Design, Entwicklung und Anwendung eines 3D-gedruckten passiven Luft-Wasser-Probenehmers für Umweltverschmutzungsstudien

• Antragsteller: Amir Salemi, Ph.D.; Professor Dr. Torsten Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537712128

Die passive Probenahme ist eine wichtige Strategie zur Erhebung zuverlässiger und repräsentativer Daten über die Umweltverschmutzung. Bei der herkömmlichen Methode der passiven Probenahme werden jedoch der Kopfraum des Wassers und die Chemikalien, die zwischen dem Wasser und der angrenzenden Luft ausgetauscht werden, nicht berücksichtigt. Derzeitige Passivsammler werden erfolgreich für die Analyse von Wasser- und Luftverunreinigungen eingesetzt. Es gibt sie in verschiedenen Größen, Ausführungen, Strukturen und in der Zusammensetzung der sorbierenden Phasen. Wie diese Vielfalt jedoch impliziert, hat jeder einzelne seine Vor- und Nachteile. Bei Untersuchungen, bei denen der Luft-Wasser-Austausch das Hauptziel (oder ein Teil davon) ist, führt die physische Trennung der Wasser- und Luftprobenehmer und der Abstand zwischen ihnen dazu, dass die beiden Probenehmer Umgebungen darstellen, die auch von unabhängigen Faktoren beeinflusst werden können. Die Beziehung zwischen dem Vorhandensein und den Konzentrationen der Verbindungen und ihrer Bedeutung für die andere Phase (Wasser-Luft) könnte also übersehen oder falsch interpretiert werden. In diesem Vorschlag wird ein neuartiger passiver Probenehmer entwickelt, mit dem gleichzeitig Proben aus dem Oberflächenwasser und dem angrenzenden Luftraum entnommen werden können. Auf diese Weise werden die Probenehmer eine realistische Wasser-Luft-Austauschumgebung darstellen. Ein weiterer bemerkenswerter Aspekt der vorgestellten Studie ist die Anwendung des 3D-Drucks zur Herstellung der Primärmodelle und der modifizierten Version der Probenehmer. Dies würde zu einem kostengünstigen und äußerst flexiblen Entwicklungsverfahren führen und den Weg für zukünftige Modifikationen und Weiterentwicklungen des vorgestellten Aufbaus öffnen. Um die Anwendbarkeit der Idee zu demonstrieren, würde der entwickelte Probenehmer in der Non-Target-Analyse von organischen Schadstoffen in Oberflächenwasserproben verschiedener Matrices (wie z.B. stark kontaminierte Proben und/oder Gewässer mit unterschiedlichem Salzgehalt usw.) eingesetzt werden. In Anbetracht des breiten Spektrums der gesammelten Schadstoffe werden während des gesamten Analyseverfahrens sowohl gas- als auch flüssigchromatographische Instrumente eingesetzt. Um ein ganzheitlicheres Bild des untersuchten Wassers zu erhalten, wird eine gemeinsame GC/LC-Datenverarbeitung für Headspace- und Wasserproben im Rahmen des NTS durchgeführt. Darüber hinaus wird eine Vor-Ort-Mikroextraktionsmethodik für Wasser-Kopfraum-Proben entwickelt, optimiert und validiert. Die Ergebnisse dieser Technik, die eine ergänzende Methode darstellt, werden mit der passiven Probenahme verglichen. Dieser Ansatz ist der erste seiner Art und wird sich auf fortgeschrittene chemometrische Datenauswertungsmethoden stützen, wie im Vorschlag beschrieben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Michael Giese, Ph.D.; Professorin Maryam Vosough, Ph.D.