Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
F\u00fcr viele \u00f6kologische und umwelttechnische Fragestellungen ist die zeitliche Ver\u00e4nderung chemischer Messgr\u00f6\u00dfen in Grenz- und \u00dcbergangszonen von Interesse. Einige Konzentrationen k\u00f6nnen mit Mikroelektroden gemessen werden, z. B. Nitrat und Sauerstoff. F\u00fcr andere Parameter wie Phosphat standen bislang keine geeigneten in-situ Mess- bzw. Probenahmeverfahren mit einer den Grenzphasen entsprechenden r\u00e4umlichen und zeitlichen Aufl\u00f6sung zur Verf\u00fcgung. Ziel des Projektes war es auf der Basis von Hohlfasern (Au\u00dfendurchmesser 100 \u00b5m bis 2 mm) Probenahmesonden f\u00fcr verschiedene Grenzzonen zu entwickeln und Analyseverfahren entsprechend der Probenahmetechnik zu miniaturisieren.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenMit einer Marktrecherche wurde vom IGB ermittelt, welche Hersteller es weltweit f\u00fcr Hohlfasern gibt. Unterschiedliche Sondenbauformen wurden entworfen und Prototypen der Mikrodialysesonden durch IGB und HUB gebaut. Bei der Mikrodialyse wird destilliertes Wasser langsam, kontinuierlich durch die Hohlfasern gepumpt wobei sich die Konzentrationen in den Hohlfasern auf dem Flie\u00dfweg des Wassers dem umgebenden Porenwasser angleichen. Parallel zum Sondenbau wurden die verschiedenen Hohlfasern in einer eigens daf\u00fcr konstruierten Testbox durch das IGB in L\u00f6sungen mit bekannter, konstanter Konzentration getestet. Dabei stellte sich heraus, dass die Mikrodialyse f\u00fcr das Anwendungsfeld ungeeignet ist. Deshalb wurden statt dessen Ultrafiltrationssonden gebaut. Ultrafiltration bedeutet, dass durch Anlegen eines leichten Unterdrucks Porenwasser durch die Hohlfaserwandungen ins Faserinnere und von dort ins Probensammelgef\u00e4\u00df gesaugt wird. Das IGB testete die Zuverl\u00e4ssigkeit der Sonden in verschiedenen realen Systemen und konnte eine gute Eignung der Methode zeigen. Parallel zur Entwicklung der Sonden wurden durch IGB und UFZ verschiedene analytische Verfahren miniaturisiert, um sie an die kleinen Probenvolumina der neuen Probenahmetechnik anzupassen. Zeitgleich wurde au\u00dferdem durch LUM und HUB an der Entwicklung eines automatischen Probensammler f\u00fcr den Feldeinsatz der Sonden gearbeitet. IGB und HUB konnten in verschiedenen Anwendungsbeispielen zeigen, dass die Ultrafiltrationssonden gut geeignet sind, neue Erkenntnisse \u00fcber bislang nicht messbare Parameter in Grenzzonen zu gewinnen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
(1) Im Projektverlauf haben wir erfahren, dass au\u00dfer uns bereits andere Wissenschaftler auf die Idee gekommen sind, die Mikrodialyse-Technik f\u00fcr die Beprobung von Grenzzonen einzusetzen, aber bislang nicht die Kapazit\u00e4ten hatten, eine solche Technik zu entwickeln. Im Projekt konnte zweifelsfrei gezeigt werden, dass die Mikrodialyse-Technik f\u00fcr die erwogenen Anwendungsfelder ungeeignet ist. Eine Publikation zu diesem Ergebnis wird in K\u00fcrze eingereicht, um anderen die aussichtslose Entwicklungsarbeit zu ersparen.
\n(2) Im Projekt wurden Ultrafiltrationssonden entwickelt und getestet. Laborversuche und Vergleichsmessungen in verschiedenen realen Systemen zeigten die Zuverl\u00e4ssigkeit der Sonden. In verschiedenen Anwendungsbeispielen konnte die Eignung und Leistungsf\u00e4higkeit der Ultrafiltrationstechnik belegt werden. Die Methode wurde auf einer Tagung einem breiten Fachpublikum vorgestellt. Eine Publikation ist in Vorbereitung.
\n(3) Die mit den Ultrafiltrationssonden ohne St\u00f6rung des chemischen Milieus entnehmbaren Probenvolumina sind klein. Deshalb ist eine Miniaturisierung der Analytik f\u00fcr verschiedene Parameter (z. B. Phosphat, Eisen(II), Ammonium, Sulfat) erforderlich. Dar\u00fcber hinaus wurden f\u00fcr weitere anorganische Parameter (z. B. verschiedene Metalle) geeignete Konservierungsmethoden \u00fcberpr\u00fcft und bestehende Analyseverfahren an die Probenmatrix angepasst. Die entwickelten analytischen Verfahren sind auch f\u00fcr andere Anwendungen von Interesse, weil bei vielen Fragestellungen nur kleine Probenvolumina verf\u00fcgbar sind und weil bei den neuen Analysemethoden der Chemikalienaufwand und damit die Umweltbelastung reduziert sind. Ein Teil der Ergebnisse wird im Sommer 2005 auf einer Tagung vorgestellt. Au\u00dferdem ist eine Publikation in Vorbereitung.
\n(4) In Vorversuchen konnte die prinzipielle Funktionsf\u00e4higkeit des rein mechanischen Probensammlers gezeigt werden. Der automatische Probensammler konnte aus verschiedenen technischen Gr\u00fcnden jedoch nicht realisiert werden. So kommt es in den Schl\u00e4uchen des Probensammlers bei gas\u00fcbers\u00e4ttigten Proben zu einer Gasblasenbildung und einer anschlie\u00dfenden Verstopfung der Schl\u00e4che. Au\u00dferdem gibt es keinen geeigneten Drucksensor, der die geringe Druckschwankung beim Durchbruch der Benet-zungsbarriere sicher vom Grundrauschen unterscheiden kann.
\n(5) Neben diesen technischen, methodischen und analytischen Entwicklungen lieferte das Projekt im Rahmen der Anwendungsbeispiele der Ultrafiltrationssonden eine Reihe biogeochemischer Erkenntnisse. Es konnte gezeigt werden, dass Eisen- und Phosphatkonzentrationen entlang der Wurzeln submerser Makrophyten einem deutlichen Tagesgang unterliegen. Au\u00dferdem gibt es an der Sediment-Wasser-Grenze von Litoralstandorten mit benthischem Algenbewuchs einen deutlich ausgepr\u00e4gten Tagesgang von Eisen und Phosphat. Als Ergebnis eines anderen Versuches wurde festgestellt, dass es nach einem Redoxwechsel im \u00fcberstehenden Wasserk\u00f6rper zu reduzierenden Bedingungen l\u00e4nger dauert, bis die Eisen- und Phosphatkonzentrationen deutlich ansteigen als bei einem umgekehrten Redoxwechsel ein deutliches Absinken der Konzentrationen dauert.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Auf den Jahrestagungen der Deutschen Gesellschaft f\u00fcr Limnologie 2003 in K\u00f6ln und 2004 in Potsdam sowie der Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft 2005 sind bzw. werden Teilergebnisse des DBU-Projekts in Vortr\u00e4gen und Postern vorgestellt. Dar\u00fcber hinaus wurde das Projekt nach der H\u00e4lfte der Laufzeit mit Statusseminaren am IGB und am UFZ vorgestellt. Zwei Publikationen zu ausgew\u00e4hlten Projektergebnissen wurden bereits eingereicht, drei weitere Publikationen sind in Vorbereitung. Au\u00dfer-dem sind im Rahmen des DBU Projektes vier studentische Examens-, Projekt- und Praktikumarbeiten durchgef\u00fchrt und erfolgreich abgeschlossen worden. Einen \u00dcberblick \u00fcber die Projektergebnisse der einzelnen Phasen bieten die beiden Zwischenberichte und der Abschlussbericht des Projektes. Die einzelnen Arbeiten sind mit vollst\u00e4ndigen bibliografischen Angaben im Abschlussbericht angegeben.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die neu entwickelten Ultrafiltrationssonden aus Hohlfasern erm\u00f6glichen eine zuverl\u00e4ssige, zeitlich aufgel\u00f6ste Beprobung von r\u00e4umlich eng begrenzten Grenz- und \u00dcbergangszonen. F\u00fcr die Messung verschiedener Parameter in den Proben konnten verschiedene analytische Verfahren erfolgreich miniaturisiert werden. Erste neue biogeochemische Ergebnisse konnten mit der neuen Probenahmetechnik in verschiedenen Anwendungsfeldern gewonnen werden. Es ist zu erwarten, dass sich mit dieser Technik in den n\u00e4chsten Jahren auch in weiteren Anwendungsfeldern wesentliche neue Erkenntnisse sammeln lassen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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