INFORMATION ONE/18. Sicherheit für First Responder Gefahrstoffe aus sicherer Entfernung identifizieren

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1 ONE/18 INFORMATION Sicherheit für First Responder Gefahrstoffe aus sicherer Entfernung identifizieren Wasserrückgewinnung im Weltall Wie die NASA ein System entwickelte, das selbst aus Urin trinkbares Wasser macht thyssenkrupp Rasselstein Chrom(VI)-Emissionen mithilfe von OnlineAnalytik überwachen und minimieren

2 Liebe Leserin lieber Leser Im Jahr 1943 riefen die beiden Freunde Bertold Suhner und Willi Studer die Metrohm AG ins Leben. Ein gutes Dutzend Mitarbeiter zählte das junge Unternehmen, als es am 1. April desselben Jahres am Standort Herisau die Arbeit aufnahm. Seitdem sind 75 Jahre vergangen und vieles hat sich geändert: Nicht nur ist die Anzahl Mitarbeiter am Standort Herisau auf inzwischen 450 gewachsen. Aus ursprünglich einem Standort wurden 45 Standorte, die Metrohm auf der ganzen Welt repräsentieren und zusammen über 2500 Mitarbeiter beschäftigen. Geräte, Support und Service von Metrohm sind heute in 120 Ländern erhältlich. Metrohm ist zu einer weltweiten Familie gewachsen, und das möchten wir in unserem Jubiläumsjahr feiern. Deshalb schicken wir Stephanie Kappes, die Redakteurin dieser Kundenzeitschrift, auf Weltreise. Sie besucht Metrohm Tochter- und Vertriebsgesellschaften, aber auch Kunden in aller Welt und lernt die Menschen und Kulturen hinter unserem Unternehmen kennen. Ihre Erlebnisse hält sie in unserem Jubiläumsblog fest. Ich lade Sie herzlich ein, Stephanies Reise durch die Welt von Metrohm mitzuverfolgen. Sie finden den Blog unter blog.metrohm.com. Wir haben uns entschieden, dieses Jahr keine zweite Ausgabe der Metrohm Information zu publizieren. Stattdessen erscheint ein Sonderheft zum Jubiläum, worin Sie allerlei Spannendes über die Metrohm damals und heute lesen können. Auch ich habe bei der Lektüre viel Neues gelernt. Sollten Sie das Heft noch nicht erhalten haben, wenden Sie sich an Ihre Metrohm Vertretung oder lesen Sie es online unter bit.ly/ Metrohm_Info. Viel Spass dabei! Metrohm ist heute eine weltweite Familie, und das möchten wir in unserem Jubiläumsjahr feiern. Markus Steinke EVP Marketing Metrohm Gruppe 2 Editorial

3 18 8 Foto: spaceflight.nasa.gov Wasserrückgewinnung im Weltall: Wie auf der ISS Urin zu Trinkwasser wird Fluorauslaugung aus Schlacken: Umweltrisiken vermeiden Inhalt Neuigkeiten Kurznachrichten Neue Geräte von Metrohm Normen und Standards 24 Vor Ort «Der Kaffee von heute war das Pipi von gestern.» Hocheffiziente Wasserrückgewinnung bei der NASA Zeit, in die Luft zu gucken. thyssenkrupp optimiert Prozesse mithilfe von Online-Abluftanalytik Umweltsünder Strasse? Gesamtfluorkonzentration in Schlacken für den Strassenbau bestimmen Applikation 24 Auf Sicherheitsabstand. Gefahrstoffe mit RamanSpektroskopie identifizieren Publikationen 28 Tipps und Tricks. Säulen-Performance in der IC Literaturreferate 32 Applikationen für Metrohm Geräte Letzte Seite 35 Der Stoff, aus dem... Erinnerungen gemacht sind Sicherheit in brenzligen Situationen: Das Raman-Spektrometer Mira DS Sie möchten keine Ausgabe der Metrohm Information verpassen? Scannen Sie den QR-Code, um die Tablet-App zu laden, oder abonnieren Sie sie unter bit.ly/metrohm_info. Inhalt INFORMATION

4 Kurznachrichten Neues aus Wissenschaft, Analytik und von Metrohm Metrohm sponsert erneut die «Best Oral Presentation Awards» der SCG Die «Best Oral Presentation Awards» werden jedes Jahr am Herbsttreffen der Schweizerischen Chemischen Gesellschaft (SCG) verliehen. Wie in den vergangenen Jahren sponserte die Metrohm Stiftung die Auszeichnungen auch am Herbsttreffen 2017, das am 21. und 22. August 2017 an der Universität Bern abgehalten wurde. Es wurden 15 Preise in acht Kategorien verliehen, darunter Analytische Wissenschaften, Organische Chemie sowie Medizinalchemie & Chemische Biologie. Die Erstplatzierten durften sich über Preise im Wert von je CHF 2700 freuen, inklusive CHF 500 in bar und CHF 1000 in Form eines Reisegutscheins für die Teilnahme an einer internationalen Konferenz. Die Zweitplatzierten erhielten einen Geldpreis im Wert von CHF 400. Markus Steinke, VP Marketing der Metrohm Gruppe, hatte die Ehre, die Preise zu überreichen. scg.ch Markus Steinke mit Jacques Saarbach, Gewinner in der Kategorie Medizinalchemie & Chemische Biologie. Foto: M. Kobrehel Mit künstlicher Intelligenz Infrarotspektren simulieren Infrarotspektren sind die Fingerabdrücke der Moleküle: Ihre Muster identifizieren das zugehörige Molekül eindeutig. Darauf basiert z. B. die Infrarotspektroskopie, bei der das Spektrum einer Substanz gemessen und mit einer Spektrendatenbank abgeglichen wird, um die Substanz zu bestimmen. Um Moleküle bestimmen zu können, die nicht in Datenbanken enthalten sind, arbeiten Forscher wie das Team um Philipp Marquetand von der Universität Wien an der Simulation von Spektren. Anhand quantenchemischer Rechnungen lassen sich die Spektren kleiner Moleküle äusserst exakt vorhersagen, doch mit zunehmender Molekülgrösse werden die Rechnungen komplexer und können selbst mit modernen Supercomputern Jahrtausende in Anspruch nehmen. Marquetand und sein Team setzen neuronale Netzwerke ein das sind dem menschlichen Gehirn nachempfundene mathematische Modelle. Diese lernen die komplexen quantenmechanischen Beziehungen, die für die Simulation von Infrarotspektren nötig sind, anhand weniger Beispiele und ermöglichen die Vorhersage der Spektren komplexer Moleküle in wenigen Minuten. medienportal.univie.ac.at Wissen Ein Schwert macht noch keinen Krieger..., denn womöglich gehört es einer Kriegerin. Finden Archäologen Waffen als Grabbeigaben, schliessen sie daraus in der Regel, dass das Grab einem Mann gehört. So auch im Fall eines Wikingerkriegers, dessen Grab im Jahr 1878 bei der mittelalterlichen Wikingersiedlung Birka in Schweden gefunden wurde. Neben dem Skelett fanden sich in dem Grab Waffen u. a. ein Schwert und eine Kampfaxt, ein Speer und zwei Schilde sowie die Skelette zweier Streitpferde. Aus den Grabbeigaben schloss man, dass es sich um die sterblichen Überreste eines mächtigen (männlichen) Wikingerkriegers handeln müsse. Erst im Herbst des vergangenen Jahres kam die überraschende Mitteilung: DNA-Analysen der Knochen hatten ergeben, dass es sich bei diesem hochrangigen Krieger in Wirklichkeit um eine Kriegerin handelte. Radioisotopenuntersuchungen belegen, dass die Frau zu ihren Lebzeiten viel umhergezogen war, was dem Lebensstil eines Kriegers entspricht. Dies und das Fehlen jeglicher typisch «weiblicher» Grabbeigaben sprechen dafür, dass die Frau tatsächlich an erster Stelle eine aktive Kriegerin gewesen war und ihre Grabbeigaben nicht etwa nur aufgrund ihrer familiären Herkunft erhielt. Wikingerkriegerinnen waren womöglich keine Seltenheit und scheinen ein hohes Ansehen genossen zu haben. 4 Neuigkeiten

5 Neue Geräte von Metrohm Aus sicherer Entfernung: Raman-Spektroskopie für die Bestimmung potenziell gefährlicher Substanzen Mira DS ist das neue Raman-Spektrometer speziell für den Bereich Defense & Security. Es identifiziert Tausende von Substanzen sekundenschnell, darunter Drogen, Explosivstoffe und andere Gefahrstoffe. Dank einem speziellen Algorithmus kann das Mira DS sogar einzelne Bestandteile von Mischungen erkennen. Dadurch können zum Beispiel auch gestreckte Strassendrogen identifiziert werden. Durch eine Schnittstelle mit der App HazMaster G3 können mittels Smartphone sofort weitere wichtige Informationen über die identifizierte Substanz abgerufen werden, um ohne Zeitverlust die richtigen Massnahmen zu treffen. Das Mira DS ist kaum grösser als ein Smartphone und wiegt nur 750 g. Dadurch lässt es sich ganz einfach mit einer Hand bedienen. Mit seiner Zertifizierung nach US-Militärstandard MIL-STD-810G ist das Mira DS besonders robust und für den Einsatz unter rauesten Bedingungen geeignet ob im Einsatz bei der Polizei, Feuerwehr, Drogenfahndung oder bei Sprengstoffexperten. Ausführliche Informationen zu Mira DS erhalten Sie im Bericht ab S. 24 oder online unter Karl-Fischer-Titration auf einem ganz neuen Level Die 2016 lancierte Titrationsplattform OMNIS kann jetzt noch mehr: An der diesjährigen Analytica wird erstmals die Karl-Fischer-Funktionalität für OMNIS vorgestellt. Damit können nun auch Kunden, die den Wassergehalt ihrer Proben durch volumetrische Karl-Fischer-Titration bestimmen, von den zahlreichen Vorteilen der modernen Analysenplattform profitieren. OMNIS ist konsequent modular aufgebaut das gilt für Hardware und Software. Das bedeutet, dass sich jeder Benutzer das passende System zusammenstellen kann. Ändern sich die Anforderungen im Labor, kann das System einfach für die neuen Bedürfnisse erweitert werden. Besonders bei hohem Probenaufkommen zeigen sich die Stärken von OMNIS: Mit der OMNIS Automation können bis zu vier Analysen parallel bearbeitet werden, wodurch im Vergleich zum sequenziellen Titrieren bis zu 60 % Zeit gespart wird. Mit dem OMNIS Sample Robot können zudem bis zu 175 Proben ohne weiteres Eingreifen, z. B. über Nacht, bearbeitet werden. OMNIS Software alle Probeninformationen sowie alle Messungen mitsamt Messparametern, Berechnungen und Ergebnissen mit der Probe und fasst sie in einem Report zusammen. Auch in puncto Sicherheit bietet OMNIS dem Benutzer mehr: Kontaktloser Reagenzienwechsel ermöglicht besonders sicheres Arbeiten im Labor. Zudem sorgt intelligentes Zubehör für GLP-Konformität auf höchstem Niveau. Dabei können auch unterschiedliche Applikationen parallel ablaufen. Die Probe steht immer im Mittelpunkt: Werden in einer Probe verschiedene Analyten bestimmt, verknüpft die INFORMATION

6 Normen und Standards Neues aus den Normengremien Energie und Petrochemie Neutralisationszahl von Mineralölen Die DIN : beschreibt die Bestimmung der Neutralisationszahl in Isolierölen durch kolorimetrische Titration. Im Juli 2017 ist die aktualisierte Norm erschienen. Darin ist die Auswertungsformel für die Berechnung des Messergebnisses korrigiert. Ausserdem wurden Verweisungen aktualisiert und der Abschnitt «Prüfbericht» ergänzt. Säurezahl von Mineralölprodukten Die ASTM D664 beschreibt die Bestimmung der Säurezahl in Mineralölprodukten durch potentiometrische Titration. In einer Korrektur der Norm wurde die Menge des verwendeten Lösungsmittels von 125 ml auf 60 ml reduziert. Die aktualisierte Methode ist ab Januar 2018 gültig. Wasserbestimmung in Krafstoffen Fünf ASTM-Normen werden derzeit überarbeitet, um die Wasserbestimmung nach Karl Fischer in Ethanol-Kohlenwasserstoffgemischen (Prüfmethode ASTM D7923) darin als Standardmethode zu ergänzen: D4806 (Ethanolkraftstoff, Work Item WK57386), D5798 (Ethanol-Kraftstoffgemische, WK57377), D7794 (Ethanol-Kraftstoffgemische mit mittlerem Ethanolgehalt, WK57378), D7862 (Butanol für Mischungen, WK57743) und D5983 (MTBE, WK57742). Schwefel und Halogene in Flüssigerdgas Seit Juni 2017 gilt die ASTM D7994. Die Norm beschreibt Combustion IC (CIC) als Standardmethode für die Bestimmung von Schwefel, Brom, Chlor und Fluor in Flüssigerdgas (LPG). CIC ist die einzige Technik, mit der die genannten Verunreinigungen in einer einzigen Analyse einzeln identifiziert und quantifiziert werden können. Umwelt Perchlorat in Wasser In der im Oktober 2017 veröffentlichten ISO 19340:2017 ist die Bestimmung von in Wasser gelöstem Perchlorat beschrieben. In der beschriebenen Methode wird die Ionenchromatographie verwendet, um Perchloratkonzentrationen 1 µg/l zu bestimmen. Die Standardmethode gilt für diverse Wässer, z. B. Rohwasser, Trinkwasser, Oberflächenwasser und Schwimmbadwasser. Zu zahlreichen Normen finden Sie Application Notes und Bulletins unter 6 Neuigkeiten

7 «Ich will sofort wissen, welche Substanz das ist!» Das Mira DS ist das neue HandMaterialidentifikationssystem von Metrohm. Identifizieren Sie illegale Substanzen und Explosivstoffe schneller und sicherer denn je! Leistungsstark lebensrettende Entscheidungskraft in Ihrer Handfläche Schnell erhalten Sie Resultate innerhalb von Sekunden Flexibel seien Sie bereit für jede tückische Situation Robust zertifiziert nach MIL-STD-810G und IP67 Sehen Sie eine Demo unter metrohm.com/mira-ds

8 «Der Kaffee von war das Pipi von Ein neues Wasserrückgewinnungssystem für den Einsatz im All 8 Vor Ort

9 heute gestern» Dieses eher unappetitliche Zitat stammt vom britischen Astronauten Tim Peake (Titelbild), der 2016 ein halbes Jahr in der internationalen Raumstation ISS verbrachte. Er spielt damit auf das Wasserrückgewinnungssystem der ISS an, das nahezu jeden Tropfen Wasser recycelt auch aus Urin. Bei der Entwicklung dieses Systems war auch die Ionenchromatographie mit im Spiel. Raumfahrt nach dem Proviant-Prinzip Die Erde bietet dem Menschen alles, was er zum Leben braucht: eine Atmosphäre, die Sauerstoff enthält, Quellen, aus denen trinkbares Wasser sprudelt und eine reiche Pflanzen- und Tierwelt, in der stets Nahrung zu finden ist. Verlässt der Mensch den Lebensraum Erde und begibt sich ins All, gibt es all das nicht mehr. Auf kurzen Weltraummissionen wurde dieses Problem bislang gelöst, indem einfach alles Benötigte ins All mitgenommen wurde. Je länger der Aufenthalt im All, desto schwieriger gestaltet sich das aber: Insbesondere der Transport von Wasser fällt ins Gewicht. Ein Kilogramm Vorräte zur ISS zu schicken kostet konservativ berechnet etwa US-Dollar [1]. Obwohl die Astronauten so viel Wasser sparen wie nur möglich, verbraucht jeder von ihnen pro Tag etwa 30 Liter Wasser [2]. Zum Vergleich: Jeder Schweizer verbraucht pro Tag ca. 160 Liter Trinkwasser [3]. Für einen sechsmonatigen Aufenthalt in der ISS, wie Tim Peake ihn hinter sich hat, entspräche ein täglicher Verbrauch von 30 Liter Wasser Transportkosten von etwa 135 Millionen US-Dollar verfügte die ISS nicht über ein leistungsfähiges Recyclingsystem. ESA-Astronaut Tim Peake arbeitet 2016 an Bord der ISS an der Wasseraufbereitungseinheit. Foto: NASA / flickr.com/photos/nasa2explore INFORMATION

10 Überleben im All dank Recycling Das Lebenserhaltungssystem ECLSS (von englisch Environmental Control and Life Support System) erhält in der ISS lebensfreundliche Bedingungen aufrecht: Es steuert z. B. die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit in der Kabine. Zwischen 2006 und 2008 wurde das ECLSS um ein Sauerstoffgenerierungssystem und ein Wasserrückgewinnungssystem erweitert. Diese stellen für die ISS einen Schritt in Richtung Unabhängigkeit von Lieferungen von der Erde dar. Wasser macht ca. 92 % der Masse der Verbrauchsmaterialien aus, die Astronauten im All zur Lebenserhaltung benötigen [4]. Gelingt es also, den Bedarf nach Wasserlieferungen von der Erde stark zu reduzieren, wird dadurch der gesamte Bedarf nach Versorgungslieferungen beinahe in gleichem Masse gesenkt. Kurzfristig bedeutet das für die Weltraumagenturen vor allem grosse Kostenersparnisse. Langfristig geht es bei der Wasserrückgewinnung im All aber auch um solche Missionen, bei denen Versorgungslieferungen nicht möglich wären. Bemannte Reisen zum Mars, zum Beispiel. Abbildung 1. Oben: Die ISS-Crew trinkt zum ersten Mal Wasser aus dem neuen Recyclingsystem. Unten links: Lebensmittel, die viel Wasser enthalten, wie der Rahmspinat im Bild, werden dehydriert mitgenommen. Sie werden im All mit recyceltem Wasser rehydriert. Fotos: NASA / spaceflight.nasa.gov. Unten rechts: Astronautin Peggy Whitson mit einem rehydrierten «Space-Cheeseburger». Foto: NASA / flickr.com/photos/nasa2explore Crew-Systeme Trinkwasserspender Händewaschen/ Rasieren 10 Vor Ort

11 Trinkwasser aus Schweiss und Urin Das Wasserrückgewinnungssystem der ISS erzielt eine Rückgewinnungsrate von ca. 93 %. Um eine solche Ausbeute zu erreichen, darf man bei der Herkunft des Wassers nicht pingelig sein: Selbst aus Urin wird Wasser rückgewonnen. Und aus der Umgebungsluft, denn die enthält Feuchtigkeit aus der Atemluft und dem verdunsteten Schweiss der Besatzung und der Labortiere! Das WRS setzt sich aus zwei Hauptbestandteilen zusammen, der Wasseraufbereitungseinheit und der Urinaufbereitungseinheit. Um Wasser aus Urin rückzugewinnen, wird dieser zunächst in der Urinaufbereitungseinheit destilliert, wozu im All eine speziell entwickelte Installation nötig ist, die dafür sorgt, dass Flüssigkeit und Gas sich auch in Abwesenheit von Schwerkraft voneinander trennen. Aufbereitung des Abwassers Das gewonnene Wasser wird dann mit dem restlichen Abwasser gemischt und in der Wasseraufbereitungseinheit behandelt. Nachdem freie Gase und Feststoffe wie Haare entfernt wurden, wird das Wasser durch eine Reihe von Filtern und chemischen Prozessen behandelt, bevor schliesslich übriggebliebene organische Verunreinigungen und Mikroorganismen durch eine katalytische Hochtemperaturreaktion beseitigt werden. Durch Leitfähigkeitsmessung wird bestimmt, ob das Wasser sauber genug ist, um wieder gebraucht zu werden. Ist das Wasser nicht ausreichend rein, wird es noch einmal aufbereitet. Luft Kondensat Kontrolle d. Temperatur & Luftfeuchte Luftrückfuhr Abfall- Management Abfall- Produkte Kabinenluft Kabinenrückfuhr Branderkennung & -unterdrückung Luft CO 2 - Entfernung CO 2 Unterbaugruppe zur Kontrolle von Spurenkontaminanten Ablassen über Bord Urinaufbereitung Urin Aufbereiteter Urin Stickstoff O 2 /N 2 - Kontrolle Sauerstoff Sauerstoff- Generierung H 2 Ablassen über Bord Trinkwasseraufbereitung Produktwasser Produktwasser Abwasser Abbildung 2. Das Lebenserhaltungssystem ECLSS, das in der ISS im Einsatz ist, sorgt für lebensfreundliche Bedingungen an Bord, u. a. durch Kontrolle der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit und durch die Versorgung mit sauberem Wasser. INFORMATION

12 Entwicklung des Wasserrückgewinnungssystems Entwickelt wurde das Wasserrückgewinnungssystem der ISS am Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, und bei Hamilton Sundstrand Space Systems International (heute UTC Aerospace Systems) dem Unternehmen, das auch die Raumanzüge und die tragbaren Lebenserhaltungssysteme herstellt, die die Crew der ISS auf Weltraumspaziergängen verwendet. Um ein Wasserrückgewinnungssystem optimal an die Schmutz- und Abwässer anzupassen, die es im All aufbereiten muss also im Wesentlichen Urin und Umgebungsluftkondensat muss es während der Entwicklungsphase an entsprechendem Material getestet werden. Dazu stellen die Entwickler künstliche Ersatzlösungen her, die Urin bzw. dem Umgebungsluftkondensat der ISS in ihrer Zusammensetzung möglichst ähnlich sind. Ersatzlösungen als Testproben Verostko et al. [5] haben Standardrezepte für diverse Ersatzlösungen entwickelt, darunter Urinersatzlösungen und Lösungen, die das Abwasser auf einem Flug im All oder auf einer potenziellen Basis auf einem Fremdplaneten nachahmen. Dazu führten die Wissenschaftler ionenchromatographische Messungen durch, um die chemische Zusammensetzung der aufzubereitenden Flüssigkeiten zu bestimmen. Mit dem Wissen aus diesen Analysen stellten sie Ersatzlösungen her und kontrollierten dann wiederum mithilfe der Ionenchromatographie die Konzentrationen der anorganischen Anionen und Kationen in den fertigen Ersatzlösungen. Abbildung 3. Astronaut Tim Kopra bei der routinemässigen Wartung der Urinaufbereitungseinheit. Foto: flickr.com/photos/ nasa2explore 12 Vor Ort

13 Mit Recycling in die Tiefen des Alls Schon bei Missionen, die im niedrigen Erdorbit stattfinden wie in der ISS ist der Einmalgebrauch von lebenserhaltenden Materialien wie Wasser und Sauerstoff nicht praktikabel, denn der Materialtransport ist teuer. Auf zukünftigen bemannten Weltraummissionen, die weiter von der Erde wegführen, etwa Marsmissionen, wird eine laufende Versorgung von der Erde schlichtweg nicht möglich sein. Die Astronauten werden also auf ein ultraeffizientes Recyclingsystem angewiesen sein. Die NASA peilt eine bemannte Marsmission in den 2030er Jahren an. Bis dahin wird noch viel Forschung nötig sein, um lebenserhaltende Technologien so weit auszureifen, dass die Astronauten nicht nur für die Dauer der Reise zum Mars und zurück, sondern auch während ihres Aufenthalts auf dem roten Planeten mit allem Lebensnotwendigem versorgt sind. Ein neues Wasserrückgewinnungssystem, das bis zu 98 % des Wassers rückgewinnen soll, ist übrigens bereits in Entwicklung und soll dieses Jahr vorgestellt werden. Referenzen [1] (Abgerufen am 25. Januar 2017) [2] html (Abgerufen am 2. Februar 2017) [3] wc-spuelung (Abgerufen am 2. Februar 2017) [4] Tamponnet, C.; Savage, C. J.; Amblard, P.; Lasserre, J. C.; Personne, J. C.; Germain, J. C. Water Recovery in Space; ESA bulletin 97: March [5] Verostko, C. E.; Carrier, C.; Finger, B. W. Ersatz wastewater formulations for testing water recovery systems. SAE Technical Paper , 2004, doi: / Abbildung 4. Astronautin Samantha Cristoforetti geniesst eine Tasse Espresso auf der ISS natürlich aus recyceltem Wasser. Foto: NASA / twitter.com/astrosamantha INFORMATION

14 ThyssenKrupp Steel Europe Fotografie Zeit, in die Luft zu gucken Online-Überwachung der Chrom(VI)-Emissionen bei thyssenkrupp in Andernach In der Produktionsanlage für spezialverchromtes Feinstblech bei thyssenkrupp in Andernach guckt man in die Luft nicht sprichwörtlich, sondern buchstäblich: Hier wird die Abluft untersucht, und zwar auf ihren Chrom(VI)-Gehalt hin. Die vollautomatische Online-Messung ermöglicht es thyssenkrupp, den Prozess so zu optimieren, dass die Emissionen des Schwermetalls minimiert werden. Das kommt vor allem der Umwelt zugute. 1.5 Millionen Tonnen Verpackungsstahl Die thyssenkrupp Rasselstein GmbH ist der weltweit grösste Produktionsstandort für Verpackungsstahl und der einzige deutsche Hersteller von Weissblech. Aus dem Verpackungsstahl, der hier erzeugt wird, entstehen später Dosen für Lebensmittel und Getränke, für Aerosole und Farben und vieles mehr. Das Unternehmen beschäftigt ca Mitarbeiter und produziert im Jahr etwa 1.5 Millionen Tonnen Verpackungsstahl. Zum Portfolio des Geschäftsbereichs Packaging Steel von thyssenkrupp gehört u. a. spezialverchromtes Feinstblech. Die Abluft aus dessen Verchromung wird vor ihrer Entlassung in die Umwelt aufbereitet, um umweltschädliche Schadstoffemissionen zu verhindern. Für thyssenkrupp Rasselstein gilt es, den in Deutschland gültigen Grenzwert für Chrom(VI) in der Abluft stets einzuhalten: 50 µg/m 3 dürfen nicht überschritten werden. 14 Vor Ort

15 Überwachung der Chrom(VI)-Emission Gemäss den in Deutschland geltenden Regulierungen wird die Abluft der Verchromungsanlage am Andernacher Standort von thyssenkrupp regelmässig behördlich auf ihren Chrom (VI)-Gehalt hin untersucht. Zunächst erfolgt die Probennahme: Über mehrere Stunden wird über eine Entnahmesonde Abluft aus dem Kamin der Anlage angesaugt. Partikel werden dabei durch ein Filterelement abgeschieden. Die Probe wird dann in ein akkreditiertes Labor gebracht, wo die Filterrückstände eluiert und mit 1,5-Diphenylcarbazid versetzt werden. Letzteres bildet mit Cr(VI) einen optisch aktiven Komplex und ermöglicht dadurch dessen photometrische Bestimmung. Erste Messergebnisse liegen thyssenkrupp 2 4 Wochen nach der Probennahme vor. Diese Art der Messung liefert jedoch lediglich einen Integralwert des Cr(VI)-Gehalts über die lange Probennahmedauer hinweg. Ob es in dieser Zeit Konzentrationsspitzen gibt, die den Grenzwert überschreiten, ist aus diesem Wert nicht ersichtlich. thyssenkrupp bestimmt Chrom(VI) semikontinuierlich Vor gut zweieinhalb Jahren hat thyssenkrupp in Andernach direkt am Kamin des Abluftreinigungssystems ihrer Verchromungsanlage einen Metrohm Process Ion Chromatograph (Abbildung 1) installiert. Dieser Ionenchromatograph bestimmt Cr(VI) im Spurenbereich vollautomatisch, nach nur 1.5 bis 10 Minuten Probennahme. Das Ergebnis liegt nach Beginn der Probennahme innerhalb von weniger als 30 Minuten vor. Info Begrenzung des Chrom(VI)-Gehalts in Abluft. Die Regulierung des maximalen Chrom(VI)-Gehalts in industrieller Abluft wird je nach Land unterschiedlich gehandhabt. Während in Deutschland das Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) einen numerischen Grenzwert von 50 µg/m 3 festlegt, reguliert die Environmental Protection Agency (EPA) in den USA die Chrom(VI)-Emission ganz anders: Anstelle eines numerischen Grenzwerts stellt die EPA sogenannte MACT-Anforderungen (Maximum Achievable Control Technology). Diese orientieren sich an den Emissionen der am besten abschneidenden Anlagen des jeweiligen Industriezweigs. Abbildung 1. Der Metrohm Process Ion Chromatograph bei thyssenkrupp Rasselstein INFORMATION

16 Probennahme in wenigen Minuten Die Probennahme erfolgt durch einen Gasprobennehmer, der für eine Dauer von zehn Minuten Abluft ansaugt und das Probenvolumen dann an die Steuerung des Process IC übermittelt. Eine zehnminütige Probennahme resultiert in einem Messbereich von 0.6 bis 6 µg/m 3. Durch Veränderung der Probennahmedauer kann der Messbereich angepasst werden. Die angesaugte Abluftprobe wird dann in Lösung überführt. Dazu wird die Abluft durch eine mit Reinstwasser gefüllte Waschflasche (Abbildung 2) geleitet. Dank seiner guten Wasserlöslichkeit wird das Cr(VI) hierin absorbiert und angereichert. Die Probenlösung wird dann in das Analysensystem überführt. Vollautomatisiert von der Probennahme bis zum Ergebnis Im Analysensystem erfolgt die chromatographische Trennung auf einer Anionentrennsäule. Danach wird Cr(VI) durch eine Nachsäulenderivatisierung mit 1,5-Diphenylcarbazid detektierbar gemacht: Chromationen und 1,5-Diphenylcarbazid bilden einen Komplex, der bei 538 nm stark absorbiert und durch den UV/VIS-Detektor quantitativ erfasst werden kann. Für Cr(VI) in der Absorptionslösung erreicht der Metrohm Process IC eine Nachweisgrenze von µg/l bei 95 % Konfidenz. Durch Erhöhung der Probennahmedauer kann eine Konzentration von bis zu 0.05 µg/m 3 Cr(VI) in Abluft sicher bestimmt werden. Aus der gemessenen Konzentration in der Absorptionslösung wird die Cr(VI)-Konzentration im Abluftstrom automatisch berechnet. Die Ergebnisse werden an das Prozessleitsystem ausgegeben und in der Datenbank des Metrohm Process- Lab Managers abgelegt das ist die Software, die die Prozesskommunikation und die Steuerung des Metrohm Process IC handhabt. Einzelwerte und Trends können hierin einfach überwacht werden. Für den Prozess gemacht Der Metrohm Process IC ist mit seinem robusten Gehäuse der Schutzklasse IP65 für den Einsatz mitten im Prozess bestens ausgestattet. Im Gehäuse befinden sich alle Komponenten, inklusive der Reagenzien, die für die vollautomatische Analyse nötig sind. Von der Probennahme über die Probenvorbereitung und die Analyse bis hin zur Auswertung und Ausgabe des Ergebnisses handhabt der Metrohm Process IC die Cr (VI)- Messungen völlig autonom. Momentan werden bei thyssenkrupp Rasselstein zweimal pro Woche Chemikalien nachgefüllt. Dieser geringe Aufwand könnte durch die Integration einer Reinstwasseranlage noch weiter reduziert werden. Zudem muss pro Monat eine Stunde investiert werden, um Pumpenschläuche auszutauschen und das System neu zu starten. Dadurch wird ein einwandfreier kontinuierlicher Betrieb sichergestellt. Abbildung 2. In der Waschflasche wird der Analyt in Lösung überführt. Der Metrohm Process IC erreicht für den Messbereich von µg/m 3 eine maximale Messfrequenz von 2 Analysen pro Stunde: Für die Probennahme werden Minuten benötigt. Die Analysendauer beträgt ca. 17 Minuten. Für Spülvorgänge müssen schliesslich ca. 5 Minuten veranschlagt werden. Eine Analyse dauert demnach insgesamt knapp 30 Minuten. 16 Vor Ort

17 Feedback für die Prozessoptimierung thyssenkrupp hat sich die semikontinuierliche Analyse des Cr(VI)-Gehalts zunutze gemacht, um Prozesse so zu optimieren, dass die Cr(VI)-Emission reduziert wird. Zum Beispiel wurde festgestellt, dass die Prozessgeschwindigkeit der Produktionsanlage und einige Einstellungen des Abluftreinigungssystems einen starken Einfluss auf den Cr(VI)-Gehalt der Abluft haben. Durch die Optimierung dieser Parameter konnte der Cr(VI)-Ausstoss enorm verbessert werden (Abbildung 3). Zudem wurde erkannt, dass das Wetter die Cr(VI)-Emission beeinflusst: Der Cr(VI)-Gehalt unterliegt einer sinusartigen Schwankung mit einer Spitze von ca. 30 µg/m 3 um die Mittagszeit und einem Minimum von unter 5 µg/m 3 gegen Abend. Eine systematische Untersuchung der Schwankung in Bezug auf Temperatur und Luftdruck verspricht weiteres Verbesserungspotenzial. Schadstoffbelastung Abluftkamin [µg/m 3 ] Verbesserungspotenzial durch optimierte Fahrweise ursprüngliche Fahrweise optimierte Fahrweise Von Online-Analytik profitieren Dank der Online-Bestimmung von Cr(VI) im Abgas aus der Verchromungsanlage profitiert thyssenkrupp Rasselstein erstmals von der Kontrolle des Cr(VI)-Gehalts. Statt nur zu wissen, ob im Rahmen einer Stichprobe der Grenzwert eingehalten wurde, kann thyssenkrupp nun Änderungen der Cr(VI)-Emission direkt mit ihren Ursachen in Verbindung bringen. Das ermöglicht dem Hersteller von Verpackungsstahl, an seinem weltweit grössten Produktionsstandort höchsten Qualitäts- und Nachhaltigkeitsstandards gerecht zu werden. Die Online-Messungen zahlen sich aber nicht nur dann aus, wenn gezielte Optimierungen geplant sind. Bei thyssenkrupp in Andernach deckte die semikontinuierliche Überwachung zum Beispiel auf, dass sich die Cr(VI)-Emissionen nach Instandsetzungsarbeiten an den Lamellenabscheidern des Abluftaufbereitungssystems verschlechtert hatten. Dies wäre ohne den Metrohm Process IC erst bei der nächsten behördlichen Kontrolle aufgefallen. Dank dem Metrohm Process Ion Chromatograph wurde die gestiegene Cr(VI)-Emission sofort bemerkt und konnte auf die veränderte Geometrie der neu eingesetzten Lamellen zurückgeführt werden. Das Problem liess sich durch einen erneuten Austausch der Lamellen direkt beheben. Anlagengeschwindigkeit [m/min] Abbildung 3. Durch das Anpassen der Fahrweise wurde ein niedriger Cr(VI)-Ausstoss erzielt, der sich auch bei wachsender Anlagengeschwindigkeit kaum verändert. INFORMATION

18 Umweltsünder Strasse? Eisenhüttenschlacken im Strassenbau: Routinebestimmung des Gesamtfluorgehalts Durch die Verwendung von Eisenhüttenschlacken im Strassenbau können in den Schlacken enthaltene Fluorverbindungen in die Umwelt gelangen. Dominik Hahn, heute Doktorand in der Abteilung Technische Chemie und Korrosionswissenschaften der Universität Koblenz-Landau, entwickelte im Rahmen seiner Bachelorarbeit eine Methode zur Bestimmung des Fluorgehalts von Schlacken durch Combustion IC. Für diese wurde er vom Verein Deutscher Ingenieure (VDI) Mittelrhein e. V. mit dem VDI-Förderpreis ausgezeichnet. Schlacke: Ein nützliches Nebenprodukt Im Jahr 2016 fielen in der Stahlindustrie weltweit ca Millionen Tonnen Eisenhüttenschlacken (Hochofen- und Stahlwerksschlacken) an so schätzt der United States Geological Survey 1. Schlacke ist die nichtmetallische Substanz, die beim Verhütten von Erz zurückbleibt. Sie ist aber kein Abfallprodukt: Schlacke ist z. B. eine Grundlage für Ersatzbaustoffe im Verkehrswegebau oder für Rohstoffe in der Zementindustrie. Ein wichtiger Parameter zur Beurteilung der Umweltverträglichkeit von Eisenhüttenschlacken ist die Auslaugbarkeit von Fluor. Wie das Auslaugungsverhalten fluorhaltiger Schlackeprodukte zustande kommt, ist nicht vollständig geklärt. Aktuelle Forschungsvorhaben beschäftigen sich daher damit, die komplexen Vorgänge der Fluoridauslaugung zu verstehen und durch Anpassungen in der metallurgischen Arbeit zu beeinflussen Vor Ort

19 Die Fluorauslaugung aus Schlacken erforschen Die Menge des ausgelaugten Fluors in Säulen- oder Schütteleluaten allein reicht nicht, um das Auslaugungsverhalten einer Schlacke zu beurteilen. Sie muss dazu in Relation zur ursprünglichen Gesamtkonzentration an Fluor im Feststoff betrachtet werden. Eine Erforschung des Auslaugungsverhaltens von Schlacken erfordert ein schnelles Routineverfahren für die Messung des Gesamtfluorgehalts in Schlacken mit hoher Präzision und Nachweisgrenzen von unter 50 mg/kg. Ein schnelles Routineverfahren zur Bestimmung des Gesamtfluorgehalts in Schlacken gibt es bisher nicht: Gängige Verfahren, z. B. die Standardmethode nach DIN («Bestimmung des Gesamtfluorgehalts in anorganisch-oxidischen Roh- und Werkstoffen»), beinhalten eine arbeitsintensive Probenvorbereitung. Diese dient dazu, den Analyten in Lösung zu überführen und von Störelementen wie Calcium-, Aluminiumund Eisen(III)-Ionen zu trennen. Die manuelle Durchführung der Probenvorbereitung ist nicht nur zeit- und kostenaufwendig, sondern auch eine häufige Fehlerquelle. Zeitaufwand und Fehler reduzieren Die Ionenchromatographie mit Inline-Verbrennungsaufschluss (Combustion IC) wird bislang primär für organische Matrices wie Brennstoffe, Polymere, Pharmazeutika und Lebensmittel verwendet. Mit ihren vollständig automatisierten Analysen eignet sie sich aber auch für die Gesamtfluorbestimmung in Schlacken. Da sie bislang nicht für Analysen von Schlacken verwendet wurde, müssen die Parameter des pyrohydrolytischen Aufschlusses und der Aufnahme des Analyten in die Absorptionslösung optimiert werden, um eine zuverlässige Analytik anorganisch-oxidischer Proben wie Schlacke zu erzielen. Die manuelle Durchführung der Probenvorbereitung ist nicht nur zeit- und kostenaufwendig, sondern auch eine häufige Fehlerquelle. Abbildung 1. System für Combustion IC bestehend aus 930 Compact IC Flex, 920 Absorber Module und dem Combustion Module von Analytik Jena INFORMATION

20 Probenvorbereitung in der Combustion IC In der Combustion IC ist der pyrohydrolytische Aufschluss, der auch in der DIN beschrieben ist, vollständig automatisiert und inline an die IC-Analytik gekoppelt. Zunächst findet ein thermischer Aufschluss der Probe unter Argonatmosphäre statt. Die dabei entstehenden Pyrolysegase werden dann im Sauerstoffstrom und unter kontinuierlicher Zugabe kleiner Mengen an Reinstwasser verbrannt. Durch die Zugabe von Reinstwasser werden Ablagerungen und Glaskorrosion vermieden und eine vollständige Umsetzung des Fluors zu Fluorwasserstoff sichergestellt. Die durch den Verbrennungsaufschluss gebildeten Gase werden in einer Absorptionslösung gelöst und ins Analysenmodul überführt. Die Lösung wird dann entgast und zum Schutz der Trennsäule durch Inline-Ultrafiltration von Partikeln befreit, bevor sie chromatographisch getrennt wird. Die anschliessende sequenzielle Suppression sorgt für eine stabile, niedrige Hintergrundleitfähigkeit und dadurch für eine präzise und richtige Bestimmung der Fluorkonzentration durch Leitfähigkeitsdetektion. Abbildung 2 zeigt ein Schema des Combustion Modules. Optimierung der Combustion IC für Schlacken Um die Combustion IC für die Bestimmung von Fluor in Schlacken zu optimieren, wurden die Probeneinwaage, die Nachverbrennungszeit, die Reinstwasserflussrate sowie die Volumina und Konzentrationen der Elutions- und Absorptionslösungen betrachtet. Die längere Nachverbrennungszeit ermöglicht eine bessere Abtrennung des Fluors aus bindungsstarken Verbunden. Nachverbrennungszeit Versuche mit unterschiedlichen Nachverbrennungszeiten zeigten, dass verlängerte Nachverbrennungszeiten einen effektiveren Aufschluss ermöglichten (Abbildung 3, rechte Seite). Die längere Nachverbrennungszeit ermöglicht eine bessere Abtrennung des Fluors aus bindungsstarken Verbunden, wie sie in Schlacken vorliegen. Das Abflachen der Kurve bei Nachverbrennungszeiten, die 300 s überschreiten, markiert das Optimum, das durch die Anpassung der Nachverbrennungszeit erreicht werden kann. H 2 O 2 O 2 H 2 O Probenzufuhr fest/flüssig Ar/O 2 SO 2 NO x HX Detektor Absorber Peltier- Kühlung Lichtleiter mit Flammensensor Quarzschiffchen gekühlte Probengabe Abbildung 2. Funktionsprinzip des Combustion Modules 20 Vor Ort

21 Probeneinwaage Versuche zur Optimierung der Probeneinwaage zeigten, dass der Aufschluss bei einer Einwaage von ca. 10 mg maximal effektiv ist (Abbildung 4). Unter der Verwendung kleinerer Einwaagen leidet die Messpräzision, da die Analytkonzentration im Eluenten zu klein ist. Eine grössere Einwaage hat ein ungünstiges Verhältnis von Probenoberfläche zur Probenmasse zufolge: Durch die geringe Fläche der Energieeinwirkung kommt während des Verbrennungsaufschlusses ein Temperaturgradient in der Probe zustande, was die Bildung von Aggregaten nach sich zieht. Die Aufschlusswirkung der Verbrennung wird dadurch beeinträchtigt. Eine maximale Probenoberfläche wird erzielt, indem man die Probe fein auf einem Quarzvlies verteilt. Reinstwasserflussrate Durch Anpassung der Reinstwasserflussrate kann die Aufnahme der Verbrennungsgase durch Wasserdampf verbessert werden (Abbildung 5). Die Verdopplung der Reinstwasserflussrate auf 0.2 ml/min führte zu einer effektiveren Aufnahme des Analyten. Zudem wirkt eine höhere Flussrate Glaskorrosion und Ablagerungen im Verbrennungsrohr entgegen. Fluorgehalt [mg/kg] Zeit [s] Abbildung 3. Optimierung der Nachverbrennungszeit Fluorgehalt [mg/kg] Fluorgehalt [mg/kg] Einwaage [mg] Abbildung 4. Optimierung der Einwaage 0 OP 1 OP 2 OP ml/min 0.2 ml/min Abbildung 5. Optimierung der Reinstwasserflussrate INFORMATION

22 Durch die Optimierungsmassnahmen wurde die selektiv detektierbare Fluormenge um durchschnittlich 55 % erhöht. Detektierbare Fluormenge deutlich erhöht Zusätzlich zu den oben beschriebenen Anpassungen wurde eine Optimierung der Volumina und der Konzentrationen der Elutions- und Absorptionslösungen durchgeführt, um die Überführung des Analyten in das IC-Modul zu verbessern. Durch die Optimierungsmassnahmen wurde die selektiv detektierbare Fluormenge um durchschnittlich 55 % erhöht. Abbildung 6 zeigt die Messungen von drei Optimierungsproben und vier Realproben anhand der Ausgangsmethode und der optimierten Methode. Zur Überprüfung des Optimierungsverlaufs wurden zudem die vier Standardreferenzmaterialien STD 1 bis STD 4, die einen Konzentrationsbereich von 280 ± 20 mg/kg bis 2712 ± 135 mg/kg abdeckten, gemessen. Nahaufnahme eines Teils des Probenaufgabesystems des Combustion Modules. Licht aus dem Pyrolyseofen wird durch den Lichtleiter zum Flammensensor geführt. Zur besseren Erkennbarkeit des Lichtleiters wurde für diese Aufnahme der Flammensensor entfernt. Lichtleiter 22 Vor Ort

23 Fluorgehalt [mg/kg] OP 1 OP 2 OP 3 RP 1 RP 2 RP 3 RP 4 STD 1 STD 2 STD 3 STD 4 Start optimiert Messausbeute Messausbeute nach Optimierung im Vergleich zum Startwert [%] Abbildung 6. Optimierungsergebnisse: Die detektierte Fluormenge erhöht sich um mindestens 7.5 %, maximal um %. Im Durchschnitt erhöht sie sich um 55 % Fluorbestimmung als Basis für umweltgerechte Schlackenhandhabung Im Zuge der Methodenvalidierung wurden Nachweis- und Bestimmungsgrenzen für Fluor in Schlacken von 2 mg/kg bzw. 6 mg/kg bestimmt. Über einen Bereich von < 10 mg/kg bis 5000 mg/kg wurde eine Standardabweichung < 2 % erzielt. Dank ihrer Präzision und Zuverlässigkeit eignen sich durch Combustion IC gemessene Fluorkonzentrationen zur Beurteilung der Umweltverträglichkeit und des Verwendungspotenzials von Stahlproduktionsschlacken. Referenzen [1] Mineral Commodity Summaries 2017; U.S. Geological Survey; U.S. Government Publishing Office: Washington, DC, 2017; S. 98. DOI: / [2] Massnahmen zur Erhaltung des umweltgerechten Recyclings von Feuerfestreststoffen und der nachhaltigen Nutzung von Elektrolichtbogenofenschlacken unter besonderer Berücksichtigung der Herkunft und des Verhaltens von Fluorid. Mineralmahlwerk Westerwald Horn GmbH & Co. KG, Aktenzeichen 32127/01. Über den Autor Dominik Hahn, 24, aus Koblenz in Deutschland hat im vergangenen Jahr sein Masterstudium der Chemie und Physik funktionaler Materialien an der Universität Koblenz-Landau abgeschlossen. Im Bachelor studierte er Angewandte Naturwissenschaften, ebenfalls in Koblenz. Seit Ende 2017 ist Dominik nun als Doktorand an der Universität Koblenz-Landau beschäftigt, wo er eine Promotion im Bereich keramischer Hochtemperaturwerkstoffe anstrebt. INFORMATION

24 Auf Sic Drogen, Explosivstoffe, chem Die Polizei entdeckt ein geheimes Labor. Es gilt nun festzustellen, mit welchen Substanzen sie es hier zu tun hat: Handelt es sich um ein Drogenlabor? Oder werden hier womöglich Explosivstoffe hergestellt? Der Kontakt mit einer unbekannten Substanz kann in einem solchen Fall fatal sein. Die anwesenden Kräfte müssen die vorgefundenen Substanzen also aus sicherer Entfernung identifizieren. Geht das? 24 Applikation

25 cherheitsabstand mische Waffen: Gefahrstoffe aus sicherer Entfernung bestimmen Auf gefährlichem Terrain Polizei, Militär, Feuerwehr und Rettungsdienste kommen nicht selten in Situationen, in denen sie auf unbekannte Substanzen treffen: ein geheimes Labor, ein Leck in einem Tanklaster, der Fund eines unbekannten Pulvers. Eine schnelle Identifikation der Substanz ist essenziell, um über das weitere Vorgehen zu entscheiden. Dabei muss der Kontakt mit der Substanz möglichst vermieden werden, denn unter diesen Umständen ist ein unbekannter Stoff potenziell immer ein Gefahrstoff. Die Raman-Spektroskopie kann dieses Problem lösen: Ein Laserstrahl wird auf die zu bestimmende Substanz gerichtet. Das Licht interagiert mit der Substanz und wird dadurch auf einzigartige Weise verändert. Indem man das gestreute Licht analysiert, kann die Substanz deshalb eindeutig bestimmt werden. Das alles passiert in Sekundenschnelle. Was im Detail passiert, lesen Sie im Infokasten auf der folgenden Seite. Neues Raman-Spektrometer für Applikationen im Bereich Defense & Security Mira DS heisst das neue Raman-Handspektrometer speziell für Verteidigung und Sicherheit. Kaum grösser als ein Smartphone und mit einem praktischen Touchscreen ausgestattet, lässt es sich ganz einfach mit einer Hand bedienen auch mit Handschuhen. Das ermöglicht z. B. Drogenfahndern, Sprengstoff experten und Militär die Identifikation von illegalen Substanzen und Sprengstoffen in Sekundenschnelle direkt vor Ort. Das Spektrometer identifiziert Substanzen sogar durch transparente Verpackungen wie Plastiktüten oder Glasflaschen hindurch. Mit seiner Zertifizierung nach IP67 und dem US-Militärstandard MIL-STD-810G ist es zudem besonders robust und für den Einsatz in gefährlichen Umgebungen geeignet. INFORMATION

26 Info Bei der Raman-Spektroskopie wird eine Substanz, die analysiert werden soll, mit Licht einer einzigen Wellenlänge bestrahlt. Das heisst, dass jedes Photon, also Lichtteilchen, in diesem Strahl dieselbe Energiemenge trägt. Beim Auftreffen auf die Substanz werden die Lichtteilchen an den Atomen und Molekülen, aus denen sich die Substanz zusammensetzt, gestreut. Sie geben dabei Energie an die Teilchen ab. Ihre eigene Energie wird dadurch kleiner und ihre Wellenlänge ändert sich dementsprechend. Nach der Streuung weisen die Photonen zahlreiche unterschiedliche Wellenlängen auf. Mithilfe eines Detektors, der das gestreute Licht einfängt, werden die neuen Wellenlängen der gestreuten Photonen analysiert und es wird eine Inventur vorgenommen: Wieviele Photonen gibt es von jeder Wellenlänge? Die graphische Darstellung dieser Information ist das Ramanspektrum. Durch Abgleich des aufgenommenen Spektrums mit einer Spektrendatenbank kann die Probe eindeutig identifiziert werden. Für alle Proben gerüstet Das Mira DS identifiziert Substanzen durch Abgleich der gemessenen Spektren mit seiner integrierten Spektrendatenbank. Diese umfasst die Spektren Tausender Substanzen, darunter Drogen, Explosivstoffe und weitere Gefahrstoffe. Fünf Messaufsätze, die mit wenigen Handgriffen ausgetauscht werden können, machen das Gerät besonders flexibel: Je nach Probe kann der passende Aufsatz für eine optimale Messung angebracht werden. Der Universalaufsatz und der rechtwinklige Aufsatz (Abbildung 1) befinden sich im Standardumfang des Mira DS. Alle anderen Aufsätze können je nach Bedarf zusätzlich erworben werden. Sicherheit auf der Strasse und im Labor Es gibt Situationen, in denen auch ein Schutzanzug und eine Armlänge Abstand nicht ausreichen, um Sicherheit zu gewährleisten. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn mutmassliche Explosivstoffe gefunden werden. Für die Analyse solcher Substanzen lässt sich die Stärke des Lasers reduzieren, um eine Detonation zu vermeiden. Der Selbstauslöser gibt dem Benutzer genügend Zeit, sich nach dem Platzieren des Mira DS aus der Gefahrenzone zu entfernen, bevor die Probe vermessen wird. Dank der Schnittstelle zur App HazMasterG3 können nach der Identifikation weitere Informationen zur Substanz auf dem Smartphone abgerufen werden. Die Identifikation potenzieller Gefahrstoffe vor Ort durch Raman-Spektroskopie bedeutet auch für die Mitarbeiter forensischer Labore mehr Sicherheit. Die Handhabung der unbekannten Substanzen ist eine äusserst sensible Angelegenheit. Wurde die Substanz zuvor schon durch Raman-Spektroskopie identifiziert, vereinfacht das die sachgerechte Handhabung der Probe während der nasschemischen Analyse ihrer exakten Zusammensetzung. Überlagerung des Raman-Spektrums einer Probe (weiss) und des entsprechenden Spektrums aus der Spektrendatenbank. Abbildung 1. Mit dem Rechtwinkel-Aufsatz lassen sich Messungen auf Oberflächen durchführen. 26 Applikation

27 Universsalaufsatz Der Universalaufsatz verfügt über drei unterschiedliche Brennweiten für die Messung in direktem Kontakt, durch eine Plastiktüte hindurch oder durch ein Glasgefäss. Rechtwinkliger Aufsatz Die Substanz wird auf einer Oberfläche platziert und das Mira DS daneben, wobei der rechtwinklige Aufsatz auf der Probe aufliegt. Dieser Aufsatz ist zum Beispiel ideal, um den Inhalt eines Tütchens auf der Motorhaube eines Streifenwagens zu bestimmen (Abb. 1). Abstandsaufsatz Der Abstandsaufsatz erlaubt die Messung aus einer Entfernung bis zu 2 m. Er eignet sich dadurch optimal, wenn ein besonderes Risiko besteht, sich der Probe zu nähern. Tastkopfsondenaufsatz Mit dem Tastkopfsondenaufsatz (Abb. 2) muss sich der Benutzer keine Gedanken über die Brennweite machen. Der Tastkopf wird für die Messung einfach in direkten Kontakt mit der Flüssigkeit oder dem Pulver gebracht. Die Kon struktion aus rostfreiem Stahl ermöglicht einfaches Reinigen. Vialaufsatz Der Vialaufsatz eignet sich besonders für Messungen im Labor. Die Probe wird mitsamt Vial in den Aufsatz eingesetzt und bestimmt. Identifikation von Substanzen in Gemischen und von Substanzen im Spurenbereich Die Identifikation von Strassendrogen wird dadurch erschwert, dass diese fast nie in Reinform vorliegen. Die Verschnitte können ganz unterschiedliche Substanzen enthalten. Das wirkt sich auf das Raman-Spektrum aus, welches eine Überlagerung der Spektren aller enthaltenen Substanzen ist. Mithilfe von Orbital Raster Scanning (ORS) und modernster Software identifiziert Mira DS die Einzelkomponenten solcher Mischungen. Wenn nur sehr geringe Mengen einer verdächtigen Substanz vorliegen, kann die Messempfindlichkeit durch oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS, von engl. Surface En hanced Raman Scattering) so gesteigert werden, dass sogar Spuren sicher nachgewiesen werden können. Die dafür notwendigen SERS Substrate Kits sind direkt bei Metrohm erhältlich. Vielseitig einsetzbar Das Mira DS ist handlich, hochgradig robust und es erkennt mit seiner umfassenden Spektrendatenbank Tausende von Substanzen. Dadurch ist es für alle erdenklichen Einsätze bestens gerüstet von der routinemässigen Sicherheitskontrolle am Flughafen bis hin zum Ernstfall bei Polizei, Drogenfahndung und Rettungskräften. Sie wollen mehr über das Mira DS erfahren? Besuchen Sie unsere Website unter Abbildung 2. Mit dem Tastkopfsondenaufsatz können Substanzen in direktem Kontakt mit der Sonde gemessen werden, sodass die Einhaltung eines bestimmten Abstands nicht weiter beachtet werden muss. INFORMATION

28 Tipps und Tricks Ionenchromatographie Säulen-Performance kontrollieren und erhalten Eine der Grundvoraussetzungen für zuverlässige chromatographische Analysen ist eine leistungsfähige Trennsäule. Benutzer der IC sollten die Leistung ihrer Säule regelmässig kontrollieren. Zeichnet sich ein Nachlassen der Leistung ab, können dadurch rechtzeitig Schritte unternommen werden, um die einwandfreie Funktion der Säule wiederherzustellen bzw. aufrechtzuerhalten. Erfahren Sie hier, wie Sie die Säulenleistung bewerten können, welche Parameter Sie dazu überwachen sollten und mit welchen Massnahmen Sie eine gute Säulen-Performance sicherstellen können. Inbetriebnehmen einer neuen Säule Wenn Sie eine Säule zum allerersten Mal verwenden, empfiehlt es sich, ihre Ausgangsleistung zu überprüfen. Das Analysenzertifikat (kurz CoA für Certificate of Analysis), das Sie beim Kauf jeder Metrohm Säule erhalten, dient als Referenz dafür. Nehmen Sie ein Chromatogramm auf und verwenden Sie dabei die im CoA angegebenen Analysenbedingungen, u. a. Flussrate, Temperatur, Eluent und Analytkonzentration. Die Säulen-Performance kann dann durch Vergleich einiger Ergebnisparameter mit den im CoA aufgeführten Werten, z. B. Retentionszeit, Trennstufenzahl, Asymmetrie, Auflösung sowie Peakhöhe und -fläche, evaluiert werden. Auch Säulen, die bereits in Gebrauch sind, sollten regelmässig getestet werden. Regelmässiges Monitoring der Säulen-Performance Auch Säulen, die bereits in Gebrauch sind, sollten regelmässig überwacht werden. Es empfiehlt sich, diese Tests mit Checkstandards unter Applikationsbedingungen durchzuführen, denn abhängig von der Art der Analyse und den damit verbundenen Analysenbedingungen sowie dem instrumentellen Aufbau kann die Leistung unterschiedlich ausfallen. Wird eine nachlassende Leistung festgestellt, sind die Anforderungen der Applikation entscheidend dafür, ob sie weiterverwendet werden kann. Im Folgenden wird die Bestimmung der Säulenleistung anhand von fünf Leistungsindikatoren beschrieben. Zudem erfahren Sie, wie Sie einem Rückgang der Leistung vorbeugen bzw. ihn beheben können. 28 Tipps und Tricks

29 Gegendruck Überwachen Sie den Gegendruck, indem Sie zunächst bei Inbetriebnahme Ihrer neuen Säule den Gegendruck unter den Analysenbedingungen Ihrer Applikation als Referenzwert («Common Variable» in MagIC Net) speichern. Verwenden Sie dann die benutzerdefinierten Resultate, um die Differenz zwischen dem anfänglichem Gegendruck und dem der aktuellen Bestimmung zu überwachen. Ist ein Anstieg des Gegendrucks gegenüber seinem Anfangswert erkennbar, weist das auf abgelagerte Partikel in der Vor- oder Trennsäule hin. Beträgt dieser Ansteig mehr als 1 MPa, muss gehandelt werden. Dazu sollte man zunächst überprüfen, welche der Säulen betroffen ist. Ist die Vorsäule verschmutzt, sollte sie ersetzt werden. Ist die Trennsäule betroffen, spülen Sie sie zunächst für einige Stunden in entgegengesetzter Flussrichtung. Hilft das nicht, muss auch hier ein Austausch der Säule in Betracht gezogen werden. Dieser wird unerlässlich, wenn der maximale für die Säule erlaubte Gegendruck erreicht ist. Retentionszeit Um die Veränderung der Retentionszeit zu verfolgen, wird die Retentionszeit des letzten Peaks im Chromatogramm überwacht. Sulfat eignet sich hierfür beispielsweise, da es meist ganz zum Schluss eluiert. Auch hier arbeiten Sie mit einer Common Variable, um den Anfangswert zu speichern. Auflösung Überwachen Sie die chromatographische Auflösung, indem Sie Messungen eines vordefinierten Checkstandards einem Initialreferenzwert gegenüberstellen. Ist die Auflösung R > 1.5, ist die Basislinientrennung gegeben (siehe Abbildung unten). Bei hohen Matrices und dadurch verbreiterten Peaks muss die Auflösung sogar noch höher sein, damit die Basislinientrennung gewährleistet ist. Stellen Sie zunächst sicher, dass der Verlust der Auflösung seine Ursache nicht im Eluenten oder im IC-System hat. Ist das ausgeschlossen, kann die adsorptive Wirkung von Verunreinigungen in der Vor- oder Trennsäule verantwortlich für den Auflösungsverlust sein. Eine verunreinigte Vorsäule sollte ausgetauscht werden. Liegt die Ursache des Problems in der Trennsäule, sollte diese gemäss dem Säulenmerkblatt regeneriert werden, um sie von möglichen organischen oder anorganischen Verschmutzungen zu befreien. Bei fortschreitendem Auflösungsverlust ist ein Austausch unvermeidbar. R = 0.5 R = 1 Instabile Retentionszeiten können durch Kohlenstoffdioxid aus der Luft oder Luftblasen im Eluenten verursacht werden. Diese Probleme lassen sich einfach beheben (siehe Tabelle 1, S. 31). Zudem könnte die Säule an Kapazität verloren haben. Der Kapazitätsverlust der Säule kann durch hochvalente Ionen verursacht werden. Die Säule sollte dann gemäss dem Säulenmerkblatt regeneriert werden, um mögliche Verschmutzungen zu entfernen. Wird dadurch keine Verbesserung erzielt, muss je nach den Anforderungen der Applikation ein Austausch der Säule erwogen werden. Dies gilt insbesondere bei fortschreitendem Kapazitätsverlust. Basislinientrennung bei R = 1.5 R = 1.5 INFORMATION

30 Trennstufen Speichern Sie die anfängliche Trennstufenzahl in MagIC Net als Common Variable ab. Üblicherweise wird der zuletzt eluierende Peak verwendet, im Anionenchromatogramm eignet sich z. B. Sulfat. Verwenden Sie die benutzerdefinierten Resultate, um die Entwicklung der Trennstufenzahl zu verfolgen. Die Abnahme der Trennstufenzahl kann auf Totvolumen im IC-System hinweisen (s. Tabelle 1). Eine geringe Trennstufenzahl kann auch dann beobachtet werden, wenn die Säule z. B. durch eine hohe Salzkonzentration in der Probenmatrix überladen wurde. Wenn die Trennstufenzahl um über 20 % abnimmt, weist das darauf hin, dass die Säulenleistung nachlässt. Je nach den Anforderungen der Applikation kann Handlungsbedarf bestehen. Ist die Vorsäule der Grund für die abnehmende Leistung, sollte sie ersetzt werden. Liegt das Problem in der Trennsäule, empfiehlt sich eine Säulenregeneration gemäss dem Säulenmerkblatt, um eventuelle organische oder anorganische Verunreinigungen zu eliminieren. Hilft das nicht, muss über einen Austausch der Säule nachgedacht werden, insbesondere wenn ein Trend hin zu niedrigeren Trennstufenzahlen beobachtet wird. Asymmetrie Bestimmen Sie die anfängliche Asymmetrie ihrer Analyten durch Messung eines vordefinierten Checkstandards unter den Analysenbedingungen Ihrer Applikation. Speichern sie ihn als Common Variable. Verwenden Sie dann die benutzerdefinierten Resultate, um die Entwicklung der Asymmetrie im Verlauf der Zeit zu beobachten. Die maximalen akzeptablen Werte für die Asymmetrie unterscheiden sich je nach Analyt. Zum Beispiel weisen Calcium- und Magnesium-Peaks initial bereits verhältnismässig hohe Asymmetriewerte auf. Asymmetrie ist definiert als der Abstand von der Mittellinie des Peaks zur absteigenden Peakseite (B in der Abbildung) geteilt durch den Abstand von der Mittellinie des Peaks zur aufsteigenden Peakseite (A in der Abbildung), wobei beide Abstände bei 10 % der Peakhöhe gemessen werden. A B 10 % der Peakhöhe A S = A S = 1.2 A S = 2 A S = 4 Ausgezeichnet Akzeptabel Inakzeptabel Sehr schlecht A S > 1 bedeutet Tailing und A S < 1 bedeutet Fronting. Die beste Chromatographie wird mit Peak-Asymmetrien möglichst nahe bei 1 erreicht. Allgemein lässt sich sagen, dass die Säulenleistung nachlässt, wenn die Asymmetrie A S > 2 oder A S < 0.5 ist. Je nach Anforderungen der Applikation müssen in diesem Fall Massnahmen getroffen werden, um die Symmetrie zu verbessern und dadurch eine bessere Integration zu ermöglichen. Der Grund für hohe Asymmetriewerte kann im Ionenchromatographen liegen z. B. aufgrund von Totvolumen. Ist das nicht der Fall, gilt es herauszufinden, ob die Asymmetrie durch Probleme mit der Vorsäule oder mit der Trennsäule verursacht wird. Verursacht die Vorsäule die Asymmetrie, so sollte sie ausgetauscht werden. Ist es die Trennsäule, so sollte sie zunächst gemäss dem Säulenmerkblatt regeneriert werden, um mögliche organische oder anorganische Verschmutzungen zu entfernen. Hilft das nicht, muss ein Austausch der Säule in Betracht gezogen werden. Ist ein Trend hin zu höheren Asymmetriewerten zu beobachten, wird ein Austausch unerlässlich. 30 Tipps und Tricks

31 Tabelle 1. Leistungsrückgang von IC-Säulen vorbeugen und korrigieren Indikator Ursache Vorbeugungs- bzw. Korrekturmassnahmen Steigender Gegendruck Partikel auf der Vorsäule Vorsäule ersetzen Partikel auf der Trennsäule Trennsäule in umgekehrter Flussrichtung ausspülen Säulenausgang in ein Becherglas halten Trennsäule ca. eine Stunde lang ausspülen Trennsäule wieder in Flussrichtung einsetzen Partikel in der Probe Probenvorbereitung, z. B. Partikel durch Inline-Ultrafiltration entfernen Verkürzte Retentionszeit Carbonat im Eluenten Kohlenstoffdioxid aus der Luft beeinflusst das Carbonat-Hydrogencarbonat-Gleichgewicht im Eluenten. Ein Carbonat- Hydrogencarbonat-Eluent wird mit der Zeit schwächer, ein Hydroxideluent stärker. Eluentenflaschen und Flaschen mit Eluentkonzentrat immer gut verschliessen Immer einen CO 2 -Adsorber verwenden Luftblasen im Eluenten Durch Luftblasen wird der Eluentenfluss instabil. Der Gegendruck ist ein Indikator für instabilen Fluss. Er sollte in einem Bereich von ± 0.1 MPa stabil bleiben. Entlüften Sie die Hochdruckpumpe Verwenden Sie einen Eluent-Degasser Kapazitätsverlust der Säule aufgrund hochvalenter Ionen Regeneration der Säule gemäss Säulenmerkblatt, um mögliche anorganische Ablagerungen zu entfernen. Auflösungsverlust Eluent zu alt oder falsch hergestellt Eluenten sollten frisch hergestellt werden. Achten Sie auf eine korrekte Herstellung, insbesondere darauf, dass Carbonat und Hydrogencarbonat nicht vertauscht werden. Adsorptive Wirkung von in der Vorsäule abgelagerten Verunreinigungen Adsorptive Wirkung von in der Trennsäule abgelagerten Verunreinigungen Vorsäule ersetzen Trennstufenverlust Vorsäule verschmutzt Vorsäule ersetzen Regeneration der Säule gemäss Säulenmerkblatt, um mögliche organische oder anorganische Ablagerungen zu entfernen. Trennsäule verschmutzt Regeneration der Säule gemäss Säulenmerkblatt, um mögliche organische oder anorganische Ablagerungen zu entfernen. Trennsäule wurde überladen Die Trennsäule kann z. B. durch hohen Salzgehalt in der Probenmatrix überladen werden. Probe verdünnen Weniger Probe injizieren Totvolumen im IC-System Überprüfen, dass alle Kapillaren einen Durchmesser 0.25 mm haben; wenn nicht, Kapillaren ersetzen Überprüfen, ob alle Kapillaren korrekt installiert wurden. Der Installationsprozess ist im Multimediaguide «IC Maintenance» Schritt für Schritt erklärt. Asymmetrie Totvolumen oder Verunreinigungen auf der Vorsäule Vorsäule ersetzen Trennsäule verschmutzt Regeneration der Säule gemäss Säulenmerkblatt, um mögliche organische oder anorganische Ablagerungen zu entfernen.

32 Literaturreferate Unzählige Anwender aus Forschung, Industrie und dem Bildungsbereich arbeiten tagtäglich mit Analysengeräten von Metrohm. Im Kapitel «Literaturreferate» stellen wir Ihnen in jeder Ausgabe einige ausgewählte Publikationen vor, in denen Instrumente von Metrohm eingesetzt wurden. Die Publikationen zeigen exemplarisch die Bandbreite der Bereiche, in denen die Analysengeräte von Metrohm verwendet werden können, und vermitteln Applikations-Know-how. Leider können wir Ihnen die vollständigen Arbeiten nicht zur Verfügung stellen. Dies ist aus urheberrechtlichen Gründen nicht möglich. Wir bitten Sie, die Artikel bei Interesse direkt von den Webseiten der Verlage herunterzuladen oder sie in einer Universitätsbibliothek zu beschaffen. Kostenloses und umfassendes Applikations-Know-how bietet Ihnen Metrohm in Form von Application Bulletins, Applications Notes, technischen Artikeln, und Whitepapers an. Diese finden Sie unter Eine Liste der im Jahr 2017 veröffentlichten Applikationen finden Sie unter bit.ly/metrohm_info. reas this view is challenged by recent contrasting observations. This has provoked a range of discussions on the role of water and its impact on batteries. In this work, a distinct battery chemistry that prevails in water-contaminated aprotic lithium oxygen batteries is revealed. Both lithium ions and protons are found to be involved in the oxygen reduction and evolution reactions, and lithium hydroperoxide and lithium hydroxide are identified as predominant discharge products. The crystallographic and spectroscopic characteristics of lithium hydroperoxide monohydrate are scrutinized both experimentally and theoretically. Intriguingly, the reaction of lithium hydroperoxide with triiodide exhibits a faster kinetics, which enables a considerably lower overpotential during the charging process. The battery chemistry unveiled in this mechanistic study could provide important insights into the understanding of nominally aprotic lithium oxygen batteries and help to tackle the critical issues confronted. Nat. Commun. (2017) 8, Ionenchromatographie Evidence for a palaeo-subglacial lake on the Antarctic continental shelf G. Kuhn, C.-D. Hillenbrand, S. Kasten, J. A. Smith, F. O. Nitsche, T. Frederichs, S. Wiers, W. Ehrmann, J. P. Klages, and J. M. Mogollón Elektrochemie Proton enhanced dynamic battery chemistry for aprotic lithium oxygen batteries Y. G. Zhu, Q. Liu, Y. Rong, H. Chen, J. Yang, C. Jia, A. Karton, Y. Ren, X. Xu, S. Adams, and Q. Wang Water contamination is generally considered to be detrimental to the performance of aprotic lithium air batteries, whe- Subglacial lakes are widespread beneath the Antarctic Ice Sheet but their control on ice-sheet dynamics and their ability to harbour life remain poorly characterized. Here we present evidence for a palaeo-subglacial lake on the Antarctic continental shelf. A distinct sediment facies recovered from a bedrock basin in Pine Island Bay indicates deposition within a low-energy lake environment. Diffusive-advection modelling demonstrates that low chloride concentrations in the pore water of the corresponding sediments can only be explained by initial deposition of this facies in a freshwater setting. These observations indicate that an active subglacial meltwater network, similar to that observed beneath the extant ice sheet, was also active during the last glacial period. It also provides a new framework for refining the exploration of these unique environments. Nat. Commun. (2017) 8, Literaturreferate

33 Stabilitätsmessung Ginger extract as a nature based robust additive and its influence on the oxidation stability of biodiesel synthesized from nonedible oil A. Devi, V. K. Das, and D. Deka Oxidation Stability is one of the most important fuel quality criterions for biodiesel and primarily affects the stability of biodiesel. Therefore, in the present work, antioxidant activity of ginger extract was studied as a method to increase oxidation stability of Pongamia pinnata biodiesel. Ginger extract is a nature based renewable substance and has antioxidant property. The presence of phenolic compounds in ginger extract was identified by HPLC, FT-IR and 1H NMR technique. The ginger extract was further characterized by BET, powder XRD, SEM and TEM techniques. The antioxidant activity of different concentrations of ginger extract was tested against radical 2,2-diphynyl-1-picrylhydrazyl (DPPH). A total of five treatments of Pongamia biodiesel doped with ginger extract i.e. 0 ppm (BG 0 ), 250 ppm (BG 1 ), 500 ppm (BG 2 ), 1000 ppm (BG 3 ), and 2000 ppm (BG 4 ) were prepared for evaluating the oxidation stability. The oxidation stability of all the samples was evaluated with the professional biodiesel Rancimat instrument manufactured by metrohm. The results demonstrated that a minimum doping of 250 ppm of ginger extract in pongamia biodiesel has met both American (ASTM D-6751) and European (ENE14214) standard specifications for biodiesel oxidation stability and can be used as antioxidant for biodiesel. These studies prove to be beneficial in the exploration of natural antioxidant sources for preservation of biodiesel which keeps its renewable nature intact unlike synthetic antioxidants which compromise the renewable nature of biodiesel because most of the synthetic antioxidants are made from petroleum sources. Fuel (2017) 187, INFORMATION

34 Titration Atmospheric forcing controlling inter-annual nutrient dynamics in the open Gulf of Finland J. Lehtoranta, O. P. Savchuk, J. Elken, K. Dahlbo, H. Kuosa, M. Raateoja, P. Kauppila, A. Räike, and H. Pitkänen The loading of P into the Gulf of Finland has decreased markedly, but no overall trend in the concentration of P has been observed in the open Gulf, where the concentrations of both inorganic N and P still have a pronounced inter-annual variability. Our main aim was to study whether the internal processes driven by atmospheric forcing can explain the variation in the nutrient conditions in the Gulf during the period We observed that the long-term salinity variation of the bottom water in the northern Baltic Proper controls that in the Gulf, and that the deep-water concentrations of oxygen and nutrients are significantly correlated between the basins. This imposes preconditions regarding how atmospheric forcing may influence deep water flows and stratification in the Gulf on a long-term scale. We found that over short timescales, winter winds in particular can control the in- and outflows of water and the vertical stratification and mixing, which to a large extent explained the inter-annual variation in the DIN and TP pools in the Gulf. We conclude that the inter-annual variation in the amounts, ratios, and spatial distribution of nutrients sets variable preconditions for the spring and potential blue-green algae blooms, and that internal processes were able to mask the effects of the P load reductions implemented across the whole Gulf. The transportation of P along the bottom from the northern Baltic Proper and its evident uplift in the Gulf highlights the fact that the nutrient reductions are also needed in the entire catchment of the Baltic Sea to improve the trophic status of the open Gulf. Karl Fischer Titration Enhanced solubility of lignin monomeric model compounds and technical lignins in aqueous solutions of deep eutectic solvents B. Soares, D. J. P. Tavares, J. L. Amaral, A. J. D. Silvestre, C. S. Rocha Freire, and J. A. P. Coutinho The solubilities of lignin monomeric model compounds and technical lignins (organosolv and kraft) in aqueous solutions of several deep eutectic solvents (DES) were here investigated. The effects of DES components, temperature and concentration, were evaluated. The results show aqueous solutions of DES to be a new class of powerful solvents where both the hydrogen bond donor and the hydrogen bond acceptor synergistically contribute to increase the solubility of the lignin model compounds, being the dispersive interactions with lignin the driving force behind the good performance of DES. The solubility of the model compounds is shown to be a good guide for the selection of the best DES for technical lignins solubility, leading to identifying an aqueous solution of DES allowing a solubility enhancement of ± 29.2 and ± 9.7 times for kraft and organosolv lignin, respectively. The results indicate that the solubility of the technical lignins and their monomers in DES aqueous solutions is driven by a hydrotropic mechanism, here confirmed by dynamic light scattering that is here observed for the first time with DES as hydrotropes. ACS Sustain. Chem. Eng. (2017) 5 (5), J. Marine Syst. (2017) 171,

35 Der Stoff, aus dem ERINNERUNGEN gemacht sind NH O OH Metrohm blickt auf eine 75-jährige Geschichte zurück. Zu diesem Anlass befassen wir uns in dieser Rubrik mit Erinnerungen, genau genommen mit deren molekularer Grundlage. BETA-AKTIN Das Protein Beta-Aktin ist ein wichtiger Bestandteil des strukturellen Gerüsts der Zelle und in allen menschlichen Zellen enthalten. In Nervenzellen ist Beta-Aktin an der Festigung von Synapsen, also Verknüpfungen von Neuronen, beteiligt und damit auch an der Bildung von Erinnerungen. NORADRENALIN Emotionale Erlebnisse bleiben besonders lang und besonders lebhaft in Erinnerung. Dafür ist unter anderem Noradrenalin verantwortlich, welches bei emotionaler Stimulierung vermehrt gebildet wird. Der Neurotransmitter trägt zur Bildung und Festigung von Erinnerungen bei, indem er die synaptische Plastizität das Entstehen und Aufheben neuronaler Verknüpfungen reguliert. HO NH 2 PROPANOLOL Bereits gefestigte Erinnerungen lassen sich im Nachhinein gezielt verändern: Beim Abrufen der Erinnerung wird diese destabilisiert und kann modifiziert oder sogar gelöscht werden. Die Einnahme von Propanolol einem Gegenspieler von Noradrenalin vor dem Abrufen einer mit Angst verbundenen Erinnerung löscht zwar nicht die Erinnerung an das Ereignis selbst, aber die damit verbundene Angst. 4EBP2 Wer nicht genug schläft, schadet damit seinem Gedächtnis: Bei Schlafmangel werden geringere Mengen des Proteins 4EBP2 gebildet. Sein Fehlen hemmt die Proteinsynthese im Hippocampus, der für die Erinnerung an Ereignisse, Orte und Reize wichtig ist. Diese Erinnerung wird dadurch in Mitleidenschaft gezogen. O O O O HO OH NH 2 GLUTAMAT Den meisten ist Glutamat als Geschmacksverstärker bekannt. Als Neurotransmitter ist es in einen wichtigen Mechanismus der Erinnerungsbildung involviert die Langzeitpotenzierung. Dabei bindet Glutamat an die Membranrezeptoren eines Neurons, welches dadurch einen Reiz erfährt und mit langandauerndem Feuern von Nervensignalen reagiert. Das stärkt die betroffenen neuronalen Verbindungen und die darin verschlüsselte Erinnerung. INFORMATION