Chemie und Prozesstechnik
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Die Vorgehensweise bei der Zertifizierung von Referenzmaterialien in der BAM entsprechend den Regeln des ISO-Guide 35 wird an Beispielen beschrieben. Darüber hinaus wird ein umfassender Überblick über Referenzmaterialien zur Analyse der Nichtmetalle Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Kohle und Schwefel gegeben.
qNMR provides the most universally applicable form of direct concentration or purity determination without need for reference materials of impurities or the calculation of response factors but only exhibiting suitable NMR properties. The workshop presents basic terms of statistics and uncertainty analysis, which are the basis for qNMR spectroscopy and data analysis such as, e.g., standard deviations, linear regression, significance tests, etc. and gives typical examples of applications in qNMR spectroscopy.
Aging Mechanisms of Lithium Batteries: How can we make batteries more durable and more sustainable in the future?
Lithium batteries are particularly susceptible to ageing processes. During each charging and discharging process in an electric battery, lithium ions are deposited in the electrodes of the cell like in the pores of a sponge. Over time, however, fractures and cracks occur in the filigree structures. The result: more and more lithium ions no longer fit into the hollow spaces of the „sponge“, instead they accumulate in heaps around the electrodes and hinder the movement of other ions. The performance of the battery decreases.
We present our new project, in which we are developing a fast and cost-effective method with which companies that produce lithium batteries can already assess the ageing behaviour of their batteries in the laboratory.
Die ehemals wegen komplexer Technik und vergleichsweise hohen Wartungskosten beim Anwender ungeliebte Prozessanalysentechnik (PAT) erfährt sich mittlerweile immer mehr als etablierender Bereich mit einem großen Zuwachs und Dynamik. Die Prozesskontrolle und -steuerung über physikalische Kenngrößen wie Druck und Temperatur lässt eine weitere Optimierung der Anlagen kaum mehr zu. Nur mittels stoffspezifischer Analysen lassen sich Rohstoffschwankungen, Ausbeuten und Energieeinsatz konsequent optimieren.
Der systematische Einsatz der Prozessanalysentechnik verändert Prozesse und Produktionsumgebungen und hat damit die Chance, Kernstück dezentral automatisierter Produktionseinheiten zu werden. Ein neuer Arbeitskreis der NAMUR AK 3.7 „Smarte Sensorik, Aktorik und Kommunikation“ wird diesem verstärkt Rechnung tragen. Es werden reale Anwendungsbeispiele aufgezeigt, die eine schnelle Amortisation von PAT im Prozess untermauern.
Um in einem veränderten Umfeld erfolgreich bestehen zu können, müssen Chemieunternehmen neue Pfade beschreiten. Dazu gehört insbesondere das Potential digitaler Technologien. Mit flexiblen, modularen chemischen Vielzweck-Produktionsanlagen lassen sich häufig wechselnde Produkte mit kürzeren Vorlauf- und Stillstandzeiten zwischen den Kampagnen und dennoch hoher Qualität realisieren. Intensivierte, kontinuierliche Produktionsanlagen erlauben auch den Umgang mit schwierig zu handhabenden Substanzen.
Grundvoraussetzung für solche Konzepte ist eine hochautomatisierte "chemische" Prozesskontrolle zusammen mit Echtzeit-Qualitätskotrolle, die "chemische" Informationen über den Prozess bereitstellt. In einem Anwendungsbeispiel wurde eine pharmazeutische Lithiierungsreaktion aus einer modularen Pilot-Anlage betrachtet und dabei die Vorzüge eines vollautomatischen NMR-Sensors untersucht. Dazu wurde ein kommerziell erhältliches Benchtop-NMR-Spektrometer mit Permanentmagnet auf die industriellen Anforderungen, wie Explosionsschutz, Feldkommunikation und vollautomatischer, robuster Datenauswertung angepasst. Der NMR-Sensor konnte schließlich erfolgreich im vollautomatischen Betrieb nach fortschrittlichen Regelkonzepten und für die Echtzeitoptimierung der Anlage getestet werden. Die NMR-Spektroskopie erwies sich als hervorragende Online-Methode und konnte zusammen mit einer modularen Datenauswertung sehr flexibel genutzt werden. Die Methode konnte überdies als zuverlässige Referenzmethode zur Kalibrierung konventioneller Online-Analytik eingesetzt werden.
Zukünftig werden voll integrierte und intelligent vernetzte "smarte" Sensoren und Prozesse eine kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika mit vertretbaren Qualitätskosten möglich machen.
Utilizing Aspergillus niger Fumonisin Amine Oxidase for the Electrochemical Detection of Fumonisin
(2023)
Fumonisins are a class of toxic secondary metabolites produced by various Fusarium species. The two most important producers of fumonisins are F. verticillioides and F. proliferatum but also Aspergillus niger is known to produce fumonisins. Most frequently they occur on maize, but also other grains can be contaminated with this group of mycotoxins. Exposure to fumonisins by dietary intake can have serious health effects on farm animals and also within humans. Thus, the European Commission sets legal limits for fumonisins in feed and foodstuffs. The detection of fumonisins is frequently performed in laboratories by chromatographic methods, which are costly and require trained personnel. Simplifying the analysis is therefore a major goal using portable detection systems. Electrochemical enzymatic biosensors offer great promise to meet this demand. Here we report for the first time an enzymatic fumonisin sensing approach with amperometric detection. For this purpose, an Aspergillus niger fumonisin amine oxidase (AnFAO) catalyzing the oxidative deamination of fumonisins, producing hydrogen peroxide, was recombinantly produced in E. coli. It was found that the specific activity of AnFAO using 20 μM Fumonisin B1 as substrate is higher than for 20 μM Fumonisin B2 with 0.122 U mg-1 and 0.058 U mg-1, respectively. It was possible to show a dependence of enzyme activity with enzyme – and substrate-concentration. For fumonisin B1 detection, the enzyme was coupled covalently to magnetic particles and the enzymatically produced H2O2 was detected amperometrically in a flow injection system using Prussian blue carbon electrodes. The developed method allows to quantify fumonisin B1 concentrations down to 1.5 µM and demonstrates that the recombinantly produced AnFAO was able to deaminate different concentrations of fumonisin even in immobilized form. Thus, this enzyme is well suited to develop an enzyme based electrochemical biosensor for fumonisin contaminated food and feed.