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- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (2)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (2)
- 1.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (1)
- 1.8 Umweltanalytik (1)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (1)
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A comparison of high accuracy methods for the analysis of total sulfur in gas oils by three metrology institutes is described. The work contains a comparison of three different aspects of the analysis: sample digestion, instrumental measurement and isotope dilution strategies.
Thermal ionisation mass spectrometry (TIMS) in combination with high pressure asher (HPA) or Carius tube digestion has traditionally been used for such high accuracy analysis. However, this paper demonstrates that the faster, less laborious technique of ICP-MS in combination with microwave digestion is equally capable. Results from the comparison experiments show excellent agreement for fuel samples containing sulfur concentrations in the range 11200 µg g-1. This excellent agreement across the different sample preparation, measurement and isotope dilution techniques has been exploited in the certification of two new diesel fuel reference materials.
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.
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.
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.
Das neue ABS Referenzmaterial BAM-H010 für die Untersuchung von Kunststoffen mit Röntgenfluoreszenz
(2010)
Knowing the exact nutrient composition of organic fertilizers is a prerequisite for their appropriate application to improve yield and to avoid environmental pollution by over-fertilization.
Traditional standard chemical analysis is cost and time-consuming and thus it is unsuitable for a rapid analysis before manure application. As a possible alternative, a handheld X-ray fluorescence (XRF) spectrometer was tested to enable a fast, simultaneous, and on-site analysis of several elements.
A set of 62 liquid pig and cattle manures as well as biogas digestates were collected, intensively homogenized and analysed for the macro plant nutrients phosphorus, potassium, magnesium, calcium, and sulphur as well as the micro nutrients manganese, iron, copper, and zinc using the standard lab procedure. The effect of four different sample preparation steps (original, dried, filtered, and dried filter residues) on XRF measurement accuracy was examined. Therefore, XRF results were correlated with values of the reference analysis. The best R2 s for each element ranged from 0.64 to 0.92. Comparing the four preparation steps, XRF results for dried samples showed good correlations (0.64 and 0.86) for all elements. XRF measurements using dried filter residues showed also good correlations with R2 s between 0.65 and 0.91 except for P, Mg, and Ca. In contrast, correlation Analysis for liquid samples (original and filtered) resulted in lower R2 s from 0.02 to 0.68, except for K (0.83 and 0.87, respectively). Based on these results, it can be concluded that handheld XRF is a promising measuring system for element analysis in manures and digestates.
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.
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.
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.
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.
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.
This study uses conventional 87Sr/86Sr and 143Nd/144Nd isotope and interelement ratios of Ca, Sr, K, Mn, Mg and Ti as fingerprints for provenancing ordinary Portland cements (OPC). Herein, the first database of Sr and Nd isotope ratios investigated in OPCs, stemming from 29 cement plants located worldwide, was created. The results show that the Sr isotope ratios of OPCs are higher than those of seawater from the observed geological period. The spread of 143Nd/144Nd in OPCs is not as large as the spread for 87Sr/86Sr isotope ratios. However, the combination of both Sr and Nd isotope ratios provides the potential for distinguishing between cements of different production sites. Most of the OPCs investigated have measurable differences in their 87Sr/86Sr and 143Nd/144Nd isotope ratios, which can be employed as a valuable analytical fingerprinting tool. In the case of equivocal results, divisive hierarchical clustering was employed to help overcome this issue. The construction of geochemical profiles allowed the computing of suitably defined distances between cements and clustering them according to their chemical similarity. By applying this methodology, successful fingerprinting was achieved in 27 out of the 29 ordinary Portland cements that were analysed.