Projekt 08198/01

Förderschwerpunkt Holz: Untersuchung von Holzschadstoffen mit dem Chemosensorsystem QMB 6

Projektträger

HKR Sensorsysteme GmbH
Frauenstr. 22
80469 M√ľnchenZielsetzung und Anlass des Vorhabens In einem Ringversuchs sollten mit verschiedenen analytischen Verfahren Holzschadstoffe untersucht werden. HKR Sensorsysteme GmbH hat ein Prototypenger√§t entwickelt, mit dem Ger√ľche qualifiziert und quantifiziert werden k√∂nnen. Dieses Ger√§t soll olfaktometrische Me√ümethoden im Bereich der Qualit√§tskontrolle von Duftstoffen und Lebensmitteln, im Umweltschutz und bei der Proze√ütechnik erg√§nzen bzw. ersetzen. In diesem Teilprojekt sollte an ausgew√§hlten kontaminierten Holzproben untersucht werden, ob das Chemosensorsystem QMB 6 f√ľr eine schnelle Analyse (Screening) dieser H√∂lzer geeignet ist. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenSeit einigen Jahren wird die Problematik der Selektivit√§t von Chemosensoren nach dem Vorbild des Geruchssinnes in der Natur bearbeitet. Eine Reihe von nicht-selektiven, aber unterschiedlichen Sensoren liefert Signalmuster, die f√ľr die einzelnen Substanzen cha-rakteristisch sind und nach den Methoden der Mustererkennung ausgewertet werden k√∂nnen (Elektronische Nase). Mit dieser Technik kann eine Identifikation und Konzentrationsbestimmung von fl√ľchtigen und gasf√∂rmigen Substanzen und mehrkomponentigen Gasgemischen mit nichtselektiven Sensoren durchgef√ľhrt werden. Das Herzst√ľck des Sensorsystems bildet ein Chemosensorarray auf der Basis von Schwingquarzen. Auf einem gemeinsamen Quarzsubstrat sind mehrere Sensorelemente integriert. Diese Sensoren sind mit unterschiedlichen gassensitiven Materialien beschichtet und reagieren daher ebenfalls unterschiedlich auf die zu untersuchenden Gase und D√§mpfe. Insgesamt sind 6 verschiedene Sensoren in einer thermostatisierten Me√ükammer eingebaut. Die Untersuchungen der verschiedenen Holzproben (Headspace-Analyse) wurden mit unterschiedlichen Sensorbeschichtungen durchgef√ľhrt. Die Parameter f√ľr die Probenahme wurden im Sinne einer Empfindlichkeitsmaximierung und einer guten Diskriminierung der H√∂lzer bez√ľglich der Schadstoffe optimiert. Der Headspace der Holzproben wurde mittels GCMS analysiert. Ergebnisse und Diskussion Die vorliegende Me√ümethode beurteilt die H√∂lzer anhand der fl√ľchtigen Substanzen, die sich im Dampfraum √ľber diesen H√∂lzern befinden. Unterschiedliche Sensoren reagieren auf diesen Dampfraum mit einem Signalmuster, das charakteristisch f√ľr die untersuchte Holzprobe ist. Die Ansprechzeit der Sensoren liegt im Sekundenbereich, so da√ü die Methode im Prinzip f√ľr ein schnelles Screening der H√∂lzer geeignet ist. Da es sich bei den anorganischen Wirkstoffen in der Regel um nichtfl√ľchtige Salze handelt, konnte die vorliegende Methode auf organische Wirkstoffen angewandt werden. Auch hier handelt es sich in der Regel jedoch um schwerfl√ľchtige Verbindungen, die erst bei hohen Temperaturen in den Dampfraum gelangen. Um Matrixeffekte absch√§tzen zu k√∂nnen, wurden zun√§chst Me√üreihen mit unbehandelten H√∂lzern durchgef√ľhrt. Dabei wurden sowohl Frisch- als auch Alth√∂lzer mit Holzfehlern untersucht, um eine realistische Einsch√§tzung der Matrixeffekte zu bekommen. Die Proben stammten zudem aus verschiedenen St√§mmen. Bei den Frischholzproben mit Holzfehlern wurden nun deutliche Streuungen in der Matrix Holz registriert. Besonders gro√üe Schwankungen wurden bei frischen Kieferh√∂lzern gemessen, w√§hrend die Varianz bei Fichte deutlich geringer ausfiel. Bei den Alth√∂lzern handelte es sich um bei der BFH abgelagerte Proben, die alle √§lter als 15 Jahre waren. Die Lagerung erfolgte st√§ndig im Normklima (20¬įC, 65% r.F.). Die Oberfl√§chenqualit√§t wurde bewu√üt unterschiedlich gew√§hlt. Die Streuung der Sensorsignale bei den Alth√∂lzern war sehr klein. Die mit unterschiedlichen Wirkstoffen behandelten Alth√∂lzer zeigten ein weitgehend homogenes Sensorverhalten bei Probentemperaturen bis zu 90¬įC. Oberhalb einer Probentemperatur von ca. 100¬įC wurde eine signifikante Abweichung der Sensorsignale bei den kontaminierten Holzproben gegen√ľber den unbehandelten Holzproben festgestellt. Aus den Signalmaxima, die unmittelbar nach der Gasbeaufschlagung auftreten, l√§√üt sich ein wirkstoffspezifisches Signalmuster gewinnen. GCMS Analysen zeigen, da√ü unter den gew√§hlten Probenahmebedingungen die organischen Wirkstoffe im Headspace der Holzproben in Konzentrationen nachweisbar sind, die von den im QMB 6 System eingesetzten Sensoren detektiert werden k√∂nnen. Fazit Die Untersuchungen haben die prinzipielle Eignung der vorliegenden chemometrischen Methode f√ľr ein schnelles Screening von Alth√∂lzern best√§tigt. Mit Hilfe eines Chemosensorarrays auf der Basis von Schwingquarzen konnten verschiedene H√∂lzer anhand ihres Dampfraumes diskriminiert werden. Auf Grundlage der Ergebnisse der Projektvorphase wird die Weiterentwicklung des Laborger√§tes zu einem portablen Prototypenger√§t f√ľr ein schnelles Screening der Alth√∂lzer vorgeschlagen.

√úbersicht

Telefon

089/242416-0

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Bundesland

Bayern

Fördersumme

25.564,59 ‚ā¨

Förderzeitraum

01.07.1996 - 24.11.1997