, 15 sewage sludges of 11 different wastewater treatment plants were investigated with all permitted method (digestion and measurement) combinations. Moreover, one sewage sludge was also examined in an interlaboratory comparison (ILC) with 28 participants. This study shows that the above-mentioned methods differ in some cases significantly but across all method combinations and sludges, phosphorus recovery was between 80 and 121% after normalization to the grand mean (average of 15 sludges between 85 and 111%). The ILC and the examination of 15 sludges produced largely similar results. There is a tendency to higher phosphorus recovery after microwave digestion compared to reflux digestion and ICP-OES measurements determine higher phosphorus contents than ICP-MS and photometric phosphorus determination. As a result, the authors recommend ICP-OES determination of phosphorus in sewage sludge after microwave digestion.
Currently, there is almost no comprehensive mapping of agricultural cropland because of the lack of fast and affordable mapping methods for important soil properties. Arable land of some hectares in size show a broad range of different nutrient compositions. Because of this heterogeneity wrong fertilization can occur and can cause environmental pollution or lead to smaller harvests and this is simply a waste of resources. The goal of I4S (intelligence for soil) is to develop an integrated system for site-specific soil fertility management. The I4S consortium consists of 10 different institutions, which are testing various sensors for their suitability for the requested applications. Besides the preparation of reference materials, the main task of the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) in this project is the method development for online-XRF (x-ray fluorescence spectroscopy) and for online-LIBS (laser-induced breakdown spectroscopy) sensor systems. Both methods have the advantage that there is no or only little sample preparation necessary. Each method provides a fast and simultaneous multi-element analysis. Both measurement setups can be utilized for a mobile application which is fundamental for reaching the goals of I4S. Having finally a set of some reference materials, further work will focus on the online-XRF and online-LIBS methods in order to obtain useable calibration models. The calibration models will then be tested using stationary and moving samples.
The quantification of the elemental content in soils with laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is challenging because of matrix effects strongly influencing the plasma formation and LIBS signal. Furthermore, soil heterogeneity at the micrometre scale can affect the accuracy of analytical results. In this paper, the impact of univariate and multivariate data evaluation approaches on the quantification of nutrients in soil is discussed. Exemplarily, results for calcium are shown, which reflect trends also observed for other elements like magnesium, silicon and iron. For the calibration models, 16 certified reference soils were used. With univariate and multivariate approaches, the calcium mass fractions in 60 soils from different testing grounds in Germany were calculated. The latter approach consisted of a principal component analysis (PCA) of adequately pre-treated data for classification and identification of outliers, followed by partial least squares regression (PLSR) for quantification. For validation, the soils were also characterised with inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP OES) and X-ray fluorescence (XRF) analysis. Deviations between the LIBS quantification results and the reference analytical results are discussed.
For ten years µ-XRF (micro-focus X-ray fluorescence) analysis has been performed with SEM/EDS (scanning electron microscope with an energy dispersive X-ray detector) so that non-destructive analysis of elements at trace level concentrations below 100 µg g-1 becomes possible. This can be considered as a valuable completion of the classical electron probe microanalysis by EDS, an analytical method 'suffering' from rather poor limits of detection in the range of one to two orders of magnitude higher than those of µ-XRF. Based on a representative actual application, namely analysis of RoHS relevant elements at trace concentration levels, the performance of the rather new analytical method with respect to its limits of detection is systematically evaluated. CRMs (certified reference materials) specially prepared to support the quantitative XRF analysis of RoHS relevant elements were employed. On the other side, based on calculations of µ-XRF spectra according to a recently developed physical model the optimization of the analytical performance is also successfully undertaken.
Mobile proximal gamma-ray spectrometry (GS) is an emerging approach to estimate soil texture directly in the field. It relies on gamma radiation emitted during the natural decay of potassium-40 (K-40) and other isotopes. The K-40 counts are correlated with total K content, mineralogical soil composition and therefore with soil texture. Yet, it is not clear if K fertilisation impacts the ratio of K-40 to total K which would necessitate to take the fertilisation history into account for soil sensing applications. To elucidate this question, a well-documented long-term experiment was selected. The soils of the Rengen grassland experiment (55 plots) were investigated for total K (XRF-K) and for K-40 via mobile proximal GS. No significant differences in XRF-K and K-40 were found between the treatments with and without K fertilisation, although formely published results point to negative and positive K balances, respectively. Fertiliser analysis revealed a ratio of K-40 to total K that was almost identical to the natural abundance of 0.0117%. It was concluded that it is not necessary to take K fertilisation history into account when predicting soil texture from mobile proximal GS on agricultural land for, e.g., precision farming purposes.
The present work describes the development of an existing TIMS procedure to a reference procedure for low sulfur concentration measurements in fossil fuels. With this enhanced procedure SI-traceable sulfur mass fractions below 10 mg kg-1 can be obtained. The achieved detection limit is approximately 0.2 mg kg-1. The procedure was validated by certified reference materials. The procedure was already applied to candidate reference materials and to samples analysed within projects of the Comité Consultatif pour la Quantité de Matière CCQM.
Additionally the influence of the isotopic composition on the results and its corresponding uncertainty was studied. Reference data published in the literature on the isotopic composition of sulfur were assessed.
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.
This paper reports the first successful synthesis and the structural characterization of nanocrystalline and stacking-disordered β-cristobalite AlPO4 that is chemically stabilized down to room temperature and free of crystalline impurity phases. Several batches of the title compound were synthesized and thoroughly characterized by X-ray powder diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy, selected area electron diffraction, energy dispersive X-ray spectroscopy mapping in SEM, solid-state 31P nuclear magnetic resonance (31P-NMR) spectroscopy including the TRAPDOR method, differential thermal analysis (DTA), gas-sorption methods, optical Emission spectroscopy, X-ray fluorescence spectroscopy, and ion chromatography. Parameters that are critical for the synthesis were identified and optimized. The synthesis procedure yields reproducible results and is well documented. A high-quality XRD pattern of the title compound is presented, which was collected with monochromatic copper radiation at room temperature in a wide 2θ range of 5°–100°.
Für die Rückführung von aus Rückbauprojekten anfallender künstlicher Mineralwolle in ihren Herstellungsprozess ist es notwendig, Stein- und Glaswolle zu unterscheiden und voneinander getrennt zu halten. Zu diesem Zweck wurde das Potential von NIR-Spektroskopie (NIRS) für einen werks- oder baustellenseitigen Einsatz getestet. NIRS wird aufgrund kurzer Messzeiten, minimaler Probenvorbereitung und hoher Robustheit der Spektrometer häufig in der Prozessanalytik eingesetzt. Untersucht wurden 70 verschiedene Mineralwollen, wobei sich der Probenumfang sowohl aus werksneuen Proben mit Herstellerangaben als auch unbekannten Proben ohne Spezifikation zusammensetzen, die auf verschiedenen Baustellen in den Jahren 2016–2017 entnommen oder von Deponien zur Verfügung gestellt worden waren. Als Referenzmethode wurde die Röntgenfluoreszenzanalyse verwendet, um den Mineralwolle-Typ über den Elementgehalt nach VDI 3492 zu identifizieren. Mit Hilfe eines multivariaten Datenanalyseverfahrens konnte schließlich eine Methode etabliert werden, die eine zuverlässige Identifikation von unbekannten Mineralwollen anhand deren NIR-Spektren als Stein- bzw. Glaswolle ermöglicht.
Per Online-RFA und -LIBS Elementgehalte in Böden bestimmen.
Die ortsspezifische Steuerung der Bodenfruchtbarkeit durch angepasste Düngung und andere Maßnahmen hilft die Bodenfunktionen zu verbessern und Umweltbelastungen zu vermindern. Dabei zeigt das Beispiel die hohe Relevanz schneller, robuster Vor-Ort-Analysen für viele umweltrelevante Fragestellungen.
Elementanalyse mit Röntgenfluoreszenzspektrometrie direkt am Materialstrom in Produktionsprozessen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die Röntgenfluoreszenzspektrometrie kann aufgrund der technischen Entwicklung mittlerweile ohne aufwändige Probenvorbereitung als aussagekräftige Informationsquelle für Stoffparameter im industriellen Prozess eingesetzt werden. Der Einsatz von online Röntgenfluoreszenzanalyse zahlt sich sowohl finanziell als auch zeitlich schnell aus, da sie sowohl für den ökonomischen Einsatz von Rohmaterialien, als auch z. B. im Materialrecycling zu gebrauchen ist. In diesem Beitrag werden vier unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten beschrieben.
Es wurde ein Online-Analysenverfahren zur Bestimmung von Elementgehalten in Klär-schlammaschen und deren Produkten aus einem thermochemischen Verfahren entwickelt. Durch das thermochemische Verfahren können Wertstoffe aus den Aschen wieder für die Kreislaufwirtschaft nutzbar gemacht und Schadstoffe sicher entfernt werden. Das Analysensystem ist eine Methodenkombination von Online-Laser induzierter Plasma Spektroskopie (LIBS) und Online-Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA). Robustheit und modulare Bauweise des Verfahrens sind wichtige Anforderungen um auch für andere Anwendungen nutzbar zu sein.
Aufgrund der natürlichen und vom Menschen verursachten Heterogenität von Böden erfordert der Erhalt und die Verbesserung ihrer Fruchtbarkeit durch landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen sorgfältig geplante Ent-scheidungen, die auf einer detaillierten Erfassung der Bodeneigenschaften und einem vertieften Verständnis der Bodenprozesse beruhen. Es ist bekannt, dass die konventionelle, flächen-einheitliche Bewirtschaftung Ertragsver-luste durch zu geringe Bewirtschaftungsintensität (z. B. Düngung) auf einen Teil der Fläche verursacht, während andere Teile des Feldes zu hohe Dosen erhalten und es dadurch zu Verschwendung von Ressourcen und zu Um-weltbelastungen kommt. Trotz der Verfügbarkeit von Technologien für ortsspezifische Düngung ist die Akzeptanz ortsspezifischer Bewirtschaftung (Precision Agriculture) in der Praxis noch gering. Ein wesentlicher Grund dafür ist das Fehlen von kostengünstigen Methoden zur Erfassung der bewirtschaftungsrelevanten Bodenmerkmale. So-wohl für die elementanalytische Untersuchung von Böden als auch für die Untersuchung von Ausgangsmaterialien (z.B. Klärschlammaschen) für ihre Verwendung als Dünger ist eine zuverlässige Analytik und Prozessüberwachung erforderlich.
A new method has been developed for the measurement of sulfur in gas oils using a high pressure asher (HPA) for sample digestion. This, combined with a calibrated enriched isotopic reference material, and high precision mass spectrometry, makes it a powerful tool for an accurate and precise determination of the sulfur content in fossil fuels. The method described here was one of the methods used in the certification of the candidate reference materials BCR-104R, BCR-671 and BCR-672. Approximately 0.2 g of the gas oil samples were spiked with the spike isotopic reference material IRMM-646, which is enriched in 34S, and combusted in an HPA using nitric acid. The isotopes of sulfur were measured as arsenic monosulfides (AsS+) using a thermal ionization mass spectrometer equipped with a Faraday detector. The total uncertainty of the sulfur content (k = 2) is about 1%. The certified reference materials NIST SRM-2724b and NIST SRM-1619b and BCR-105 were used as part of the method validation work. The mass content of sulfur in BCR-104R was measured to be 1014 µg g-1, BCR-671 has 450 µg g-1 sulfur and BCR-672 shows a sulfur mass content of 201 µg g-1. The sulfur content of the candidate reference materials is homogeneous for the sample size used.
The Federal Institute for materials research and testing (BAM)in cooperation with the Fachhochschule Münster has developed a new certified polymeric reference material, BAM-H010. The reference material consists of acrylonitrile–butadiene–styrene terpolymer (ABS) and has been doped with different contents of the elements Br, Cd, Cr, Hg and Pb. The monitoring of these elements is demanded in the EU directive 2002/95/EG, commonly referred to as RoHS. We have shown that the uncertainty contribution of the thermal long-term stability (ustability) is negligible compared to the contribution to the uncertainty caused by the method used for the characterization of the elemental content and the batch inhomogeneity (uhomogeneity). The stability of theABS material during exposure of the samples with hard X-radiation leads to a degradation of the ABS matrix with either long- or short-chain products.
Messunsicherheiten
(2002)
Vier neue Referenzmaterialien zum chemischen Nachweis von Acrylamid in Knäckebrot, Schwefel in Benzin, von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen und von Legierungen in Akkus stellt die BAM vor. Diese Referenzmaterialien sind durch die BAM zertifiziert und durch das Europäische Referenzmaterialien Programm ERM auf den Markt gebracht.
Das neue ABS Referenzmaterial BAM-H010 für die Untersuchung von Kunststoffen mit Röntgenfluoreszenz
(2010)
Entwicklung von online-Analysetechniken für die Nährstoffgehaltsbestimmung in Böden mit RFA und LIBS
(2017)
Der Erhalt und die Verbesserung der Fruchtbarkeit von Böden durch landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen erfordert sorgfältig geplante Entscheidungen, die auf einer detaillierten Erfassung der Bodeneigenschaften und einem vertieften Verständnis der Bodenprozesse beruhen. Durch konventionelle, flächen-einheitliche Bewirtschaftungen (z.B. Düngung) können zum einen Ertragsverluste durch zu geringe Bewirtschaftungsintensität auf dem einen Teil der Fläche verursacht werden, während andere Teile des Feldes zu hohe Dosen erhalten und es dadurch zu Umweltbelastungen oder zu Verschwendung von Ressourcen kommt.
Trotz der Verfügbarkeit von Technologien für ortsspezifische Düngung ist die Akzeptanz ortsspezifischer Bewirtschaftung (Precision Agriculture) in der Praxis noch gering. Ein wesentlicher Grund dafür ist das Fehlen von kostengünstigen Methoden zur Erfassung der bewirtschaftungsrelevanten Bodenmerkmale. Für die elementanalytische Untersuchung von Böden vor-Ort ist eine zuverlässige Analytik und Prozessüberwachung erforderlich.
Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist eine mögliche Technologie, die eine vor-Ort Analyse der chemischen Zusammensetzung und damit eine gezielte Steuerung erlaubt. Für die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung verschiedenster Stoffe ist die RFA eine der einfachsten, genauesten und wirtschaftlichsten Analysenmethoden. Die RFA arbeitet zerstörungsfrei und zuverlässig, benötigt keine oder nur eine geringe Probenvorbereitung, eignet sich sowohl für feste als auch für flüssige und pulverförmige Proben und kann den weiten Elementbereich von Natrium bis Uran abdecken. Durch eine neue Online-Regelung mit RFA könnte der Düngemittelverbrauch optimiert und die Qualität der Böden in Bezug auf ihre Elementgehalte sichergestellt werden.
Eine zweite sehr gut anwendbare analytische Messtechnik zur Kontrolle der elementaren Zusammensetzung von verschiedensten Materialien ist die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS, engl. LIBS - Laser-induced Breakdown Spectroscopy). Bei der LIBS wird ein kurz gepulster Laser auf eine Probe fokussiert, um ein Leuchtplasma mit einer Anfangstemperatur von 104 bis 105 K zu erzeugen. Das dabei erzeugte probenspezifische Atomemissionsspektrum ermöglicht eine qualitative und quantitative Analyse der Zusammensetzung der Probe bezüglich praktisch aller Elemente des Periodensystems. Entscheidende Vorteile der LIBS sind minimale oder keine Probenvorbereitung sowie die in-situ Echtzeitmessung. Desweiteren kann auch über größere Distanzen, bis zu mehreren Metern, gemessen werden. Das eröffnet die Möglichkeit einer vor-Ort bzw. Onlineanalyse aus sicherer Entfernung auch unter widrigen Umgebungsbedingungen, ohne dabei direkten Probenkontakt haben zu müssen.
The preservation and the improvement of the fertility of soils by agricultural management measures requires carefully planned decisions which are based on a detailed capture of the soil qualities and a detailed understanding of soil processes. Profit losses can be caused on the one hand by conventional, surface-uniform managements (e.g., fertilization) by too low management intensity on one part of the surface, while other parts of the field receive too high doses and it thereby comes to environmental impacts or to waste of resources.
X-ray fluorescence analysis (XRF) and the Laser-induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) are possible technologies which permit online analyses of the chemical composition.
Bei der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Förderinitiative „BonaRes“ steht die nachhaltige Nutzung der knappen Ressource Boden im Fokus. Das durch BonaRes geförderte Verbundprojekt „Intelligence for Soil“ (I4S) hat sich die Entwicklung eines integrierten Systems zur ortsspezifischen Steuerung der Bodenfruchtbarkeit zur Aufgabe gemacht, welches Empfehlungen zur Anpassung der Düngung und anderer Maßnahmen gibt, um die Bodenfunktionen zu verbessern und Umweltbelastungen zu vermindern. Das System soll aus drei Hauptkomponenten bestehen:
- Mobile Sensorplattform zur hochauflösenden Kartierung der Bodeneigenschaften (BonaRes Mapper). Die Sensorplattform enthält Bodensensoren zur komplexen Erfassung bewirtschaftungsrelevanter Bodeneigenschaften in situ.
- Dynamische Bodenmodelle (Nährstoff-, Wasser-, C-Haushalt) zur Verarbeitung der Sensordaten und Erzeugung entscheidungsrelevanter Informationen,
- Entscheidungsunterstützungssystem (EUS), welches in die Bodenmodelle agronomische und sozioökonomische Randbedingungen integriert, Düngungsempfehlungen ausspricht und Bodenfunktionen bewertet. Der Output des EUS sind insbesondere Düngungskarten für die ortsspezifische Düngung im Rahmen von Precision Agriculture.
Der Erhalt und die Verbesserung der Fruchtbarkeit von Böden durch landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen erfordert sorgfältig geplante Entscheidungen, die auf einer detaillierten Erfassung der Bodeneigenschaften und einem vertieften Verständnis der Bodenprozesse beruhen. Durch konventionelle, flächeneinheitliche Bewirtschaftungen (z.B. Düngung) können zum einen Ertragsverluste durch zu geringe Bewirtschaftungsintensität auf dem einen Teil der Fläche verursacht werden, während andere Teile des Feldes zu hohe Dosen erhalten und es dadurch zu Umweltbelastungen oder zu Verschwendung von Ressourcen kommt. Trotz der Verfügbarkeit von Technologien für ortsspezifische Düngung ist die Akzeptanz ortsspezifischer Bewirtschaftung (Precision Agriculture) in der Praxis noch gering. Ein wesentlicher Grund dafür ist das Fehlen von kostengünstigen Methoden zur Erfassung der bewirtschaftungsrelevanten Bodenmerkmale. Für die elementanalytische Untersuchung von Böden vor-Ort ist eine zuverlässige Analytik und Prozessüberwachung wie z.B. durch RFA oder LIBS erforderlich.
Der Erhalt und die Verbesserung der Fruchtbarkeit von Böden durch landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen, erfordert sorgfältig geplante Entscheidungen, die auf einer detaillierten Erfassung der Bodeneigenschaften und einem vertieften Verständnis der Bodenprozesse beruhen. Hier fehlen kostengünstigen Methoden zur Erfassung der bewirtschaftungsrelevanten Bodenmerkmale.
Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist eine mögliche Technologie, die eine vor-Ort Analyse der chemischen Zusammensetzung und damit eine gezielte Steuerung erlaubt. Durch eine neue Online-Regelung mit RFA könnte der Düngemittelverbrauch optimiert und die Qualität der Böden in Bezug auf ihre Elementgehalte sichergestellt werden.
Eine weiter anwendbare analytische Messtechnik ist die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS, engl. LIBS - Laser-induced Breakdown Spectroscopy). Entscheidende Vorteile der LIBS sind minimale oder keine Probenvorbereitung sowie die in-situ Echtzeitmessung. Desweiteren kann auch über größere Distanzen, bis zu mehreren Metern, gemessen werden.
Das eröffnet die Möglichkeit einer vor-Ort bzw. Onlineanalyse aus sicherer Entfernung auch unter widrigen Umgebungsbedingungen, ohne dabei direkten Probenkontakt haben zu müssen.