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  • Sauerwald, T. (1)
  • Sawal, G. (1)
  • Schalau, Sebastian (1)
  • Scheerbaum, D. (1)
  • Scheuermann, R.H. (1)
  • Schiro, G. (1)
  • Schmid, Thomas (1)
  • Schmidt, Alexandra (1)
  • Scholz, J. (1)
  • Schreiber, F. (1)
  • Schröter, Maria-Astrid (1)
  • Schultealbert, C. (1)
  • Schulz, SE (1)
  • Schuppan, D. (1)
  • Schwinn, M. (1)
  • Schönhuth, A. (1)
  • Schütt, Ch. (1)
  • Schütze, A. (1)
  • Segundo, M. A. (1)
  • Segundo, Marcela A. (1)
  • Seifert, Stephan (1)
  • Seitz, G. (1)
  • Seitz, H (1)
  • Selve, S. (1)
  • Senz, R. (1)
  • Sgarbanti, R. (1)
  • Shen, F. (1)
  • Shi, M. (1)
  • Sieksmeyer, Thorben (1)
  • Silbernagl, Dorothee (1)
  • Sin, DWM. (1)
  • Smiatek, J (1)
  • Sobotnik, J. (1)
  • Soldán, P. (1)
  • Someya, M. (1)
  • Someyaga, M. (1)
  • Somma, V. (1)
  • Sowa, M. (1)
  • Splettstößer, L. (1)
  • Stepnowski, P. (1)
  • Stärk, H.-J. (1)
  • Su, H. (1)
  • Swart, C. (1)
  • Sötebier, Carina (1)
  • Sčančar, J. (1)
  • Takara, E. A. (1)
  • Takeo, M. (1)
  • Teixiera, M. (1)
  • Thünemann, Andreas F. (1)
  • Till, J. (1)
  • Tillo, A. (1)
  • Toepel, J. (1)
  • Tome, J. P. C. (1)
  • Tomé, J. P. C. (1)
  • Trapp, S. (1)
  • Trimpert, J. (1)
  • Trubiroha, P. (1)
  • Tunc, M. (1)
  • Tunç, M. (1)
  • Uhlig, F (1)
  • Uhlig, S (1)
  • Uhlig, S. (1)
  • Urbanczyk, M. (1)
  • Urbanczyk, M.M. (1)
  • Valderrey, Virginia (1)
  • Vanermen, G. (1)
  • Verch, G. (1)
  • Verestiuc, L. (1)
  • Vogler, M. (1)
  • Wagner, Sabine (1)
  • Walker, G. (1)
  • Wang, X. (1)
  • Watanabe, Y. (1)
  • Weber, B. (1)
  • Wegmann, Marc (1)
  • Weimann, Karin (1)
  • Weise, C. (1)
  • Weiß, R. (1)
  • Wellhausen, Robert (1)
  • Weltens, R. (1)
  • Wilfert, L. (1)
  • Will, Verena (1)
  • Witten, J. (1)
  • Wong, YC. (1)
  • Wunderle, B. (1)
  • Yevtushenko, Oleksandra (1)
  • Zeman, J. (1)
  • Zhang, Q. (1)
  • Zheng, C. (1)
  • Zheng, M. (1)
  • Zhernakova, A. (1)
  • Ziegler, K. (1)
  • Zietzschmann, F. (1)
  • Zwart, M.P. (1)
  • de Souza Machado, A. A. (1)
  • van Wasen, S. (1)
  • von der Au, Marcus (1)
- weniger

Erscheinungsjahr

  • 2019 (101)
  • 2018 (100)
  • 2017 (83)
  • 2016 (41)
  • 2015 (13)
  • 2014 (1)

Dokumenttyp

  • Vortrag (107)
  • Zeitschriftenartikel (100)
  • Posterpräsentation (82)
  • Beitrag zu einem Tagungsband (29)
  • Zeitschriftenheft (Herausgeberschaft für das komplette Heft) (6)
  • Buchkapitel (4)
  • Sonstiges (4)
  • Forschungsbericht (4)
  • Beitrag zu einem Sammelband (2)
  • Monografie (1)
+ weitere

Sprache

  • Englisch (265)
  • Deutsch (70)
  • Mehrsprachig (2)
  • Französisch (1)
  • Polnisch (1)

Referierte Publikation

  • nein (249)
  • ja (90)

Schlagworte

  • Mobile Robot Olfaction (20)
  • Immunoassay (15)
  • Leaching (14)
  • Immunity (12)
  • Termite (12)
  • Tomographic reconstruction of gas plumes (11)
  • Fluorescence (9)
  • Localization of gas sources (9)
  • Microplastics (9)
  • Mikroplastik (9)
+ weitere

Organisationseinheit der BAM

  • 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (148)
  • 4 Material und Umwelt (122)
  • 1.8 Umweltanalytik (73)
  • 8 Zerstörungsfreie Prüfung (60)
  • 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (58)
  • 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (49)
  • 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (36)
  • 6 Materialschutz und Oberflächentechnik (31)
  • 4.0 Abteilungsleitung und andere (28)
  • 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (28)
+ weitere

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Fast empirical lab method for performance projections of large-scale powdered activated carbon re-circulation plants (2019)
Zietzschmann, F. ; Dittmar, S. ; Splettstößer, L. ; Hunsicker, J. ; Dittmann, Daniel ; Meinel, F. ; Rößler, A. ; Metzger, S. ; Jekel, M. ; Ruhl, A. S.
Powdered activated carbon (PAC) for organic micro-pollutant (OMP) removal can be applied effectively on wastewater treatment plant (WWTP) effluents by using re-circulation schemes, accumulating the PAC in the system. This technique is complex because several factors are unknown: (i) the PAC concentration in the system, (ii) specific and average contact times of PAC particles, and (iii) PAC particle loadings with target compounds/competing water constituents. Thus, performance projections (e.g. in the lab) are very challenging. We sampled large-scale PAC plants with PAC sludge re-circulation on eight different WWTPs. The PAC plant-induced OMP removals were notably different, even when considering PAC concentrations in proportion to background organic sum parameters. The variability is likely caused by differing PAC products, varying water composition, differently effective plant/re-circulation operation, and variable biodegradation. Plant PAC samples and parts of the PAC plant influent samples were used in laboratory tests, applying multiples (0.5, 1, 2, 4) of the respective large-scale “fresh” PAC doses, and several fixed contact times (0.5, 1, 2, 4, 48 h). The aimwas to empirically identify suitable combinations of lab PAC dose (as multiples of the plant PAC dose) and contact time, which represent the PAC plant performances in removing OMPs (for specific OMPs at single locations, and for averages of different OMPs at all locations). E.g., for five well adsorbing, little biodegradable OMPs, plant performances can be projected by using a lab PAC dose of twice the respective full-scale PAC dose and 4 h lab contact time (standard deviation of 13 %-points).
Long term corrosion estimation of carbon steel, titanium and its alloy in backfill material of compacted bentonite for nuclear waste repository (2019)
Zhang, Q. ; Zheng, M. ; Huang, Y. ; Kunte, Hans-Jörg ; Wang, X. ; Liu, Y. ; Zheng, C.
The container of high-level radioactive waste (HLRW) being in deep geological disposal, the backfill material is needed to serve as the second defense for HLRW and the highly compacted bentonite is generally selected. As the time goes, the underground water will infiltrate the backfill, causing the corrosion of materials for the building of containers in the formed electrolyte. Carbon steel, titanium and its alloy are the potential candidate materials for the fabrication of HLRW containers. The current investigation aims at assessing the safety of HLRW container in deep geological disposal for hundreds of thousands of years and facilitating the material selection for future Container fabrication by estimating their corrosion behavior in compacted bentonite with a series of moisture content at different temperatures through electrochemical methods including open circuit potential (OCP), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization curve (PC) measurements. The corrosion rates were estimated for a carbon steel, a pure titanium and a titanium alloy in compacted Gaomiaozi Bentonite infiltrated with simulated underground water in Beishan area of China over an expected disposal period up to 106 years respectively, showing that titanium and its alloy are more reliable materials for building HLRW containers than carbon steel.
Effects of colloidal particles on the results and reproducibility of batch leaching tests for heavy metal-contaminated soil (2017)
Yasutaka, T. ; Imoto, Y. ; Kurosawa, A. ; Someya, M. ; Higashino, K. ; Kalbe, Ute ; Sakanakura, H.
A simple batch test leaching procedure is used in many countries, as a compliance test, to evaluate the leaching of mainly inorganic substances from soil. However, agitating certain types of soil and then passing the solution through a membrane filter with 0.45-µm pores yields filtrates that have been colored by the colloidal particles. These colloids might affect the results of the inorganic substances obtained in the batch tests. In this study, we evaluated the effects of colloidal particles on the results and the reproducibility of batch tests on contaminated soil using different agitation methods and membrane filters with different pore sizes. The leaching behaviors of As, Pb, Se, F and Cl from three types of soil were studied. The As and Pb concentrations in the leachates of some types of soil were clearly affected by the amount of colloidal particles with a diameter of 0.10–0.45 µm and by the agitation method used. This was probably because As and Pb were present mainly in the particulate form in the leachate that had been passed through a membrane filter with 0.45-µm pores. This is not the case for every type of soil. The results of batch leaching tests showed that not only dissolved but also colloidal forms with a diameter of 0.10–0.45 µm might be included and that the existence of colloidal particles in the leachate decreases the batch leaching test reproducibility.
Aktuelle Themen aus der Arbeit des BAM-Fachbeirats und von der -Zulassungsstelle (2017)
Wöhlecke, Andreas ; Müller, Werner W.
Welche Themen und Fragestellungen haben den Fachbeirat der BAM, seine Arbeitsgruppen und die BAM seit der letzten Fachtagung in Leipzig beschäftigt? Die Richtlinie Fremdprüfer und deren Anlagen wurden entsprechend der aktuellen Anforderungen angepasst. Die einzelnen Punkte wollen wir vorstellen. Im Zusammenhang mit Geotextilien zum Filtern und Trennen und Kunststoff Dränelementen wurden zwei Themen bearbeitet: (1) Die europäischen Anwendungsnormen und das deutsche Straßenbaumerkblatt für Geokunststoffe verwenden statistische Begriffe. Deren nur „beiläufige“ Erwähnung lässt jedoch offen, was genau im Zusammenhang gemeint ist. Produkte unterschiedlicher Hersteller können daher trotz gleicher Angaben zu den Mindestwerten in den Leistungserklärungen oder Datenblättern deutlich unterschiedliche Eigenschaften haben. Um vorschriftsmäßig bemessen zu können, muss man jedoch wissen, was sich hinter den Zahlen verbirgt. Eine Zulassung oder Zertifizierung ist nur dann sinnvoll, wenn darüber hinaus einheitlich definiert wird, was die Angaben für die werkseigene Produktionskontrolle, die Inspektion durch benannte Stellen und die Kontrolle durch Dritte bedeuten. In den vergangenen Jahren seit 2009 wurde versucht, die Zulassungen stärker auf die Vorgaben aus der europäischen Normung zu stützen. Daher musste nun diskutiert werden, welche statistische Bedeutung die Angaben in den Zulassungen für Kunststoff Dränelementen und Geotextilien zum Filtern und Trennen haben. Hier musste eine einheitliche Regelung getroffen werden. (2) Die Langzeiteigenschaften von polyolefinen Geokunststoffen sind maßgeblich von den eingesetzten Stabilisatoren abhängig. Wie kann hier eine Überwachung während der Produktion der Geokunststoffe implementiert werden, wenn die Rezepturbestandteile der Produkte sensible Firmengeheimnisse der Rohstoffhersteller sind? Hier musste eine Lösung erarbeitet werden. Über die Ergebnisse soll berichtet werden. Wir möchten weiterhin über Entwicklungen in Zusammenhang mit Kunststoffdichtungs-bahnen (KDB) berichten. Die DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren) Richtlinie 2225-4 regelt das Schweißen der KDB auf der Deponiebaustelle. Werden KDB im strukturierten Bereich miteinander verschweißt, werden die Strukturen in der Regel vorher abgetragen. Die DVS Richtlinie sieht unter bestimmten Voraussetzungen von einem Abtragen der Strukturen ab. Vor diesem Hintergrund wurde vom AK GWS ein Untersuchungsprogramm initiiert, das die Auswirkungen aufzeigen soll. Darüber haben wir bereits im letzten Jahr berichten. Das Untersuchungsprogramm wurde abgeschlossen. Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen werden nun vorgestellt.
Aktuelle Diskussionen aus dem Fachbeirat der BAM (2019)
Wöhlecke, Andreas
Vor nun 30 Jahren im Jahre 1989 wurde die erste Zulassung für eine Kunststoffdichtungsbahn 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 soll in einer Sondersitzung des Fachbeirats über die Entlassung aus der Nachsorgephase beim Einsatz von Geokunststoffprodukten in Böschungen diskutiert werden. Es ist geplant, in einer Unterarbeitsgruppe eine Sitzung über die Fremdüber¬wachung in der Produktion abzuhalten. Darüber hinaus werden Änderungen in den Zulassungsrichtlinien für Kunststoff Dichtungsbahnen und Kunststoff Dränelemente kurz vorgestellt. In der Zwischenzeit wurde auch die abschließende Zulassungsrichtlinie für Geogitter verabschiedet. Neue Fragestellungen sind hier entstanden. Unter welchen Voraussetzungen können Geogitter in Zwischenabdichtungen eingesetzt werden. Bisher können diese Produkte formal nur in Oberflächenabdichtungen eingesetzt werden. Auch auf diese beiden Themen soll im Folgenden in Kürze eingegangen werden.
Aktuelle Diskussionen aus dem Fachbeirat der BAM (2019)
Wöhlecke, Andreas
Vor nun 30 Jahren im Jahre 1989 wurde die erste Zulassung für eine Kunststoffdichtungsbahn 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 soll in einer Sondersitzung des Fachbeirats über die Entlassung aus der Nachsorgephase beim Einsatz von Geokunststoffprodukten in Böschungen diskutiert werden. Es ist geplant, in einer Unterarbeitsgruppe eine Sitzung über die Fremdüber¬wachung in der Produktion abzuhalten. Darüber hinaus werden Änderungen in den Zulassungsrichtlinien für Kunststoff Dichtungsbahnen und Kunststoff Dränelemente kurz vorgestellt. In der Zwischenzeit wurde auch die abschließende Zulassungsrichtlinie für Geogitter verabschiedet. Neue Fragestellungen sind hier entstanden. Unter welchen Voraussetzungen können Geogitter in Zwischenabdichtungen eingesetzt werden. Bisher können diese Produkte formal nur in Oberflächenabdichtungen eingesetzt werden. Auch auf diese beiden Themen soll im Folgenden in Kürze eingegangen werden.
Die Zulassung von Geokunststoffen nach der deutschen Deponieverordnung (2018)
Wöhlecke, Andreas
Seit dem Erscheinen der Deponieverordnung (DepV) bedürfen Geokunststoffe, Polymere und Dichtungskontrollsysteme einer Zulassung durch die BAM, wenn diese in deutschen Deponieabdichtungssystemen eingesetzt werden sollen. Die DepV ermöglicht den Einsatz verschiedener Komponenten. Sie stellt dabei allgemeine Anforderungen an die Geokunststoffprodukte auf. Dadurch beschreibt sie den Stand der Technik für Geokunststoffe, die in deutschen Abdichtungen eingesetzt werden. Diese Anforderungen werden durch die Zulassungsrichtlinien der BAM in konkrete technische Spezifikationen überführt. In dem Beitrag wird eine Übersicht über die Produkte und die entsprechenden Anforderungen gegeben. Zudem soll erläutert werden, durch welche Qualitätsmanagementmaßnahmen eine gleichbleibende Qualität und Funktionserfüllung der Produkte gewährleistet wird.
Approval of geosynthetics, polymers and leak detection systems for German landfills (2018)
Wöhlecke, Andreas
Geokunststoffe spielen sowohl im internationalen als auch im deutschen Deponiebau eine Schlüsselrolle. Seit dem Erscheinen der Deponieverordnung (DepV) im Jahre 2009 bedürfen Geokunststoffe, Polymere und Dichtungskontrollsysteme einer Zulassung durch die BAM, wenn diese in deutschen Deponieabdichtungssystemen eingesetzt werden sollen. Die DepV stellt dabei allgemeine Anforderungen an die Geokunststoffe und den Zulassungsprozess für die Produkte auf. Geokunststoffe müssen danach ihre Funktion unter allen zu erwartenden äußeren und inneren Einflüssen über einen Zeitraum von mindestens 100 Jahren erfüllen. Dichtungskontrollsysteme müssen ihre Funktion über mindestens 30 Jahre erfüllen. Die Anforderungen der DepV werden durch die Zulassungsrichtlinien der BAM in konkrete technische Anforderungen für die Produkte aber auch für das Qualitätsmanagement und den Einbau etc. überführt. Bei der Erarbeitung der Zulassungsrichtlinien wird die BAM durch einen Fachbeirat, der sich aus Experten aus allen relevanten Bereichen zusammensetzt, beraten. Der Vorsitz des Fachbeirats liegt beim UBA. Es soll eine kurze Übersicht über die Produkte und die wichtigsten Anforderungen gegeben werden. Zudem soll erläutert werden, durch welche Maßnahmen in der Produktion und auf der Deponiebaustelle eine gleichbleibende Qualität der Produkte gewährleistet wird.
Aktuelle Themen aus der Arbeit des BAM-Fachbeirats und von der -Zulassungsstelle (2017)
Wöhlecke, Andreas
Welche Themen und Fragestellungen haben den Fachbeirat der BAM, seine Arbeitsgruppen und die BAM seit der letzten Fachtagung in Leipzig beschäftigt? Die Richtlinie Fremdprüfer und deren Anlagen wurden entsprechend der aktuellen Anforderungen angepasst. Die einzelnen Punkte wollen wir vorstellen. Im Zusammenhang mit Geotextilien zum Filtern und Trennen und Kunststoff Dränelementen wurden zwei Themen bearbeitet: (1) Die europäischen Anwendungsnormen und das deutsche Straßenbaumerkblatt für Geokunststoffe verwenden statistische Begriffe. Deren nur „beiläufige“ Erwähnung lässt jedoch offen, was genau im Zusammenhang gemeint ist. Produkte unterschiedlicher Hersteller können daher trotz gleicher Angaben zu den Mindestwerten in den Leistungserklärungen oder Datenblättern deutlich unterschiedliche Eigenschaften haben. Um vorschriftsmäßig bemessen zu können, muss man jedoch wissen, was sich hinter den Zahlen verbirgt. Eine Zulassung oder Zertifizierung ist nur dann sinnvoll, wenn darüber hinaus einheitlich definiert wird, was die Angaben für die werkseigene Produktionskontrolle, die Inspektion durch benannte Stellen und die Kontrolle durch Dritte bedeuten. In den vergangenen Jahren seit 2009 wurde versucht, die Zulassungen stärker auf die Vorgaben aus der europäischen Normung zu stützen. Daher musste nun diskutiert werden, welche statistische Bedeutung die Angaben in den Zulassungen für Kunststoff Dränelementen und Geotextilien zum Filtern und Trennen haben. Hier musste eine einheitliche Regelung getroffen werden. (2) Die Langzeiteigenschaften von polyolefinen Geokunststoffen sind maßgeblich von den eingesetzten Stabilisatoren abhängig. Wie kann hier eine Überwachung während der Produktion der Geokunststoffe implementiert werden, wenn die Rezepturbestandteile der Produkte sensible Firmengeheimnisse der Rohstoffhersteller sind? Hier musste eine Lösung erarbeitet werden. Über die Ergebnisse soll berichtet werden. Wir möchten weiterhin über Entwicklungen in Zusammenhang mit Kunststoffdichtungs-bahnen (KDB) berichten. Die DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren) Richtlinie 2225-4 regelt das Schweißen der KDB auf der Deponiebaustelle. Werden KDB im strukturierten Bereich miteinander verschweißt, werden die Strukturen in der Regel vorher abgetragen. Die DVS Richtlinie sieht unter bestimmten Voraussetzungen von einem Abtragen der Strukturen ab. Vor diesem Hintergrund wurde vom AK GWS ein Untersuchungsprogramm initiiert, das die Auswirkungen aufzeigen soll. Darüber haben wir bereits im letzten Jahr berichten. Das Untersuchungsprogramm wurde abgeschlossen. Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen werden nun vorgestellt.
Die Zulassung von Geokunststoffen nach der deutschen Deponieverordnung (2018)
Wöhlecke, Andreas
Seit dem Erscheinen der Deponieverordnung (DepV) bedürfen Geokunststoffe, Polymere und Dichtungskontrollsysteme einer Zulassung durch die BAM, wenn diese in deutschen Deponieabdichtungssystemen eingesetzt werden sollen. Die DepV ermöglicht den Einsatz verschiedener Komponenten. Sie stellt dabei allgemeine Anforderungen an die Geokunststoffprodukte auf. Dadurch beschreibt sie den Stand der Technik für Geokunststoffe, die in deutschen Abdichtungen eingesetzt werden. Diese Anforderungen werden durch die Zulassungsrichtlinien der BAM in konkrete technische Spezifikationen überführt. In dem Beitrag wird eine Übersicht über die Produkte und die entsprechenden Anforderungen gegeben. Zudem soll erläutert werden, durch welche Qualitätsmanagementmaßnahmen eine gleichbleibende Qualität und Funktionserfüllung der Produkte gewährleistet wird.
Remote Gas Sensing with Multicopter-Platforms (2019)
Winkler, Nicolas P. ; Neumann, Patrick P. ; Hüllmann, Dino ; Kohlhoff, Harald ; Bartholmai, Matthias ; Bennetts, V. H. ; Lilienthal, A. J.
This presentation gives an introduction to the gas-sensitive aerial robots developed at BAM, including various application examples in the field of mobile robot olfaction: gas source localization and gas distribution mapping.
Boosting a Low-Cost Sensor Network with Mobile High-Quality Sensors (2019)
Winkler, Nicolas P. ; Lilienthal, A. J. ; Neumann, Patrick P.
Occupational health is an important topic, especially in industry, where workers are exposed to airborne by-products (e.g., dust particles and gases). Therefore, continuous monitoring of the air quality in industrial environments is crucial to meet safety standards. For practical and economic reasons, high-quality, costly measurements are currently only carried out sparsely, both in time and space, i.e., measurement data are collected in single day campaigns at selected locations only. Recent developments in sensor technology enable cost-efficient gas monitoring in real-time for long-term intervals. This knowledge of contaminant distribution inside the industrial environment would provide means for better and more economic control of air impurities, e.g., the possibility to regulate the workspace’s ventilation exhaust locations, can reduce the concentration of airborne contaminants by 50%. This paper describes a concept proposed in the project “Robot-assisted Environmental Monitoring for Air Quality Assessment in Industrial Scenarios“ (RASEM). RASEM aims to bring together the benefits of both – low- and high-cost – measuring technologies: A stationary network of low-cost sensors shall be augmented by mobile units carrying high-quality sensors. Additionally, RASEM will develop procedures and algorithms to map the distribution of gases and particles in industrial environments.
Remote gas sensing with multicopter platforms (2019)
Winkler, Nicolas P.
This presentation gives an introduction to the gas-sensitive aerial robots developed at BAM, including various application examples in the field of mobile robot olfaction: gas source localization and gas distribution mapping.
Boosting a Low-Cost Sensor Network with Mobile High-Quality Sensors (2019)
Winkler, Nicolas P.
The Motivation of RASEM (Robot-assisted Environmental Monitoring): Monitoring of the air quality in industrial environments is inevitable to meet safety Standards. Because of economic and practical reasons, measurements are carried out sparsely in terms of time and space. Newest developments on the field of low cost sensor technology enable cost efficient long term monitoring of gases and dust
Standardisierte Formaldehyd- (und VOC-) Messungen bei Holzwerkstoffen zur Einspeisung der Daten in Normungsprozesse (2018)
Wilke, Olaf ; Jann, Oliver
UBA und BAM schlagen die Durchführung der Prüfkammermessungen bei 23 °C und 50% relativer Luftfeuchte, einer Beladung von 1,8 m²/m³ und einem Luftwechsel von 0,5 pro Stunde vor. Diese Parameter orientieren sich an der EN 16516, die als zukünftige „Referenznorm“ zu betrachten ist. Die Schmalflächenversiegelung ist auch zukünftig wie in der EN 717-1 beschrieben vorzunehmen. Nach 28 Tagen wird der Mittelwert einer Doppelbestimmung als Endkonzentration („entsprechend der Ausgleichskonzentration“) berechnet. Alternativ dazu kann die Prüfung vorzeitig abgebrochen werden, wenn an 5 Messtagen der Prüfung eine Formaldehydkonzentration von 0,1 ppm nicht überschritten wird. Prüfungen nach der EN 717-1 sollen weiterhin gleichberechtigt möglich sein. Ergebnisse von Messungen, die nach der EN 717-1 ermittelt wurden, sind mit dem Faktor 2,0 zu multiplizieren. Abgeleitete Verfahren wie z.B. das Gasanalyseverfahren sollen weiterhin möglich sein. Das Perforatorverfahren entfällt hier, da eine allgemeine für alle Holzwerkstoffe gültige Korrelationen nicht existiert. Die entsprechenden Änderungen sind in der vom BMUB veröffentlichten „Bekanntmachung analytischer Verfahren für Probenahmen und Untersuchungen für die im Anhang der Chemikalien-Verbotsverordnung genannten Stoffe und Stoffgruppen“ entsprechend zu ändern.
Formaldehydmessungen an Holzwerkstoffplatten (2019)
Wilke, Olaf
Die von der BAM eingekauften Holzwerkstoffplatten (Verlegespanplatten, OSB, Multiplexplatten) verschiedener Hersteller zeigten teilweise hohe Formaldehyd-emissionen unter den Prüfbedingungen nach EN 16516, eine Spanplatte hielt den Grenzwert von 0,1 ppm selbst bei Prüfung nach DIN EN 717-1 nicht ein, dürfte also in Deutschland gar nicht in den Verkauf gelangen. Holzwerkstoffe, die unter den Prüfbedingungen der DIN EN 717-1 die Formaldehydklasse E1 einhalten, können insbesondere bei großflächigem Einsatz im Innenraum zu Überschreitungen des Richtwertes für die Innenraumluft führen. Zusätzlich zur Anpassung des Luftwechsels ist auch der Parameter Beladung bei einer Überarbeitung der Norm anzupassen. In der DIN EN 16516 werden produktspezifische (am Einsatz der Produkte orientierte) Beladungsfaktoren vorgegeben. Für den Einsatz von Holzwerkstoffplatten ergäben sich Beladungen von 0,4 (Boden oder Decke), 1,0 (Wände), 1,4 (Wände plus Boden oder Decke) und 1,8 m²/m³ (Wände, Boden und Decke). Um die realen Bedingungen in modernen Gebäuden abzubilden, ist deshalb eine Beladung von 1,8 m²/m³ für die Prüfkammermessung erforderlich. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass für die Beladung im Referenzraum Möbel nicht berücksichtigt wurden. Damit soll sichergestellt werden, dass die Einhaltung des Schutzniveaus bei realen Innenraumbedingungen auch unter den Randbedingungen eines niedrigen Luftwechsels sowie bei sommerlichen Bedingungen und heutigem Lüftungsverhalten der Menschen soweit wie möglich gewährleistet ist.
Comparison of Formaldehyde Concentrations in Emission Test Chambers Using EN 717-1 and EN 16516 (2018)
Wilke, Olaf
For many years EN 717-1 (Wood-based panels - Determination of formaldehyde release - Part 1: Formaldehyde emission by the chamber method) is the standard for formaldehyde emission testing of wooden boards. In 2017 EN 16516 (Construction products - Assessment of release of dangerous substances - Determination of emissions into indoor air) was published as a new harmonised standard for the emission testing of construction products. Because test chamber conditions are different, both standards give different concentrations for formaldehyde. For the determination of a conversion factor four test series were set up with different wooden boards.
Emission Testing for Indoor Products (2019)
Wilke, Olaf
The chemical emissions from products are tested by means of emission test chambers under defined conditions (climate, loading, air change rate). The standard method for the determination of volatile organic compounds (VOC) is the sampling onto Tenax-tubes followed by thermal desorption (TDS) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis. The EU-LCI list includes some very volatile organic compounds (VVOC) and some VOC for which there are limitations when using the standard method. For VVOC additional sampling is required using stronger absorbers like Carbotrap or multi-bed adsorption tubes. The analysis of VVOC also requires a different GC oven program and a different column for the separation. For the determination of formaldehyde and other low boiling aldehydes (e.g. acetaldehyde, acetone, propanal, propenal) DNPH-cartridges are used which are extracted with acetonitrile followed by liquid chromatography (HPLC-UV) analysis. The derivatisation of propenal and other unsaturated aldehydes (e.g. 2-butenal) with DNPH might lead to lower findings due to incomplete derivatization and forming of by-products. For a better quantification of acetic acid the use of ion chromatography (IC) is recommended because the analysis of acetic acid with the standard method (TDS) leads to lower findings due to break through during sampling. The use of ion chromatography for the analysis of organic acids requires a third sampling technique. The acids are adsorbed onto silica-gel and extracted with water.
RESOLVED - Recovery of Solar Valuable Materials, Enrichment and Decontamination (2017)
Weimann, Karin ; Simon, Franz-Georg
The use of renewable energy technologies, such as photovoltaics (PV) should be sustainable and environmentally compatible and therefore protect the environment from risks and damaging impacts. Regarding the growing number of installed photovoltaic systems, the end-of-life management of the pv-modules will become increasingly important. Thin film panels contain hazardous substances that may harm the environment if they are not recycled or disposed properly after reaching the end of their service life. Heavy metals, for example, can be toxic as well as carcinogenic or teratogenic. Processing methods for the recycling of PV thin film modules have to take these facts into account. Currently the available recycling techniques usually utilise chemicals such as acids for a wet-chemical treatment of end-of-life modules. The aim of RESOLVED was to identify and test alternative methods for a wet-mechanical treatment in order to reduce the consumption of chemicals in the recycling of thin film modules. Furthermore, the recovered Cadmium-Telluride (CdTe) and Copper-Indium-Diselenide/Disulfide (CIS) should be helping to save scare resources especially for limited elements such as tellurium and indium. The project RESOLVED investigated the recovery of semiconductors material as secondary raw material and the decontamination of the residues of the PV thin film modules. These goals were achieved by testing and optimising existing technologies for the recycling process as well as for the enrichment of the semiconductor materials. The target is to re-use the enriched recovered material in the production of new PV modules. Special efforts were made to look into life cycle analysis, process sustainability, economical aspects, and resource availability.
Multivariate statistics applied to MALDI-TOF MS data of pollen samples (2016)
Weidner, Steffen
Pollen represent one major cause for human allergic diseases. Currently the characterization and identification of pollen is time-consuming since it mainly relies on the microscopic determination of the genus-specific pollen morphology. A variety of new analytical approaches, like Raman - and fluorescence spectroscopy have been proposed in order to develop fast and reliable pollen identification. Recently matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) was initially applied for the rapid investigation of such complex biological samples. Taxonomic differences and relations of single pollen grains could be identified. Both commercially available lyophilized pollen and fresh pollen acquired from biological samples collected in parks and in the Botanical Garden Berlin in the years 2013-2015 were investigated. The samples were prepared by formic acid extraction in the gas phase and spotted with HCCA matrix. A variety of new approaches, like a newly developed MALDI target with micrometer sample spots sizes, were tested for their suitability. The obtained mass spectral data were investigated by principal component analysis (PCA). The applicability of MALDI-TOF mass spectrometry for the classification of pollen according to their taxonomic relationships was proven. Specifically, chemical differences in the mass spectra at the levels of plant order, genus and in many cases even of species could be identified. Based on these results, further investigations have been undertaken to optimize the sample preparation for the classification of single pollen grains in mixtures of pollens. A novel MALDI-target design was developed to enhance the phenotypic information of pollens in their mass spectra. The combination of mass spectral patterns and multivariate statistics provide a powerful tool for the investigation of structural correlations within mixtures. The results can be used to improve the reconstruction of taxonomic relations of single species in various mixtures and might be useful for the development of a fast routine method to identify pollen based on mass spectrometry.
MALDI-TOF MS und MALDI-MSI zur Identifikation und Klassifizierung von Pollen (2019)
Weidner, Steffen
Es werden die letzten Ergebnisse präsentiert, die es ermöglichen, einzelne Pollenkörner unterschiedlicher Arten in Mischungen mittels MALDI-TOF Massenspektrometrie bzw. MALDI-TOF Imaging zu messen und unter Zuhilfenahme multivariater Auswertemethoden zu klassifizieren.
Speeding up microplastics analysis with modern NIR spectroscopy (2017)
Wander, Lukas
Annually vast amounts of plastics are produced world-wide. However, recycling and waste management is still insufficient resulting in large quantities of plastics being released into the environment. Degradation by sunlight, mechanical and biological factors lead to the breakdown of this waste into little fragments. By convention particles smaller than 5 mm are referred to as microplastics (MP). The occurrence of MP has been reported by researchers virtually all around the globe. Gaining knowledge on MP is currently a time-consuming process because analysis mainly relies on micro-infrared and micro-Raman methods. Prior to that the particles need to undergo purification and enrichment. Thus, only small numbers and volumes of samples can be investigated. Here we tested NIR spectroscopy combined with a multivariate data analysis as a means of speeding up the process of MP analysis. Experiments were performed using the most abundant polymers polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate and polystyrene. MP samples were obtained by adding the cryomilled and sieved (<125 µm) particles to approximately 1 g of standard soil at 0,5–10 mass%. Spectra were recorded with a fiber optic reflection probe connected to a FT-NIR spectrometer. 5–10 spectra recorded of each sample were used for the calibration of chemometric models (partial least squares regression, PLSR). “Unknown” test samples were then used to test the model’s capability to predict the type and amount of polymer. In samples containing 1–5 % of the polymers the prediction yielded the highest degree of agreement with the gravimetric reference values. At low polymer loads some false positive results in the identification were observed. Large amounts of polymers limited the prediction capability by a nonlinear behaviour of the absorption. Further testing was done with real world samples such as compost and washing machine filters. Even though the calibration did not account for these highly complex sample compositions, satisfactory results could be achieved.
Mikroplastikanalyse: Nahinfrarotspektroskopie und chemometrische Auswertung (2018)
Wander, Lukas
Für die Erfassung der Verbreitung von Mikroplastik (MP) in der Umwelt ist die zeit- und kostenaufwendige Analysestrategie und der damit verbundene geringe Probendurchsatz eine limitierende Größe. Eine große Zahl verschiedener Studien dokumentriet das Auftreten von MP über den gesamten Globus. Meist sind die Studien aufgrund des großen analytischen Aufwands auf exemplarische, stichpunktartige Untersuchungen kleiner Umweltaliquoten und zahlenmäßig kleiner Probenumfänge begrenzt. Um die Verbreitung, die Eintragspfade und den Verbleib von MP in der Umwelt besser zu verstehen und effektive Vermeidungsstrategien abzuleiten, ist es jedoch notwendig, analytisch mehr Proben erfassen zu können. Bildgebende mikro-spektroskopische Methoden wie das Raman- und FTIR-Imaging ermöglichen eine zeitaufwendige, umfassende Charakterisierung kleiner Umwelt-aliquoten. Neben der Partikelanzahl sind zusätzlich Informationen zu Partikelgröße, Größenverteilung und Oberflächenmorphologie zugänglich. Chemische und thermische Extraktionsverfahren sind bereits deutlich schneller und können diese Informationen durch eine Massenbilanz vervollständigen. Die analysierbare Probenmenge ist jedoch auf Milligramm Mengen beschränkt. Wir schlagen daher vor, die Analyse von Proben auf MP durch ein vorangestelltes Screening mit der Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) zur komplementieren. In diesem wird bereits eine erste Einschätzung über die Präsenz von MP in einer Probe gefällt und dadurch die wertvolle Messzeit anderer Methoden effizienter genutzt. NIR zur Analyse von Polymeren wird seit langem eingesetzt, jedoch bisher lediglich im Rahmen einer Studie zur Mikroplastikuntersuchung mittels Hyperspektraler Bildgebung beschrieben. Der NIR Spektralbereich findet sich zwischen dem sichtbaren Licht und dem mittleren Infrarot (MIR). MIR Spektren sind durch klar definierte Banden charakterisiert, welche mehrheitlich von den Grundschwingungen der Moleküle stammen. Die höheren Energien im nahen Infrarot regen hingegen Kombinations- und Oberschwingungen der Streck und Biegeschwingungen an. Die resultierenden Absorptions¬banden sind oft breit und relativ unspezifisch. Erst mit Hilfe einer computergestützten Datenauswertung lassen sich aus diesen Spektren nützliche Informationen gewinnen. Dies erklärt die steigende Popularität der NIR-Spektroskopie in der jüngeren Vergangenheit mit einem Schwerpunkt als prozessanalytische Methode. NIR Spektrometer für das industrielle Prozessmonitoring zeichnen sich durch eine kompakte und robuste Konstruktionsweise aus. Die verfügbaren faseroptischen Reflexionssonden eignen sich gut um pulverförmige Proben zu untersuchen. Der räumlich erfassbare Messbereich kann durch die Sondengeometrie variiert werden. Sind die untersuchten Partikel im Verhältnis zur abgetasteten Fläche klein, wird als spektrale Information die Summe der Absorption aller Partikel im Sichtfeld erfasst. Die Methode ist deshalb nicht für Detailuntersuchungen von MP geeignet, erlaubt es jedoch innerhalb weniger Minuten eine Einschätzung über das Vorkommen von Mikroplastik in einer Probe zu treffen. Exemplarisch wurden für diese Untersuchungen vier der am weitesten verbreiteten Kunststoffe Polyethylen (PE), Polyethylen¬terephthalat (PET), Polypropylen (PP) und Polystyrol (PS) gewählt. Aus den additivfreien Polymeren wurden nach einer Kryo-vermahlung und anschließender Siebung (< 125 µm) Modellproben generiert. Die Polymere wurden dafür zu einem Massenanteil von 1 % mit einem Standardboden (LUFA2.3, gesiebt < 125 µm) vermischt. Die Gesamtmenge von 1 g je Probe wurde in Aluminiumbehältern präpariert und 8 Messungen an unterschiedlichen, zufällig gewählten Positionen vorgenommen. Die erhaltenen Spektren wurden zur Kalibrierung chemometrischer Modelle genutzt. In einem hierarchischen Ansatz wurde anhand der NIR-Spektren eine Klassifizierung vorgenommen: 1. Bestimmung ob eine Probe MP enthält (Ja/Nein). 2. Identifikation der Polymere in der Probe. Eine aussagekräftige Klassifizierung beruht auf einer Vorbehandlung der Spektren. Hierdurch werden die Unterschiede zwischen den einzelnen Polymer-banden hervorgehoben. Die Eignung der so erstellten Modelle wurde anhand eines Referenzmaterials und am Beispiel von Realproben erfolgreich getestet. Dabei zeigte sich, dass nicht nur in den erstellten Polymer-Bodenmischungen, sondern auch in den Rückständen von fermentiertem Bioabfall und in Filterrückständen einer Wasch-maschine, MP richtig erkannt wurde. Weiterhin zeigten Tests mit Mikroplastik-freien Bodenproben unterschiedlicher Herkunft, dass keine falsch-positive Resultate erzeugt wurden. Alle vier untersuchten Polymere, d.h. PE, PET, PS und PP mit einem Massenanteil von 1 % in einer Bodenmatrix werden auch bei einer gemischten Polymer¬zu¬sammen¬setzung mit der NIR-Spektroskopie erkannt. Der kombinierte Einsatz von NIRS und Chemometrie ermöglicht die Entscheidung über ein potenzielles Vorkommen sowie die Zuordnung des Materials der enthaltenen Polymerpartikel für eine Massefraktion ≥ 1 % in einer (trockenen) Probenmenge von 1 g innerhalb von 10–15 min. Der zeitaufwendige Schritt der Methode liegt hier in der Erstellung geeigneter chemometrischer Modelle sowie deren Validierung. Wesentliche Voraus¬setzung ist dabei, dass bei der Kalibrierung die Varianz der zu erwartenden Partikel und der Matrix realistisch abgebildet wird.
Multivariate analysis of large µ-FTIR datasets in search of microplastics (2019)
Wander, Lukas
µ-FTIR spectroscopy is a widely used technique in microplastics research. It allows to simultaneously characterize the material of the small particles, fibers or fragments, and to specify their size distribution and shape. Modern detectors offer the possibility to perform two-dimensional imaging of the sample providing detailed information. However, datasets are often too large for manual evaluation calling for automated microplastic identification. Library search based on the comparison with known reference spectra has been proposed to solve this problem. To supplement this ‘targeted analysis’, an exploratory approach was tested. Principal component analysis (PCA) was used to drastically reduce the size of the data set while maintaining the significant information. Groups of similar spectra in the prepared data set were identified with cluster analysis. Members of different clusters could be assigned to different polymer types whereas the variation observed within a cluster gives a hint on the chemical variability of microplastics of the same type. Spectra labeled according to the respective cluster can be used for supervised learning. The obtained classification was tested on an independent data set and results were compared to the spectral library search approach.
Integrating fluorescent molecularly imprinted polymer (MIP) sensor particles with a modular microfluidic platform for nanomolar smallmolecule detection directly in aqueous samples (2018)
Wagner, Sabine ; Bell, Jérémy ; Biyikal, Mustafa ; Gawlitza, Kornelia ; Rurack, Knut
Fluorescent sensory MIP (molecularly imprinted polymer) particles were combined with a droplet-based 3D microfluidic system for the selective determination of a prototype small-molecule analyte of environmental concern, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid or 2,4-D, at nanomolar concentration directly in water samples. A tailor-made fluorescent indicator cross-linker was thus designed that translates the binding event directly into an enhanced fluorescence signal. The phenoxazinone-type cross-linker was co-polymerized into a thin MIP layer grafted from the surface of silica microparticles following a RAFT (reversible addition-fragmentation chain transfer) polymerization protocol. While the indicator cross-linker outperformed its corresponding monomer twin, establishment of a phase-transfer protocol was essential to guarantee that the hydrogen bond-mediated signalling mechanism between the urea binding site on the indicator cross-linker and the carboxylate group of the analyte was still operative upon real sample analysis. The latter was achieved by integration of the fluorescent core-shell MIP sensor particles into a modular microfluidic platform that allows for an in-line phasetransfer assay, extracting the analyte from aqueous sample droplets into the organic phase that contains the sensor particles. Real-time fluorescence determination of 2,4-D down to 20 nM was realized with the system and applied for the analysis of various surface water samples collected from different parts of the world.
Influence of weathering on the leaching behaviour of zinc and PAH from synthetic sports surfaces (2017)
Wachtendorf, Volker ; Kalbe, Ute ; Krüger, O. ; Bandow, Nicole
Synthetic materials used for outdoor sports grounds consist of a mix of inorganic, organic and polymeric compounds that show ageing due to weathering and a complex leaching behaviour by percolation of rainwater, which can limit its lifetime. Additionally, weathering exposure induces degradation processes in the polymers, which leads to the formation of new surfaces allowing water to access additional reservoirs of leachable compounds. A laboratory test comprising artificial weathering, ozonisation and subsequent leaching was developed to investigate this behaviour in a reproducible and controllable way. The experiments showed a general decline of Zn, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and total organic carbon (TOC) concentrations after an initial increase. Within this general trend, the course of concentration over exposure duration is very specific for individual sample materials and the analyte under investigation. The results indicate that weathering and degradation behaviour cannot be predicted from initial material conditions. Thus, weathering experiments are recommended to fill this gap of knowledge.
Low-Temperature Irradiation Experiments for PE, PA, and PC Matrices (2017)
Wachtendorf, Volker ; Barthel, Anne-Kathrin ; Geburtig, Anja ; Trubiroha, P.
In this paper, we demonstrate the effects of radiation exposures of polymeric materials with UV-A 340 nm lamps (ISO 4892-3, Type 1A) at -10 °C in comparison to an irradiation at +50 °C using a Global UV Test 200 fluorescent lamp device from Weiss Umwelttechnik GmbH, which incorporates an active cooling appliance. While the effects at -10 °C actually are lower than at + 50°C their extent was clearly beyond expectations.
Identifizierung und Charakterisierung technischer Transformationsprodukte von Warfarin (2019)
von Törne, Wipert Jannik
Das Therapeutikum Warfarin ist bis heute der bekannteste Vertreter der antikoagulanten Rodentizide. In dieser Arbeit wurden Phase I Metabolite mittels einer elektrochemischen Durchflusszelle simuliert und analysiert. Weitere Transformations- und Abbauprozesse wurde durch UV-Bestrahlung und Ozonung generiert, gaschromatographisch getrennt und miteinander verglichen.
GC-MS and GC-MS/MS Based Determination of Transformation Products and Major Phase I Metabolites of Warfarin (2019)
von Törne, Wipert Jannik
Herein, we present the development of a gas chromatographic method for Determination of warfarin, its TPs, and selected metabolites. TPs were formed by applying UV-irradiation, ozonation, and an electrochemical cell coupled to mass spectrometry to mimic the oxidative phase I metabolism. The further aim is to use this method for detection and quantification under environmentally relevant conditions, as well as, toxicological assessment.
Development of an automated on-line purification HPLC single cell-ICP-MS approach for fast diatom analysis (2019)
von der Au, Marcus ; Schwinn, M. ; Kuhlmeier, K. ; Büchel, C. ; Meermann, Björn
The most challenging part in performing a single cell ICP-MS (sc-ICP-MS) approach is the sample preparation, in particular the reduction of the ionic background. This step is, in many cases, time-consuming and required for each sample separately. Furthermore, sc-ICP-MS measurements are mostly carried out "manually", given the fact that present systems are not allowing for an automated change of samples. Thus, within this work, we developed an approach based on a HPLC system coupled on-line with sc-ICP-MS via a set of switching valves as well as an in-line filter for automated cell washing. This set-up enables the ionic background removal as well as analysis of single cells completely automated without any manual sample pretreatment. Our approach was applied for the analysis of the single celled diatom species Cyclotella meneghiniana, a marine diatom species, on the basis of Mg24 and facilitates testing in 11 min per sample, requiring only around 10,000 cells in a volume of 10 µL and approx. 10 mL of a 5% MeOH/95% deionized water (v/v) mixture. Even at extremely saline culturing media concentrations (up to 1000 mg L-1 magnesium) our on-line approach worked sufficiently allowing for distinction of ionic and particulate fractions. Furthermore, a set of diatom samples was analyzed completely automated without the need for changing samples manually. So, utilizing this approach enables analyzing a high quantity of samples in a short time and therefore in future the investigation of ecotoxicological effects is simplified for example in terms of metal accumulation by taking biovariability into account.
Screening von Organofluorverbindungen im Oberflächenwasser (2019)
Von der Au, M. ; Meermann, Björn
Organofluorverbindungen kommen in vielen Bereichen zum Einsatz und gelangen in die aquatische Umwelt. Die Belastungssituation der Gewässer ist bisher wenig untersucht – hier kommt die HR-CS GF MAS als leistungsstarkes Screeningtool zum Einsatz.
Der Fingerabdruck der Kieselalge (2019)
Von der Au, M. ; Borovinskaya, O. ; Büchel, C. ; Meermann, Björn
Elementanalytische Verfahren werden heute zu mehr eingesetzt als bloß zur Bestimmung von Metallgesamtgehalten in diversen Probenmatrizes. Sie stellen heute ein wichtiges Werkzeug zur Beantwortung lebenswissenschaftlicher Fragen aus Umwelt, Medizin und Biologie dar. In der vorliegenden Arbeit kommt die single-cell-ICP-Flugzeitmassenspektrometrie (single-cell-ICP-TOF-MS) zur Multielementanalytik in einzelnen Kieselalgen (Diatomeen) zum Einsatz und wird zukünftig ein wichtiges Werkzeug z.B. bei der Beantwortung ökotoxikologischer Fragestellung sein.
Sampling and Sample Preparation for Analysis of Microplastics in Soils (2019)
Vogler, M.
Despite abundant evidence of the occurrence of microplastics (MP) – these are particles smaller 5 mm – in aquatic environments, little is known about the accumulation of plastic in terrestrial environments, especially in soils. Possible major input pathways could be the use of plastic mulching, the use of compost, sewage sludge or residues from biogas facilities as fertilizers, as well as littering in urban areas. To estimate the MP pollution, the development of reliable, fast methods for sampling, sample preparation, and detection is needed. The obtained data must be representative of the sampled environmental compartment and measurements from different environmental compartments must be comparable. A first breakthrough is an application of ThermoExtractionDesorption-Gas Chromatography-MassSpectrometry (TED-GC-MS) for the detection of MP, including tire abrasives. This method allows the determination of mass content within a few hours and only a minimum of sample preparation for samples from aquatic environments is needed. However, in contrast to filtrate samples from aquatic environments, sediment or soil samples need an enrichment of MP. Whereas MP concentration from marine sediments can be obtained by floatation and density Separation techniques using NaCl solutions, the extraction or separation from soils proves to be more difficult, as plastic particles are often part of organo-mineral aggregates within the soil matrix. The aim of this study is the development of a practicable processing guideline for representatively taken soil samples in order to concentrate microplastics, without complex and time-consuming treatment steps. Dispersants or detergents can be applied to decompose the soil matrix, but each preparation step carries the risk of crosscontamination of the sample and prolongs the preparation procedure. For this reason, we choose ZnCl2-solution with a density of 1.7 g/cm3, which include the densities of relevant MP types (0.9-1.7 g/cm3). It was tested to achieve both, disaggregation and separation as it decomposes organic material and dissolves carbonates. Also, ZnCl2 is inert to the precipitation of undesirable salts and Carbonates during the process of density separation, as polytungstate solution does. ZnCl2 can be reused after stepwise filtering (7 µm, 1.5 µm, 0.7 µm). Thus, disposal costs can be reduced. Efficiency and reproducibility of the sample preparation as well as the degradation behavior of MP under the present conditions were demonstrated with model samples. Real sampling campaigns were conducted at several agricultural sites and floodplains in south-west Germany. The sampling was performed according to practice for soil sampling, using adequate sampling strategies (pattern of sampling, number of field samples, homogenization, etc). The lab sample was fractioned into three size classes (5-100 µm, 100-1000 µm, and 1-5 mm). The identification and determination of mass fraction were done using TED-GC-MS.
Determination of chromium(VI) in phosphorus fertilizers made from recycled materials by DGT (2019)
Vogel, Christian
Phosphorus (P) fertilizers from secondary resources became increasingly important in the last years. However, these novel P-fertilizer can also contain toxic pollutants e.g. chromium (Cr) in the hexavalent state (Cr(VI)), which is regulated with low limit values in agricultural products (German fertilizer ordinance limit: 2 mg/kg Cr(VI)). The determination of Cr(VI) in these novel fertilizer matrices can be hampered by redox processes that lead to false results with the standard wet chemical extraction method (German norm DIN EN 15192). Therefore, we analyzed Cr(VI) in various P-fertilizers with the DGT technique. DGT devices equipped with a APA (polyacrylamide) diffusion layer and Cr(VI) selective N-methyl-D-glucamine (NMDG) binding layer were used for the study. After a 24 h conditioning period of the fertilizer at 60% of the water holding capacity (WHC), the fertilizers were brought to 100% WHC, transferred onto the DGT devices and deployed for 24 h at 25°C. The extraction of Cr from the DGT binding layer was carried out with 1 M HNO3 for 24 h. The Cr-concentrations of the extract were determined by means of ICP-MS. We found a good correlation between the standard wet chemical extraction and the DGT method for the whole range of P-fertilizers. However, partly soluble Cr(VI) compounds cannot be detected in full extent by the DGT method that is best suited for mobile Cr(VI). Furthermore, Cr K-edge XANES spectroscopy showed that the Cr(VI)-selective DGT binding layer also adsorbs mobile Cr(III) compounds from acid treatment of phosphates which can therefore cause an overestimation of Cr(VI). The DGT method was very sensitive and in most cases selective for the analysis of Cr(VI) in P-fertilizers made from recycled materials. However, the results of certain types of P-fertilizers containing mobile Cr(III) or partly immobile Cr(VI) show that still some optimization of the method is required to avoid over- or underestimation of Cr(VI).
Influence of pigments on phototransformation of biocides in paints (2019)
Urbanczyk, M.M. ; Bester, K. ; Borho, N. ; Schoknecht, Ute ; Bollmann, U.E.
Biocides are commonly applied to construction materials such as facade renders and paints in order to protect them from microbial spoilage. These renders and paints are exposed to weathering conditions, e.g., sunlight and rain. Pigments are interacting intensively with the spectrum of the incoming light; thus, an effect of paint pigments on phototransformation rates and reaction pathways of the biocides is hypothesized. In this study, the phototransformation of four commonly used biocides (carbendazim, diuron, octylisothiazolinone (OIT) and terbutryn) in four different paint formulations differing solely in pigments (red and black iron oxides, white titanium dioxide, and one pigment-free formulation) were investigated. Paints surfaces were irradiated under controlled conditions. The results show that biocides degrade most rapidly in the pigment-free formulation. The degradation in the pigment-free formulation followed a first-order kinetic model with the respective photolysis rate constants: kp,Diuron=0.0090 h−1, kp,OIT=0.1205 h−1, kp,Terbutryn=0.0079 h−1. Carbendazim concentrations did not change significantly. The degradation was considerably lower in the pigment-containing paints. The determination of several phototransformation products of terbutryn and octylisothiazolinone showed different transformation product ratios dependent on the pigment. Consequently, pigments not only reflect the incoming light, but also interact with the biocide photodegradation.
Influence of pigments on phototransformation rates of biocides in paints (2017)
Urbanczyk, M.
Biocides are commonly applied to building materials such as renders and paints in order to protect them from microbial spoilage. Since the building materials are commonly exposed to weathering conditions, biocides incorporated within the material matrices tend to leach out during the rain events. Moreover, photodegradation processes play an important role in the fate of biocides, due to the exposure to natural sunlight. Leaching of biocides and their moderate persistence, indicate that photodegradation products of biocides can also be found as environmental contaminants in runoff waters. In this study we investigated the photodegradation of four commonly used biocides (carbendazim, diuron, octylisothiazolinone and terbutryn) in four different paint formulations with selected pigments (red, white, black and one artificial, not commercial pigment-free formulation for comparison). As pigments interact with the spectrum of the incoming light, the effect of pigments on photodegradation rates was assumed to be relevant. Samples were prepared by painting 2 layers of selected paints on glass plates. The dry paint samples were exposed to UV light for designated time periods ranging from 0 h to 1056 h of total exposure time in a commercial UV-Test® Fluorescent / UV Instrument (Atlas Material Testing Technology, Illinois, USA). The applied energy was 1.2 W/m2. The black panel temperature was established at 40 ºC. The radiant energy from the UV fluorescent lamps was concentrated in the wavelength region at 351 nm and below. All samples were prepared in triplicates. After irradiation, paint samples were removed from glass carriers and extracted with methanol. The remaining biocide concentrations as well as the amounts of photodegradation products were analysed with the use of liquid chromatography coupled to mass spectrometry. The transparent, pigment-free formulation was the most vulnerable to light exposure, a visible colour change from white to yellow was observed after 1056 h of irradiation. Diuron, octylisothiazolinone and terbutryn degraded from pigment-free formulation following first-order degradation kinetics. A decrease of carbendazim was also observed. The remaining formulations showed similar degradation patterns for all analysed biocides. All paints showed degradation for octylisothiazolinone with 3-octyl-2(3H)-thiazolone being the main product for red, white and black pigment paint. N-octylacetamide and N-octyloxamic acid were dominant in the pigment-free formulation. Terbutryn sulfoxide was the main degradation product of terbutryn in case of the white paint, while other pigments showed higher concentrations of desbuthyl-2-hydroxy-terbutryn and desethyl-2-hydroxy-terbutryn. A determination of photodegradation in terms of pigment type, measured light spectra and intensity as outlined in this study, could provide a basis for establishing a quantitative description of the fate of biocides in paints, which has significance not only in terms of environmental science, but also could provide a guideline for developing new and effective products.
A proofreading-impaired herpesvirus generates populations with quasispecies-like structure (2019)
Trimpert, J. ; Groenke, N. ; Kunec, D. ; Eschke, K. ; He, Shulin ; McMahon, Dino Peter ; Osterrieder, N.
RNA virus populations are composed of highly diverse individuals that form a cloud of related sequences commonly referred to as a ‘quasispecies’1–3. This diversity arises as a consequence of low-fidelity genome replication4,5. By contrast, DNA Virus populations contain more uniform individuals with similar fitness6. Genome diversity is often correlated with increased Fitness in RNA viruses, while DNA viruses are thought to require more faithful genome replication. During DNA replication, erroneously incorporated bases are removed by a 3′-5′ exonuclease, a highly conserved enzymatic function of replicative DNA but not RNA polymerases. This proofreading process enhances replication fidelity and ensures the genome integrity of DNA organisms, including large DNA viruses7. Here, we show that a herpesvirus can tolerate impaired exonucleolytic proofreading, resulting in DNA virus populations, which, as in RNA viruses8, are composed of highly diverse genotypes of variable individual fitness. This indicates that herpesvirus mutant diversity may compensate for individual Fitness loss. Notably, in vivo infection with diverse virus populations results in a marked increase in virulence compared to genetically homogenous parental virus. While we cannot exclude that the increase in virulence is caused by selection of and/or interactions between individual genotypes, our findings are consistent with quasispecies dynamics. Our results contrast with traditional views of DNA virus replication and evolution, and indicate that a substantial increase in population diversity can lead to higher virulence.
Erhaltung historischer Glasmalereien in Niederschlesien (Dolny Slask) und Kujawien (Kujawy) (2017)
Torge, Manfred ; Drachenberg, D. ; Oleszczuk, S.
Im Beitrag wird über die mühevolle Sanierung von Objekten eines Kunstzweiges in Polen berichtet, der eine besondere diffizile Stellung in der langen Reihe von Werken der Kunst einnimmt. Es geht dabei um die bleiverglasten farbigen Fensterverschlüsse in Kirchen oder Profangebäuden. Das sind feingliedrige Gitterwerke aus zerbrechlichen und korrosionsanfälligen Materialien, die durch aggressive Umweltschadstoffe schweren Belastungen ausgesetzt sind. Wie bei keinem anderen Kunstzweig haben die einzelnen Bestandteile der Glasmalerei sowohl praktisch-technische als auch ästhetisch-künstlerische Aufgaben zu erfüllen. Bei der Restaurierung dieser Glasmalereifenster geht darum, neuentwickelte Methoden der Restaurierung oder Konservierung anzuwenden und letzte Erkenntnisse naturwissenschaftlicher Forschung zu nutzen. Diese Projekte sind ein Beispiel der interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Denkmalpflegern, Naturwissenschaftlern und Restauratoren aus Deutschland und Polen. An ausgewählten Restaurierungsobjekten wird von der fachgerechten, denkmalpflegerisch verantwortungsbewussten Arbeit berichtet.
Untersuchung und modellhafte Sanierung schwergeschädigter mittelalterlicher Glasmalereien bedeutender sakraler Bauten in den durch Umweltschadstoffen extrem belatsteten Städten Kujawiens Thorn/Turun und Leslau/Wloclawek (2017)
Torge, Manfred
Die mittelalterlichen Glasmalereien der Johanniskirche in Thorn und der Kathedrale von Leslau sind Belastungen durch Industrieabgase und im Winterhalbjahr auch durch Emissionen aus Heizungsanlagen ausgesetzt. Im Rahmen des Projektes wurden Glasproben beider Bauwerke analysiert und ihre chemische Zusammensetzung bestimmt. Die Analysen tragen zur Bestandscharakterisierung bei. Restaurierungsmaterialien aus den 1950er Jahren und Beschichtungen auf den Gläsern aus Thorn, Leslau und auf Glasmalereien aus Kulm (Chelmno), die im Stadtmuseum in Thorn aufbewahrt werden, wurden dokumentiert, Materialproben entnommen und analysiert.
The effect of particle deposition and climate on glass degradation (2017)
Torge, Manfred
A number of environmental monitoring projects were performed on historic stained-glass windows in Germany. The quality of the protective glazing was assessed by recording environmental parameters in the interspace between the original and the protective glazing and on the inside of the original window. For this purpose, temperature, humidity and air velocity were measured. Particles were sampled with different methods and analysed by scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray spectroscopy to determine their chemical composition. The effect of particles on model glass samples was investigated in climate chambers under accelerated weathering conditions.
Determination of lost paint layers by scanning electron microskopy (2017)
Torge, Manfred
The identification of external paint layers on medieval stained glass windows in Lincoln Cathedral is not only of interest for art historians but is also important for the development of conservation proposals. For the gradual reduction and removal of corrosion layers conservators have to take care to preserve any remaining paint layers which are hidden underneath these corrosion and weathering crusts.
EDX-Untersuchungen an mittelaltelichen Gläsern und innovativer Schutz der Glasmalereien (2018)
Torge, Manfred
In Vorbereitung einer Restaurierung erfolgten naturwissenschaftliche Untersuchungen zu Schadensphänomenen und Glaszusammensetzungen an mittelalterlichen Gläsern aus der Dorfkirche in Koszewko (Polen)im Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) mit EDX. Die Ergebnisse zeigen, dass die Glasverwitterung schon sehr stark vorangeschritten ist und ein zukünftiger Schutz der mittelalterlichen Glasmalereifelder vor Umwelteinflüssen unbedingt notwendig ist. Es wurde ein Schutzverglasungsystem entwickelt, das speziell auf den langfristigen Erhalt der einzelnen mittelalterlichen Glasmalereifelder ausgelegt ist.
The effect of particle deposition and climate on glass degradation (2019)
Torge, Manfred
Medieval stained-glass windows are protected by an outside gazing system in many churches.The interspace between the original and the protective glass is ventilated with air from the indoor or exterior environment, where dust and particles can move.Cascade impactor measurements and SEM/EDX analyses of sampled dust were carried to determine the dust composition. The effect of particles on model glass samples was investigated in climate chambers under accelerated weathering conditions. The results from in situ measurements and laboratory tests were combined to evaluate the potential effect of particulate matter on historic stained-glass Windows.
Microfluidic Device for the Determination of Water Chlorination Levels Combining a Fluorescent meso-Enamine Boron Dipyrromethene Probe and a Microhydrocyclone for Gas Bubble Separation (2019)
Tillo, A. ; Bartelmess, Juergen ; Chauhan, V. P. ; Bell, Jérémy ; Rurack, Knut
Chlorination procedures are commonly applied in swimming pool water and wastewater treatment, yet also in food, pharmaceutical, and paper production. The amount of chlorine in water needs to be strictly controlled to ensure efficient killing of pathogens but avoid the induction of negative health effects. Miniaturized microfluidic fluorescence sensors are an appealing approach here when aiming at online or at-site measurements. Two meso-enamine-substituted boron dipyrromethene (BODIPY) dyes were found to exhibit favorable indication properties, their reaction with hypochlorite leading to strong fluorescence enhancement. Real-time assays became possible after integration of these fluorescent probes with designed two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) microfluidic chips, incorporating a passive sinusoidal mixer and a microhydrocyclone, respectively. A comparison of the two microfluidic systems, including their abilities to prevent accumulation or circulation of microbubbles produced by the chemical indication reaction, showed excellent fluidic behavior for the microhydrocyclone-based device. After coupling to a miniaturized optical reader for fluorescence detection, the 2D microfluidic system showed a promising detection range of 0.04−0.5 mg L−1 while still being prone to bubble-induced fluctuations and suffering from considerably low signal gain. The microhydrocyclone-based system was distinctly more robust against gas bubbles, showed a higher signal gain, and allowed us to halve the limit of detection to 0.02 mg L−1. The use of the 3D system to quantify the chlorine content of swimming pool water samples for sensitive and quantitative chlorine monitoring was demonstrated.
Separation and quantification of silver nanoparticles and silver ions using reversed phase high performance liquid chromatography coupled to inductively coupled plasma mass spectrometry in combination with isotope dilution analysis (2016)
Sötebier, Carina ; Weidner, Steffen ; Jakubowski, Norbert ; Panne, Ulrich ; Bettmer, J.
A reversed phase high performance liquid chromatography coupled to an inductively coupled plasma mass spectrometer (HPLC-ICP-MS) approach in combination with isotope dilution analysis (IDA) for the separation and parallel quantification of nanostructured and ionic silver (Ag) is presented. The main focus of this work was the determination of the ionic Ag concentration. For a sufficient stabilization of the ions without dissolving the nanoparticles (NPs), the eluent had to be initially optimized. The determined Ag ion concentration was in a good agreement with results obtained using ultrafiltration. Further, the mechanism of the NP separation in the HPLC column was investigated. Typical size exclusion effects were found by comparing results from columns with different pore sizes. Since the recovery rates decreased with increasing Ag NP size and large Ag NPs did not elute from the column, additional interactions of the particles with the stationary phase were assumed. Our results reveal that the presented method is not only applicable to Ag NPs, but also to gold and polystyrene NPs. Finally, IDA-HPLC-ICP-MS experiments in single particle mode were performed to determine the particle cut-off size. The comparison with conventional spICP-MS experiments resulted in a similar diameter and particle size distribution.
CRM candidate for PAH mass fractions in rubber toys (2018)
Sommerfeld, Thomas ; Koch, Matthias
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) can contaminate plastic and rubber parts of consumer products including toys. PAH are present as impurities in some of the raw materials used for production of such articles, particularly in extender oils and in carbon black. Because PAH have negative effects on health (e.g. carcinogenic), standard methods have been developed in several countries to control PAH in consumer/toy products, mainly based on gas-chromatography mass-spectrometry (GC-MS). To protect consumers from hazards of PAH, national regulations and maximum levels are already in force, for example in Germany. Recently, maximum levels for 8 PAH compounds (benz[a]anthracene, chrysene, benzo[b]fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, benzo[j]fluoranthene, benzo[e]pyrene, benzo[a]pyrene and dibenz[a,h]anthracene) have been established by EC-regulation 1272/2013. This resulted in an urgent need for certified reference materials (CRM) to meet the requirements of the EC-regulation (1 mg/kg for each PAH compound in consumer products and 0.5 mg/kg in toys, respectively). In 2016 BAM started a project to certify the PAH mass fractions in a toy CRM to fill the current gap of available reference materials. Several different toys from retailers were screened to obtain a real-life material representing PAH mass fractions in the range of the EC-maximum level. The finally selected material (rubber balls for children) was prepared and characterized with respect to homogeneity and stability of 18 PAH. The extension to other health-relevant PAH compounds, e.g. indeno[1,2,3-cd]pyrene and benzo[ghi]perylene, will increase the applicability of the CRM for costumers, e.g. from industry, conformity assessment bodies and private testing laboratories. The poster will present the current status of the ongoing CRM project including preparation of the candidate material and results from homogeneity and stability studies. In addition, first results of a joint German-Chinese interlaboratory comparison study will be shown.
CCQM-K126: low polarity organic in water: carbamazepine in surface water (2017)
Sin, DWM. ; Wong, YC. ; Lehmann, Andreas ; Schneider, Rudolf J. ; Kakoulides, E. ; Lin, TT. ; Liu, QD. ; Cabillic, J. ; Lardy-fontan, S. ; Nammoonnoy, J.
This study aimed to assess the measurement capabilities of participating National Metrology Institutes/ Designated Institutes (NMIs/DIs) and expert laboratories in determining of low-polarity organics in surface water. This comparison was organized by Government Laboratory, Hong Kong (GLHK). At the CCQM Organic Analysis Working Group (OAWG) Meeting held in November 2012 in Hong Kong, GLHK initially proposed a CCQM key comparison and a parallel pilot study programme on pharmaceuticals in surface water. Further discussion at the CCQM Meeting held in April 2014 in Paris, the OAWG approved a CCQM Track C comparison (CCQM-K126) on low polarity pharmaceuticals in surface water. In the meeting, the programme was supported by more than six National Metrology Institutes/ Designated Institutes (NMIs/ DIs). CCQM-K126 officially commenced in July 2014 and had registration from nine NMIs/DIs. Participants were provided two bottles (40 mL each) of surface water and were requested to determine the mass fraction of spiked carbamazepinein in surface water. The coordinator received nine sets of results from eight NMIs/DIs in February 2015. Apart from one using an immunoassay technique, all participants applied isotope dilution liquid chromatography-tandem mass spectrometry (ID-LCMS/MS) technique as their determination technique.
Zero Valent Metal (ZVI) Nanoparticles in Geotextiles and Geomembranes (2016)
Simon, Franz-Georg ; Robertson, Daniela ; Schütt, Ch. ; Birke, V.
Reactive geomembranes and geotextiles are an innovative approach to control the migration of contaminants in geotechnical applications. Within a joint research project in cooperation with a medium-sized enterprise, the preparation and characterization of “reactive” geomembranes and geotextiles modified by the addition of zero-valent metal nanoparticles was performed. Zero-valent iron (ZVI) nanoparticles were added to polyethylene or to the fillings of geo-containers or geosynthetic clay liners. These geosynthetic products consist of mixtures of sand with clay or bentonite, typically embedded in geotextile nonwovens or geomats. The permeability of these geo-containers can be adjusted by the ratio of clay or bentonite to sand. ZVI nanoparticles were also added as reactive material to geomembranes made of polyethylene with additives like the antioxidant Irganox 1010 or glycerin. These additives prohibit oxidation of the nanoparticle and act as hydrogen donor in the dechlorination of chlorinated hydrocarbons. Contaminates such as chlorinated hydrocarbons and toxic heavy metal compounds are either decomposed or converted to less toxic species (e.g. Cr-(VI) reduction to Cr-(III)). The paper reports the first experimental results from manufacturing of the reactive geomembrane model materials and characterization of the products with microscopic techniques. First breakthrough measurements of the ZVI modified geomembrane compared to a reference sample are presented.
Waste, Evaluation Methods (2019)
Simon, Franz-Georg ; Quicker, P.
It is difficult to decide which waste management system fulfills best predefined sustainability goals such as maximum materials and energy recovery, least environmental impact, and lowest societal cost. Such decisions are based on many parameters. However, several evaluation methods exist with different scope and output, and the application of one or more evaluation methods provides an objective comparison of alternatives.
Sustainable remediation methods for metals and radionuclides (2019)
Simon, Franz-Georg ; Meggyes, Tamas
Since it was realized that sites contaminated with metals and radionuclides needed treatment, various remediation methods have been and are being developed. Depending on the size of the contaminated site and urgency of intervention, conventional or recently introduced techniques have been used. Conventional techniques include excavation and removal for treatment of soil and contaminants, or the so-called “pump-and-treat” method, in which contaminated groundwater is removed from the ground by pumping and treated in a treatment plant on the surface. It has the advantage of using proven techniques and is easy to control, and the treated groundwater can be reinjected into the ground or discharged in rivers or lakes. Novel methods include permeable reactive barriers, biomineralization, and electrokinetic remediation.
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