Dr.-Ing. Sebastian Petzet (BASF SE, Antwerpen) wurde mit dem Willy-Hager-Preis ausgezeichnet. Der mit 6000 Euro dotierte Preis wurde ihm am 11. Mai 2015 auf der Jahrestagung „Wasser 2015″ der Wasserchemischen Gesellschaft, einer Fachgruppe in der Gesellschaft Deutscher Chemiker, in Schwerin für seine an der TU Darmstadt angefertigte Dissertation „Phosphorrückgewinnung in der Abwassertechnik: Neue Verfahren für Klärschlamm und Klärschlammaschen“ überreicht (eine Zusammenfassung der Arbeit ist erschienen in KA 6/2014, S. 552). Petzets Arbeit ist von besonderer Bedeutung, weil die natürlichen Phosphatvorkommen begrenzt sind. Alternativ werden daher Wege gesucht, Phosphat aus Abfallströmen zurückzugewinnen. Klärschlämme und Klärschlammaschen sind besonders ergiebig, jedoch gilt es, Verunreinigungen wie Schwermetalle, Krankheitserreger und organische Schadstoffe zu beseitigen. Hierzu hat Petzet Verfahren entwickelt, die gleichermaßen effektiv wie kostengünstig sind. Der von der WillyHagerStiftung gestiftete Preis wird jährlich gemeinsam von der DECHEMA und der Wasserchemischen Gesellschaft verliehen. Prämiert werden hervorragende Arbeiten junger Hochschulwissenschaftler auf dem Gebiet der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung.

Quelle: Korrespondenz Abwasser Heft 7- 2015

Die Bundesregierung will den Ausbau eines flächendeckenden schnellen Internets weiter forcieren und dafür u. a. Abwasserkanäle als Mantelrohr für Breitbandkabel nutzen. Das geht aus dem Entwurf des Wirtschaftsministeriums zur Änderung des Telekommunikationsgesetzes (§§ 77 ff TKG) zur Umsetzung entsprechender EU-Richtlinien hervor. Es ist vorgesehen, dass die Betreiber von Kanalnetzen grundsätzlich Auskunft über die Lage von Kanälen und die Bedingungen der Mitbenutzung von Abwasserkanälen geben müssen. Der Erftverband steht dem Gesetzentwurf kritisch gegenüber.

http://www.erftverband.de/ev-telegramm-82015/
 

Forscherinnen der Universität Tübingen untersuchen die Folgen des Eintrags von verunreinigtem Löschwasser in den Fluss

Bei Löscharbeiten nach einem Mühlenbrand gelangten am 22. August 2015 versehentlich große Mengen an Kunstdünger in die Jagst. Neben der giftigen Wirkung auf die Fische und dem Sauerstoffentzug im Wasser führt das aus den landwirtschaftlichen Düngemitteln stammende Ammoniumnitrat auch im Flusswasser zu einer starken Düngung – und einer massenhaften Vermehrung von Algen. Dr. Julia Kleinteich und Professorin Christiane Zarfl vom Zentrum für Angewandte Geowissenschaften der Universität Tübingen haben das Algenwachstum seit dem Giftunfall beobachtet und dabei einen etwa 50 Kilometer langen Flussabschnitt zwischen der Jagstmündung in den Neckar und Gommersdorf an der Jagst beprobt.

Die Wissenschaftlerinnen nahmen am 2. und am 7. September Wasser- und Sedimentproben, die im Labor näher untersucht werden. Dabei dient die Konzentration des Chlorophylls, des grünen Farbstoffs, der die Algen zur Fotosynthese befähigt, als Indikator für die Biomasse der Algen. Untersuchungen zur Artenzusammensetzung und deren Änderung im Zuge der Überdüngung des Flusses stehen noch an.

Bei der Probennahme am 2. September lag die Hälfte der Entnahmestellen in Herbolzheim, Züttlingen und Ruchsen unterhalb, also flussabwärts der Ammoniumfahne und war nicht von dieser beeinflusst, während die andere Hälfte der Proben direkt aus der Ammoniumfahne oder von deutlich dahinter liegenden Stellen genommen wurde, in Jagsthausen, Bieringen und Gommersdorf. „Bereits mit bloßem Auge ließ sich bei der zweiten Hälfte der Proben die massenhafte Algenvermehrung und grüne Färbung des Flusswassers erkennen“, berichtet Julia Kleinteich. Einer ersten Einschätzung zufolge hat nicht nur eine einzelne Algenart, sondern haben viele verschiedene Arten wie Kieselalgen und Grünalgen von der plötzlichen Düngung profitiert.

Am 7. September kam die Ammoniumfahne an der Mündung der Jagst in den Neckar an und wurde stark vom Neckarwasser verdünnt. „Wir haben nochmals eine längere Strecke hinter der Fahne beprobt, um so einen Rückgang der Algenblüte dokumentieren zu können“, sagt Zarfl. In Bieringen und Jagsthausen sei die Algenblüte bereits deutlich zurückgegangen und habe sich nach Herbolzheim und Untergrießheim etwa 20 Kilometer flussabwärts, der Ammoniumfahne folgend, verlagert. „Wenn die Algenmassen absterben, wird dem Flusswasser bei der Zersetzung erneut Sauerstoff entzogen“, erklärt die Wissenschaftlerin. „Es könnte daher sinnvoll sein, die Jagst für eine Weile weiterhin zu belüften, zum Beispiel so, wie es bislang über die Umwälzung des Fließgewässers und die dadurch entstandenen Turbulenzen in der Jagst erfolgt ist.“

Kontakt:
Juniorprofessorin Dr. Christiane Zarfl
Universität Tübingen
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Zentrum für Angewandte Geowissenschaften
Telefon +49 7071 29-76076
christiane.zarfl@uni-tuebingen.de

Wissenschaftler identifizieren das Grundwasser als Quelle hoher Phosphor-Belastungen von Seen

Lange Zeit war die Ursache für die außergewöhnlich hohen Phosphor-Konzentrationen im Arendsee im Norden Sachsen-Anhalts ein Rätsel. Nun steht fest: Der Nährstoff, der u.a. für ausgeprägte Algenblüten in den Sommermonaten verantwortlich ist, gelangt über das Grundwasser in den See. Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in Berlin konnten erstmals nachweisen, dass das Grundwasser für die hohe Belastung eines Sees verantwortlich ist. Unterstützt wurden sie dabei von Bürgern der Stadt Arendsee. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift „Journal of Hydrology“.
Phosphor ist ein elementarer Nährstoff und eine wichtige Grundlage für das Leben in Flüssen und Seen. Zu viel davon führt jedoch zu einer unerwünschten Überdüngung von Gewässern. Es kommt beispielsweise zu wiederkehrenden Algenblüten, die im natürlichen Zustand nicht auftreten würden. Mittelfristig gefährdet die Anreicherung mit Nährstoffen (die sogenannte Eutrophierung) unter anderem die Artenvielfalt in den betroffenen Gewässern.

Hohe Phosphor-Konzentrationen im Arendsee enträtselt
Zahlreiche Seen in Deutschland und Europa sind inzwischen von der Eutrophierung betroffen, darunter auch der Arendsee im Nordosten Sachsen-Anhalts. Dort hat sich in den letzten Jahrzehnten ein Überangebot an Phosphor entwickelt. In der Folge kommt es vor allem in den Frühjahrs- und Sommermonaten immer wieder zu einem übermäßigen Wachstum von Algen und Cyanobakterien, die die Nutzung als Badegewässer vorübergehend einschränken.
Wissenschaftler erforschen vor Ort die Ursachen der außergewöhnlich hohen Phosphor-Konzentrationen. „Unsere Untersuchungen zeigen, dass Phosphor vor allem über das Grundwasser in den Arendsee gelangt“, sagt Karin Meinikmann, die das Phänomen im Rahmen ihrer Doktorarbeit am Leibniz-IGB erforscht. Im Vergleich mit anderen potentiellen Eintraspfaden (z. B. landwirtschaftliche Dränwässer) sei das Grundwasser sogar für mehr als 50 Prozent der Phosphor-Last des Sees verantwortlich. Bisher galt Phosphor als schwer löslich und damit im Grundwasser als nicht mobil. Umso überraschender ist deshalb das Ergebnis der Wissenschaftler.

Einwohner unterstützen Beprobung des Grundwassers
„Unsere hydrologischen Untersuchungen ergaben, dass das Grundwasser in diesem Bereich in nördliche Richtung fließt“, erklärt Karin Meinikmann. Das Grundwasser gelangt demzufolge über das Stadtgebiet von Arendsee in den See. Bei der Bestimmung der Grundwasserqualität setzten die Wissenschaftler deshalb auch auf die Unterstützung der Anwohner: „ Viele brachten uns Wasser aus ihren privaten Hausbrunnen zur Analyse“, erzählt Meinikmann. „Dadurch bekamen wir ein räumlich vergleichsweise hochaufgelöstes Bild der Phosphor-Konzentrationen des Grundwassers im gesamten Stadtgebiet.“
Das Ergebnis: Vor allem das Grundwasser im Siedlungsbereich ist großflächig mit Phosphor belastet. Auch andere Nährstoffe wie Stickstoff wurden dort in hohen Konzentrationen gefunden. Messstellen im landwirtschaftlichen Bereich des Einzugsgebietes zeigten hingegen keine auffälligen Phosphor-Konzentrationen.

Ursachen für hohe Phosphor-Konzentrationen im Grundwasser bislang unbekannt
„Was die Ursache für die starke Belastung des Grundwassers mit Phosphor ist, lässt sich im Moment noch nicht sicher sagen. Das lässt das Land Sachsen-Anhalt derzeit intensiv untersuchen“, erklärt Dr. Michael Hupfer, der sich seit 1994 intensiv mit dem Arendsee beschäftigt. Die Werte legen nahe, dass die potentielle Quelle der hohen Nährstoff-Konzentrationen mit den Siedlungsanlagen in Verbindung steht. Ein möglicher Anhaltspunkt könnten Studien sein, die darauf hindeuten, dass in Deutschland erhebliche Mengen des häuslichen Abwassers durch Leckagen in die Sickerwasserzone gelangen. „Üblicherweise werden Nähr- und Schadstoff-Konzentrationen durch Abbau- und Retentionsprozesse in der Sicker- und Grundwasserzone vermindert“, ergänzt IGB-Wissenschaftler Dr. Jörg Lewandowski. „Die entsprechenden Kapazitäten sind jedoch begrenzt: Sind sie aufgebraucht, können die schädlichen Komponenten noch Jahrzehnte später bis ins Grundwasser und in Flüsse und Seen gelangen.“

Ergebnisse legen Anpassungen der Richtlinien und Grenzwerte nahe
Der Arendsees ist der erste See, an dem eine Belastung des Grundwassers mit Phosphor als maßgebliche Ursache für den ökologisch schlechten Zustand nachgewiesen werden konnte. Die Wissenschaftler vermuten, dass dieses Phänomen aber auch in vielen anderen Gewässern auftritt. Da bislang vielerorts Untersuchungen dazu fehlen, wird der Aspekt bei Managementmaßnahmen an Gewässern noch unzureichend berücksichtigt. „Vor allem der zeitverzögerte Einfluss des Grundwassers wurde lange Zeit unterschätzt“, sagt Meinikmann.
Weder für die Gewässer noch für das Grundwasser existieren bislang anerkannte, ökologisch bedeutsame Grenzwerte. Stellt sich heraus, dass das Grundwasser weit bedeutsamer für die Eutrophierung von Gewässern ist, als bisher angenommen, müssten gesetzliche Richtlinien und Vorschriften entsprechend angepasst werden.

Quelle:
Meinikmann, K., Hupfer, M., Lewandowski, J. (2015): Phosphorus in groundwater discharge – A potential source for lake eutrophication. Journal of Hydrology, 524: 214-226. doi:10.1016/j.jhydrol.2015.02.031.

Kontakt:
Karin Meinikmann, Dr. Jörg Lewandowski, Dr. Michael Hupfer
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Müggelseedamm 310
12587 Berlin
Tel. 030 64181 671
E-Mail: meinikmann@igb-berlin.de
Angelina Tittmann
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: +49 (0) 30 64181 631
tittmann@igb-berlin.de

Wissenschaftler identifizieren das Grundwasser als Quelle hoher Phosphor-Belastungen von Seen

Lange Zeit war die Ursache für die außergewöhnlich hohen Phosphor-Konzentrationen im Arendsee im Norden Sachsen-Anhalts ein Rätsel. Nun steht fest: Der Nährstoff, der u.a. für ausgeprägte Algenblüten in den Sommermonaten verantwortlich ist, gelangt über das Grundwasser in den See. Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in Berlin konnten erstmals nachweisen, dass das Grundwasser für die hohe Belastung eines Sees verantwortlich ist. Unterstützt wurden sie dabei von Bürgern der Stadt Arendsee. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift „Journal of Hydrology“.
Phosphor ist ein elementarer Nährstoff und eine wichtige Grundlage für das Leben in Flüssen und Seen. Zu viel davon führt jedoch zu einer unerwünschten Überdüngung von Gewässern. Es kommt beispielsweise zu wiederkehrenden Algenblüten, die im natürlichen Zustand nicht auftreten würden. Mittelfristig gefährdet die Anreicherung mit Nährstoffen (die sogenannte Eutrophierung) unter anderem die Artenvielfalt in den betroffenen Gewässern.

Hohe Phosphor-Konzentrationen im Arendsee enträtselt
Zahlreiche Seen in Deutschland und Europa sind inzwischen von der Eutrophierung betroffen, darunter auch der Arendsee im Nordosten Sachsen-Anhalts. Dort hat sich in den letzten Jahrzehnten ein Überangebot an Phosphor entwickelt. In der Folge kommt es vor allem in den Frühjahrs- und Sommermonaten immer wieder zu einem übermäßigen Wachstum von Algen und Cyanobakterien, die die Nutzung als Badegewässer vorübergehend einschränken.
Wissenschaftler erforschen vor Ort die Ursachen der außergewöhnlich hohen Phosphor-Konzentrationen. „Unsere Untersuchungen zeigen, dass Phosphor vor allem über das Grundwasser in den Arendsee gelangt“, sagt Karin Meinikmann, die das Phänomen im Rahmen ihrer Doktorarbeit am Leibniz-IGB erforscht. Im Vergleich mit anderen potentiellen Eintraspfaden (z. B. landwirtschaftliche Dränwässer) sei das Grundwasser sogar für mehr als 50 Prozent der Phosphor-Last des Sees verantwortlich. Bisher galt Phosphor als schwer löslich und damit im Grundwasser als nicht mobil. Umso überraschender ist deshalb das Ergebnis der Wissenschaftler.

Einwohner unterstützen Beprobung des Grundwassers
„Unsere hydrologischen Untersuchungen ergaben, dass das Grundwasser in diesem Bereich in nördliche Richtung fließt“, erklärt Karin Meinikmann. Das Grundwasser gelangt demzufolge über das Stadtgebiet von Arendsee in den See. Bei der Bestimmung der Grundwasserqualität setzten die Wissenschaftler deshalb auch auf die Unterstützung der Anwohner: „ Viele brachten uns Wasser aus ihren privaten Hausbrunnen zur Analyse“, erzählt Meinikmann. „Dadurch bekamen wir ein räumlich vergleichsweise hochaufgelöstes Bild der Phosphor-Konzentrationen des Grundwassers im gesamten Stadtgebiet.“
Das Ergebnis: Vor allem das Grundwasser im Siedlungsbereich ist großflächig mit Phosphor belastet. Auch andere Nährstoffe wie Stickstoff wurden dort in hohen Konzentrationen gefunden. Messstellen im landwirtschaftlichen Bereich des Einzugsgebietes zeigten hingegen keine auffälligen Phosphor-Konzentrationen.

Ursachen für hohe Phosphor-Konzentrationen im Grundwasser bislang unbekannt
„Was die Ursache für die starke Belastung des Grundwassers mit Phosphor ist, lässt sich im Moment noch nicht sicher sagen. Das lässt das Land Sachsen-Anhalt derzeit intensiv untersuchen“, erklärt Dr. Michael Hupfer, der sich seit 1994 intensiv mit dem Arendsee beschäftigt. Die Werte legen nahe, dass die potentielle Quelle der hohen Nährstoff-Konzentrationen mit den Siedlungsanlagen in Verbindung steht. Ein möglicher Anhaltspunkt könnten Studien sein, die darauf hindeuten, dass in Deutschland erhebliche Mengen des häuslichen Abwassers durch Leckagen in die Sickerwasserzone gelangen. „Üblicherweise werden Nähr- und Schadstoff-Konzentrationen durch Abbau- und Retentionsprozesse in der Sicker- und Grundwasserzone vermindert“, ergänzt IGB-Wissenschaftler Dr. Jörg Lewandowski. „Die entsprechenden Kapazitäten sind jedoch begrenzt: Sind sie aufgebraucht, können die schädlichen Komponenten noch Jahrzehnte später bis ins Grundwasser und in Flüsse und Seen gelangen.“

Ergebnisse legen Anpassungen der Richtlinien und Grenzwerte nahe
Der Arendsees ist der erste See, an dem eine Belastung des Grundwassers mit Phosphor als maßgebliche Ursache für den ökologisch schlechten Zustand nachgewiesen werden konnte. Die Wissenschaftler vermuten, dass dieses Phänomen aber auch in vielen anderen Gewässern auftritt. Da bislang vielerorts Untersuchungen dazu fehlen, wird der Aspekt bei Managementmaßnahmen an Gewässern noch unzureichend berücksichtigt. „Vor allem der zeitverzögerte Einfluss des Grundwassers wurde lange Zeit unterschätzt“, sagt Meinikmann.
Weder für die Gewässer noch für das Grundwasser existieren bislang anerkannte, ökologisch bedeutsame Grenzwerte. Stellt sich heraus, dass das Grundwasser weit bedeutsamer für die Eutrophierung von Gewässern ist, als bisher angenommen, müssten gesetzliche Richtlinien und Vorschriften entsprechend angepasst werden.

Quelle:
Meinikmann, K., Hupfer, M., Lewandowski, J. (2015): Phosphorus in groundwater discharge – A potential source for lake eutrophication. Journal of Hydrology, 524: 214-226. doi:10.1016/j.jhydrol.2015.02.031.

Kontakt:
Karin Meinikmann, Dr. Jörg Lewandowski, Dr. Michael Hupfer
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Müggelseedamm 310
12587 Berlin
Tel. 030 64181 671
E-Mail: meinikmann@igb-berlin.de
Angelina Tittmann
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: +49 (0) 30 64181 631
tittmann@igb-berlin.de

Wärmepumpen ermöglichen die klimaschonende und effiziente Gewinnung von Strom und Wärme. Das ist Thema der neuen Ausgabe von Physikkonkret der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG)

Seit der Beherrschung des Feuers wandelt der Mensch Brennstoffe in Wärme um. Aber selbst der beste Heizkessel kann nicht mehr Wärmeenergie für die Gebäudeheizung produzieren als man über den Brennstoff zur Verfügung stellt. Das ist bei elektrisch betriebenen Wärmepumpen anders. Sie nehmen zusätzlich Energie aus der Umgebung auf. Damit können Verluste bei der Erzeugung des für die Wärmepumpe erforderlichen Stroms mehr als ausgeglichen werden.

Alles in allem gehört die Wärmepumpe zu den effizientesten und klimaschonendsten Methoden, Strom und Wärme zu gewinnen. Die neue Ausgabe von Physikkonkret stellt Argumente für und wider die Wärmepumpe, vor allem im Vergleich mit Blockheizkraftwerken, gegenüber.

Physikkonkret bietet in kompakter und allgemeinverständlicher Form Fakten zu aktuellen wissenschaftlichen oder wissenschaftspolitischen Themen. Mit dem kostenlosen Faktenblatt möchte sich die DPG mit ihrer Expertise in die öffentliche Diskussion einbringen und bei zentralen Fragen Entscheidungsträgern in Politik, Wirtschaft und Gesellschaft zur Verfügung stehen.

Die Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG), deren Tradition bis in das Jahr 1845 zurückreicht, ist die älteste nationale und mit über 62.000 Mitgliedern auch größte physikalische Fachgesellschaft der Welt. Als gemeinnütziger Verein verfolgt sie keine wirtschaftlichen Interessen. Die DPG fördert mit Tagungen, Veranstaltungen und Publikationen den Wissenstransfer innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft und möchte allen Neugierigen ein Fenster zur Physik öffnen. Besondere Schwerpunkte sind die Förderung des naturwissenschaftlichen Nachwuchses und der Chancengleichheit. Sitz der DPG ist Bad Honnef am Rhein. Hauptstadtrepräsentanz ist das Magnus-Haus Berlin.
Website: www.dpg-physik.de

Weitere Informationen:
http://www.dpg-physik.de/veroeffentlichung/physik_konkret/pix/Physik_Konkret_24.pdf

Viele Kosmetika wie Sonnencremes enthalten Titandioxid. Die Nanopartikel sind umstritten. Experten vermuten schädliche Wirkungen für Mensch und Umwelt. Die Teilchen lassen sich in den Cremes schwer nachweisen. Mit einer Messmethode von Fraunhofer-Forschern lassen sich die Partikel exakt bestimmen.

Beim Eintritt eines Nanopartikels ins Plasma entsteht ein diskontinuierliches Signal. Die Signalintensität korreliert mit der Partikelgröße.
Immer mehr Konsumgüter enthalten Nanopartikel. Besonders sensibel ist der Einsatz der winzigen Teilchen in Kosmetika, da der Verbraucher direkt mit den Produkten in Berührung kommt. In Sonnenschutzcremes etwa finden sich Nano-Titandioxidpartikel. Sie dienen als UV-Schutz: Wie ein Film aus unzähligen Spiegeln legen sie sich auf die Haut und reflektieren die UV-Strahlen. Aber die winzigen Partikel sind umstritten. Sie können in die Haut eindringen, wenn diese verletzt ist und entzündliche Reaktionen auslösen. Problematisch ist der Einsatz in Sonnensprays. Wissenschaftler befürchten, dass die Partikel beim Einatmen die Lunge schädigen könnten. Auch die Wirkung auf die Umwelt ist noch nicht ausreichend erforscht. Untersuchungen legen nahe, dass durch Sonnencremes in Badeseen gelangtes Titandioxid das ökologische Gleichgewicht gefährden kann. Seit Juli 2013 gilt daher laut einer EU-Verordnung für Kosmetika und Körperpflegeprodukte die Kennzeichnungspflicht. Wenn im Produkt Inhaltsstoffe in Nanogröße eingesetzt werden, müssen Hersteller dies mit dem Zusatz »Nano« kenntlich machen. Aufgrund der Vorgaben seitens des Gesetzgebers ist der Bedarf nach Analysemethoden groß.

Partikelgröße bis in den kleinsten Bereiche bestimmen
Die aktuellen bildgebenden elektronenmikroskopischen Verfahren wie die Transmissions- oder Rasterelektronenmikroskopie basieren auf der Lichtstreuung. Mit ihnen werden alle vorhandenen Partikel detektiert. Zwischen einem Fussel, einer Zelle oder einem Nanoteilchen unterscheiden sie nicht. Mit diesen Methoden lassen sich vor allem Oberflächeneigenschaften und Formen untersuchen.

»Die Lichtstreuverfahren und die Mikroskopie sind für viele, unter anderem toxikologische Untersuchungen nicht selektiv genug«, sagt Gabriele Beck-Schwadorf, Wissenschaftlerin am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart. Die Gruppenleiterin und ihr Team haben eine bestehende Messmethode weiterentwickelt und verfeinert, sodass sich Titandioxid-Nanoteilchen in komplexen Medien, die aus vielen Komponenten bestehen, hochsensitiv und empfindlich bestimmen lassen. Per Massenspektrometrie messen die Forscher einzelne Partikel mit induktiv gekoppeltem Plasma (engl. single particle inductively coupled plasma mass spectrometry, SP-ICP-MS). »Mit dieser Methode bestimme ich Massen. Titan hat die Atommasse 48 amu (engl. atomic mass unit). Stelle ich das Spektrometer darauf ein, so kann ich gezielt Titan messen«, erklärt Katrin Sommer, Lebensmittelchemikerin am IGB.

Bei der Partikelmessung wird eine Suspension ins Plasma versprüht, die sowohl große als auch kleine Teilchen mit inhomogener Verteilung enthält. Die Suspension muss stark verdünnt werden, sodass möglichst ein Titandioxid-Partikel nach dem anderen detektiert wird und analysiert werden kann. Im etwa 7000 Kelvin heißen Plasma werden aus den Partikeln Ionen gebildet, die als Ionenwolke zum Detektor des Spektrometers gelangen und innerhalb einer kurzen Messzeit von etwa drei Millisekunden gezählt werden. Die Signalintensität korreliert mit der Partikelgröße. »Die Intensität rechnen wir in Nanometer um. Zeitgleich zählen wir die Partikelsignale, woraus wir die Partikelkonzentration bis auf 10 Prozent genau berechnen. Wir können exakt feststellen, wieviele Partikel eine bestimmte Größe haben«, erläutert Sommer die Vorgehensweise.

Ursprünglich entwickelten die Wissenschaftler vom IGB die Methode, um Titandioxid-Nanopartikel im Abwasser zu messen. »Aber das Verfahren eignet sich allgemein für komplexe Medien und lässt sich auch auf Sonnenschutzcremes anwenden«, sagt die Forscherin. Die Besonderheit: Das Team vom IGB führte die Datenanalyse und die Datenverarbeitung ohne spezielle Software durch. »Wir haben die Rohdaten mit einem Standard-Rechenprogramm statistisch ausgewertet und können so herstellerunabhängig arbeiten. Im Vergleich zu bestehenden Methoden handelt es sich bei SP-ICP-MS um ein schnelles Verfahren, mit Bestimmungsgrenzen bis in den Ultraspurenbereich unter einem ppm (engl. parts per million).« Beispielsweise lässt sich eine Probe von wenigen Millilitern in etwa sechs Minuten untersuchen.

Hersteller von Kosmetika, Unternehmen der Nanotechnologie-Branche und Verbraucher können die Partikelanalytik zur Qualitätssicherung von Sonnenschutz- und Körperpflegeprodukten, aber auch von Wasser, Trinkwasser und Lebensmitteln nutzen. Die Forscher planen, künftig auch andere Nanoteilchen wie etwa Siliziumdioxid-Partikel zu messen. Ob ein Produkt Nanopartikel enthält, lässt sich nur durch komplexe Messungen feststellen. Um das Vorliegen von Nanoteilchen festzustellen, wird deren Größe oder die Größenverteilung bestimmt. Nach Definition der EU handelt es sich um deklarierpflichtiges Nanomaterial, wenn mindestens 50 Prozent der enthaltenen Teilchen eine Größe von 1 bis 100 Nanometer (nm) aufweisen. Bisherige Analyseverfahren stoßen hier an ihre Grenzen. Mit ihnen können Partikelgrößen nur in reinen Lösungen nachgewiesen werden. Sie eignen sich nicht für die Analyse von komplexen Medien wie sie in Kosmetika vorliegen. Zudem lassen sich Nanopartikel mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften damit nicht voneinander unterscheiden.

http://www.igb.fraunhofer.de/de/presse-medien/presseinformationen/2015/nanopartikel-in-sonnenschutzmitteln-nachweisen.html