4 Material und Umwelt
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Organisationseinheit der BAM
- 4 Material und Umwelt (442)
- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (95)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (91)
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (81)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (77)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (66)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (46)
- 6 Materialchemie (30)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (27)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (16)
- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (11)
- 1.4 Prozessanalytik (10)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (10)
- 7 Bauwerkssicherheit (10)
- 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (7)
- 1.8 Umweltanalytik (7)
- 4.6 Molekulare und angewandte Entomologie (7)
- 5 Werkstofftechnik (7)
- 7.1 Baustoffe (6)
- 1.2 Biophotonik (5)
- 7.4 Baustofftechnologie (5)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (5)
- 9 Komponentensicherheit (5)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (4)
- 6.3 Strukturanalytik (4)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (4)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (3)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (3)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (3)
- 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren (3)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (2)
- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (2)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (2)
- 8.5 Röntgenbildgebung (2)
- 9.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 1.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (1)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (1)
- 5.6 Glas (1)
- 6.7 Materialsynthese und Design (1)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (1)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (1)
Microbiologically influenced corrosion (MIC) of iron is usually attributed to sulfate-reducing microorganisms (SRM) in offshore industries, such as the oil and gas pipelines, due to the high concentrations of sulfate in the seawater. SRM act upon the metal by the reactiveness of hydrogen sulfide (HS-), and by withdrawal of the available electrons (Fe --> Fe2+ + 2e-; E° = -0.47 V) in electrical contact with the metal (EMIC). However, methanogenic archaea can also cause MIC. Because they do not produce HS-, withdrawal of electrons may be their main corrosive mechanism; however, mechanistic details and kinetics of the overall process are poorly understood.
To investigate the corrosion potential of methanogens, we studied the EMIC methanogenic strains isolated from marine sediments (Methanobacterium-affiliated strain IM1) and crude oil tanks (Methanococcus maripaludis Mic1c10), in an in-house developed flow-through cell to simulate a fluctuating environment. A co-culture of M. maripaludis and D. alaskensis was also established to study the effect of syntrophic growth on metal corrosion that may occur in industrial pipelines. Results indicate that the rates of iron corrosion due to coupled methanogenesis (up to 0.4 mm/yr) are higher to that caused by the marine SRM Desulfovibrio alaskensis (0.15 mm/yr). Surface analyses of the metal showed severe pitting with high methane production. Genomic analysis of the EMIC methanogen M. maripaludis Mic1c10 will provide an insight on the mechanisms of MIC. Such knowledge and deeper understanding also from an electrokinetic point of view may not only provide further models in microbial electrophysiology, but also contribute to mitigation strategies in MIC
In a rapidly evolving world, the demand on raw materials is increasing steadily and many technologies are dependent on a secure supply of hi-tech metals. Recently, scandium (Sc) has attracted attention since its use in high strength Al-alloys and solid-oxide-fuel-cells strongly improves the performance of those materials.
The element Sc is not exceptionally rare but quite resistant to geochemical enrichment processes, it is scarcely found enriched to high concentrations and is recovered as a by-product. Since Sc enrichment in Greek bauxite residues was shown by Ochsenkühn-Petropoulou et. al (1994), intensive research on this material and development of efficient Sc-recovery methods is ongoing.
This study investigates Sc-bearing species in bauxite residues from alumina production. It aims to provide direct evidence about the Sc-speciation’s in those secondary resources and tries to find the link to speciation’s in primary resources, e.g. bauxites and laterites.
Therefore, Sc K edge XANES (X-ray absorption near edge structure) spectroscopy is performed using synchrotron radiation to determine the presence of certain Sc-components and distinguish between adsorbed and chemically bonded Sc as was shown for lateritic deposits in Australia by Chassé et al. 2016. For comparison, reference standards of Sc-bearing and Sc-adsorbed species are synthesized. Indirect inferences from leaching behavior of bauxites, in cases supported by analyses with LA-ICP-MS, suggest Sc to be associated with either iron- or aluminum phases (Vind et al. 2017); (Suss et al.). It remains unclear how different primary materials influence Sc-speciation in the bauxite residue. Therefore, a comparison between different European bauxite residues is made in this study. The investigations should help to understand Sc chemistry and
behavior in different primary and secondary materials and provide fundamentals for metallurgical processing. The research is incorporated in the SCALE project (GA No. 730105) funded by EU Horizon 2020 research and innovation program.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) is a promising additive manufacturing (AM) technology for metal part production especially for complex and lightweight structures or functional designs. In L PBF processes several by-products including welding plume and its condensates, spatter and ejected powder are generated during laser exposure. Investigations of micro- and nano-sized by-products have received little attention in literature. This study focuses on the analysis of particle emissions in L PBF of 316L stainless steel using a scattered light aerosol spectrometer and a fast mobility particle sizer spectrometer during the process which allows for in-situ analysis of particle sizes in the range of 6 nm to 100 µm. A distinct correlation of emission signals to part position can be revealed. In addition, a significant influence of laser scanning vector directions on emission signals is presented. Furthermore, differing powder layer thicknesses can be recognised by deviations in emission signals.
Moderne Vitrinen sollen gleichzeitig eine hohe Dichtigkeit und die Abwesenheit jeglicher Fremdstoffe in den Vitrinen gewährleisten. Diese Anforderungen sind zeitgleich kaum erfüllbar, da es emissionsfreie Materialien (vor allem Kleb- und Beschichtungsstoffe) nicht gibt. Um die potentiellen Emissionen zu minimieren wurde ein Messverfahren entwickelt, welches inzwischen als BEMMA-Schema (Bewertung von Emissionen aus Materialien für Museumsausstattungen) in die Museumswelt Einzug genommen hat.
Die erfolgreiche Bewertung der für den Bau verwendeten Materialien gemäß BEMMA-Schema resultiert nicht in einer emissionsfreien Vitrine, sondern soll bei der Auswahl geeigneter Materialien zur Herstellung möglichst emissionsarmer Vitrinen helfen. Konkrete handwerkliche Durchführungen beim Bau, Dichtheits-anforderungen, wie auch die Aufstellbedingungen (Umgebung der Vitrine) beeinflussen die Emissionscharakteristik der fertigen Vitrine in der Praxis. Eine saubere Vitrine hilft nichts in einer belasteten Umgebung oder auch bei emittierenden Exponaten. Inzwischen liegen Erfahrungen mit dem Schema seit 2012 vor.
Der Messablauf sieht vor, dass von den Materialien kleine Muster mit der Mikrokammer (Markes) innerhalb von 2 Tagen untersucht werden. Dabei wird mit Silikagelkartuschen auf Ameisen- und Essigsäure, mit DNPH auf Aldehyde und Ketone und mit Tenax® sowohl auf VOC als auch für die spezifische Oxim-Analytik die Abluft der Mikrokammern untersucht. Die Bewertungskriterien basieren auf den Ergebnissen einer Vorstudie mit ca. 150 verschiedenen Produkten im Zeitraum 2010 bis 2012.
Vor nun 30 Jahren, im Jahre 1989, wurde die erste Zulassung für eine Kunststoffdichtungsbahn (KDB) von der BAM auf der Grundlage des „Niedersächsischen Dichtungserlasses“ erteilt. Vor ungefähr 10 Jahren wurde die BAM mit dem Erscheinen der Deponieverordnung (DepV) mit der Zulassung von Geokunststoffen, Polymeren und Dichtungskontrollsystemen beauftragt. Wir möchten dies zum Anlass nehmen, an dieser Stelle den viele ehrenamtlichen Experten des Fachbeirats und seiner Arbeitsgruppen für ihren Einsatz und die Unterstützung zu danken.
Darüber hinaus soll über aktuelle Arbeitsthemen und Entwicklungen im Fachbeirat berichtet werden. So wurde in einer Sondersitzung des Fachbeirats über die Entlassung aus der Nachsorgephase beim Einsatz von Geokunststoffprodukten in Böschungen diskutiert. Die Unterarbeitsgruppe Fremdüberwachung in der Produktion hat getagt. Darüber hinaus werden Änderungen in den Zulassungsrichtlinien für Kunststoffdichtungsbahnen, Kunststoff-Dränelemente und Geogitter kurz vorgestellt.
Im Rahmen des Projektes „Hinterglasmalerei als Technik der Klassischen Moderne von 1905 – 1955“, welches vom Museum Penzberg – Sammlung Campendonk, Penzberg (Gisela Geiger und Diana Oesterle) geleitet wurde und in Zusammenarbeit mit der freischaffenden Restauratorin Simone Bretz, der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und dem Doerner Institut erfolgte, konnte im Rahmen einer Promotion erstmals ein Konvolut von mehr als 60 Hinterglasbildern mit nicht-invasiven Analysemethoden untersucht werden. Die eingesetzten Verfahren ermöglichten die Identifizierung der Pigmente und eine Klassifizierung der verwendeten Bindemittel.
Die materialwissenschaftliche Beschäftigung mit der Hinterglaskunst in ihrer Vielfalt ist ein relativ junges Forschungsfeld. Lange wurde ihr mit Unkenntnis, Missverständnis und sogar Geringschätzung begegnet. Im kunsthistorischen Kontext wurde diese Art der Kaltmalerei zumeist mit dem Begriff der Glasmalerei belegt und nicht als eigenständige Kunstform anerkannt, da in beiden Fällen Glas als Bildträger seinen Einsatz findet. In der Hinterglasmalerei wird die Tafelrückseite mit organisch gebundenen Malfarben verziert und das Werk ausschließlich bei auffallendem Licht betrachtet. Die künstlerische Herausforderung liegt immer in der technischen Notwendigkeit eines umgekehrten Malvorganges: die oberste, durch das Glas sichtbare Schicht muss zuerst auf den Bildträger Glas aufgetragen werden, der optische Hintergrund wird zuletzt aufgebracht. Im Vergleich zum Tafelbild, bei dem die Malerei erst durch den Firnisauftrag Tiefenlicht erhält, entfalten die Farben in der Hinterglasmalerei bereits beim Malen ihre Intensität und erhalten gleichzeitig Schutz durch den gläsernen Bildträger (Bretz et al. 2016).
Neben der kunstgeschichtlichen und kunsttechnologischen Bearbeitung der Hinterglasbilder spielten materialwissenschaftliche Untersuchungen an einer Auswahl von 66 Bildern im Rahmen des von der VolkswagenStiftung finanzierten Forschungsprojektes eine zentrale Rolle. Grundsätzlich wurde ein nicht-invasiver Ansatz gewählt, um die fragilen Kunstwerke in-situ zu messen und somit einen Transport zu vermeiden. Die Methodik umfasst neben VIS-Spektrometrie in Reflexion und energiedispersiver Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) auch Infrarotspektroskopie in diffuser Reflexion (DRIFTS) und Raman-Spektroskopie. Mit Hilfe des gewählten methodischen Ansatzes lassen sich sowohl anorganische als auch organische Pigmente identifizieren und die Zusammensetzung von Metallfarben und Folien sowie die Glaszusammensetzung qualitativ bestimmen. Ferner ermöglicht die DRIFT-Spektroskopie eine Klassifizierung der Bindemittel.
Die im Rahmen des Forschungsprojektes analysierten Hinterglasbilder können folgendermaßen chronologisch gruppiert werden: 1910-1919 (17 Bilder), 1920-1929 (18 Bilder), 1930-1939 (6 Bilder), 1940-1949 (7 Bilder), 1950-1955 (13 Bilder) und >1955 (5 Bilder). Die Auswertung der Ergebnisse ermöglicht grundsätzliche Aussagen über die verwendeten Malmaterialien in Hinterglasbildern in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts und zeigt Änderungen der verwendeten Pigmente im zeitlichen Kontext auf.
Während der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts kamen viele neue Pigmente und Malmaterialien auf den Markt, wobei speziell die synthetischen organischen Pigmente (SOP) zu nennen sind. Eine Vielzahl an SOP konnte in Hinterglasbildern aus allen Zeitgruppen identifiziert werden, wobei hier vor allem Farblacke aus synthetischem Alizarin (PR83), Vertreter der roten und orangen β-Naphthol Pigmente [(z.B. PR3, PR4, PO5 (in Nächtliche Fahrt, 1921 von L. Hildebrandt nachgewiesen)], die blauen und grünen Kupferphthalocyanine [z.B. PG7, PB15 (taucht ab 1949 in Hinterglasbildern auf)] und einige gelbe Azopigmente [z.B. PY1, PY3, PY12 (in Geneigter Mädchenkopf, 1941 von Oskar Schlemmer gefunden)] aufzuführen sind (Steger et al. 2018; Steger et al. 2019a). Einige seltene SOP der Triarylcarboniumgruppe konnten ebenso nachgewiesen werden. Darunter fallen neben der Identifizierung von PR81 (Ohne Titel, 1954, M. Uhlenhuth) auch die erstmaligen Nachweise von PV2 (Hahn, um 1945, L.-G. Buchheim) und PG1 (Exzellente und einmalige Dressuren, 1945/46, L.-G. Buchheim) in Kunstwerken überhaupt (Steger et al. 2018; Steger et al. 2019a). Ferner konnten mit PB52 aus der Gruppe der Anthrachinone und PR60 aus der Gruppe der verlackten Naphthalin-Sulfonsäure-Pigmente weitere seltene SOP in den Bildern Rudern (um 1912) beziehungsweise Apokalyptischer Reiter II (1914) von Wassily Kandinsky nachgewiesen werden (Steger et al. 2019b).
Neben den Entwicklungen der SOP können auch eindeutige Trends in den anorganischen Pigmenten veranschaulicht werden. Seltene anorganische Pigmente wie zum Beispiel Strontiumweiß (SrSO4) in der Kreuzabnahme (1914/15) von Carlo Mense (Steger et al. 2019c) wurden identifiziert. Neu entwickelte anorganische Pigmente wie zum Beispiel Cadmiumrot (Cd(S,Se); ab 1928 in 11 Hinterglasbildern nachgewiesen) oder Titanweiß (TiO2; Anatas kommt ab 1922 vor, Rutil konnte nur in Kissen der Träume, 1976 von Werner Schriefers identifiziert werden) tauchen in einigen Hinterglasbildern auf. Schweinfurter Grün (3Cu(AsO2)2·Cu(CH3COO)2) oder Strontiumgelb (SrCrO4) wurden in einigen Bildern bis etwa um 1925 gefunden; diese Pigmente konnten dagegen in späteren Bildern nicht mehr nachgewiesen werden. Als Beispiel sind hier vier frühe Hinterglasbilder (1909–1914) von Wassily Kandinsky zu nennen, wobei Strontiumgelb in vielen Bildpartien zu finden war (Steger et al. 2019b). Publizierte materialwissenschaftliche Ergebnisse von Kandinskys Leinwandgemälden aus späteren Werksperioden zeigen, dass Strontiumgelb zu dieser Zeit vollkommen aus seiner Palette verschwunden ist und vor allem durch ein anderes Gelbpigment, nämlich Cadmiumgelb, ersetzt wurde (McMillan et al. 2013).
Eine materialtechnische Besonderheit in der Hinterglaskunst ist die Verwendung von Metallfolien und Metalleffektpigmenten. Metallfolien aus Silber, Zinn, Aluminium oder Messing wurden vielfach als künstlerisches Element in die Komposition integriert, wobei sie als finale Schicht auf, die bereits gestaltete, leicht transparente Malerei geklebt wurden. Durch die Betrachtung im auffallenden Licht erzeugten die Folien bemerkenswerte Glitzereffekte. Zinn- und Aluminiumfolien wurden zum Beispiel in Rudern (um 1912, W. Kandinsky) nachgewiesen, während Messingfolien häufig in Bildern von L.-G. Buchheim gefunden wurden. Die Zinnfolien wurden im 19. und frühen 20. Jahrhundert für Verpackungszwecke (z.B. Zigaretten, Schokolade) verwendet. Aluminiumfolie wurde erst ab 1910 industriell in der Schweiz hergestellt und zu Beginn vor allem für Schokoladenverpackungen eingesetzt (Skrabec 2016). Die frühe Verwendung solche Folien in Hinterglasbildern (z.B. Rudern, um 1912) zeigen eine rasche Verbreitung dieses Materials bei den Künstlern an. Unter Metalleffektpigmenten versteht man feingemahlene Pulver aus Metall (z.B. Zinn, Nickel, Kupfer) und Legierungen (z.B. Messing, Neusilber) mit unterschiedlichen Tönungen, welche bei seitlichem Lichteinfall auf Hinterglasbildern ein merkbares Funkeln erzeugen. Solche Metalleffektpigmente wurden vielfach bei Werken von Heinrich Campendonk nachgewiesen (Geiger und Bretz 2017) und konnten in allen chronologischen Gruppen gefunden werden.
Grundsätzlich ermöglichen die Ergebnisse ein besseres Verständnis für die Technik der Hinterglasmalerei und helfen insbesondere, diese eigenständige Kunst im Hinblick auf die „klassische“ Tafel- bzw. Leinwandmalerei abzugrenzen. So zeigen Vergleiche mit Gemälden auf Leinwand von Wassily Kandinsky deutliche Unterschiede in den verwendeten Farbmitteln für beide Techniken. Die Anzahl von 66 gemessenen Hinterglasbildern von 39 Künstlern erscheint im Kontext von über 1200 Arbeiten, welche im Rahmen des Projektes lokalisiert werden konnten, gering. Allerdings können die durchgeführten Untersuchungen als Startpunkt für zukünftige Projekte in diesem Forschungsfeld, beispielsweise für einzelne Werkkomplexe verstanden werden.
Die Forschungsergebnisse werden auf die Webseite www.hinterglas-klassischemoderne.de eingestellt. Im Sommer 2020 präsentiert das Museum Penzberg – Sammlung Campendonk Hinterglasbilder von 1910 bis 1960 als Abschlussausstellung des Forschungsprojektes. Die Ausstellung wird von einem ausführlichen Katalog über die fächerübergreifende Forschung begleitet. Für Herbst 2020 ist ein Hinterglas-Symposium an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Berlin im Rahmen eines N.i.Ke. Workshops geplant.
A reliable analysis of aerosol particle is curial for enforcing EU air quality regulations to protect human health, and for research on climate change effects [1]. Although metrics such as PM10 and PM2.5 are currently in use, the level of uncertainty of aerosol metrics is too high and the traceability is insufficient. Within the AEROMET project [2] procedures are developed aiming at reducing the uncertainties of particle mass, size, and number concentration measurements including the characterization of regulated components in airborne particles. Here, we present an approach how to improve the uncertainties of the particle mass by mobile total reflection x-ray fluorescence (TXRF) analysis. The combination of TXRF and aerosols sampling techniques supported by reference-free synchrotron radiation-based XRF enables a quantitative real-time analysis of particle mass. During in-field campaigns, the procedure was tested, monitoring the size dependent mass concentrations of specific elements in ambient aerosols under dynamic conditions. This approach allows a direct time and size-resolved analysis without laborious digestion steps and a reduced risk of contamination.
Aerosol particles were sampled in a 13-stage DLPI impactor on acrylic discs. TXRF analysis was performed on-site with the transportable spectrometer S2 PICOFOX (Bruker Nano GmbH). The TXRF quantification was based on internal standardization. At moderate air pollution levels (PM10 20 µg/m³) sampling times of less than 2 hours were enough to detect elements in different particle size bins. The on-site approach and the high sensitivity of TXRF enables the observation of rather quick changes in the quantity and distribution of elements in an ambient aerosol on the day of sampling. The analysis of the morning and afternoon sampling shifts reveals the occurrence of the elements Fe, Ca and Si in different size bins as well as their temporal change in respective mass concentrations over the day while the distributions of several other elements remain unchanged.
Ein Ringversuch ist eine Methode der externen Qualitätssicherung für sowohl Messverfahren als auch die Eignung von Mess- und Prüflaboratorien. Dabei werden möglichst identische Proben mit identischen Verfahren oder mit unterschiedlichen Verfahren untersucht. Die Teilnahme an Ringversuchen ist für alle akkreditierten Laboratorien ein wesentlicher Baustein der institutsinternen und -externen Qualitätssicherung. Je mehr Faktoren Einfluss auf das Endergebnis haben können, desto wichtiger ist es diese Faktoren zu kennen und deren Einflüsse durch weitestgehende Vergleichbarkeit der Messverfahren zu minimieren.
Für die Bewertung von Emissionen aus Bauprodukten haben sich Emissionsmess-kammer-Untersuchungen als Messverfahren etabliert. Um den Geruch auch für Innenraumanwendungen bewertbar zu machen sind in den letzten Jahren erste Normen entstanden (z. B. DIN ISO 16000-28 und VDI 4302-1). Um die Eignung dieser Normen und deren Anwendung zu untersuchen sind seit 2012 nunmehr 3 Ringversuche der BAM auch zum Thema Geruch durchgeführt worden.
Die bislang durchgeführten Ringversuche mit dem Ziel der Geruchsbewertung wiesen Standardabweichungen von ca. 24 bis 30 % um den jeweiligen Mittelwert auf und wiesen somit ähnliche Werte auf, die auch bei den VOC-Vergleichen ermittelt wurden. Diese Entwicklungen werden hier aufgezeigt.
Bacterial samples are typically freeze dried or cryo-prepared prior to XPS analysis to allow for measurements in ultra-high vacuum (UHV). The sample environment in the near-ambient pressure (NAP) XPS instrument EnviroESCA allows for measurements in up to 15 mbar water vapor, thus, sample preparation is no longer restricted to UHV-compatible techniques. For instance, biofilms grown in medium can be transferred directly from the medium to the measurements chamber, maintaining a humid environment throughout the measurements. Considering the complexity of bacterial samples, sample preparation must be carefully considered in order to obtain meaningful and reproducible results.
In this talk, various strategies for sample preparation of bacteria and biofilms for NAP-XPS measurements will be discussed. Model systems of planktonic bacteria, artificial biofilms resembling the exopolysaccharide matrix and biofilms have been characterised in various conditions. The stability and homogeneity of the samples was assessed by monitoring the C1s core level peak at different sample locations. The quality of the XPS-spectra is also influenced by the gas environment, which will be exemplified by core level spectra of P. Fluorescens acquired in air, water vapor and ultra-high vacuum.
X-ray fluorescence analysis, due to its non-destructive nature and ist suitability to work with historic objects in situ, quickly became one of the most important methods for the evaluation of iron-gall ink. The main advantage of this qualitative and semi-quantitative method is that it makes it easy to differentiate between inks, based on the assumption that the differences result from the manufacture of the ink.
This work explores the question whether the ink ‘fingerprint’ results strictly from the elemental composition of the basic ink ingredients even if it is stored in vessels made of metals or metal alloys. In addition, we tested and compared the performance of three different XRF spectrometers.
We prepared various lab-grade inks according to historical ink recipes and measured the metal content of the ink deposited on sized cotton Linters paper with three types of XRF spectrometers: a simple hand-held device with an interaction spot of 4 mm and two devices equipped with poly-capillary Xray optics for line scanning and imaging. Since the exact elemental mass composition of the non-aged ink samples was known, we were able to evaluate the accuracy of the research procedure. Lab-grade inks were then aged in the metal jars imitating inkwells. The aging of the inks in the metal containers resulted in the significant change of the primary inks fingerprint as opposed to that of the control inks stored in glass containers. This effect was independently confirmed by the measurements conducted with every instrument we used. We will present a brief comparison of the results 43 achieved when using different spectrometers and a possible hypothesis explaining the processes that occurred.
The earliest known recipes for iron gall inks include four basic ingredients: oak galls – pathological growths of oak leaves; metal salts – usually referred to as vitriol; a binder such as gum Arabic; and water. The final product differs in the elemental composition due to the multitude of recipes as well as differences within the composition of the ink’s ingredients. Nowadays, based on the qualitative and semi-quantitative evaluation of X-ray fluorescence data, it is possible to distinguish inks on the basis of the so-called fingerprint model. The first goal of our study was to determine to what extent the type of XRF spectrometer affects the quality of the ink evaluation. We tested two types of spectrometers, semi-stationary machines equipped with polycapillary focusing optics and a handheld spectrometer with a diaphragm collimator and a relatively big interaction spot.
The second goal was to address the issue of whether the ink composition might be affected by storage in a metal container. The presentation will discuss the role of the spectrometer type in the evaluation of a thin layer material such as ink.
We have also learned that the iron-gall ink composition might depend on the type of vessel in which ink was being stored.
A fundamental question in ecology is how biodiversity affects ecosystem function. Biodiversity is commonly estimated based on genetic variation. We investigated a new approach that defines and measures biodiversity in complex microbial communities. We used the variation in multiple functionally-relevant, phenotypic traits measured in parallel in single cells as a metric for microbial phenotypic diversity. We studied phenotypic diversity and ecosystem functioning throughout different photosynthetic layers dominated by divergent microbial communities in the gradient of Lago di Cadagno. We determined genetic diversity by 16S and 18S amplicon sequencing and bulk ecosystem functioning (photosynthesis). In addition, we determined phenotypic diversity using single-cell technologies such as nanometer-scale secondary ion mass spectrometry (NanoSIMS) correlated with confocal laser scanning microscopy (CLSM) and scanning flow-cytometry. We measured functional trait variation between individuals in 13CO2 fixation, 15NH4+ uptake, and variation in physio-morphological cell traits, such as cell size, shape, and auto-fluorescence for various pigments related to photosynthesis. We used the distances between individuals in a multidimensional trait space to derive phenotypic trait-based diversity indices, such as trait richness, trait evenness, and trait divergence. We find that phenotypic trait divergence associates with ecosystem functioning, whereas genetic diversity does not. Including activity-based, single-cell phenotypic measurements with NanoSIMS provided an additional accuracy to the trait-based diversity assessment and allowed us to formulate hypotheses on the mechanisms that shape the correlation between phenotypic diversity and eco-system function. Together, our results show that phenotypic diversity is a meaningful concept to measure microbial biodiversity and associate it with ecosystem functioning.
Previous research shows that analytical methods based on Diffusive Gradients in Thin films (DGT) provide very good correlations to the amount of bioavailable nutrients and pollutants in the environmental samples. However, these DGT results do not identify which compound of the specific element has the high bioavailability. Using various spectroscopic techniques (infrared, XANES and NMR spectroscopy) to analyze the dried DGT binding layers after deployment could allow us to determine the specific elements or compounds. Nutrients such as phosphorus and nitrogen are often, together with other elements, present as molecules in the environment. These ions are detectable and distinguishable by infrared and NMR spectroscopy, respectively. In addition, XANES spectroscopy allows for the specification of nutrients and pollutants (e.g. chromium) on the DGT binding layer. Furthermore, microspectroscopic techniques make it also possible to analyze compounds on the DGT binding layer with a lateral resolution down to 5 µm2. Therefore, species of elements and compounds of e.g. a spatial soil segment can be mapped and analyzed, providing valuable insight to understand the dynamics of nutrients and pollutants in the environment. Here we will present the advantages and limitations of this novel combination of techniques.
Uninvited and Welcomed Guests in Museums – Biological management of
clothes moths and woodworms
(2019)
In museums and historic houses clothes, moths (Tineola bisselliella, Tinea pellionella) and the furniture beetle (Anobium punctatum) are the most economically important pests on textiles or wooden artifacts, respectively. Their management is essential to protect cultural ethnological heritage and natural history collections for future generations.
Pest management strategies have changed over time. Today, intensive knowledge on pest biology and overall material science are key cornerstones in IPM concepts - also for the museum environment. The important first steps for sustainable pest management are risk assessment, early pest detection and identification of pathways of infestation. These steps are followed by physical and biological means of control, which have lately gained more importance than applying biocides.
Several potentially effective biological enemies of clothes moths and woodworm have been known for a long time, but their promotion for pest control in museums and historic houses is just beginning.
This short review summarizes current concepts of pest life cycle interruption by applying good quarantine and very specific biological measures. The lessons learned from recent faunistic surveys, life-history studies as well as behavioral observations of parasitoids and predators of clothes moths and woodworm may supplement the pest management tool box. The need for further research in this field is addressed.
The compatible solute ectoine is a versatile protectant synthesized by many prokaryotes. It is used as an osmolyte helping microorganisms to maintain an osmotic equilibrium. In addition, ectoine acts as a stabilizer and protects proteins, membranes and whole cells against detrimental effects such as freezing and thawing, drying and high temperatures. Its protective effect is explained by the preferential exclusion model, which postulates that ectoine does not directly interact with biomolecules but is excluded from their surface. Interestingly, details on the interaction of ectoine with DNA are still unknown. Therefore, we studied the influence of ectoine on DNA and the mechanisms by which ectoine protects DNA against ionizing radiation. To emulate biological conditions, we used a sample holder comprising a silicon chip with a Si3N4 membrane, which allows for electron irradiation of DNA in aqueous solution. Analysis by atomic force microscopy revealed that without ectoine, DNA was damaged by irradiation with a dose of 1,7 +/-0,3 Gy. With ectoine, DNA remained undamaged, even after irradiation with 15 Gy. Simulations with dsDNA and ectoine in water revealed a preferential binding of the zwitterionic ectoine to the negatively charged DNA. According to the simulations, binding of ectoine will destabilize dsDNA. Destabilizing is probably caused by the transition of B-DNA to A-DNA and will reduce the DNA melting temperature, which was experimentally proven. The preferential binding provides a stable ectoine shell around DNA, which allows ectoine to reduce OH-radicals and electrons near the DNA and thereby mitigating the damaging effect of ionizing radiation.
Hundreds of papyrus rolls, carbonized during the 79CE eruption of Mount Vesuvius, were discovered in 1754 at Herculaneum. Sophisticated mechanical methods for unrolling the best-preserved scrolls have been applied, with varying success. However, such processes have been abandoned, to prevent risk from irremediable damage or loss and to preserve the integrity of the extremely fragile rolls. Following the development of X-ray based non-invasive techniques, attempts to virtually unroll the scrolls were made. The most common ink in Antiquity was carbon-based, and the main element of carbonized papyrus is carbon, making these investigations difficult. However, some attempts with synchrotron X-ray phase-contrast tomography (XPCT) were successful. Recently, the identification of antique inks containing metals raised hope that if some of the inks contain metal the rolls can be virtually unrolled using conventional CT- technique. We are presenting here the first results of a preliminary analysis, which aimed at identifying scrolls whose ink contains metals.
Z02 is one of the three technically supporting projects at the Centre for the Study of Manuscript Cultures (CSMC). In collaboration with the other two service projects, Z01 and Z03, it aims at bridging the gap between humanities and natural sciences and technology. To that purpose, we set up a laboratory with a range of high-end instruments, most of them mobile, allowing thorough non-destructive analysis of manuscripts. In addition to working on constantly improving the laboratory and the methods of analysis, a substantial part of our activities is dedicated to service, by supporting different research projects conducted at the centre. In this talk, we will present our equipment and the possibilities offered by the different techniques available regarding the different kinds of missions: typology and classification of inks, provenance studies, recovery of faded inscriptions and palimpsests, reconstruction of the history of manuscripts, authentication and dating. We will give a brief overview of our past and ongoing activities in the frame of the second phase of the CSMC. Finally, a selection of three projects will be presented in greater detail to highlight the possibilities of our laboratory and the diversity of missions which can be carried out.
Ausgehend von der aktuellen Situation in Deutschland werden die Themen Baustoffaufbereitung, Ressourceneffizienz vorgestellt und Möglichkeiten zur Verbesserung der Baustoffqualität von Baurestmassen vorgestellt. Zielkonflikte und Beispiele dazu aus dem Baubereich (z.B. Mantelverordnung) werden benannt.
Microbiologically influenced corrosion (MIC) of iron is usually attributed to sulfate-reducing microorganisms (SRM) in oil and gas facilities. SRM act upon the metal by the re-activeness of hydrogen sulfide (HS-), and by withdrawal of the available electrons in electrical contact with the metal (EMIC). Methanogenic archaea (MA) can also cause MIC (Mi-MIC). Several MAs were identified to be corrosive by using elemental iron as the sole electron donor for methanogenesis, including Methanobacterium-affliated IM1 and Methanococcus maripaludis Mic1c10. Currently, low corrosion rates were reported for MA, possibly due to the formation of siderite (4Fe + 5HCO3- + 5H+ ® 4FeCO3 + CH4 + 3H2O). Since MA do not produce HS-, withdrawal of electrons may be their main corrosive mechanism; however, mechanistic details and kinetics of the overall process are poorly understood.
To investigate the corrosion potential of MA, we studied the EMIC methanogenic strains (IM1 and Mic1c10) individually or part of a syntrophic co-culture with SRM. Corrosion studies were conducted using an in-house developed flow-through system to simulate fluctuating environmental conditions. Results indicate that the rates of iron corrosion by MA (up to 0.4 mm/yr) are higher to that caused by the marine SRM Desulfovibrio alaskensis (0.15 mm/yr) and the co-culture (0.1 mm/yr). Scanning electron microscopy (SEM) images of the metal incubated with MA showed severe pitting corrosion. Genomic analysis of the EMIC MA was conducted to provide an insight on the possible cellular mechanisms that could be involved. Furthermore, low concentrations of MA-targeting biocides will be applied to EMIC MA in static and flow conditions to gain insights for possible mitigation strategies. Such knowledge and deeper understanding also from an electrokinetic point of view may not only provide further models in microbial electrophysiology, but also contribute to mitigation strategies in MIC.