Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
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- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (158)
- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (46)
- 6 Materialchemie (40)
- 1.4 Prozessanalytik (38)
- 1.6 Anorganische Referenzmaterialien (28)
- 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (28)
- 1.8 Umweltanalytik (28)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (21)
- 6.3 Strukturanalytik (18)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (13)
- 4 Material und Umwelt (13)
- P Präsident (13)
- P.0 Präsident und andere (12)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (6)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (4)
- S Qualitätsinfrastruktur (4)
- 1.5 Proteinanalytik (3)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (3)
- S.1 Qualität im Prüfwesen (3)
- 1.3 Instrumentelle Analytik (2)
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (2)
- 7 Bauwerkssicherheit (2)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (2)
- PST Präsidiale Stabsstelle (2)
- 1.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 1.2 Biophotonik (1)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 5 Werkstofftechnik (1)
- 5.6 Glas (1)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (1)
- 7.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (1)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 8.5 Röntgenbildgebung (1)
- 9 Komponentensicherheit (1)
- 9.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 9.4 Integrität von Schweißverbindungen (1)
- S.2 Digitalisierung der Qualitätsinfrastruktur (1)
Eingeladener Vortrag
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The knowledge of transformation pathways and identification of transformation products (TPs) of veterinary drugs is important for health, food and environmental matters. Monensin (MON) is an ionophore antibiotic widely used to cure and prevent coccidiosis by chicken especially in broiler farming. Residues are not only found in food products (chicken and eggs) but also in the environment (manure, soil or water). Several transformation processes can alter the parent compound MON, ranging from biotransformation in living organism to biotic/abiotic and microbial processes in environmental matters.
The main objective of this work was to investigate the potential of electrochemistry (EC) to simulate oxidative transformation processes and to predict TPs of MON. An electrochemical reactor was used consisting of a flow-through cell with a glassy carbon working electrode. Derived TPs were analyzed by online coupling of EC and high-resolution mass spectrometry (HRMS) and LC-HRMS offline measurements. Among the generated TPs already known as well as unknown TPs of MON could be found.
Additionally, MON was subjected also to other transformation methods such as Fenton reaction, photochemical and hydrolysis experiments as well as metabolism tests with microsomes. As a result, different targeted and suspected TPs could be identified by analysis with LC-HRMS.
An overview of detected/identified TPs from this study will be presented in comparison to literature known metabolites and TPs.
Due to its advantages of being a direct comparison method, quantitative NMR spectroscopy (qNMR) becomes more and more popular in industry. While conventional high-field NMR systems are often associated with high investment and operational costs, the upcoming market of permanent-magnet based benchtop NMR systems show a considerable option for a lot of applications. The mobility of these systems allows to bring them more closely to the real production environment, e.g. for at-line quality control.
In this work we present an interlaboratory comparison study investigating the qNMR performance of state-of-the-art benchtop NMR spectrometers. Therefore, BAM prepared two samples of a mixture of NMR reference standards tetramethylbenzene (TMB) and tetrachloronitrobenzene (TCNB) at concentration levels of 200 mM and 10 mM. These “ready-to-use” samples were sent to participant laboratories, which performed analysis on their benchtop NMR equipment of different vendors and fields from 43 to 80 MHz. Raw data was reported back and further investigated by using different data analysis methods at BAM.
After this very first qNMR comparison study of benchtop NMR spectrometers show promising results, following studies are planned to cover more parts of the qNMR process, e.g. sample preparation and weighing, but also data analysis, as commonly done in similar studies for high-field NMR spectroscopy in industry and metrology.
Die NMR-Spektroskopie stellt heutzutage eine der wichtigsten Analysenmethoden in der organischen Chemie dar. Während der Großteil aller Untersuchungen qualitativ mit dem Ziel der Stoffidentifikation und Strukturaufklärung erfolgt, erlangt die quantitative NMR-Spektroskopie (qNMR) zunehmend an Bedeutung in Forschung und Industrie. Der entscheidende Vorteil gegenüber anderen Analysenmethoden liegt in der direkten Proportionalität der Signalfläche zur Anzahl Kernspins im Messvolumen. Dies erlaubt eine kalibrationsfreie Relativquantifizierung. Zur Absolutquantifizierung reicht die Zugabe einer definierten Menge eines vom Analyten unabhängigen NMR-Standards aus.
Trotz dieser Vorteile findet sich die qNMR bislang nur vereinzelt in Normen und Standardverfahren wieder. Zahlreiche Ringversuche in Metrologie und Industrie demonstrieren die Leistungsfähigkeit moderner NMR-Spektrometer und stärken das Vertrauen in die Methode. Die Entwicklung von Validierungskonzepten, sowie die kommerzielle Verfügbarkeit geeigneter zertifizierter Referenzmaterialien erleichtern die Anwendung, insbesondere im zumeist stark regulierten industriellen Umfeld.
Neben etablierten Hochfeld-NMR Spektrometern hat sich in den letzten Jahren ein stark wachsender Markt für kompakte Benchtop-NMR Geräte auf Permanentmagnetbasis entwickelt. Die geringeren Anschaffungs- und Betriebskosten, sowie die einfache Bedienbarkeit erlaubt es auch kleineren Unternehmen in diese Analysenmethode einzusteigen. Weiterhin besteht die Möglichkeit diese mobilen Systeme näher an die Produktion zu bringen, welches von der klassischen Qualitätskontrolle bis hin zur Online-Prozesskontrolle als vollautomatisierter Analysator reicht. Die geringere Feldstärke der Systeme erfordert hier oft den Einsatz modellbasierter Ansätze zur Spektrenauswertung (z.B. Indirect Hard Modeling).
Dieser Beitrag gibt eine Übersicht über aktuelle Anwendungen und Entwicklungen der qNMR von der universellen, hochgenauen Labormethode bis hin zur robusten Anwendung als Online-Analysator im Feld.
Um in einem veränderten Umfeld erfolgreich bestehen zu können, müssen Chemie-unternehmen neue Pfade beschreiten. Dazu gehört insbesondere das Potential digi-taler Technologien. Mit flexiblen, modularen chemischen Vielzweck-Produktionsanlagen lassen sich häufig wechselnde Produkte mit kürzeren Vorlauf- und Stillstandzeiten zwischen den Kampagnen und dennoch hoher Qualität realisie-ren. 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" Informati-onen über den Prozess bereitstellt. In einem Anwendungsbeispiel wurde eine phar-mazeutische 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 voll-automatischer, robuster Datenauswertung angepasst. Der NMR-Sensor konnte schließlich erfolgreich im vollautomatischen Betrieb nach fortschrittlichen Regelkon-zepten 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 Pro-zesse eine kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika mit ver-tretbaren Qualitätskosten möglich machen.
Increasing numbers of implant revisions are a current clinical issue. Interactions of the endoprosthesis biomaterial with the body affect implantation time by wear processes, i.e. corrosion and abrasion. Previously, cobalt-chrome implants were shown to cause high levels of cobalt ions being deposited in the bone matrix. To determine a poten- tial functional role of these ions on bone homeostasis, we have developed a non-destructive dual analysis of highly sensitive elemental analysis by synchrotron XRF directly in undecalcified histological bone thin sections (4 μm). In this study, samples from 28 bone samples from hip endoprosthesis carriers (Surface Replacement Arthroplasty, metal-on-metal bearing) with an implant lifetime of 17–1750 days were used. Results were compared to age- matched control specimens. The histological analysis identified areas of bone cell activity and assigned them for XRF measurements. Co-Cr wear particles were identified in the bone marrow. In addition, Co ions were highly enriched in the mineralized bone matrix. The cobalt deposits were not homogeneously distributed, and areas of high signal intensity were identified. Co was distinctly deposited in the newly formed osteoid layer, but also within deeper layers of the bone matrix, whereby the Co concentration increased with higher degrees of bone matrix mineralization. In the current study, we determined cobalt accumulations in the bone matrix and showed for the first time via synchrotron XRF with a high spatial resolution direct on histological slides, that cobalt deposits in the mineralized bone matrix in a mineral-specific way that is dependent upon the implant lifetime.
Carrier gas hot extraction (CGHE) is a commonly applied technique for determination of hydrogen in weld joints using a thermal conductivity detector (TCD) for hydrogen measurement. The CGHE is based on the accelerated hydrogen effusion due to thermal activation at elevated temperatures. The ISO 3690 standard suggests different specimen geometries as well as necessary minimum extraction time vs. temperature. They have the biggest influence on precise hydrogen determination. The present study summarizes the results and experience of numerous test runs with different specimen temperatures, geometries (ISO 3690 type B and small cylindrical samples), and factors that additionally influence hydrogen determination. They are namely specimen surface (polished/as-welded), limited TCD sensitivity vs. specimen volume, temperature measurement vs. effects of PI-furnace controller, as well as errors due to insufficient data assessment. Summarized, the temperature is the driving force of the CGHE. Two different methods are suggested to increase the heating rate up to the desired extraction temperature without changing the experimental equipment. Suggestions are made to improve the reliability of hydrogen determination depended on the hydrogen signal stability during extraction accompanied by Evaluation of the recorded data. Generally, independent temperature measurement with dummy specimens is useful for further data analysis, especially if this data is used for calculation of trapping kinetics by thermal desorption analysis (TDA).
Xenobiotics and their reactive metabolites are conjugated with native biomolecules such as glutathione and glucoside during phase II metabolism. Toxic metabolites are usually detoxified during this step. On the other hand, these reactive species have a potential health impact by disrupting many enzymatic functions. Thus, it is crucial to understand phase II conjugation reactions of xenobiotics in order to address their fate and possible toxicity mechanisms.
Additionally, conventional methods (in vivo and in vitro) have limitation due to matrix complexity and time-consuming. Hence, developing fast and matrix-free alternative method is highly demandable. In this work, oxidative phase I metabolites and reactive species of chlorpyrifos (insecticide) and fluopyram (fungicide) were electrochemically produced by using a boron-doped diamond electrode coupled online to electrospray mass spectrometry (ESI-MS). Reactive species of the substrates were trapped by biomolecules (glutathione and glucoside) and phase II conjugative metabolites were identified using liquid chromatography (LC)-MS/MS, and/or Triple time of flight (TripleTOF)-MS. Glutathione conjugates and glucosylation of chlorpyrifos, trichloropyridinol, oxon, and monohydroxyl fluopyram were identified successfully. Glutathione and glucoside were conjugated with chlorpyrifos, trichloropyridinol, and oxon by losing a neutral HCl. In the case of fluopyram, its monohydroxyl metabolite was actively conjugated with both glutathione and glucoside. In summary, seven bioconjugates of CPF and its metabolites and two bioconjugates of fluopyram metabolites were identified using electrochemistry (EC)/MS for the first time in this work. The work could be used as an alternative approach to identify glutathione and glucosylation conjugation reactions of other organic compounds too. It is important, especially to predict phase II conjugation within a short time and matrix-free environment.