Das Projekt "Entwicklung elektrochemischer Detektoren mit Mikroelektroden fuer die Hochdruckfluessigkeitschromatographie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg e.V. durchgeführt. Für die voltammetrische Analytik haben Mikroelektroden gegenüber den bekannten makrodimensionierten Arbeitselektroden entscheidende Vorteile. Hervorzuheben sind die geringeren kapazitiven Effekte, das verbesserte Signal/Rausch-Verhältnis, die schnellere Einstellung der elektrochemischen Gleichgewichte und der verminderte iR-Einfluss auf das Elektrodenpotential. Aus diesen Gründen können Mikroelektroden zur Verbesserung der voltammetrischen bzw. amperometrischen Spurenbestimmung von Elementen und Verbindungen beitragen. Es wurde das Ziel verfolgt, die Nutzbarkeit von Mikroelektroden verschiedener Herstellung als voltammetrische Arbeitselektroden für stationäre Messungen und für den Durchfluss in flüssigkeitschromatographische Detektoren zu überprüfen. Es wurde das voltammetrische Verhalten ausgewählter Analyte vergleichsweise an makro- und mikro-dimensionierten Arbeitselektroden untersucht, wofür in der Anfangsphase der Projektbearbeitung nur die vom KSI Meinsberg manuell gefertigten Einzel- und Array-Mikroelektroden aus Platin, Gold und Graphit zur Verfügung standen (12 Monate). Für weitere Untersuchungen kamen unterschiedlich konstruierte Mikroelektroden höherer Präzision vom CSIRO Melbourne, vom IPHT Jena sowie von den Firmen Ecossensors und Metrohm zum Einsatz (9 Monate). Die Eigenschaften und das Verhalten der Mikroelektroden wurde durch cyclovoltammetrische, chronoamperometrische und DP-voltammetrische Messungen charakterisiert. Außerdem mußte die mechanische und chemische Stabilität der Elektroden, v. a. auch gegenüber organischen Lösungsmitteln überprüft werden (7 Monate). Die leistungsfähigsten Elektroden kamen dann für die voltammetrische Spurenanalyse von Tl, Cd, und Pb sowie für die amperometrische Detektion von Benzo(a)pyren und den Hydroxy-Metaboliten nach HPLC-Trennung zum Einsatz (8 Monate).
Das Projekt "In-situ Aktivitätsmessungen und Populationsanalysen mittels Mikroelektroden und molekularen Techniken in einem nitrifizierenden Wirbelbettreaktor mit Kalk als Trägermaterial (deutsch-israelische Wassertechnologiekooperation)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie durchgeführt. In diesem Projekt wird ein neuer Nitrifikationsprozess entwickelt und optimiert, der Kalkpartikel simultan als Biofilmträger und Puffermittel benutzt. Ziel ist es, die nitrifizierenden Populationen strukturell und funktionell zu charakterisieren. Kalk wird als ökonomisch attraktiver Biofilmträger und Puffermittel verwendet. Selbstpufferende Trägermaterialien sind besonders für Nitrifikanten nützlich, aufgrund ihrer pH-Empindlichkeit, insbesondere unterhalb pH 7. Die Israelischen Partner entwickeln und optimieren den Prozess. Wir werden, unter Verwendung von molekularbiologische Techniken und Mikrosensoren, die Mikrobiologie der nitrifizierenden Biofilme und die feinskaligen Prozesse untersuchen. Mit molekularen Techniken werden Nitrifikanten identifiziert und quantifiziert. Mit Mikrosonden (für O2, NH4+, NO3- and NO2-) werden die kinetischen Parameter der Umsetzungen gemessen. Pufferprozesse und Decalcifikation werden mit CO2-, pH- und Ca2+ -Mikrosensoren gemessen. Das Projekt wird zu einer ökonomisch attraktiven Kläranlage und neuen wissenschaftlichen Kenntnissen der Nitrifikation führen. Die Forschung wird auch die Kenntnisse über Biokorrosion von Kalk erweitern.
Das Projekt "VAMP: autonome voltamperemetrische Messsonden fuer Spurenmetalle in der Wassersaeule (max. Tiefe 500m) und an der Wasser/Sediment-Grenze (max. Tiefe 600m)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universite de Geneve, Departement de la Chimie Minerale, Analytique et Appliquee durchgeführt. General Information: Two systems will be built for the autonomous measurement of trace metal concentrations in the water column and at the water-sediment interface. They are based on voltammetric microelectrode arrays, so the development of the sensor and voltammeter will be similar. Voltammetric probe for the water column, usable in the water column down to 500m, and controlled either by an operator from a ship, or automatically when attached to a buoy. The system will determine concentration profiles between 0-500 m, routinely in function of time and depth for 1-2 week and will be able to transmit the data to a land station by radio, telephone or satellite link. Cu(II), Pb(II), Cd(II) and Zn(II) will be measured with a sensitivity less than lOOpM. Extension to the analysis of Mn(II) and Fe(II) are foreseen. The probe will allow metal speciation: it determines specifically the 'truly dissolved' fraction of the trace metals (i.e. metal species smaller than ca 3 nm), directly in situ, without any sample handling thus minimizing methodological artefacts. Additional determination of the total metal concentration allows definition of the colloida)+ particulate metal fraction by difference. Emphasis will be put on the development of cheap and reliable microelectrode arrays, built using new microtechnology. Recent developments in combining mercury film Ir based microelectrodes, in a special antifouling gel, providing high the sediment-water interface, with submillimeter resolution. Microelectrode arrays with antifouling gel and with individually addressable electrodes will be used. The voltammetric probe and sensors will be placed on a lander already developed in the EUROMAR EU-408 BIMS project. Measurements down to 6000m will be stored or transmitted by cable (shallow depths) or by acoustic telemetry. The truly dissolved (i.e. the mobile) fraction of metals will be measured. A multipotentiostat and multiplexer will be combined to record the concentration profiles in 64 microelectrodes over a depth of 1 cm with a resolution of 100-200um without moving the electrode array in the sediment or a micromanipulator will be used to move the electrode array vertically. The two systems will be the first existing probe for the determination in situ of trace metal concentration in the water column and at the sediment-water interface.The techniques to be used are feasible thanks to the well-integrated complementary expertise of the four partners.
Das Projekt "VAMP: autonome voltamperemetrische Messsonden fuer Spurenmetalle in der Wassersaeule (max. Tiefe 500m) und an der Wasser-Sediment-Grenze (max. Tiefe 600m)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universite de Neuchatel, Institut de Microtechnique durchgeführt. General Information: Two systems will be built for the autonomous measurement of trace metal concentrations in the water column and at the water-sediment interface. They are based on voltammetric microelectrode arrays, so the development of the sensor and voltammeter will be similar. VOLTAMMETRIC PROBE FOR THE WATER COLUMN, usable in the water column down to 500m, and controlled either by an operator from a ship, or automatically when attached to a buoy. The system will determine concentration profiles between 0-500 m, routinely in function of time and depth for 1-2 week and will be able to transmit the data to a land station by radio, telephone or satellite link. Cu(II), Pb(II), Cd(II) and Zn(II) will be measured with a sensitivity less than lOO pM. Extension to the analysis of Mn(II) and Fe(II) are foreseen. The probe will allow metal speciation: it determines specifically the 'truly dissolved' fraction of the trace metals (i.e. metal species smaller than ca 3 nm), directly in situ, without any sample handling thus minimizing methodological artefacts. Additional determination of the total metal concentration allows definition of the colloida) + particulate metal fraction by difference. Emphasis will be put on the development of cheap and reliable microelectrde arrays, uilt using new microtechnology. Recent developments in combining mercury film Ir based microelectrodes, in a special antifouling gel, providing high sensitivity and long-term stability of the sensor will be used. SEDIMENT-WATER INTERFACE MICROPROFILER, to determine concentration profiles of Pb(II), Cd(II) and Mn(II) (possibly also Cu(II) and Fe(II)) at the sediment-water interface, with submillimeter resolution. Microelectrode arrays with antifouling gel and with individually addressable electrodes will be used. The voltammetric probe and sensors will be placed on a lander already developed in the EUROMAR EU-408 BIMS project. Measurements down to 6000m will be stored or transmitted by cable (shallow depths) or by acoustic telemetry. The truly dissolved (i.e. the mobile) fraction of metals will be measured. A multipotentiostat and multiplexer will be combined to record the concentration profiles in 64 microelectrodes over a depth of 1 cm with a resolution of 100-200um without moving the electrode array in the sediment or a micromanipulator will be used to move the electrode array vertically. THE TWO SYSTEMS will be the first existing probe for the determination in situ of trace metal concentration in the water column and at the sediment -water interface.The tecniques to be used are feasible thanks to the well-integrated complementary expertise of the four partners. Leading Questions: in-situ measurements of tracer metals (mobile fraction) - in-situ profiling of tracer metals at the sediment/water interface.
Das Projekt "Mikroelektroden und interdigitale Arrays fuer die Elektroanalytik von Schwermetallen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Hamburg, Fachbereich Naturwissenschaftliche Technik durchgeführt. Elektrochemische Impedanzspektren wurden in Hinsicht auf das Einschwingerverhalten (instationaere Impedanz) und den Informationsgehalt stationaerer Spektren untersucht. Explizite Formeln fuer die instationaere Impedanz in einfachen Faellen erlauben es, die Fehler der Impedanzmessung mit Integraltransformation ueber endliche Zeiten zu bestimmen. Eine detaillierte numerische Analyse (nichtlineare Regression mit der SSSS-Methode) von Impedanzspektren der Tl(HG)/TI+-Reaktion lieferte die kinetischen Parameter (z.B. Partialladung, Adsorptionsisothermen und Diffusionskoeffizienten), die fuer elektro-analytische Messverfahren als Modell dienten. Fuer Messungen ueber einen ausreichenden Zeit- bzw. Frequenzbereich kann der analytisch wesentliche Diffusionsterm ohne iterative Verfahren aus den Messdaten ermittelt werden. Dadurch ist es moeglich, auch polarographisch irreversible Reaktionen und Reaktionen mit genuiner oder induzierter Reaktantenadsorption zur Konzentrationsanalytik auszunutzen. Weiterhin wurden Verfahren zur Kalibrierung ohne chemische Additive ausgearbeitet. Hier konnte gezeigt werden, dass rotierende Elektroden oder Mikroelektrodenarrays erlauben, die Elektrodenprozesse unter verschiedenen Bedingungen zu messen und so die Konzentration absolut zu erfassen.