Analytische Chemie
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Organisationseinheit der BAM
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- 6 Materialchemie (111)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (54)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (53)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (52)
- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (44)
- 8.5 Röntgenbildgebung (44)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (42)
- 1.2 Biophotonik (40)
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A semi-automatic thermographic procedure for the assessment of the welded area of resistance projection welded joints has been developed. Currently, to assess the quality of RPW joints destructive tests are used and the more commonly used non-destructive technique is the ultrasonic one. The possibility for a quantitative evaluation of the welded area by thermographic technique has been proved by means of an innovative procedure applied on steel RPW joints with ‘as it’ surface conditions. Measurements obtained by thermography and ultrasound have been compared, to verify the developed procedure.
Manufacturing austenitic stainless steels (ASSs) using additive manufacturing is of great interest for cryogenic applications. Here, the mechanical and microstructural responses of a 316L ASS built by laser powder bed fusion were revealed by performing in situ neutron diffraction tensile tests at the low-temperature range (from 373 to 10 K). The stacking fault energy almost linearly decreased from 29.2 ± 3.1 mJm⁻² at 373 K to 7.5 ± 1.7 mJm⁻² at 10 K, with a slope of 0.06 mJm⁻²K⁻¹, leading to the transition of the dominant deformation mechanism from strain-induced twinning to martensite formation. As a result, excellent combinations of strength and ductility were achieved at the low-temperature range.
High polarity analyte(s) in aqueous media: determination of L-PFOA and L-PFOS in ground water
(2022)
The CCQM-K156 comparison was coordinated by TUBITAK UME on behalf of the Organic Analysis Working Group (OAWG) of the Comité Consultatif pour la Quantité de Matière (CCQM) for National Measurement Institutes (NMIs) and Designated Institutes (DIs) which provide measurement services in organic analysis under the 'Comité International des Poids et Mesures' Mutual Recognition Arrangement (CIPM MRA).
Perfluoro alkyl substances (PFAS) such as PFOS and PFOA have been used in numerous industrial applications and products. Because of their high stability and resistance to biodegradation, atmospheric photooxidation, direct photolysis and hydrolysis, they are extremely persistent in the environment. The European Union (EU) Water Framework Directive lists PFOS as a priority hazardous substance that poses a significant risk to the aquatic environment. The use of PFOS-containing Aqueous Film-Forming Foams (AFFFs) has been banned since June 2011 in the EU. As relatively water-soluble, effectively non-degradable compounds, PFOS and PFOA migrate to ground water. They are not removed in the conventional drinking water treatment, and therefore cause health risks in polluted areas. The EU Drinking Water Directive and the European Commission has proposed a limit value of 100 ng/L for the sum of 20 PFAS, including PFOS and PFOA.
This study provides the means for assessing measurement capabilities for determination of high polarity measurands in a procedure that requires extraction, clean-up, analytical separation and detection. Successful participation in CCQM-K156 demonstrates measurement capabilities in determining mass fraction of organic compounds, with a molecular mass of 200 g/mol to 700 g/mol, having high polarity pKow -2, in a mass fraction range from 0.5 ng/kg to 500 ng/kg in aqueous media.
Nine NMIs and DIs participated in the CCQM-K156 key comparison. Seven institutes reported their results. SPE was applied in the sample pre-treatment and LC-MS was applied for detection. All participating laboratories applied isotope dilution mass spectrometry (IDMS) techniques for quantification. Participants established the metrological traceability of their results using certified reference materials (CRMs) from NMIs with stated traceability; where commercially available high purity materials were used the purity was determined in-house. The CCQM-K156 results for L-PFOA and L-PFOS range from 2.75 ng/kg to 5.50 ng/kg with a % RSD of 19.5 % for L-PFOA and from 2.04 ng/kg to 4.45 ng/kg with a % RSD of 21.3 % for L-PFOS. The KCRV was assigned using a Hierarchical Bayesian Random Effects Model (HB REM) estimator from the values reported by six of the participants. One participant result of L-PFOS and one result of L-PFOA were excluded from the KCRV for technical reasons. The KCRV was 4.9 ng/kg ± 0.4 ng/kg for L-PFOA and 3.8 ng/kg ± 0.4 ng/kg for L-PFOS. The six institutes that were included in the assignment of consensus KCRV all agreed within their standard uncertainties.
To reach the main text of this paper, click on Final Report. Note that this text is that which appears in Appendix B of the BIPM key comparison database https://www.bipm.org/kcdb/.
The final report has been peer-reviewed and approved for publication by the CCQM, according to the provisions of the CIPM Mutual Recognition Arrangement (CIPM MRA).
The evaluation of technical components and materials in terms of condition and quality with the aid of non-destructive testing methods plays an outstanding role both in industrial serial production and in the individual assessment of components. The ultrasonic echo method is used for a wide variety of testing tasks, such as measuring the thickness of a component. At the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin, test methods are developed and their performance is demonstrated. For this purpose, references such as materials, test procedures or data sets are generated, which are used to evaluate these developed test methods. An important component of these references are data sets that are created according to the BAM Data Policy and made available to the scientific community and users of test methods in practice on the basis of the FAIR principles (Findability, Accessibility, Interoperability, and Reuse).
Introduction: The influence of copper, iron and zinc concentrations on the formation of ß-amyloid plaques and neurofibrillary tangles in Alzheimer’s disease (AD) is widely discussed in the community. The results from human and animal studies so far are mixed with some studies showing a correlation and others not. From a number of studies, it is known that disease state and isotopic composition of essential elements can be coupled.
Aim: The aim of the study was to identify changes in element content and isotopic composition in two transgenic mouse models used in AD research compared to their genetic WT relatives and to establish whether element content and isotopic signature between different laboratories is comparable.
Methods: ß-amyloid (5xFAD) and tau overexpressing (L66) mice together with their matching wild-types were bred at dedicated facilities in accordance with the European Communities Council Directive (63/2010/EU). Serum and brain were sampled after sacrifice and the samples distributed among the participants of the study. The tissues were acid digested for total element determination and high-precision isotope ratio determination. Element content was determined by either sector-field or quadrupole-based inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). For the determination of isotope ratios multi-collector ICPMS was used.
Results: Total copper content was significantly higher for L66 and their matched WT compared to 5xFAD and WT. Brains of L66 mice contained more Fe in brain than their WT, Zn and Cu were not significantly different between L66 and WT. Whereas 5xFAD mice had a slightly lower Cu and slightly higher Zn concentration in brain compared to WT. The isotopic signature in brain of L66 mice for Fe was different from their controls, whereas Zn isotope ratios were influenced in 5xFAD mice compared to their WT . The Cu isotopic ratio did not seem to be influenced in either strain. In serum, the shifts were less pronounced.
Conclusion: Even though neither Tau-protein nor amyloid precursor protein are known to be metal-dependent / -containing proteins, the overexpression of both influences the Fe, Cu and Zn metabolism in brain and to some extent also in serum as can be seen not only using total element determination but probably more clearly studying the isotopic signature of Fe, Cu and Zn.
Many advanced materials consist of fibers. They are used as nonwovens, fabrics, or in composite materials. Characterization of individual fibers allows us to predict resulting material properties. We present a measurement setup and analysis software to characterize individual, micrometer-sized fibers fast and reliably. The setup is based on the lock-in thermography principle. Thermal diffusivity values of seven reference samples agree very well with previously reported values. We use our setup to investigate critical measurement parameters like excitation frequency, excitation power, pixel size, and fiber orientation. Our results show that fibers with subpixel diameters can be measured even if they are not aligned. However, special care has to be taken to choose an adequate excitation power. Measurements at high intensities can underestimate thermal diffusivity even though the raw data looks reasonable. By automatically measuring at different excitation powers, our setup solves this issue.
Capillary active interior insulation materials are an important approach to minimize energy losses of historical buildings. A key factor for their performance is a high liquid conductivity, which enables redistribution of liquid moisture within the material. We set up an experiment to investigate the development of moisture profiles within two different interior insulation materials, calcium-silicate (CaSi) and expanded perlite (EP), under constant boundary conditions. The moisture profiles were determined by two different methods: simple destructive sample slicing with subsequent thermogravimetric drying as well as non-destructive NMR measurements with high spatial resolution. The moisture profiles obtained from both methods show good agreement, when compared at the low spatial resolution of sample slicing, which demonstrates the reliability of this method. Moreover, the measured T2-relaxation-time distributions across the sample depth were measured, which may give further insight into the saturation degree of the different pore sizes. In order to explain differences in the moisture profiles between CaSi and EP, we determined their pore-size distribution with different methods: conversion of the NMR T2 relaxationtime distribution at full saturation, mercury intrusion porosimetry and indirect determination from pressure plate measurements. CaSi shows a unimodal distribution at small pore diameters, while in EP, a bi-modal or wider distribution was found. We assume that the smaller pore diameters of CaSi lead to a higher capillary conductivity, which causes a more distributed moisture profile in comparison with that of EP.
The huge atomic heterogeneity of high-entropy materials along with a possibility to unravel the behavior of individual components at the atomic scale suggests a great promise in designing new compositionally complex systems with the desired multi-functionality. Herein, we apply multi-edge X-ray absorption spectroscopy (extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), X-ray absorption near edge structure (XANES), and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD)) to probe the structural, electronic, and magnetic properties of all individual constituents in the single-phase face-centered cubic (fcc)-structured nanocrystalline thin film of Cr20Mn26Fe18Co19Ni17 (at.%) high-entropy alloy on the local scale. The local crystallographic ordering and component-dependent lattice displacements were explored within the reverse Monte Carlo approach applied to EXAFS spectra collected at the K absorption edges of several constituents at room temperature. A homogeneous short-range fcc atomic environment around the absorbers of each type with very similar statistically averaged interatomic distances (2.54–2.55 Å) to their nearest-neighbors and enlarged structural relaxations of Cr atoms were revealed. XANES and XMCD spectra collected at the L2,3 absorption edges of all principal components at low temperature from the oxidized and in situ cleaned surfaces were used to probe the oxidation states, the changes in the electronic structure, and magnetic behavior of all constituents at the surface and in the sub-surface volume of the film. The spin and orbital magnetic moments of Fe, Co, and Ni components were quantitatively evaluated. The presence of magnetic phase transitions and the co-existence of different magnetic phases were uncovered by conventional magnetometry in a broad temperature range.
Im Verbundprojekt RUSEKU wurde die Probenahme von Wasserproben entscheidend weiterentwickelt. Wichtig ist hierbei zu gewährleisten, dass genügend Merkmalsträger in jeder Probe untersucht werden. Es muss daher eine für den Probenahmeort repräsentative Beprobung hinsichtlich des Wasservolumens in Abhängigkeit der Partikelanzahl gewährleistet sein.
Das Hauptaugenmerk lag im vorliegenden Projekt auf einer praxisnahen Beprobungsstrategie. Es wurden verschiedene Konzepte ausprobiert.
• Grundsätzlich hat sich gezeigt, dass eine Stichprobe eine Momentaufnahme des MP-Massengehaltes zeigt. Es wird eine hohe Statistik, also eine Vielzahl an Messungen am gleichen Probenahmeort, benötigt, um eine valide Aussage über den MP-Gehalt zu machen.
• Es zeigt sich, dass eine integrale Probenahme über mehrere Wochen mit dem SK routinemäßig möglich ist. Die erfassten MP-Massen sind reproduzierbar und robust.
• Die DFZ ist für Stichproben geeignet. Partikel < 50 µm werden eventuell unterschätzt
• Die fraktionierte Filtration kann für Stich- und Mischproben direkt im Feld genutzt werden. Fraktionen von 10 und 5 µm werden später im Labor Vakuum filtriert. Es erfolgt eine Fraktionierung der Probe mit Siebmaschenweiten von 1000, 500, 100, 50, 10 und 5 µm.
• Die fraktionierte Filtration kann auch anschließend an die Beprobung mit dem SK zur Anwendung kommen. Wird die mit dem SK gewonnene Wasserprobe fraktioniert filtriert, kann neben einem MP-Gesamtgehalt auch eine Einschätzung über die Partikelgrößen gewonnen werden.
• Für Wässer mit geringen Partikelzahlen wurde ein Messfiltertiegel entwickelt. Dieser hat eine Maschenweite von 6 µm. Seine Anwendung kann mögliche Verluste beim Transferieren vom Probenahmetool zum Messgefäß und mögliche Kontaminationen reduzieren.
Die Optimierung der Probenahmestrategie wurde durch Modellversuche und Simulationen unterstützt. Modellversuche zum Sinkverhalten und Simulationen von MP in realen Gewässern verdeutlichten das komplexe Verhalten der Partikel. Es konnte gezeigt werden, dass Partikel ab einer bestimmten Größe (und kleiner) bei genügend starker Turbulenz sich in der Wassersäule unabhängig von ihrer Dichte verhalten und so auch MP mit kleiner Dichte (z.B. PE) in der gesamten Wassersäule zu finden sind. Es konnte mit dem TEM die Existenz von NP gezeigt werden.
Ein wesentlicher Aspekt des RUSEKU Projektes war die Beprobung realer Kompartimente. Beprobt wurde neben Oberflächengewässern, das urbane Abwassersystem der Stadt Kaiserslautern, Waschmaschinenabwasser und Flaschenwasser.
• In Oberflächengewässern wurde hauptsächlich PE gefunden. Je nach Probe und Gewässer konnten auch PP, PS, PET, PA, SBR und Acrylate nachgewiesen werden.
• Im urbanen Abwassersystem der Stadt Kaiserslautern konnte an allen Probenahmestandorten MP nachgewiesen werden. Es wurde hauptsächlich PE, neben geringeren Mengen an PP, PS und SBR gefunden. Nach einem Regenereignis war der SBR Anteil deutlich erhöht.
• Die Beprobung eines realen Wäschepostens, bestehend aus T-Shirts und Hemden mit PA/CO oder PES/CO Mischgewebe, zeigte einen PA- und PES-Austrag im Waschwasser. Der überwiegende Teil der detektierten Fasern ist aber auf Baumwolle zurückzuführen. Reine gravimetrische Messungen zur Detektion von MP führen zu einer starken Überschätzung.
• In Flaschenwasser (PET-Flaschen) konnte MP detektiert werden. PET wurde nur im stillen Mineralwasser, nicht in Mineralwasser mit Kohlensäure gefunden werden. Teilweise wurde auch das MP-Material des Verschlusses im Wasser detektiert.
• Für Luftproben konnte ein Aufbau zur größenselektiven Beprobung getestet werden.
Neben der Probenahme hat das Projekt auch gezeigt, dass die TED-GC/MS geeignet für die MP-Detektion im Routinebetrieb ist. Die TED-GC/MS konnte weiter optimiert werden. Es wurden MP-Massen bestimmt.
Im Projekt wurden erste realitätsnahe Referenzmaterialien für die MP Detektion hergestellt. Die Herstellung von realitätsnahen Polymeren in ausreichender Homogenität und Menge hat sich als große Herausforderung herausgestellt.
In this work, we report on our progress for investigating a new experimental approach for thermographic detection of internal defects by performing 2D photothermal super resolution reconstruction. We use modern high-power laser projector technology to repeatedly excite the sample surface photothermally with varying spatially structured 2D pixel patterns. In the subsequent (blind) numerical reconstruction, multiple measurements are combined by exploiting the joint-sparse nature of the defects within the specimen using nonlinear convex optimization methods. As a result, a 2D-sparse defect/inhomogeneity map can be obtained. Using such spatially structured heating combined with compressed sensing and computational imaging methods allows to significantly reduce the experimental complexity and to study larger test surfaces as compared to the one-dimensional approach reported earlier.
The outbreak of SARS-CoV-2 in December of 2019, led to a worldwide still on-going pandemic. Since then, several so-called waves of SARS-CoV-2 infections, a time period with a high and fast rising number of new infections, have occurred all over the world. Classic surveillance approaches are hardly applicable, and further, non-detected cases cannot be covered by them. Wastewater-based Epidemiology (WBE) was proven to be a reliable tool for the prediction of new SARS-CoV-2 infection waves, due to the discharge of virus particles in fecal shedding of infectious people. Until now, for the monitoring of SARS-CoV-2 in wastewater, Polymerase Chain Reaction (PCR) is used as analytical tool. Even though PCR is a highly sensitive analytical tool, is presents several disadvantages, such as the need for trained personnel, specific technical equipment, as well as a difficult performance. An analytical tool, to which these disadvantaged do not apply, are immunoassays. In this work, a sandwich Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA), with the immobilization of the capture antibodies on the surface of a Microtiter Plate (MTP), as well as a sandwich Magnetic Bead-Based Assay (MBBA), with immobilization of the capture antibodies on the surface of Magnetic Beads (MBs), targeting the SARS-CoV-2 N-protein, were developed and optimized. Both assay formats were performed with a colorimetric and chemiluminescent detection. The developed assay is composed of the two monoclonal antibodies (mAb) AH2 and DE6 - which was biotinylated in the course of the work - which bind to two different epitops of the antigen N-protein. As tracer, Neutravidin-HRP was used, which binds, through interaction of the Neutravidin with the biotin, to the mAb DE6-Biotin. The assay development and optimization procedure included the investigation of the surface saturation with the mAb AH2, the concentration and dilution of the mAb DE6-Biotin and Neutravidin-HRP, the ideal MBs, the ideal coating as well as dilution buffers, and the colorimetric and chemiluminescent substrates. For the developed and fully optimized colorimetric ELISA, a test midpoint x0 of 388 μg/L, for the chemiluminsecent ELISA of 371 μg/L, for the colorimetric MBBA of 251 μg/L and for the chemiluminescent MBBA of 243 μg/L was obtained. Validation of the colorimetric MBBA was done by measurement of three wastewater samples collected at the Wastewater Treatment Plant (WWTP) Potsdam. Whilst no N-protein could be detected in the samples, by spiking of the wastewater samples with certain concentrations of the N-protein, 10- to 18-times lower concentrations could be back-calculated, which can be attributed to matrix-effects of the wastewater sample. Next to the matrix-effects, also several other reason exist, why no N-protein could be determined in the samples. Because of that, further investigation of the handling, and the measurement of the wastewater samples, as well as the improvement of the assay sensitivity through further optimization steps or exchange of the antibodies, is still necessary.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die rekombinante Herstellung der AnFAO in E. coli, welche ursprünglich von A. niger produziert wird, und deren anschließende Anwendung in der Entwick-lung eines Fumonisin- Biosensors für die Lebensmittelanalytik. In Bezug auf die aktuell steigen-den Lebensmittel- und Rohstoffpreise ist die Entwicklung eines Schnelltestsystems zur Detektion von Kontaminationen mit Mykotoxinen besonders gefragt, da zusätzliche Verluste und Kosten verhindert werden können. Für die Herstellung der AnFAO als MBP-Fusionsprotein und Biotin-Fusionsprotein mit zusätzlichem 6x His-Tag wurden die pET-MBP-AnFAO und pRSET-BH6-An-FAO Expressionsvektoren erfolgreich konstruiert. Die lösliche Expression im Cytoplasma wurde von MBP-AnFAO erreicht, wobei die Expression von BH6-AnFAO in inclusion bodies erfolgte und keine Aktivität des Enzyms nachgewiesen wurde. Die Enzymaktivität von MBP-AnFAO wurde im optischen Assay und amperometrisch durch die Detektion von H2O2 ermittelt. Im optischen Assay wurde die maximale spezifische Aktivität von 2,45 U/mg bei 45 °C, einer Enzymkonzentration von 3 μM und 50 μM FB1 erreicht. Generell wurden mit FB1 als Enzymsubstrat höhere Fluoreszenzsig-nale und dementsprechend höhere Enzymaktivitäten als für FB2 beobachtet. Es wurde ein linearer Zusammenhang der Enzymaktivitäten mit der Substratkonzentration beobachtet. Außerdem wurde ein Anstieg der H2O2-Konzentration mit zunehmender Inkubationszeit (bis zu 60 Minuten) erkannt. Des Weiteren wurde der Einfluss des MBP-Fusionsproteins auf die Enzymaktivität des AnFAO untersucht. Dabei wurde anhand von wesentlich geringeren Aktivitäten für AnFAO allein ein eventueller Einfluss des MBP auf dessen Aktivität festgestellt. Ein elektrochemischer Aufbau wurde zur Entwicklung eines Fumonisin- Sensors genutzt. Dazu wurde nachgewiesen, dass FB1 von rekombinant hergestelltem MBP-AnFAO unter Bildung von NH3 und H2O2 zu weniger toxi-schem FB1, dem FPy1, oxidiert werden kann. An der PB/Kohlenstoff-Elektrode, welche sensitiver gegenüber H2O2 und stabiler als die CoPC/Kohlenstoff Elektrode war, wurde die Reduktion des enzymatisch gebildeten H2O2 gemessen. Die Erstellung einer FB1- Kalibriergerade mit FB1- Lösun-gen verschiedener Konzentrationen zeigte, dass das Enzym auch in immobilisierter Form in der Lage ist unterschiedliche Konzentrationen an FB1 zu desaminieren. Dazu gehört auch der Kon-zentrationsbereich unterhalb des festgelegten Grenzwertes von 2,7 μmol/kg für Fumonisin. Die amperometrischen Kurven hierfür wurden an der PB/Kohlenstoff-Elektrode erfolgreich aufge-nommen. Störungen des H2O2- Redoxstroms durch das Enzym, der Enzymsubstrate und der Ne-benprodukte während der amperometrischen Messung wurden ausgeschlossen. Sowohl im opti-schen als auch im amperometrischen Assay wurde ausschließlich das enzymatisch gebildete H2O2 bestimmt.
Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation (AF4), as a cleaning technique, was combined on-line with the multielemental analytical capabilities of an Inductively Coupled Plasma-Time of Flight-Mass Spectrometer (ICP-ToF-MS). In that manner, the heavy ionic matrix effect of untreated cells' samples can be significantly reduced. As a proof of concept, commercial baker's yeast cells were analysed.
Klebeverbindungen sind aus dem heutigen Leichtbau wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie nicht mehr wegzudenken. Durch die Verklebung gleicher oder ungleicher Materialien entstehen viele Vorteile gegenüber konservativen Fügeverfahren wie dem Schweißen oder dem Nieten. Aufgrund hoher Sicherheits- und Qualitätsansprüche wird die Festigkeit dieser Verbindungen jedoch noch immer zerstörend geprüft. Zuverlässige und zufriedenstellende zerstörungsfreie Verfahren, insbesondere um schwache Haftfestigkeiten zu prüfen, sind nicht vorhanden und Thema gegenwärtiger Forschung. Ein Ansatz, der in diesem Projekt verfolgt wird, liegt in der Verwendung geführter Ultraschallwellen und der gezielten Auswertung spezifischer Bereiche des Dispersionsdiagrams, den sogenannten Mode Repulsion Regions, welche eine potenzielle Charakterisierung der Haftfestigkeiten zulassen könnten.
Hierzu wurden neben Simulationen mittels der sogenannten SBFEM, zur Findung geeigneter Charakterisierungsparameter, auch experimentelle zerstörungsfreie Untersuchungen von verklebten Zweischichtstrukturen aus Aluminium und Polycarbonat mittels geführter Ultraschallwellen durchgeführt . Hierzu dienten Voruntersuchungen an Stirnabzugsproben mittels zerstörender Validierungsmessungen zur Ermittlung geeigneter Oberflächenbearbeitungen zur Herstellung verschiedener Haftfestigkeiten. Mit Niederdruckplasma behandelte Proben dienten bei den zerstörungsfreien Messungen als ideale Referenzklebung gegenüber den schwächeren Haftfestigkeiten.
Es konnten verschiedenste Haftfestigkeiten reproduzierbar hergestellt, zerstörend validiert und zerstörungsfrei mittels geführter Ultraschallwellen untersucht werden. Die Ausprägungen bestimmter Mode Repulsion Regions zeigen eine vielversprechende Sensitivität, welche durch ein geeigneten Parameter charakterisiert werden konnten.
Bisphenol A (BPA) is used in Polycarbonate, Polyacrylic resins, Polysulfones, Epoxy resins, and Polyetherimides. It is also used in recycled Polyvinyl chloride [1–3]. BPA has been classified as a substance of very high concern (SVHC) under REACH [4] due to its endocrine disrupting properties. The German competent authorities want to reduce the content of BPA in the environment. Possible substitutes for BPA are Bisphenol B (BPB), Bisphenol E (BPE),
Bisphenol F (BPF), or Bisphenol S (BPS), as they are similar in structure.
BPA-based materials have a wide area of application especially outside. These outdoor applications are exposed to different external influences, including physical, biological, mechanical and chemical influences. This results in damage and aging of the material with leaching or migration into the environment. There, the substance is transformed by various transformation processes. The emerging metabolites and transformation products (TPs) can have different properties than the parent substance. Understanding the fate and behavior of the emerging pollutants is very important.
Therefore, different transformation products of selected bisphenols will be generated and analyzed:
To investigate the fate of different bisphenols in water treatment plants technical transformation products [5] will be generated by chlorination, ozonization, the Fenton reaction, and UV-radiation.
For the investigation of the fate of Bisphenols in surface water global radiation will be simulated with UVA-lamps
Simulation of phase-I-metabolism with an electrochemical cell coupled to mass spectrometry (EC-MS).
Der Koalitionsvertrag der Bundesregierung betont in seiner Präambel zur Zukunft Deutschlands in Bezug auf die notwendige Modernisierung, dass „dieser Fortschritt auch mit einem Sicherheitsversprechen einhergehen muss“. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) stellt mit ihrem Auftrag „Sicherheit in Technik und Chemie“ und ihrer über 150-jährigen Kompetenz sicher, dass ein nachhaltiger technischer Fortschritt von einem Sicherheitsversprechen für die Bürger*innen begleitet ist.
Durch ihre Interdisziplinarität, die thematische Breite, die langjährige Erfahrung und die unabhängige Rolle als Ressortforschungseinrichtung ist die BAM in einer herausragenden Lage, als zentraler Akteur die Entwicklung unterschiedlichster Technologien unter Berücksichtigung sicherheitstechnischer Aspekte voranzubringen, das Vertrauen der Gesellschaft in diese Technologien sicherzustellen und dadurch die Basis für erfolgreiche Innovationen zu schaffen.
Der Fokus ihrer Arbeit liegt auf den fünf Themenfeldern Energie, Infrastruktur, Umwelt, Material und Analytical Sciences. Wichtige Themen betreffen dabei sowohl die Energiewende (Wasserstoff, elektrische Energiespeicher, Windenergie) als auch Bereiche der Technologiesouveränität wie die additive Fertigung, zuverlässige Materialdaten, Zustandsüberwachung und Kreislaufwirtschaft.
Die Digitalisierung und den digitalen Wandel unterstützt die BAM in Bezug auf technologieübergreifende Rahmenbedingungen besonders in der Initiative Qualitätsinfrastruktur-Digital (QI-Digital), in der gemeinsam mit weiteren zentralen Akteuren der deutschen QI Lösungen für die Qualitätssicherung in einer digitalisierten Welt entwickelt werden.
Grundvoraussetzung für sichere Technologien und Innovationen ist eine leistungsfähige Forschung und Entwicklung ebenso wie Wissens- und Technologietransfer zur Umsetzung von Forschungsergebnissen in marktfähige Produkte und Dienstleistungen. Dafür bildet die Arbeit der BAM eine wichtige Basis.
Ihre Forschung ist mit der Wahrnehmung öffentlicher Aufgaben verbunden. Das Forschungsprogramm zeigt Perspektiven im Bereich ihres Aufgabenfeldes sowie ihrer damit verbundenen Forschungsaktivitäten transparent und politisch nutzbar auf und dient darüber hinaus der Koordinierung der Ressortforschung.
Das Forschungsprogramm der BAM wird alle zwei Jahre aktualisiert. Es gibt einen Überblick über die aktuellen und zukünftigen Forschungsthemen und die hierfür erforderlichen Rahmenbedingungen.
The rails of modern railways face an enormous wear and tear from ever increasing train speeds and loads. This necessitates diligent non-destructive testing for defects of the entire railway system.
Non-destructive testing of rail tracks is carried out by rail inspection trains equipped with ultrasonic and eddy current test devices. However, the evaluation of the gathered data is mainly done manually with a strong focus on ultrasonic data, and defects are checked on-site using hand-held testing equipment. Maintenance measures are derived based on these on-site findings.
The aim of the AIFRI project (Artificial Intelligence For Rail Inspection) is to
- increase the degree of automation of the inspection process, from the evaluation of the data to the planning of maintenance measures,
- increase the accuracy of defect detection,
- automatically classify detected indications into risk classes.
These aims will be achieved by training a neural network for defect detection and classification. Since the current testing data is unbalanced, insufficiently labeled and largely unverified we will supplement fused, simulated eddy current and ultrasonic testing data in form of a configurable digital twin.
Non-destructive testing of rail tracks is carried out by using rail inspection cars equipped with ultrasonic and eddy current measurement. The evaluation of test data is mainly done manually, supported by a software tool which pre-selects relevant indications shown to the evaluators. The resulting indications have to be checked on-site using hand-held testing equipment. Maintenance interventions are then derived on the basis of these on-site findings.
Overall aim of the AIFRI (Artificial Intelligence For Rail Inspection) project - funded by the German Federal Ministry of Digital and Transport (BMDV) as part of the mFUND programme under funding code 19FS2014 – is to increase the degree of automation of the inspection process from the evaluation of the data to the planning of maintenance interventions. The accuracy of defect detection shall be increased by applying AI methods in order to enable an automated classification of detected indications into risk classes. For this purpose, data from both eddy current inspections and ultrasonic inspections will be used in combination.
Within the framework of this data-driven project, relevant defect patterns and artefacts present in the rail are analysed and implemented into a configurable digital twin. With the help of this digital twin virtual defects can be generated and used to train AI algorithms for detection and classification. With the help of reliability assessment trained AI algorithms will be evaluated with regard to the resulting quality in defect detection and characterisation.
A particular aspect of the development of AI methods is the data fusion of different NDT data sources: Thereby, synergies are used that arise from linking eddy current and ultrasonic inspection data in a combined model.
In the course of the project a demonstrator consisting of the developed IT-tool and an asset management system will be implemented and tested in the field using real-world data.
Structural health monitoring techniques associate strongly with damage detection and characterization. Ultrasonic guided waves (UGW), for such scope, arise as one of the most promising methods for many reasons i.e. UGW are able to travel long distances and they have high sensitivity to damage. In this context, the necessity to model realistic wave-defect interaction occurs to be critical.
Realistic damage scenarios can be modeled through the usage of image-based quadtree meshes. Images, such as the outcome from X-ray scans, C-scans, etc., can be converted into meshes for further integration in a computational domain. Quadtree meshes are created by converting the intensity of the pixels to quadrilateral cells. Homogeneous regions inside one image result in one quad, whereas fine features such as discontinuities can be described with smaller quads.
This contribution proposes an efficient methodology to model wave defect interaction, using as a framework the scaled boundary finite element method (SBFEM) and quadtree meshes. Problems as non-conforming regions in the mesh due to the space tree decomposition can be easily avoided using SBFEM’s polygonal elements. Moreover, the semi-analytical nature of the SBFEM allows the modeling of arbitrarily long prismatic/undamaged regions of the waveguides without an increase in the computational burden.
1. Projektreffen mit dem Umweltbundesamt für das Projekt MARKERIA (VH1802).
Ziel des Projektes ist es, die Eignung der Bestimmung eines oder mehrerer der genannten anthropogenen Marker im Abwasser zur Volumenkorrektur („Kalibration“) im SARS-CoV-2-Monitoring von Abwässern auf der Basis eines von der BAM zu erhebenden Messdatensatzes zu evaluieren.