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On-line coupled high performance liquid chromatography-gas chromatography-flame ionisation detection (HPLC-GC-FID) was used to compare the effect of hydrogen, helium and nitrogen as carrier gases on the chromatographic characteristics for the quantification of mineral oil hydrocarbon (MOH) traces in food related matrices. After optimisation of chromatographic parameters nitrogen carrier gas exhibited characteristics equivalent to hydrogen and helium regarding requirements set by current guidelines and standardisation such as linear range, quantification limit and carry over. Though nitrogen expectedly led to greater peak widths, all required separations of standard compounds were sufficient and humps of saturated mineral oil hydrocarbons (MOSH) and aromatic mineral oil hydrocarbons (MOAH) were appropriate to enable quantitation similar to situations where hydrogen or helium had been used. Slightly increased peak widths of individual hump components did not affect shapes and widths of the MOSH and MOAH humps were not significantly affected by the use of nitrogen as carrier gas. Notably, nitrogen carrier gas led to less solvent peak tailing and smaller baseline offset. Overall, nitrogen may be regarded as viable alternative to hydrogen or helium and may even extend the range of quantifiable compounds to highly volatile hydrocarbon eluting directly after the solvent peak.
The statistical tool eCerto was developed for the evaluation of measurement data to assign property values and associated uncertainties of reference materials. The analysis is based on collaborative studies of expert laboratories and was implemented using the R software environment. Emphasis was put on comparability of eCerto with SoftCRM, a statistical tool based on the certification strategy of the former Community Bureau of Reference. Additionally, special attention was directed towards easy usability from data collection through processing, archiving, and reporting. While the effects of outlier removal can be flexibly explored, eCerto always retains the original data set and any manipulation such as outlier removal is (graphically and tabularly) documented adequately in the report. As a major reference materials producer, the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) developed and will maintain a tool to meet the needs of modern data processing, documentation requirements, and emerging fields of RM activity. The main features of eCerto are discussed using previously certified reference materials.
Phosphorus recycling from sewage sludge will be obligatory in Germany from 2029. Phosphorus content determination in sewage sludge is crucial to assess the prescribed recycling rates. Currently, German law regards sample preparation using aqua regia digestion in a microwave or under reflux conditions as well as instrumental phosphorus determination by ICP-OES, ICP-MS, or photometric determination with ammonium molybdate as equivalent. However, it is questionable whether these methods are indeed equivalent regarding phosphorus quantification in sludges near the limit of 20 g/kg for mandatory recycling. To answer this question, 15 sewage sludges of 11 different wastewater treatment plants were investigated with all permitted method (digestion and measurement) combinations. Moreover, one sewage sludge was also examined in an interlaboratory comparison (ILC) with 28 participants. This study shows that the above-mentioned methods differ in some cases significantly but across all method combinations and sludges, phosphorus recovery was between 80 and 121% after normalization to the grand mean (average of 15 sludges between 85 and 111%). The ILC and the examination of 15 sludges produced largely similar results. There is a tendency to higher phosphorus recovery after microwave digestion compared to reflux digestion and ICP-OES measurements determine higher phosphorus contents than ICP-MS and photometric phosphorus determination. As a result, the authors recommend ICP-OES determination of phosphorus in sewage sludge after microwave digestion.
Stir bar sorptive extraction (SBSE) was compared with standardized pump sampling regarding the prospects to assess airborne levels of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in indoor environments. A historic railway water tower, which will be preserved as a technical monument for museum purposes, was sampled with both approaches because the built-in insulationmaterial was suspected to release PAHs to the indoor air. The 16 PAHs on the US EPA list were quantified using gas chromatography with mass spectrometric detection in filters from pump sampling after solvent extraction and on SBSE devices after thermal desorption. SBSEwas seen to sample detectable PAHmasseswith excellent repeatability and a congener pattern largely similar to that observed with pump sampling. Congener patterns were however significantly different from that in the PAH source because release from the insulation material is largely triggered by the respective congener vapor pressures. Absolute masses in the ng range sampled by SBSE corresponded to airborne concentrations in the ng L−1 range determined by pump sampling. Principle differences between SBSE and pump sampling as well as prospects of SBSE as cost-effective and versatile complement of pump sampling are discussed.
Three chromatographic procedures were investigated regarding their potential for the quantification of aniline and 19 of its methylated and chlorinated derivatives in groundwater. These methods were based on liquid-liquid-extraction in combination with gas chromatography and single quadrupole mass spectrometry (GC/MS) according to German standard DIN 38407-16:1999 and its extension using tandem mass spectrometry (GC/MS-MS), both following liquid-liquid extraction, and as third alternative the direct injection of the water sample into a liquid chromatograph coupled to tandem mass spectrometry (LC/MS-MS). Results were compared using fortified water and real-world contaminated groundwater used in an interlaboratory comparison. It could be shown that GC/MS and GC/MS-MS yielded results deviating less than 10% from each other while all three procedure displayed quantification results deviating less than 15% from the intercomparison reference values in case of each analyte in the concentration range between 1 and 45 µg L-1. Though GC/MS-MS displays a ten-fold higher sensitivity than single quadrupole GC/MS, the precision of both methods in the concentration range was similar. LC/MS-MS has the advantage of no further sample preparation due to the direct injection and leads for methylanilines and meta-, para- substituted chloroanilines to results sufficiently equivalent to the standardised GC/MS method. However, LC/MS-MS is not suitable for ortho-chloroaniline derivates due to significantly lower ion yields than meta- and para-substituted chloroanilines.
Microplastics can affect biophysical properties of the soil. However, little is known about the cascade of events in fundamental levels of terrestrial ecosystems, i.e., starting with the changes in soil abiotic properties and propagating across the various components of soil−plant interactions, including soil microbial communities and plant traits. We investigated here the effects of six different microplastics (polyester fibers, polyamide beads, and four fragment types: polyethylene, polyester terephthalate, polypropylene, and polystyrene) on a broad suite of proxies for soil health and performance of spring onion (Allium fistulosum). Significant changes were observed in plant biomass, tissue elemental composition, root traits, and soil microbial activities. These plant and soil responses to microplastic exposure were used to propose a causal model for the mechanism of the effects. Impacts were dependent on particle type, i.e., microplastics with a shape similar to other natural soil particles elicited smaller differences from control. Changes in soil structure and water dynamics may explain the observed results in which polyester fibers and polyamide beads triggered the most pronounced impacts on plant traits and function. The findings reported here imply that the pervasive microplastic contamination in soil may have consequences for plant performance and thus for agroecosystems and terrestrial biodiversity.
Evidence for the formation of difluoroacetic acid in chlorofluorocarbon-contaminated ground water
(2019)
The concentrations of difluoroacetic acid (DFA) and trifluoroacetic acid (TFA) in rainwater and surface water from Berlin, Germany resembled those reported for similar urban areas, and the TFA/DFA ratio in rainwater of 10:1 was in accordance with the literature. In contrast, nearby ground water historically contaminated with 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane (R113) displayed a TFA/DFA ratio of 1:3. This observation is discussed versus the inventory of microbial Degradation products present in this ground water along with the parent R113 itself. A microbial Transformation of chlorotrifluoroethylene (R1113) to DFA so far has not been reported for environmental media, and is suggested based on well-established mammalian metabolic pathways.
Präsentation der Ergebnisse eines Ringversuchs zur Kompetenzbewertung von Prüflaboratorien auf dem Gebiet der anorganischen und organischen Bodenanalytik: Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) in Boden, Mineralölkohlenwasserstoffe (MKW) in Boden, Elemente in Sediment und Gesamtcyanid in Boden.
Präsentation der Ergebnisse eines Ringversuchs zur Kompetenzbewertung von Prüflaboratorien auf dem Gebiet der anorganischen und organischen Bodenanalytik: Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) in Boden, Mineralölkohlenwasserstoffe (MKW) in Boden, Elemente in Sediment und Gesamtcyanid in Boden.
Ziel der vorliegenden Untersuchungen, die im Rahmen einer Diplomarbeit der Fachhochschule Lausitz/Senftenberg an der BAM durchgeführt wurden, war ein Vergleich unterschiedlicher Extraktionsverfahren für die Bestimmung von extrahierbarem organischem Halogen (EOX) in Bodenproben. EOX ist ein für die rasche Bewertung der Organochlor- Belastung kontaminationsverdächtiger Flächen wertvoller Summenparameter, der sämtliche mit organischen Lösungsmittel extrahierbare Organohalogenverbindungen erfasst. Gegenwärtig existiert jedoch kein für die Bodenanalytik genormtes Verfahren für die Durchführung von EOX-Bestimmungen. Daher wird in der Praxis auf das für Schlämme und Sedimente entwickelte Verfahren nach DIN 38414 S17 (1990) zurückgegriffen, so auch in der Bundesbodenschutz- und Altlasten-Verordung (BBodSchV). Literaturangaben und Erfahrungen mit der Wiederfindungsrate polarer Extraktionsmittel und moderner Extraktionsverfahren bei Organochlorpestiziden, die eine bedeutende Quelle für EOX in Schlämmen und Böden darstellen, lassen vermuten, dass das genannte Normverfahren systematisch zu Unterbefunden neigen könnte. Für die Untersuchungen wurden an der BAM entwickelte Boden-Referenzmaterialien mit "natürlicher", über jahrzehntelangen Eintrag entstandener DDT- und Lindan-Belastung verwendet. Neben den klassischen Extraktionsverfahren nach Soxhlet kamen die ultraschallunterstützte Extraktion, die Mikrowellen- und die beschleunigte Lösungsmittelextraktion (ASE) jeweils mit Lösungsmitteln unterschiedlicher Polarität zum Einsatz. Extraktionsausbeuten und Wiederholpräzision der einzelnen Varianten wurden verglichen und vor dem Hintergrund der Ergebnisse unabhängiger Verfahren wie der gaschromatographischen Bestimmung der einzelnen Organochlorverbindungen bewertet. Die Polarität des Extraktionsmittels weist auch bei trockenen Böden den größten Einfluss auf die Extraktionsausbeuten der in den untersuchten Proben enthaltenen Organochlorverbindungen auf. Die Mischung Hexan/Aceton (1:1), die sich für die Extraktion verschiedener organischer Parameter bewährt hat, ist hinsichtlich der EOX-Analytik der existierenden Norm überlegen.
Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) geförderten Projektes wird in Kooperation mit dem Verband deutscher Metallhändler (VDM) ein Verfahren zur Quantifizierung der PCB-Kongenere 28, 52, 101, 138, 153, 180 im Gehaltsbereich von 0,1 bis 20 mg in Kunststoffabfällen aus dem Altkabelrecycling entwickelt und validiert. Dazu werden repräsentative Referenzmaterialien für die Laboranalytik aus Granulaten verschiedener Kabelzerlegeprozesse hergestellt und charakterisiert. Die Methodenentwicklung umfasst mahl-, sieb- und schüttguttechnologische Aspekte sowie den Vergleich unterschiedlicher Extraktionsverfahren und chromatographischer Bedingungen. Das validierte Verfahren sieht die Mahlung der technischen Probe auf eine Kornobergrenze von 0,50 mm gefolgt von Extraktion mit einem unpolaren Lösungsmittel bei einer Einwaage von 4 g und gaschromatographischer Bestimmung vor. Die Bestimmungsgrenzen liegen zwischen 0,01 und 0,08 mg/kg. Bei sorgfältiger Wahl der chromatographischen Bedingungen sind Elektroneneinfang- und massenselektive Detektion (MS) gleichwertig. In Gegenwart größerer Mengen bestimmter Komponenten, die in einigen Kabeln enthalten sind, kann der Einsatz eines MS von Vorteil sein. Drei Referenzmaterialien mit Gehalten der genannten Kongenere zwischen 0,1 bis 5 mg/kg werden in einem abschließenden Ringversuch zur Validierung dieser Methode mit 23 ausgewählten Laboratorien eingesetzt. Dabei ergeben sich für die Quantifizierung dieser Kongenere relative Vergleichsstandardabweichungen zwischen 15 und 33 %. Das Verfahren wird in die europäische Normung (CEN 292 „Characterisation of Waste“) eingebracht.
Im vorliegenden Forschungsbericht werden die Ergebnisse zum LFP Projekt „Ableitung validierter Probenahme- und Analysenmethoden für Zwischen- und Endprodukte der anaeroben Stoffverwertungsprozesse von LCKW im Grundwasser im Rahmen von Altlastenuntersuchungen“ (Länderfinanzierungsprogramm, Projekt B2/08, Laufzeit vom 01.09.2008 – 31.08.2009) zusammengefasst. Es werden verschiedene Verfahren der Probenahme und Analytik zur Bestimmung von Wasserstoff, Methan, Ethen und Vinylchlorid (VC) im Grundwasser untersucht und validiert. Für die Probenahme werden folgende Ansätze beschrieben und diskutiert: i. aktive Probenahme: Pumpprobe und Probenahme von in Grundwasser gelösten Gasen in Gasbeprobungsrohren (Gasmaus) ii. passive Probenahme: Diffusionsprobenahme in Polyethylenbeuteln (PDB) und Kunststoffspritzen als Diffusionssammler für gelöste Gase Der Einsatz aktiver (Pumpprobenahme, Schöpfprobenahme) und passiver (Diffusionsprobenahme) Probenahmetechniken zur Gehaltsbestimmung von LHKW sowie Ethen und Methan in Grundwasser wird aus ordnungsbehördlicher Sicht hinsichtlich der Vergleichbarkeit von Analysendaten untersucht. Am Beispiel einer Kontamination mit Trichlorethen sowie 1,2-Dichlorethen und Vinylchlorid kann deutlich gemacht werden, dass die Einsatzmöglichkeit der passiven Probenahme durch unzureichende Strömungsverhältnisse im Aquifer sowie biologische Aktivität im Pegelrohr begrenzt ist. Der aktiven Probenahme ist bei ungeklärten oder unzureichenden Strömungsverhältnissen im Grundwasserleiter daher der Vorzug zu geben. Die chromatographischen Verfahren zur Bestimmung der Analyte werden umfänglich validiert und mit anderen geeigneten Analysenverfahren verglichen: I. Headspace-GC-FID zur Bestimmung von Methan, Ethen und VC aus der wässrigen Probenmatrix der Pumpprobe (i.) und des PDB (ii.) II. Direktinjektion-GC-PDD zur Bestimmung von Wasserstoff aus den gesammelten Gasproben der Gasmaus (i.) und der Kunststoffspritzen (ii.) Für die Bestimmung von Ethen und VC in Grundwasserproben (I.) werden Bestimmungsgrenzen von 0,1 μg/L erreicht. Methan kann aus wässrigen Proben nur ab 5 μg/L quantifiziert werden. Mit den Verfahren zur Bestimmung von Methan aus der Gasmaus (i.-II.) werden 0,1 μg/L im Grundwasser erreicht. Die Bestimmung von im Grundwasser gelösten Wasserstoff (II.) ist bis zu einer Konzentration von 1 nM möglich. Die Reproduzierbarkeit für die Bestimmung von Wasserstoff in Grundwasser liegt konzentrationsabhängig zwischen 10 bis 20% bei der aktiven Probenahme (i.-II.) und 10 bis 70% bei der passiven Probenahme (ii.-II.). Aus der Validierung der Analysenmethode und den Ergebnissen verschiedener Probenahmen werden Toleranzbereiche für die Ergebnisse eines Grundwassermonitorings abgeschätzt. Diese Streubreiten von Monitoring-Ergebnissen sollten von Ingenieurbüros und zuständige Ordnungsbehörden bei der Bewertung der komplexen Abbauprozesse eines LHKW-Grundwasserschadens beachtet werden.