Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
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Perhaps due in no small part to its historical mystique, mechanochemistry has been shrowded in relative obscurity for quite some time. The successes of mechanochemistry in organic synthesis have often been curtailed by a fundamentally limited mechanistic understanding. Lately, however, the community has made great strides towards understanding the fundamentals, as well as large steps forward regarding industrially significant scale-up via twin-screw extrusion. A variety of recent work has traded in some of mechanochemistry’s mystique for simple, straight-forward chemical guidelines.
We present the optical sensing of phthalate Esters (PAEs), a group of endocrine-disrupting chemicals. The sensing takes place as changes in the fluorescence emission intensity of aminopyrene covalently bound to the organic ligands of the metal−organic framework compound ZIF-8. In the presence of PAEs, a quenching of the fluorescence emission is observed. We evaluated strategies to engineer colloidal size distribution of the sensing particles to optimize the sensory response to PAEs. A thorough characterization of the modified ZIF-8 nanoparticles included powder X-ray diffractometry, transmission electron microscopy, high-performance liquid chromatography, and photophysical characterization. The presented capability of the fluorophore-functionalized ZIF-8 to sense PAEs complements established methods such as chromatography-based procedures, which cannot be used on-site and paves the way for future developments such as hand-held quick sensing devices.
Besides conventional scanning X-ray fluorescence imaging at synchrotron sources, full-field X-ray fluorescence (FF-XRF) imaging techniques that do not implicitly require spatial scanning of the sample have become available. FF-XRF has become achievable thanks to the development of a new type of energy dispersive CCD-based 2D detector, also referred to as a 'color X-ray camera (CXC)' or 'SLcam'. We report on different imaging schemes for biological samples using FF-XRF imaging: (a) 2D 'zoom' imaging with pinhole optics using the 'camera obscura' principle; (b) 2D 'fixed magnification' imaging using magnifying polycapillary optics; and (c) 3D-FF-XRF imaging using an X-ray sheet beam or computed tomography (CT). The different FF-XRF imaging modes are illustrated using the crustacean Daphnia magna, a model organism for investigating the effects of metals on organism/ecosystem health, and foraminifera, a class of amoeboid protist. Detailed analytical characterization of the set-up is performed through analyzing various reference materials in order to determine limits of detection (LODs) and sensitivities. Experiments were performed using the BAMline at the BESSY synchrotron (Berlin, Germany) and using the P06 Hard X-ray Microprobe at the PETRAIII synchrotron (Hamburg, Germany).
The elemental analysis of seawater is often critical to the understanding of marine chemistry, marine geochemistry, and the deep-sea ecosystems. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) with the advantage of rapid multi-elements detection, has a great potential for in-situ elemental analysis of seawater. In practice, it is crucial to create a compact, low cost and power saving instrument for the long-term deep-sea observation. A recently appeared diode-pumped solid-state (DPSS) laser seems to be a promising candidate as it is both compact and robust. Additionally, its high repetition rate up to hundreds of kHz can provide a considerable throughput for LIBS analysis. However, the DPSS lasers operate at moderate pulse energies, usually less than one mJ, which cannot sustain stable breakdowns in bulk water. To ensure stable laser-induced plasmas underwater with such a μJ-DPSS laser, we introduced an ultrasound source to assist the breakdown process. The phase interface and mass flow generated by the near-field ultrasound can greatly reduce the breakdown threshold and enhance element-specific emissions. Meanwhile, the high repetition-rate pulses can also improve the breakdown probability and generate unique emission lines originated from the water molecule. We further demonstrate that the high repetition-rate DPSS laser combined with the Echelle spectrometer can provide effective quantitative analysis for metal elements in bulk water.
Der Vortrag beschreibt den Entwicklungsprozess des Analysenverfahrens TED-GC-MS zur Bestimmung von Mikroplastikgehalten in Umweltproben im Rahmen des BMBF-Projektes MiWa. Die Funktionsweise, die Automatisierung und die Optimierung einzelner Geräteparameter und Leistungsdaten werden gezeigt. Untersuchungen des Einflusses von Probenmatrices werden dargestellt und die Ergebnisse einiger Messkampagnen und Ringversuche vorgestellt, die die Routinefähigkeit des Verfahrens dokumentieren.
Die zunehmenden Nachweise von Kunststoffen in verschiedenen Umweltmedien erfahren in den letzten Jahren weltweit ein zunehmendes wissenschaftliches, gesellschaftliches und politisches Interesse. Besondere Aufmerksamkeit erfahren Kunststoffpartikel von 1-1.000 µm, sogenanntes Mikroplastik. Es wurde mittlerweile in Wasser, Böden, Luft und Biota nachgewiesen. Obwohl die Wirkungen auf die natürlichen Umweltfunktionen noch unklar sind und kontrovers diskutiert werden, ist allein durch die ubiquitäre Präsenz eine systematische Erfassung von Eintragsquellen und Verbleib der Partikel über alle Umweltmedien notwendig, um Maßnahmen zur Reduktion der Einträge zu veranlassen.
Für eine zuverlässige Erfassung sind medienübergreifende Verfahren zu entwickeln, welche die drei analytischen Schritte, Probennahme, Probenaufbereitung und Detektion beinhalten. Die Verfahren adressieren unterschiedliche Zielgruppen, welche verschiedene analytische Informationen fordern. Für die akademische Bewertung werden Verfahren mit hohem analytischen Aufwand favorisiert, welche möglichst detaillierte Information über Partikelsorte, -größe, -zahl und -oberflächenbeschaffenheit geben. Im Gegensatz dazu, fordern Anwender aus der Praxis schnelle und einfache Monitoring Verfahren, welche die Bestimmung eines Massengehaltes, bzw. eines Grenzwertes zulassen. Allen ist gemeinsam, dass ein hoher interdisziplinärer Anspruch besteht, der sowohl technische Voraussetzungen zur repräsentativen Probennahme und die Limitationen von Detektionsverfahren berücksichtigt, als auch die Fachkompetenz von Biologen, Umweltwissenschaften, Analytiker und Polymerwissenschaftler einschließt.
Verfahren zum Mikroplastiknachweis müssen auch verschieden Proben mit sehr unterschiedlichen Gehalten an natürlicher Matrix gerecht werden. So müssen allein für Wasser Verfahren entwickelt werden, die Mikroplastik verschiedener Form (sphärische Partikel, komplexe Bruchstücke, Fasern) aus Medien mit sehr variablen Partikelanteil (u.a. Trinkwasser, Oberflächenwasser, Abwasser) repräsentativ erfassen, sowie schnell und kostengünstig sind – einschließlich der notwendigen Probenaufbereitung. Die jeweiligen Detektionsverfahren müssen z.B. einzelne Partikel oder integrale Gehalte über drei Dekadenklassen für thermoplastische und insbesondere auch elastomere Partikelsorten erfassen können.