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Organisationseinheit der BAM
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.
Pulse thermography is a non-destructive testing method based on infrared imaging of transient thermal patterns. Heating the surface of the structure under test for a short period of time generates a non-stationary temperature distribution and thus a thermal contrast between the defect and the sound material. In modern NDT, a quantitative characterization of hidden imperfections in materials is desired. In particular, defect depth and shape are of interest. The reconstruction of the defect from thermography data is a nonlinear inverse problem, and ill-posed. We propose an algorithm for the identification of subsurface defects based on the travel time of the reflected thermal pulse. Our work extends results by Lugin and Netzelmann, taking lateral thermal flows directly into account while retrieving the defect depth. This requires significantly less computational work. Quantitative information about the defect shape and depth is obtained. Application of our method to both thermography data generated by a finite element simulation and experimental heating of PVC test specimens with different defects yields good reconstruction of the actual defects.
Ever larger high pressure die castings (HPDC) with ever thinner walls raise the issue of castings defects. Properties of components are often strongly influenced by inner porosity. In the case of high pressure die castings, shrinkage and gas porosity occur. Two possibilities of characterizing porosity – by microscopy and active thermography – are dealt with in two articles. In this article, the microscopic investigations are presented. In a second article, first the feasibility of thermographic detection will be discussed based on simulations and, thereafter, the experimental determination of porosity with active thermography will be described.
A first pilot study on the sorption of environmental pollutants on various microplastic materials
(2017)
With the drastic increase in plastic production, the input of plastic particles into the environment has become a recognised problem.
Xenobiotics are able to sorb to polymer materials, and this process is further enhanced where they Encounter microplastics (plastic fragments <5 mm). In this work we studied the sorption of metformin, a type-2 diabetes drug, and difenoconazole, a fungicide, onto the virgin polymer materials polyamide (PA), polypropylene (PP), and polystyrene (PS). Additionally, PP was cryo-milled and PA was treated with acid to investigate the influence of an increase in surface area and chemical modification. The material properties were also studied by dynamic scanning calorimetry (DSC), gel permeation chromatography (GPC) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Sorption experiments were performed on the basis of a full factorial design examining the effect of agitation, pH value, and salinity. Experimental results showed that difenoconazole sorbs readily to all microplastics, whereas the more polar analyte metformin did not show any affinity to the materials used. For difenoconazole the governing factor in all cases is agitation, while both pH and salinity exhibited only a slight influence. The modification of polymers leads to enhanced sorption, indicating that an increase in surface area (cryo-milled PP) or inner volume (acid-treated PA) strongly favours adsorption. Moreover, long-term experiments demonstrated that the time until equilibrium is reached depends strongly on the particle size.
During Rutherford cable production the wires are plastically deformed and their initially round shape is distorted. Using X-ray absorption tomography we have determined the 3D shape of an unreacted Nb3Sn 11 T dipole Rutherford cable, and of a reacted and impregnated Nb3Sn cable double stack. State-of-theart image processing was applied to correct for tomographic artefacts caused by the large cable aspect ratio, for the segmentation of the individual wires and subelement bundles inside the wires, and for the calculation of the wire cross sectional
area and shape variations. The 11 T dipole cable cross section oscillates by 2% with a frequency of 1.24 mm (1/80 of the transposition pitch length of the 40 wire cable). A comparatively stronger cross sectional area variation is observed in the individual wires at the thin edge of the keystoned cable where the wire aspect ratio is largest.
Mechanically interlocked molecules (MIMs) such as rotaxanes and catenanes are capable of mechanical motion on the nanoscale and are therefore promising prototypes for molecular machines in recent nanotechnology. However, most of the existing examples are isotropically distributed in solution, which prohibits concerted movement and with it the generation of macroscopic effects. Thus, arranging them in ordered arrays is of huge interest in recent research. We report the deposition of quite densely packed multilayers of tetralactam macrocycles on gold surfaces by metal-coordinated layer-by-layer self-assembly. Linear dichroism effects in angle-resolved NEXAFS spectra indicate a preferential orientation of the macrocycles. The sequence of the metal ions can be programmed by the use of different transition metal ions at each deposition step. Additionally, reversible on-surface pseudorotaxane formation was successfully realized by repeated uptake and release of axle molecules inside the macrocycles cavities.
In this article, we present two Coptic papyri, P 11934 and P 11935 from the Berlin collection excavated in Ashmunein (ancient Hermopolis) by Otto Rubensohn in 1906. We employ a multi-disciplinary approach that takes into account both their materiality – writing support as well as ink – and their content, as has become ‘best practice’. 1 Material aspects of written documents have traditionally been the purview of papyrologists. Recently developed methods of scientific analysis generate sets of archaeometric data with the potential to improve understanding of the materiality of ancient document production, as well as to yield new evidence for genuine papyrological research questions. To achieve this, a large corpus of comparative data needs to be built. Our contribution offers a first step in this direction. We aim at presenting the papyri, which were selected because of the ink corrosion during conservation work at the Berlin collection, in a format that is exhaustive both for material and textual aspects. The inks from both papyri were analysed using a combination of techniques, contributing to our better understanding of the development of ink technology in Late Antiquity.
Microplastic (MP) contamination in natural water circulation is a concern for environmental issues and human health. Various types of polymer materials have been identified and were detected in MP analytic test procedures. Beyond MP polymer type, particle size and form play a major role in water analysis due to possible negative toxicologic effects on flora and fauna. However, the correct quantitative measurement of MP size distribution over several orders of magnitude is strongly influenced by sample preparation, filtration materials and processes, and microanalytical techniques, as well as data acquisition and analysis. In this paper, a reference methodology is presented aiming at an improved quantitative analysis of MP particles. An MP analysis workflow is demonstrated including all steps from reference materials to sample preparation, filtration handling, and MP particle size distribution analysis. Background-corrected particle size distributions (1–1000 µm) have been determined for defined polyethylene (PE) and polyethylene terephthalate (PET) reference samples. Microscopically measured particle numbers and errors have been cross-checked with the total initial mass. In particular, defined reference MP samples (PE, PET) are initially characterized and applied to filtration experiments. Optical microscopy imaging on full-area Si filters with subsequent image analysis algorithms is used for statistical particle size distribution analysis. To quantify the effects of handling and filtration, several blind tests with distilled water are carried out to determine the particle background for data evaluation. Particle size distributions of PE and PET reference samples are qualitatively and quantitatively reproduced with respect to symmetry, and maximum and cut-off diameter of the distribution. It is shown that especially MP particles with a radius of >50 µm can be detected and retrieved with high reliability. For particle sizes <50 µm, a significant interference with background contamination is observed. Data from blank samples allows a correction of background contaminations. Furthermore, for enhanced sampling statistics, the recovery of the initial amount of MP will be qualitatively shown. The results are intended as an initial benchmark for MP analytics quality. This quality is based on statistical MP particle distributions and covers the complete analytic workflow starting from sample preparation to filtration and detection. Microscopic particle analysis provides an important supplement for the evaluation of established spectroscopic methods such as Fourier-transform infrared spectroscopy or Raman spectroscopy.