Entwicklung eines Nanogold-basierten Teststreifens für das Umwelt- und Biomonitoring von Quecksilberspuren (Hg) - NANOTEHG

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Kerstin Leopold; Professor Dr. Mika Lindén
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317741991

Obwohl in den letzten 25 Jahren große Anstrengungen unternommen wurden, um Quecksilberemissionen zu reduzieren, so sind diese global weiterhin leicht gestiegen. Die übermäßige Verwendung von Quecksilber (Hg) in der nicht-industriellen Goldgewinnung und steigende Emissionen aus Kohlekraftwerken tragen vor allem hierzu bei. Daher ist dieses höchst toxische Schwermetall nach wie vor einer der prioritären Umweltschadstoffe. Der Verzehr von Fisch gilt als Hauptquelle der allgemeinen Hg-Exposition des Menschen. Auch die berufsbedingte Hg-Exposition tritt vor allem in Entwicklungsländern bei Goldminen- und Fabrikarbeitern weiterhin auf. Um Risiken einzugrenzen und negative Auswirkungen auf den Menschen zu verhindern ist daher das Umwelt- und Bio-Monitoring von Hg-Spuren extrem wichtig.Obwohl verschiedene, hochempfindliche und selektive Analysenverfahren für die Hg-Bestimmung verfügbar sind, haben diese einige Nachteile, wie z.B. den Verbrauch großer Mengen z.T. sehr toxischer Reagenzien, zeitintensive Probenvorbereitung, hoher instrumenteller Aufwand. Daher ist eine Weiterentwicklung der Hg-Analytik im Hinblick auf vereinfachte Verfahren zur schnellen Überwachung von Hg-Spuren in realen Proben nötig. Ziel dieses Projektes ist es, eine robuste und valide Analysenmethode zum Monitoring von Hg-Spuren in wässrigen Proben, wie z.B. natürlichen Gewässerproben, menschlichem Urin, sauren/basischen Extrakten und Ähnlichem zu entwickeln. Zu diesem Zweck wird ein Teststreifen hergestellt, der zur Anreicherung von Hg für ein paar Minuten in eine flüssige Probe eingetaucht wird. Der Teststreifen wird aus einem Siliciumwafer bestehen, in den Poren geätzt werden, welche Gold-Nanopartikel enthalten und die mit einer meso-porösen Silicaschicht verschlossen werden. Auf diesem Nanogold-modifizierten porösen Dünnfilm findet eine hocheffiziente und selektive Anreicherung von Hg durch katalytische Zersetzung aller gelösten Hg-Spezies in Hg(0) und eine anschließende Amalgamierung statt. Anders als bei herkömmlichen Passivsammlern wird keine längere Deposition in der flüssigen Probe erforderlich sein. Darüber hinaus ist geplant eine Spezies-spezifische Anreicherung durch vorheriges Füllen der Poren mit organischen Lösungsmitteln zu erreichen. Die Desorption des Hg vom Teststreifen wird thermisch durchgeführt und somit kann auf die Verwendung von Elutionsmitteln verzichtet werden. Der freigesetzte Hg-Dampf wird mittels Atomfluoreszenzspektrometrie detektiert. Gleichzeitig wird durch diesen Schritt eine Regenerierung der katalytisch aktiven Gold-Nanopartikel erreicht. Das gesamte Analysenverfahren wird also ohne Chemikalien arbeiten und die Teststreifen werden wiederverwendbar sein. Insgesamt bietet das Verfahren somit entscheidende Vorteile, wie einfache und kostengünstige Vor-Ort-Handhabung bei gleichzeitig sehr hoher Empfindlichkeit und Selektivität. Daher wird die neue Methode sehr wertvoll für die Umwelt- und Bio-Überwachung von Hg-Spuren sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen