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- 1.8 Umweltanalytik (7)
- 4 Material und Umwelt (7)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (7)
- 7 Bauwerkssicherheit (7)
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der experimentellen Validierung eingebetteter Sensorik zur pH-Wert Bestimmung basierend auf Fluoreszenspektroskopie.
Bisherige Karbonatisierungsmessungen basieren auf zerstörenden Methoden. Durch das Einbetonieren von immer erreichbaren pH-Sonden wird die Überprüfung zerstörungsfrei.
Um ein fehlerfreies, reproduzierbares Ergebnis zu gewährleisten, mussten diese pH-Sonden zunächst getestet und eine ausreichend präzise Methode zur Messung entwickelt werden.
Durch das Vorgeben unterschiedlicher pH-Milieus und dem Testen verschiedener Messmethoden und Versuchsaufbauten werden Situationen im Beton simuliert.
Hierzu werden die pH-Sonden mit unterschiedlich starken basischen und neutralen Lösungen in Kontakt gebracht, wodurch der in den Sonden befindliche Indikator je nach pH-Wert eine blaue oder orange Färbung annimmt. In den Sonden befindliche Quantenpunkte werden durch einen Laser angeregt. Diese Quantenpunkte fluoreszieren aufgrund der Anregung im blauen und orangen Spektrum. Mithilfe der Fluoreszenzspektroskopie wird die durch den Indikator gefilterte Fluoreszenz in Reflexion und Transmission gemessen. Die Ergebnisse werden genutzt, um ein Verhältnis zwischen den zwei Wellenlängen zu berechnen, anhand dessen zu erkennen ist, welche Farbe der Indikator in den Sonden angenommen hat. Die experimentelle Validierung dient der Optimierung der Methodik, des Versuchsaufbaus und der Zusammensetzung der Sonden. Nach eine Reihe unterschiedlicher Versuche, werden Bedingungen geschaffen, welche zu den gewünschten Ergebnissen führen. Das in Reflexion gemessene Licht kann Aussage darüber geben, welche Farbe der Indikator annimmt und das Verhältnis zwischen dem blauen und dem orangen Spektrum gibt die erwarteten Werte zurück. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen in Betonprobekörpern angewandt werden, um die hier erprüfte Methode in Realbedingungen zu testen.
In vielen Umgebungen, besonders bei hohen Temperaturen, korrosiven Umgebungen oder auf bewegten oder schlecht zugänglichen Flächen, kann die Temperatur nicht oder nur mit nicht akzeptablem Aufwand mit Berührungsthermometern gemessen werden. Diese Umgebungsbedingungen sind unter anderem in der chemischen Industrie, der Lebensmittel-, Metall-, Glas-, Kunststoff- und Papierherstellung sowie bei der Lacktrocknung anzutreffen. In diesen Bereichen kommen Strahlungsthermometer zum Einsatz. Der VDI-Statusreport zeigt typische Anwendungsfelder von nicht radiometrisch kalibrierten Wärmebildkameras und von radiometrisch kalibrierten Thermografiekameras. Um verlässlich mit spezifizierten Messunsicherheiten berührungslos Temperaturen zu messen, müssen die Strahlungsthermometer und Thermografiekameras nicht nur kalibriert, sondern radiometrisch und strahlungsthermometrisch umfassend charakterisiert werden. Auch die optische Materialeigenschaft, der spektrale Emissionsgrad und die Gesamtstrahlungsbilanz (Strahlung des Messobjekts und der Umgebung) sind bei der industriellen Temperaturmessung von großer Bedeutung. In den letzten Jahrzehnten ist dazu ein umfassendes technisches Regelwerk entstanden, das wir Ihnen mit diesem VDI-Statusreport vorstellen. Manche in den Richtlinien beschriebenen Kennwerte mögen abstrakt wirken. In diesem Statusreport zeigen wir an konkreten Beispielen, was diese Kenngrößen für die berührungslose Temperaturmessung bedeuten. Beispiele von Anwendungen zeigen, wo temperaturmessende Thermografiekameras und ausschließlich bildgebende Wärmebildkameras in der Praxis eingesetzt werden. Mit einer Analyse, welche Themen und Anwendungen derzeit besonders intensiv diskutiert werden, versuchen wir Trends für zukünftige Entwicklungen herauszuarbeiten.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Methodenentwicklung eines automatischen
Messverfahrens zur akustischen Detektion von Delaminationen in Stahlbeton. Ziel war
das Konstruieren einer Messeinheit, welche mittels eines Zahnrads kontinuierlich auf eine
Stahlbetonoberfläche klopft und den somit einstehenden Körperschall mit einem Richtmikrofon
aufnimmt. Somit können Rückschlüsse über den Zustand des Betons getroffen
werden.
Das Grundkonzept bildet die Frequenzbandanalyse von Audioaufnahmen mittels einer
gefensterten Schnellen Fourier Transformation. Ein auftragen des Frequenzbands über
die gefahrene Strecke bietet die exakte Positionierung einer Fehlstelle. Für die Validierung
der Methodengenauigkeit entstand ein Betonprobekörper mit eingebrachten Fehlstellen,
welche unter mechanischer Anregung durch das Zahnrad ähnlich dumpfe Töne wie eine
reale Delamination erzeugen. Die Ergebnisse der Tonanalyse zeigen eindeutige Frequenzänderungen
beim Übergang von einem intakten zu einen fehlerhaften Bereich.
Im Bauwesen angesiedelt, ist die vorliegende Arbeit besonders für LeserInnen aus dem
Bereich der Zerstörungsfreie Schadensdiagnose interessant.
A novel stationary phase for affinity separations is presented. This material is based on sintered borosilicate glass readily available as semi-finished filter plates with defined porosity and surface area. The material shows fast binding kinetics and excellent long-term stability under real application conditions due to lacking macropores and high mechanical rigidity. The glass surface can be easily modified with standard organosilane chemistry to immobilize selective binders or other molecules used for biointeraction. In this paper, the manufacturing of the columns and their respective column holders by 3D printing is shown in detail. The model system protein A/IgG was chosen as an example to examine the properties of such monolithic columns under realistic application conditions. Several specifications, such as (dynamic) IgG capacity, pressure stability, long-term performance, productivity, non-specific binding, and peak shape, are presented. It could be shown that due to the very high separation speed, 250 mg antibody per hour and column can be collected, which surpasses the productivity of most standard columns of the same size. The total IgG capacity of the shown columns is around 4 mg (5.5 mg/mL), which is sufficient for most tasks in research laboratories. The cycle time of an IgG separation can be less than 1 minute. Due to the glass material's excellent pressure resistance, these columns are compatible with standard HPLC systems. This is usually not the case with standard affinity columns, limited to manual use or application in low-pressure systems. The use of a standard HPLC system also improves the ability for automation, which enables the purification of hundreds of cell supernatants in one day. The sharp peak shape of the elution leads to an enrichment effect, which might increase the concentration of IgG by a factor of 3. The final concentration of IgG can be around 7.5 mg/mL without the need for an additional nanofiltration step. The purity of the IgG was > 95% in one step and nearly 99% with a second polishing run.
Research and Development in Non-Destructive Testing in Civil Engineering at BAM has de-veloped over more than two decades. Highlights of present research are ultrasound phase array probes, ground penetrating radar applications for the assessment of existing structures and Laser Induced Breakdown Spec-troscopy (LIBS) to determine which chemical elements on the surface of a specimen are. RFID sensor devel-opments for wireless moisture monitoring and data fusion for the combined analysis of sensor data are fast developing areas. In addition, a selection of application cases is briefly described.
Die Pulskompression wird in der Radartechnik eingesetzt, um den Signal-Rausch-Abstand zu erhöhen. Das Ziel ist es die Entdeckungswahrscheinlichkeit eines Nutzsignals bei gleichbleibender Auflösung zu erhöhen. Durch den Einsatz von Barker Codes oder komplementären Golay Codes werden Sendesignale von Luftultraschallanwendungen pulscodiert. Dies ermöglicht in der zerstörungsfreien Prüfung die Inspektion von dickeren Bauteilen, da die Signalenergie durch zeitlich gestreckte Sendesignale bei gleicher Auflösung vergrößert wird.
In dieser Arbeit wird die Pulskompression durch die Einführung von unipolaren Sequenzen zur Pulscodierung für thermoakustische Ultraschallwandler ermöglicht. Der Signal-Rausch-Abstand wird in der Anwendung der Pulscodierung und anschließenden Filterung mit einem signalangepassten Filter in Luftultraschallmessungen mit dem thermoakustischen Wandler und Wandlern aus zellulärem Polypropylen erhöht.
This author interview is by Dr Michael G. Weller, Head of Division 1.5 Protein Analysis at Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM). BAM (www.bam.de/en) is a senior scientific and technical institute with responsibility to the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy. Dr Weller's review paper, Quality issues of research antibodies is available for download in Analytical Chemistry Insights.
Homochirality is an obvious feature of life on Earth. On the other hand, extraterrestrial samples contain largely racemic compounds. The same is true for any common organic synthesis. Therefore, it has been a perplexing puzzle for decades how these racemates could have formed enantiomerically enriched fractions as a basis for the origin of homochiral life forms. Numerous hypotheses have been put forward as to how preferentially homochiral molecules could have formed and accumulated on Earth. In this article, it is shown that homochirality of the abiotic organic pool at the time of formation of the first self-replicating molecules is not necessary and not even probable. It is proposed to abandon the notion of a molecular ensemble and to focus on the level of individual molecules. Although the formation of the first self-replicating, most likely homochiral molecule is a seemingly improbable event, on a closer look, it is almost inevitable that homochiral molecules have formed simply on a statistical basis. In this case, the non-selective leap to homochirality would be one of the first steps in chemical evolution directly out of a racemic “ocean”. Moreover, most studies focus on the chirality of the primordial monomers with respect to an asymmetric carbon atom. However, any polymer with a minimal size that allows folding to a secondary structure, would spontaneously lead to asymmetric higher structures (conformations). Most of the functions of these polymers would be influenced by this inherently asymmetric folding. To summarize, simple and universal mechanisms may have led to homochiral self-replicating systems in the context of chemical evolution. A homochiral monomer pool is deemed unnecessary and probably never existed on primordial Earth.
In dieser Arbeit wurden drei verschiedene Nanomaterialien auf ihre Bindungsfähigkeit zu Proteinen untersucht. Zu Beginn standen dabei die Herstellung stabiler Dispersionen der einzelnen Nanopartikel und die Stabilität der gebildeten Konjugate im Vordergrund. Der Nachweis einer erfolgreichen Konjugatbildung, sprich der Beschichtung von Nanopartikel mit Proteinen, wurde sowohl qualitativ mittels DLS-Messungen als auch über quantitative Protein-Bestimmungen erbracht. Für die Quantifizierung konnten verschiedene Methoden eingesetzt werden. Neben der klassischen Vorgehensweise, welche indirekt über die Quantifizierung von ungebundenem Protein im Überstand erfolgt, konnten ihm Rahmen dieser Arbeit verschiedene direkte Bestimmungsmethoden entwickelt werden. So wurden mittels kolorimetrischer Tests, wie dem BCA-Assay und dem Bradford-Assay, Nanodiamantdispersionen mit Hilfe einer Korrekturwellenlänge vermessen und quantifiziert. Ebenso zum Einsatz kam die Methode der Aminosäureanalytik, welche aufgrund ihrer guten Rückführbarkeit auf Aminosäurestandards Ergebnisse mit hoher Richtigkeit generieren kann und ebenso die Detektion kleiner Proteinmengen möglich macht.
Nach den erfolgten quantitativen Betrachtungen wurden die Protein-beschichteten Nanopartikel auf ihre Anwendbarkeit als Analoga von Virus-like Particles (VLP) bei einer Immunisierung zur Gewinnung von polyklonalen Antikörpern gegen humanes Ceruloplasmin in Kaninchen überprüft. Es konnte mittels ELISA gezeigt werden, dass die Konjugate erfolgreich für die Herstellung von Antikörpern eingesetzt werden können und im zeitlichen Verlauf einer Immunisierung eine Steigerung des Antikörper-Titers zu erreichen ist.
Nonporous corundum powder, known as an abrasive material in the industry, was functionalized covalently with protein binders to isolate and enrich specific proteins from complex matrices. The materials based on corundum were characterized by TEM, ESEM, BET, DLS, and zeta potential measurements. The strong Al-O-P bonds between the corundum surface and amino phosphonic acids are used to introduce functional groups for further conjugations. The common cross-linker glutaraldehyde was compared with a hyperbranched polyglycerol (PG) of around 10 kDa. The latter is oxidized with periodate to generate aldehyde groups that can covalently react with the amines of the surface and the amino groups from the protein via a reductive amination process. The amount of bound protein was quantified via aromatic amino acid analysis (AAAA). This work shows that oxidized polyglycerol can be used as an alternative to glutaraldehyde. With polyglycerol, more of the model protein bovine serum albumin (BSA) could be attached to the surface under the same conditions, and lower nonspecific binding (NSB) was observed. As a proof of concept, IgG was extracted with protein A from crude human plasma. The purity of the product was examined by SDS-PAGE. A binding capacity of 1.8 mg IgG per g of corundum powder was achieved. The advantages of corundum are the very low price, extremely high physical and chemical stability, pressure resistance, favorable binding kinetics, and flexible application.
Die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) wurde von der AG 3 der Kommission Lagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe gebeten, Anforderungen an Behälter für die Endlagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe im Hinblick auf ih-re Rückholbarkeit während des Endlagerbetriebes und ihre Bergbarkeit nach Ver-schluss des Endlagers über einen Zeitraum von 500 (bis 1.000 ?) Jahren darzu-stellen. Die BAM kommt diesem Wunsch auf der Grundlage ihrer langjährigen Er-fahrungen und Fachkenntnisse auf den Gebieten der Bauartprüfung und der si-cherheitstechnischen Begutachtung von Transport- und Lagerbehältern für radio-aktive Stoffe nach.
Zellen, als Grundeinheit für Organismen, bilden einen wesentlichen Eckpfeiler für das Leben. Die Untersuchung von einzelnen Zellen liefert wertvolle Einblicke in fundamentale Prozesse des Lebens. So können Anomalien auf der Zelleebene Indikatoren für Krankheiten sein und durch eine Analyse früh erkannt werden. Weiterhin kann durch ein tiefgreifendes Verständnis von Vorgängen in Zellen auch gezielt Forschung zu z.B. neuen Medikamenten betrieben werden. Damit können die Wirksamkeit erhöht und die Nebenwirkungen reduziert werden.
Roadmap for the purity determination of pure metallic elements – Basic rinciples and helpful advice
(2018)
High purity materials can serve as a realisation of the Système International d’Unitès (SI) unit amount of substance for the specific element. Solutions prepared from such high purity materials using gravimetric preparation and the concept of molar mass are used as calibration solutions in many fields of analytical chemistry. Calibration solutions prepared this way provide the traceability to the SI and are the metrological basis in elemental analysis.
The preparation and characterization of such primary pure substances, representing the realisation of the SI unit amount of substance, is undertaken only by a small number of National Metrology Institutes (NMI) and Designated Institutes (DI).
Many other NMIs and DIs, however, prepare elemental calibration solutions as calibrants for their measurement services, such as the certification of matrix Reference Materials or the provision of reference values for Proficiency Testing schemes. The elemental calibration solutions used for this purpose are not a direct service to customers, such as preparing secondary calibration solutions, but provide the source of traceability for the other services. Hence, it is necessary for the NMI or DI to obtain data on the purity of the pure metals or other materials used to prepare the solutions with measurement uncertainties meeting the needs of the above described services. This is commonly undertaken as a “fit for purpose” assessment, appropriate for the uncertainty requirement of the service provided to customers.
As a consequence, total purity measurements are a long-term strategy of CCQM-IAWG. Several studies were conducted (CCQM-P107, CCQM-K72 and CCQM-P149) on the measurement of the purity of zinc. From these studies, several conclusions can be drawn for the purity assessment of a pure (metallic) element. These conclusions will be put together in this document in order to assist all NMIs/DIs in performing a purity assessment, whenever needed.
We introduce a novel adaptive Gaussian Process Regression (GPR) methodology for efficient construction of surrogate models for Bayesian inverse problems with expensive forward model evaluations. An adaptive design strategy focuses on optimizing both the positioning and simulation accuracy of training data in order to reduce the computational cost of simulating training data without compromising the fidelity of the posterior distributions of parameters. The method interleaves a goal-oriented active learning algorithm selecting evaluation points and tolerances based on the expected impact on the Kullback-Leibler divergence of surrogated and true posterior with a Markov Chain Monte Carlo sampling of the posterior. The performance benefit of the adaptive approach is demonstrated for two simple test problems.
Mykotoxine sind sekundäre Stoffwechselprodukte, die von Schimmelpilzen gebildet werden. Sie sind unvermeidliche Lebensmittelkontaminanten und stellen daher ein ernstes Gesundheitsrisiko für Mensch und Tier dar. Aus diesem Grund hat die Europäische Kommission Vorschriften erlassen, die Höchstwerte für Mykotoxine in bestimmten Lebensmitteln vorsehen. Um die gesetzlichen Grenzwerte einzuhalten, müssen in der Lebensmittelindustrie Mykotoxinanalysen der eingehenden Waren durchgeführt werden.
Gegenwärtig umfasst die Analyse zeitaufwändige Probenvorbereitungsschritte, denen in der Regel eine chromatographische Analyse folgt.
Immunoassays ermöglichen eine Vor-Ort-Analyse, aber in der Regel sind für feste Lebensmittelproben lösungsmittelbasierte Extraktionsschritte erforderlich. Da Immunoassays in der Regel nicht mit den hohen Lösungsmittelkonzentrationen kompatibel sind, die üblicherweise für die Mykotoxinextraktion verwendet werden (z.B. Acetonitril oder Methanol), war es das Ziel dieser Arbeit, ein Extraktionsverfahren für die Mykotoxine Deoxynivalenol und Ochratoxin A aus Weizenmehl und Getreide zu entwickeln, das für Immunoassays und -sensoren verwendet werden kann. Vier verschiedene Lösungsmittel, Methanol (10 %), Ethanol (5 %) und Acetonitril (10 %) sowie Milli-Q-Wasser wurden für die Extraktion des Analyten Deoxynivalenol getestet. Um negative Umweltaspekte zu vermeiden und aufgrund der vergleichbaren Extraktionseffizienz von Milli-Q-Wasser gegenüber den anderen Lösungsmitteln, wurde Milli-Q-Wasser als Extraktionslösung im optimierten Extraktionsprotokoll für Deoxynivalenol verwendet.
Es wurden verschiedene Extraktionsbedingungen, wie die Extraktionszeit, das Lösungsmittel-Feststoff-Verhältnis, der Filtrationsschritt, der Zentrifugationsschritt sowie die Zusammensetzung des Wassers untersucht. Auf der Grundlage der Ergebnisse wurde ein Extraktionsprotokoll festgelegt, mit dem Wiederfindungsraten in einem Bereich von x bis x erzielt wurden. Das Extraktionsprotokoll umfasste die Extraktion von 2 g Weizenmehl mit 40 ml Milli-Q-Wasser für 30 Minuten, die anschließende Zentrifugation bei 3000 U/min für 15 Minuten bei 4 °C und die Filtration des Überstands.
Materials and chemical producers require detailed knowledge of surface chemistry for research into new products. One way to understand a surface without damaging it is to bombard it with an electron beam, causing its atoms to emit characteristic X-rays enabling identification. The measurement of these must be precise as many elements emissions are close in energy – traceable reference materials will ensure instruments using this technique are stable and accurate.
Measuring organic layers
(2016)
Many innovative products - from touchscreens to solar panels to pharmaceuticals – utilise multiple organic layers to create complex functionality. New techniques have been developed to remove and measure layers individually enabling improved product development and assisting with quality assurance. However, manufacturers cannot be certain of the depth of layer being removed and new reference materials for these techniques are needed to increase uptake, and remove a major barrier to innovation.
Modifying or controlling surface chemistry is important in new product development, quality control and research. This is particularly true where functionality of surfaces, thin films and interfaces are key to the application, such as organic solar cells and devices for medical diagnostics. Surface chemical analysis aims to provide quantitative elemental, chemical state and functional group information from the surface of materials, but requires comparable test data and improved measurement traceability.