Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Bestimmung von Phenol mittels eines quasi-on-line Verfahrens und unter Verwendung von Biosensoren, wof\u00fcr es bisher kein feldtaugliches Ger\u00e4t gibt, soll an einem speziellen Problemfall im Feld erprobt werden. In einem vorangegangenen Projekt (AZ 03867) wurde ein Prototyp erarbeitet. Probleme waren dabei insbesondere die ungen\u00fcgende Stabilit\u00e4t der Sensoren. An einem beispielhaften industriellen Standort soll der Monitor erprobt werden, der im Verlaufe des Projektes ger\u00e4tetechnisch an die weiterzuentwickelnden Sensoren und die Problemstellung angepasst werden soll. Die Untersuchung der Probenmatrix wird in die Sensorweiterentwicklung einbezogen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBevor die ger\u00e4tetechnische Weiterentwicklung des Monitors durch IMT beginnt, wird im UFZ an der Verbesserung der Stabilit\u00e4t der Biosensoren gearbeitet, indem die Verfahren zur Redoxmediatormodifizierung und Enzymimmobilisierung verbessert werden. Zur Anpassung des Messverfahrens an den speziellen Problemfall wird die Probenmatrix mit dem Standardverfahren (photometrische Methode nach DIN) untersucht und ihr Einfluss auf den Sensor charakterisiert. Aufbauend darauf beginnt im IMT ca. 6 Monate sp\u00e4ter die ger\u00e4tetechnische \u00dcberarbeitung des Monitors. Anschlie\u00dfend erfolgt die Aufstellung des Monitors in einem Messcontainer vor Ort am Schadensfall einer biologischen Kl\u00e4ranlage eines phenolhaltigen Grundwassers in Terpe. Dort wird der Feldtest des Monitors unter Verwendung der Biosensoren mit verbesserter Funktionsstabilit\u00e4t durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Zur Verbesserung der Funktionsstabilit\u00e4t von Phenolsensoren wurde ausgehend von redoxmediatormodifizierten Elektroden, die den Redoxmediator inkorporiert im Elektrodenmaterial enthielten, neue M\u00f6glichkeiten der Mediatorfixierung untersucht. Dazu geh\u00f6rte die Kopplung an einen Ionenaustauscher und anschlie\u00dfende Fixierung in einer PVC-Membran auf der Arbeitselektrode, die Adsorption einer wasserunl\u00f6slichen Form des Redoxmediators auf der Elektrodenoberfl\u00e4che und die elektrochemische Polymerisierung. Letztgenanntes Vefahren f\u00fchrte zu vergleichsweise guten Funktionsstabilit\u00e4ten (900 Messungen im FIA-System bis zur 50%-Aktivit\u00e4t). Die Enzymimmobilisierung erfolgte in einem Poly(carbamoylsulfonat)-Hydrogel, das Verfahren wurde ebenfalls mit dem Ziel besserer Funktionsstabilit\u00e4t modifiziert. Im Ergebnis weisen die Phenolsensoren neben der verbesserten Funktionsstabilit\u00e4t einen erh\u00f6hten linearen Messbereich (0,01 – 5 mg\/l Phenol) auf. Die Sensitivit\u00e4t der Sensoren liegt je nach Qualit\u00e4t der dickschichtmodifizierten Grundsensoren bei 2,5…10 mA\/cm\u00b2 mM. Die Nachweisgrenze f\u00fcr Phenol betr\u00e4gt 2 \u00b5g\/l. Die Reproduzierbarkeit im FIA-Betrieb wird durch eine Standardabweichung von 0,3 … 5% f\u00fcr Modell\u00f6sungen gekennzeichnet.
\nDie Sensoren wurden in einem weiterentwickelten FIA-Monitor eingesetzt. Der Monitor wurde bez\u00fcglich Probenzuf\u00fchrung, Messbereich, Arbeitstemperaturbereich an die Bedingungen am Erprobungsstandort biologische Kl\u00e4ranlage in Terpe angepasst. In der Kl\u00e4ranlage wird Grundwasser mit hohem Phenolgehalt (> 100 mg\/l) vorgereinigt, so dass der Phenolgehalt ca. 1 mg\/l betr\u00e4gt. Die Hard- und Software des Ger\u00e4ts wurden grunds\u00e4tzlich \u00fcberarbeitet, wobei die Erkenntnisse aus der Sensorweiterentwicklung eingeflossen sind. Wesentliche Neuerungen sind die \u00c4nderung des Messablaufs mit Sensorkalibrierung vor jeder Messung und die Verwendung von Cavro-Dosierern f\u00fcr die Probenverd\u00fcnnung. Das Messregime wurde an die Erfordernisse am Standort angepasst. Bei der abschlie\u00dfenden Erprobung am Standort wurden Sensoren \u00fcber ein bzw. zwei Wochen eingesetzt. Ihre Aktivit\u00e4t sank in dieser Zeit auf ca. 20 … 30 % der Anfangsaktivit\u00e4t. Mit Bezug auf die Komplexit\u00e4t der Probenmatrix eines Kl\u00e4ranlagenablaufs ist dieser Aktivit\u00e4tsabfall akzeptabel. Die Messwerte des Monitors f\u00fcr Phenol im Kl\u00e4ranlagenauslauf waren geringer als die vergleichsweise mit der DIN-Methode ermittelten Ergebnisse. Ursachen k\u00f6nnen einerseits die unterschiedliche Erfassung des Phenolspektrums der beiden Summenmethoden (DIN bzw. Biosensor) sein, andererseits der rasche oxidative Abbau der Phenole, der w\u00e4hrend Filtration und Probenhandling im Monitor eintreten kann. Nach Ans\u00e4uerung der Proben, die zur Verz\u00f6gerung des oxidativen Abbaus f\u00fchrt, wurden h\u00f6here Messwerte im Monitor gefunden.
\nDer FIA-Monitor zur Phenolbestimmung mittels Biosensoren ben\u00f6tigt keine chemische Reaktion vor der eigentlichen Detektionsreaktion. Die Probel\u00f6sung wird lediglich mit Pufferl\u00f6sung verd\u00fcnnt. Als Abfall entsteht eine verd\u00fcnnte L\u00f6sung des Analyten. Somit steht eine umweltfreundliche alternative Me\u00dfmethode im Vergleich zu photometrischen Verfahren zur Verf\u00fcgung, die als Monitor Vor-Ort einsetzbar ist. Am Kl\u00e4ranlagenauslauf kann der Monitor dazu dienen, die Einhaltung von Grenzwerten zu \u00fcberwachen und bei Funktionsst\u00f6rungen der Kl\u00e4ranlage schnell eingreifen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Strehlitz, B.; B\u00f6hland, C.: Verfahren zur Herstellung eines stabilen redoxmediatormodifizierten Biosensors.
\nDE 199 57 826.5, 24.11.99.
\nStrehlitz, B.; Gr\u00fcndig, B.: Beispiele zur Vor-Ort-Analytik und quasi-on line Messung mit Biosensoren im Umweltbereich. Vortrag zur 5. Fachveranstaltung Messungen im Umweltbereich, 24.11.1999, Leipzig.
\nStrehlitz, B: (Bio)Sensors for Environmental Analysis of Phenols and Ammonia. Vortrag auf dem Fourth Workshop on Biosensors and Biological Techniques in Environmental Analysis, 1.-3.12.1999, Ma\u00f3, Menorca, Spain.
\nStrehlitz, B: Enzymsensor-Entwicklungen im Umweltbereich. Vortrag zum Fachkongress Energie und Umwelt 2000, 29.-30.03.2000, Freiberg.
\nPowerPoint-Pr\u00e4sentation auf der Biotechnica 2001: FIA-Monitor f\u00fcr die PhenolbestimmungInfoBlatt Angewandte Biosensorik f\u00fcr die Biotechnica 2001<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Projektziel, die Verbesserung der Funktionsstabilit\u00e4t der enzymatischen mediatormodifizierten Phenolsensoren wurde erreicht. Die Erprobung des weiterentwickelten FIA-Monitors auf der Basis dieser Biosensoren am Standort einer biologischen Kl\u00e4ranlage verlief erfolgreich. Die Ergebnisse der Sensorerprobung sind in die Konstruktion und die Softwareentwicklung zur Steuerung des Me\u00dfsystems eingeflossen. In der Schlussfolgerung des Projekts kann vor der praktischen Anwendung von Biosensoren generell die Anpassung der Sensoren und des Messverfahrens an die Probenmatrix und die Messbedingungen empfohlen werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Die Bestimmung von Phenol mittels eines quasi-on-line Verfahrens und unter Verwendung von Biosensoren, wof\u00fcr es bisher kein feldtaugliches Ger\u00e4t gibt, soll an einem speziellen Problemfall im Feld erprobt werden. In einem vorangegangenen Projekt (AZ 03867) wurde ein Prototyp erarbeitet. Probleme waren dabei insbesondere die ungen\u00fcgende Stabilit\u00e4t der Sensoren. An einem […]<\/p>\n","protected":false},"author":0,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[51,68,53],"class_list":["post-20600","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-ressourcenschonung","tag-sachsen","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"13753\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"A-13753.pdf","dbu_projektdatenbank_bsumme":"93.621,12","dbu_projektdatenbank_firma":"Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Umweltforschung GmbH - UFZUbZ-Umweltbiotechnologisches Zentrum","dbu_projektdatenbank_strasse":"Permoserstr. 15","dbu_projektdatenbank_plz_str":"04318","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Leipzig","dbu_projektdatenbank_p_von":"1999-06-01 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2002-02-13 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"2 Jahre und 8 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"0341\/235-2935","dbu_projektdatenbank_inet":"","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Sachsen","dbu_projektdatenbank_foerderber":"9","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/20600","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/20600\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":33603,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/20600\/revisions\/33603"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=20600"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=20600"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=20600"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}