Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wasseranalytik: Internationale Fahndung nach unbekannten Molekülen

18.06.2015
 
 Schadstoffe versickern im Boden, Reinigungsmittel laufen in den Abguss: Wir alle bringen Chemikalien in den Wasserkreislauf ein. Dazu kommen noch Stoffe aus der Natur: In einer einzigen umweltrelevanten Wasserprobe befinden so bis zu einigen tausend unterschiedlicher organischer Moleküle. Doch um welche Stoffe handelt es sich dabei? Sind sie harmlos oder gefährlich? Bisher stehen für zukünftige Analysen über 8000 Molekül-Profile in einer öffentlichen Datenbank zur Verfügung. Diese vorsorgende Wasseranalytik wird nun in dem Projekt „FOR-IDENT“ international ausgeweitet. 

Bislang war es nur eingeschränkt möglich, unbekannte Moleküle im Wasser schnell zu identifizieren. Doch das Prinzip der vorsorgenden Analytik ist gerade bei der Prüfung von Oberflächengewässern wichtig, sind diese doch oft die Quelle für Trinkwasser. Hier gilt besonders das Motto: „Untersuchen, um Schäden vorzubeugen oder diese zumindest schnell zu erkennen“.


Neue Analyseverfahren erkennen unbekannte Substanzen im Wasser.

Urheber Bild / Fotograf:

Analytische Forschungsgruppe/ Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft / TUM

Chemische Analysen zeigen, dass in einer einzigen Wasserprobe oftmals Tausende unterschiedlicher Moleküle gefunden werden können. Dabei handelt es sich zum einen um Stoffe aus der Umwelt, zum anderen aber auch um vom Menschen eingebrachte Industriechemikalien, Pflanzenschutzmittel sowie Kosmetika, Medikamente, Haushaltschemikalien sowie deren Abbauprodukte.

Auch die Anzahl und die Zusammensetzung dieser Moleküle unterscheidet sich von Region zu Region sowie von Land zu Land – je nachdem, welche Pflanzen dort wachsen oder welche Arzneimittel, Pflanzenschutzmittel und Chemikalien dort zugelassen sind.

„In Routineanalysen lassen sich von diesen Tausenden Molekülen derzeit maximal ein paar hundert identifizieren – und das oft auch nur in spezialisierten Laboren“, sagt Prof. Dr. Thomas Letzel, Leiter der Analytische Forschungsgruppe am Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft der Technischen Universität München (TUM). „Dabei ist die technologische Voraussetzung, sie zu identifizieren, mittlerweile oft auch in nicht-spezialisierten Analyselaboratorien gegeben. Allerdings fehlt es hier bisher meist an strategischen Lösungen zur Datenauswertung.“

„Molekulare Fingerabdrücke“ für die vorsorgende Wasseranalytik

Um dieses Problem zu lösen, haben Wasserspezialisten des Bayerischen Landesamtes für Umwelt, der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, des Zweckverbandes Landeswasserversorgung sowie der TUM zunächst eine neue Datenbank namens „STOFF-IDENT“ entwickelt. Die Datenbank entstand im Rahmen des vom BMBF geförderten Projekts „RISK-IDENT“, das im März 2015 abgeschlossen wurde.

Sie enthält inzwischen mehr als 8000 Substanzen mit ihren wichtigsten physikalisch-chemischen Eigenschaften. Darunter REACH-registrierte Industriechemikalien, zugelassene Pharmaka, Biozide und Pflanzenschutzmittel sowie weitere vom Menschen genutzte Substanzen aus Alltagsprodukten. Auch in der Umwelt gefundene Abbauprodukte wie Metaboliten oder Transformationsprodukte sind dort zu finden.

Mithilfe dieser Daten können nun Analyselabore einige ihnen noch unbekannte Moleküle schneller identifizieren. Sie nutzen dazu das sogenannte Non-Target Screening: Bei dieser Methode werden „molekulare Fingerabdrücke“ ermittelt. Dabei wird für jedes erfasste Molekül dessen Polarität und die Molekularmasse bestimmt. „Durch den Vergleich mit den in der Datenbank hinterlegten Eigenschaften gibt sich nun auch beim Non-Target Screening eine Vielzahl der bisher unbekannten Moleküle zu erkennen“, so Prof. Letzel.

Datenbank wird weltweit erweitert

Das Nachfolgeprojekt „FOR-IDENT“, das vom BMBF bis 2017 gefördert wird, hat nun das Ziel, die Datenbank um die jeweils vor Ort zugelassenen und verwendeten Chemikalien zu erweitern. Auch wollen die Wissenschaftler die international zum Einsatz kommenden Auswertestrategien erfassen, bündeln und harmonisieren.

In das Projekt sollen auch weltweit Hersteller von Analysegeräten sowie Laboratorien eingebunden werden. Im Laufe des Projektes wird eine offene Softwareplattform entstehen, in der die unterschiedlichen Auswertestrategien kombiniert oder verlinkt werden können. Die „Open-Access“-Idee stellt dabei sicher, dass die Auswertetools oder Datenbanken langfristig von Unternehmen, Behörden und Wissenschaft kostenlos und uneingeschränkt genutzt werden können.

Die Daten aus der akkurat messenden Massenspektrometrie der Wasserlabore stehen generell auch für spätere Auswertungen zur Verfügung. Dies hat zahlreiche Vorteile: Wird beispielsweise die Datenbank weiter befüllt oder entstehen neue Auswertestrategien, so müssen die Proben nicht erneut untersucht werden; die erfassten Daten können direkt wiederverwendet werden. Labore, Behörden und Wasserwirtschaftsbetriebe müssen dafür zukünftig nur noch die gemessenen Daten einlagern, nicht aber die Wasserprobe selbst.

Dies ist dann von Interesse, wenn bekannt wird, dass ein Spurenstoff möglicherweise Wasserpflanzen und Fische schädigt oder im Trinkwasser für die Gesundheit des Menschen problematisch werden könnte: Wird dieser Stoff bei der erneuten Datenauswertung nachgewiesen, so kann er umgehend in Routinetests integriert werden. Auch lässt sich im Nachhinein feststellen, wo welche Mengen des Stoffes ins Wasser gelangt sind und wo demnach technische Gegenmaßnahmen notwendig sind.

„Damit ist die Grundlage für eine vorsorgende Wasseranalytik gelegt, die aufgrund einer Vielzahl neuer Auswertestrategien mehr und mehr zum Einsatz kommen wird“, ist sich Letzel sicher.

Das Projekt „FOR-IDENT“ entwickelt internationale Strategien

Eine besondere Herausforderung ist aber nach wie vor die effiziente Nutzung von Analysemethoden bei der Aufklärung der Molekülstruktur sowie die eindeutige Zuordnung eines Stoffes. Ziel des Projektes „FOR-IDENT“ ist es daher, die Effizienz und die Vergleichbarkeit der Suspected- und Non-Target-Analytik zu steigern. Dazu werden die vorhandenen Werkzeuge gebündelt, methodische Qualitätsanforderungen definiert sowie Vorgehensweise und Methoden standardisiert.

Um nationale wie internationale Strategien und Arbeitsweisen länderübergreifend zu diskutieren und weltweit zu harmonisieren, veranstaltet das Projekt „FOR-IDENT“ in den nächsten beiden Jahren regelmäßig Konferenzen und Workshops. Unter anderem organisieren die TUM-Wissenschaftler bei der 250. Konferenz der American Chemical Society vom 16. bis 20. August 2015 in Boston, Massachusetts, USA, einen Workshop, bei dem transatlantische Strategien erarbeitet werden sollen.

„FOR-IDENT“ ist Teil der BMBF-Fördermaßnahme „Risikomanagement von neuen Schadstoffen und Krankheitserregern im Wasserkreislauf (RiSKWa)“ im Förderschwerpunkt „Nachhaltiges Wassermanagement (NaWaM)“.
Bild zum Download: https://mediatum.ub.tum.de/node?id=1256261

Kontakt:
Technische Universität München
Prof. Dr. Thomas Letzel
Analytische Forschungsgruppe (AFG) am Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft (Prof. Jörg Drewes)
Tel.: +49 89 289 13780
E-Mail: t.letzel@tum.de

Weitere Informationen:
Kurzbeschreibung des Projektes FOR-IDENT: http://for-ident.hswt.de/
Kurzbeschreibung des Projektes RISK-IDENT: http://www.sww.bgu.tum.de/forschung/analytische-forschungsgruppe/risk-ident-allg...
http://risk-ident.hswt.de/pages/de/projekt/zusammenfassung.php
http://www.lfu.bayern.de/analytik_stoffe/risk_ident/index.htm

Weitere Informationen:

https://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/kurz/article/32448/

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Invasive Quallen: Strömungen als Ausbreitungsmotor
23.05.2018 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Wenn Korallen Plastik fressen
23.05.2018 | Justus-Liebig-Universität Gießen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Im Focus: Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser sind ein effizientes und robustes Werkzeug zum Schweißen und Schneiden von Metallen beispielsweise in der Automobilindustrie. Systeme bei denen die Wellenlänge des Laserlichts flexibel einstellbar ist, sind für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben, im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „FlexTune“, ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt.

Faserlaser bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine höhere Strahlqualität und Energieeffizienz. Integriert in einen vollständig faserbasierten...

Im Focus: LZH zeigt Lasermaterialbearbeitung von morgen auf der LASYS 2018

Auf der LASYS 2018 zeigt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) vom 5. bis zum 7. Juni Prozesse für die Lasermaterialbearbeitung von morgen in Halle 4 an Stand 4E75. Mit gesprengten Bombenhüllen präsentiert das LZH in Stuttgart zudem erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt zur zivilen Sicherheit.

Auf der diesjährigen LASYS stellt das LZH lichtbasierte Prozesse wie Schneiden, Schweißen, Abtragen und Strukturieren sowie die additive Fertigung für Metalle,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Was einen guten Katalysator ausmacht

24.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Superkondensatoren aus Holzbestandteilen

24.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neue Schaltschrank-Plattform für die Energiewelt

24.05.2018 | Messenachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics