Schwerpunkt Einrichtung und Technik Automation im Labor

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56. Jahrgang
Juni 2012
6
Schwerpunkt Einrichtung und Technik
Automation im Labor
Prozessanalytik / PAT
Spektroskopie
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HALLE 4.1, STAND D7
Editorial
Grüner, besser, gesünder!
Das sind die plakativen Schlagworte der Energiewende-Gesellschaft. Diese Worte werden häufig bemüht, sowohl von der Politik als auch in der Werbung. Leider bestehen die Aussagen jedoch meist
bereits die erste oberflächliche Prüfung nicht.
Die Verfahren, um Biomasse in Energie umzuwandeln, haben Nachteile. Die erste Generation von
Bioethanol und Biodiesel verwendet ausschließlich oder überwiegend hochwertige Bestandteile von
Nutzpflanzen und steht somit in direkter Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion. Erschwerend kommt
hinzu, dass eine Erschließung neuer Agrarflächen in Deutschland nicht ökologisch sinnvoll sein kann.
Die gleichen Argumente gelten für die Produktion von Biogas. Außerdem ist der Produktionsprozess
von Biogas schwer zu kontrollieren. Die Prozesskontrolle ist dementsprechend aufwendig (siehe Seite
433 in dieser Ausgabe). Die Aufreinigung und Kontrolle des Endproduktes sind es ebenfalls (siehe
Seite 442 in dieser Ausgabe).
Auch die zweite Generation an Biokraftstoffen hat ihre Probleme. Zwar verwenden diese Technologien nicht mehr die Frucht der Nutzpflanzen, sondern nur die ansonsten für die Landwirtschaft
wertlosen Reste, wie Stängel und Blätter, Diese Bestandteile fehlen dann allerdings dem Acker für das
Wachstum der nächsten Ernte, was zu einem sprunghaften Anstieg des Kunstdüngerbedarfs führt. Zudem ist die Produktion der zweiten Generation an Biokraftstoffen erheblich aufwendiger und rechnet
sich erst, wenn die Preise für fossile Kraftstoffe weiter steigen.
Auch andere „neue“ Technologien der Energiegewinnung haben zum Teil gravierende Nachteile.
Die Photovoltaik hat bisher einen zu geringen Wirkungsgrad und benötigt demzufolge sehr viel Fläche und andere Resourcen. Die Windenergiegewinnung im Binnenland ebenso. Beide Technologien
tragen sich privatwirtschaftlich nur bei massiver Förderung. Die Energiegewinnung aus Wasserkraft
nutzt die hydraulische Energie in Deutschland an den großen Flüssen bereits beinahe vollständig aus.
In kleineren Flüssen stehen die Energieausbeute und der ökologische Schaden durch den Aufstau des
Gewässers in keinem vernünftigen Verhältnis zueinander (siehe GIT 9/2011 S. 614).
Vielversprechend scheint beispielsweise die Geothermie (siehe GIT 6/2011, S. 380). Die schlechten
Erfahrungen in Laufen und Wiesbaden haben aber trotz der vielen bereits problemlos installierten und
betriebenen Anlagen die Akzeptanz der Technologie in der Bevölkerung schwer beeinträchtigt. Solarthermie sowie effizientere Kraft-Wärmekopplungsanlagen sind ebenfalls aussichtsreiche Kandidaten,
da sie einander gut ergänzen und dezentral funktionieren.
Keine der „neuen“ Technologien kann für sich die Energieversorgung sicherstellen, nur der Mix
aus allen ist dazu in der Lage. Weitere Technologien sind bereits in der Entwicklung und wieder andere werden hinzukommen. Aber ein riesiges Potenzial wird unglücklicherweise kaum ausgenutzt: Das
Sparen von Energie. In unserem Privatleben sparen die meisten von uns bereits recht viel Energie, z. B.
durch die Verwendung energieeffizienterer Elektrogeräte und durch hochwertiger Wärmedämmung.
Leider findet dieses Verhalten im Berufsleben nicht oft genug eine Fortsetzung. So gibt es vor allem hier noch sehr viele Einsparpotenziale auch im täglichen Betrieb von Laboren (siehe GIT01/2012,
S. 22). Nur wenige Unternehmen wollen die hohen Investitionskosten und die damit verbundenen
langen Amortisationszeiten sowohl für Energiesparmaßnahmen in den eigenen Betriebseinrichtungen
als auch in der Produktentwicklung in Kauf nehmen.
Gerade in Deutschland haben wir trotz der derzeitigen Krise im Photovoltaikgeschäft sehr gute
Erfahrungen mit der Wirtschaftlichkeit umweltschonender Technologien. Der Technologievorsprung in
Deutschland gegenüber anderen Ländern ist noch vorhanden auch wenn er auf einigen Gebieten
geringer wird. Nur durch Forschung und Entwicklung an den vorhandenen und neuen Möglichkeiten der Energiegewinnung sowie durch Energie
sparen kann die Energieversorgung dauerhaft zu niedrigen Preisen sichergestellt werden. Und nur durch intelligente Lösungen können wir unsere
Umwelt tatsächlich grüner, besser und gesünder gestalten.
Dr. Arne Kusserow
Chefredakteur
GIT Labor-Fachzeitschrift 6/2012 • 391
Inhalt
EDITORIAL
Grüner, besser, gesünder!
Dr. Arne Kusserow391
Vermeidbare Gefahren
Vermeintlich sicherer Laborabzüge
DR.-ING. R. SIEBER, E. KELLER420
MAGAZIN
AUTOMATION IM LABOR
Life Sciences im Verein Deutscher
Ingenieure (VDI)
Arbeit ist mehr als ein Kostenfaktor
DR. M. FOLLMANN394
Ferngesteuert
Remote Service im Labor
DR. MED. M. ORTH424
Karrierechancen entdecken
Jobvector Career Day
Die AOX-Analyse
Hohe Flexibilität und hoher Durchsatz
DR. C. KOCH427
395
Transport in porösen Medien
XVI. Porotec Workshop vom
13. – 14. November in Bad Soden/Ts.396
Erfolgsfaktor Enzyme
Bericht vom 11. FEI-kooperationsforum
DR. J. KREUZIG398
INTERVIEW
In der Ruhe liegt die Kraft
Christiane Riefler-Karpa, eine Unternehmerin
C. RIEFLER-KARPA400
News
404
SICHERHEIT
Sicherheit im Labor
Polymerisationen von reaktiven Monomeren
DR. M. HAGER, PROF. DR. ULRICH S. SCHUBERT430
PROZESSANALYTIK / PAT
Steuerung von Biogasanlagen
FOS / TAC ein wichtiger Parameter
für die Effizienz von Biogasanlagen
J. PETERS433
SARTORIUS
410
Schutz vor Fehlbedienung und unsicheren
Messwerten im regulierten Bereich
SCHWERPUNKT
EINRICHTUNG & TECHNIK
Biobasierte Polymere
Nachwachsende Rohstoffe –
Nachhaltige Produktion
PROF. DR. T. HIRTH456
DIAGNOSTIK & KLINISCHE
CHEMIE
Gelenkentzündungen
Modellsysteme für die Arthritisforschung
PROF. DR. U.SACK459
PHARMAZEUTISCHE ANALYTIK
Allergiegefahr durch kleine Farbmoleküle
Trierer Umwelttoxikologen
erforschen Suszeptibilität
PROF. DR. B. BLÖMEKE462
Rauchgas als Rohstoff
464
Buchvorstellungen
465
FIRMENPROFIL
MEDIENVERSORGUNG /
REINSTWASSER / GAS
ACHEMA SHOWCASES
Beckman Coulter
470
Echtzeitüberwachung von Gasen
Hohlfaser- und Mikrokanal-basierter Gassensor
A.RODRIGUES et al.442
Krüss
470
Porotec
471
Sigma
471
LABORMARKT
472
SPEKTROSKOPIE
Laborgebäude
Energieausweis und Einsparpotenziale
DR. G. STREUBEL416
Terahertz-Spektroskopie
Messung von Gasen, Flüssigkeiten
und Festkörpern
PROF. DR. R. BEIGANG446
392 • GIT Labor-Fachzeitschrift 6/2012
POLYMERE
Biogas
Biologische Entschwefelung ohne Lufteintrag
B. SAYDER440
Abzüge
Für hohe thermische Lasten und Säurearbeiten
J. LIEBSCH412
Geprüfte Sicherheit für Gefahrstoff
lagerung und -handling
Sicherheitsschränke mit Rundum-Service
C. BRILKA418
Biokraftstoffe als saubere Alternative?
Moderne Analysemethoden verraten Details der
Verbrennungschemie
PROF. DR. K. KOHSE-HÖINGHAUS453
BIOPROZESSTECHNIK
Immer im Bild mittels Prozess-Spektroskopie
Spektroskopische Methoden
für die Prozessanalytik
DR. M. MAIWALD436
Achema-Report
W. SieSS408
TITELSTORY
ELEMENT- & SPURENANALYTIK
Betatronschwingungen
Ultrakurze Röntgenimpulse aus
einer Laborquelle
M. SCHNELL, PROF. DR. C. SPIELMANN449
Metrohm
466
PRODUKTPROFIL
Herz aus Aluminium
Modulare Kreispolarimeter
H. KNAPP477
Index/Imprint
478
SICHERHEIT
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Bereits am 13.und 14. März 2012
diskutierten Fachleute arbeitswissenschaftliche Themen aus dem Agrarbereich in Ettenhausen (Schweiz).
Hier war die Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon (ART)
Gastgeber und Mitveranstalter des
18. Arbeitswissenschaftlichen Kolloquiums, das vom Fachausschuss Arbeitswissenschaften im Landbau
des VDI-Fachbereichs Max-Eyth-Gesellschaft Agrartechnik getragen
wurde.
In Fachvorträgen wurden die
Weiterentwicklung der Methodik in der Arbeitsanalyse, die
Implementierung neuer Informations- und Kommunikationssysteme sowie die Optimierung von
Ergonomie und Arbeitssicherheit auf Landwirtschaftsbetrieben
als Ziel verfolgt. Im Rahmen des
Austauschs aktueller Forschungsaspekte unter Fachleuten, die
sich mit arbeitswissenschaftlichen Fragen beschäftigen, wurde dem ständigen Bedarf an der
Erarbeitung, Überprüfung und
Bewertung von Optimierungsmöglichkeiten in der Land- und
Forstwirtschaft nachgekommen,
sowie dem Bedarf an objektiven,
allgemeingültigen und verlässlichen Kalkulationsunterlagen für
Forschung, Beratung und Praxis.
Aufgrund des kostenintensiven
Produktionsfaktors Arbeit und der
sich permanent ändernden Rahmenbedingungen wurde diese
Plattform auch unter den Teilnehmern als sehr wertvoll erachtet.
Arbeit wurde aber auch als wichtige soziale und persönlichkeitsformende Komponente diskutiert.
Der Tagungsband ist unter
http://www.agroscope.admin.ch
veröffentlicht.
▶ ▶K ontakt
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Materialien. Der Schwerpunkt des
diesjährigen XVI. Workshops lautet
„Transport in porösen Medien“. Er
lädt Wissenschaftler, Ingenieure,
Techniker und Anwender ein, um
sich im kleinen Kreis über den gegenwärtigen Stand der Wissenschaft und Technik auf diesem Gebiet zu informieren und die
Erkenntnisse zur Lösung von aktuellen Problemstellungen einzusetzen. Das Programm umfasst daher
eingeladene Hauptvorträge, die
den neuesten Stand auf diesem
Gebiet vermitteln, Vorträge und
Poster, in denen Erfahrungsberichte und Anwendungen dokumentiert werden und Diskussionen, die
zum Verständnis und der Aufklärung der vielfach komplexen Problemstellungen dienen.
Nachdem der Workshop 30 Jahre lang von zwei altgedienten Wissenschaftlern auf diesem Gebiet
begleitet wurde (Prof. K. S. W. Sing,
Topsham, UK und Prof. K. K. Unger,
Mainz), haben diese nun das Aktionsfeld an jüngere Wissenschaftler
übergeben (Prof. J. A. Lercher, München, Prof. D. Enke, Leipzig, Prof. A.
Gerdes, Karlsruhe). Damit ist eine
lückenlose Fortsetzung dieses interessanten Themas garantiert. Der
Workshop ist nicht nur eine Tagung
für Spezialisten, sondern auch ein
herausragendes Beispiel dafür, wie
man aktuelle Anwenderprobleme
umfassend diskutieren und wertvolle Erkenntnisse in praktische
Lösungen umsetzen kann.
Einreichen von Beiträgen ist bis
zum 30. Juni 2012 möglich.
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Erfolgsfaktor Enzyme
Bericht vom 11. FEI – Kooperationsforum
Abb. 1: Die Referenten des Forums mit der AiF-Vizepräsidentin und der FEI-Führung von links nach rechts: Dr. Volker Häusser, Prof. Peter Köhler, Prof. Jörg
Hinrichs, Prof. Lutz Fischer, Yvonne Proppert, Prof. Thomas Scheper, Prof. Holger Zorn, Dr. Thomas Schäfer, Dr. Jürgen Eck, Dr. Jürgen Kohnke, Dr. Patrick Lorenz,
Dr. Lutz Popper und Prof. Ralf G. Berger. © FEI
Lange bevor der Mensch von Mikroorganismen oder Enzymen wusste, nutzte er
deren Talente – ob als Bäcker, Winzer
oder als Brauer. Seit Jahrtausenden leisten Enzyme ihren Beitrag zur Lebensmittel- oder Getränkezubereitung. Davon
unabhängig hat die Enzymforschung die
möglichen Potentiale erst zu einem kleinen Teil gehoben. Dies verdeutlichte das
11. Kooperationsforum des Forschungskreises der Ernährungsindustrie (FEI): Es
fand am 17. April 2012 im Universitätsclub Bonn statt unter dem Titel „Enzyme
in der Lebensmittelproduktion: Neue
Wege zur Gewinnung und Nutzung“.
Nach Grußworten von FEI-Geschäftsführer
Dr. Volker Häusser und Yvonne Proppert, kommissarische Präsidentin und Vizepräsidentin
der AiF, moderierten Prof. Dr. Dr. Jörg Hinrichs
(Universität Hohenheim) und Prof. Dr. Dr. Ralf
G. Berger (Universität Hannover) die Vorträge
und Fragerunden.
Neben den Moderatoren referierten von Universitäten und Forschungsinstituten Prof. Peter
Köhler (Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie), Prof. Lutz Fischer (Universität Hohenheim), Prof. Thomas Scheper (Universität Hannover), Prof. Holger Zorn (Universität Gießen) und
Prof. Ralf G. Berger.
Aus der Industrie referierten Dr. Thomas
Schäfer (Novozymes A/S), Dr. Jürgen Eck (Biotechnology Research and Information Network),
Dr. Patrick Lorenz (AB Enzymes) und Dr. Lutz
Popper (Stern Enzym) aktuelle Trends aus Forschung und Entwicklung. Rund 130 Teilnehmer
aus Wissenschaft und Wirtschaft waren der Einladung des FEI nach Bonn gefolgt.
CO2, Rohstoffnutzung, Acrylamid
Enzyme machen biochemische Reaktionen in
den spezifischen Temperatur- und Umgebungsbedingungen lebender Organismen erst möglich.
Sie tun dies, indem sie als Katalysatoren die
notwendigen Aktivierungsenergien (bio-) chemischer Reaktionen senken. Darauf beruht ihr Potential, künftig den CO2-Ausstoß zu reduzieren
und eine wichtige Rolle in einer verbesserten
Rohstoffnutzung zu spielen.
Dr. Thomas Schäfer, Vice President Innovation Office & Head of Microbial Biotechnology,
bei Novozymes A/S, Dänemark konkretisierte
das in Zahlen spezifisch für sein Unternehmen:
Kunden von Novozymes haben 2011 durch die
Anwendung von Enzymen runde 45 Mio. t CO2
eingespart. Ziel von Novozymes sei es, bis 2018
75 Mio. t CO2 einzusparen. Novozymes in Dänemark hat mit 47 % den größten Anteil am Weltmarkt für industrielle Enzyme vor Danisco und
DSM.
Heute bringt Novozyms rund sechs bis acht
neue Enzympräparate jährlich auf den Markt.
Als Beispiel dafür nannte Schäfer die Markteinführung von „Acrylaway“ (Asparaginase) im August 2007. Vor einigen Jahren waren Lebensmittel, darunter diverse Gebäcksorten, Kartoffelchips
und Pommes Frites in der Kritik durch hohe Acrylamidkonzentrationen. Mehrere wissenschaftliche
Publikationen belegen die Krebsrisiken von Acrylamid. Hohe Konzentrationen davon entstehen
bei Erhitzungsschritten in Lebensmitteln im Zuge
der Maillard-Reaktion zwischen reduzierenden
Zuckerenden und der Aminosäure Asparagin.
„Acrylaway“ wandelt das Asparagin als einen der
Ausgangsstoffe, in Asparaginsäure um und senkt
so Acrylamidkonzentrationen in fertigen Lebensmitteln um Anteile zwischen 50 und 98 %.
Magazin
Zulassungsfragen
Schäfer beleuchtete am Ende seines Vortrages die
regulatorische Situation für die Anwendungen der
Enzyme in der Lebensmittelindustrie in Europa.
Das EG-Zusatzstoffpaket (Food Improvement
Agents Package - FIAP) ist seit 2009 in Kraft und
regelt Einsatz und Zulassung von Zusatzstoffen,
Enzymen und Aromen bei der Lebensmittelherstellung. Davon unabhängig werden Details der Implementierung und der Richtlinien erst Schritt für
Schritt entwickelt und somit verbleiben auch aktuell noch wesentliche Unsicherheiten. EU-weit einheitlich geregelt seien derzeit nur die Anwendungen Invertase und Lysozym sowie von Enzymen
für Fruchtsaft und Wein. Die erste Positivliste wird
frühestens für 2019 erwartet, bis dahin gelten nationale Regelungen.
Enzyme aus Speisepilzen
„Enzyme sind Kunstwerke der Natur“, sagte
Prof. Dr. Dr. Ralf G. Berger vom Institut für Lebensmittelchemie der Universität Hannover. Sein
Vortag behandelte das Thema die „Emzymfabrik
Speisepilz I: Produkt- und umweltschonende Hydrolysen, Strukturbildung“.
Früher wurden Enzyme wie die Peptidase
Chymosin aus Kälbermägen isoliert. Dank moderner Kulturtechniken sei man heute bei der
Enzymgewinnung nicht mehr auf tierische Quellen angewiesen. Kulturen von Speisepilzzellen in
Biorektoren eröffnen ein neues zusätzliches Feld.
Als ein Anwendungsbeispiel unter vielen
nannte Prof. Berger die „kalte“ Produktion
von Soja-Aromen durch Laetiporus Sulphureus
(Schwefelporling) auf Pflanzenprotein. In der freien Natur ist der gelbe Schwefelporling häufig an
Stämmen von Laubbäumen, seltener an Nadelbäumen anzutreffen. Auch Buchenholzaromen
sind „kalt“ durch enzymatische Reaktionsschritte
zugänglich, während die klassische Buchenholzpyrolyse auch die kanzerogenen polyzyklische
aromatische Kohlenwasserstoffe generiert.
Weltmarkt der industriellen Enzyme
„Industrielle Herstellung von Enzymen für Lebensmittel“ war das Thema des Vortrags von Dr.
Patrick Lorenz, Leiter der Molekularbiologie bei
AB Enzymes in Darmstadt.
Für 2010 zeigte Lorenz eine Grafik, die das
Weltmarktvolumen für Enzyme mit 3,4 Mrd.
US-$ bzw. 2,6 Mrd. € bezifferte. Die größten Anbieter in diesem globalen Markt seien Novozymes, Danisco, DSM und BASF. Für 265 verschiedene Enzyme ist eine Produktion in industriellen
Abb. 2: Dr. Patrick Lorenz bei einer Führung durch die F&E Laboratorien von AB Enzymes in Darmstadt.
© LVT 2011
Maßstab bekannt, die Mehrzahl von ihnen stamme aus Pilzen (64 %) und Bakterien (28 %). Lediglich 5 % bzw. 3 % entfielen auf tierische bzw.
pflanzliche Quellen (www.amfep.org).
Optimierung technischer Prozesse
Als einen industriellen Beispielprozess für den
Einsatz von Phospholipasen aus der Lebensmittelindustrie nannte Lorenz die Entschleimung
bei der Produktion von Speiseölen. Phospholipide aus den Zellwänden der Ölsaaten stören die
Ausbeute bei der Extraktion bzw. Pressung der
Öle. Phospholipasen senken die Emulsionsstabilität: Sie spalten Fettsäuren aus den Phospholipiden ab und machen so die behandelten Ölsaaten leichter durch Wasser extrahierbar. Unter
dem Produktnamen Rohalase PL-XTRA gelang
Spezialisten die Enzymoptimierung einer Phospholipase für die Ölentschleimung. Das neue
Enzympräparat aus Aspergillus fumigatus kann
bei niedrigeren pH-Werten eingesetzt werden
und zeigt zudem deutlich stärkere Aktivität.
Produktion oder zeigen den Weg zu ganz neuen
Produkten.
Erneut hat der FEI mit dem 11. Kooperationsforum zu einer gelungenen Veranstaltung nach
Bonn geladen und setzte wichtige Impulse zu
neuen Forschungsprojekten.
Dieser Beitrag konnte nur einige Aspekte des
breiten Spektrums der FEI-Veranstaltung anreisen. Interessenten stehen die Vorträge der Referenten unter www.fei-bonn.de/veranstaltungen/
dokumentationen.html zur Verfügung. Zu einem
einheitlichen Zulassungsverfahren für Enzyme,
Zusatzstoffe und Aromen (gemäß der EC
1331/2008 vom 16. Dezember 2008), sei auf das
Positionspapier der Arbeitsgruppe Food Biotechnology der Dechema verwiesen (http://dechema.
de/dechema_media/p_enzyme).
Autor
Dr. Jürgen Kreuzig
GIT-Verlag
Fazit
▶ ▶K ontakt
Prof. Jörg Hinrichs von der Universität Hohenheim warb in seinem Resumee dafür, Forschungsprojekte für das „Innovationsfeld Enzymtechnologie“ auf den Weg zu bringen.
Unverändert versprechen Forschung und
Entwicklung auf dem Gebiet der Enzyme aussichtsreiche Ansätze für die Optimierung der
Forschungskreis der
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Interview
In der Ruhe liegt die Kraft
Christiane Riefler-Karpa, eine Unternehmerin
Christiane Riefler-Karpa ist schnell, sehr schnell. Unter ihrer Führung legt Memmert, ein weltweit führendes Unternehmen im
Bereich Inkubatoren und Wärmeschränke für Labore, trotz einer schwierigen weltwirtschaftlichen Lage, ein rasantes Wachstum
hin. Sie zeigt, dass sich verantwortungsbewusstes unternehmerisches Handeln und wirtschaftlicher Erfolg nicht gegenseitig
ausschließen. Christiane Riefler-Karpa beweist einmal mehr, dass es sich im wahrsten Sinne des Wortes „lohnt“ mit den geschäftlichen Partnern ebenso wie mit den eigenen Beschäftigten respektvoll, umsichtig und einfühlsam umzugehen. Der „Lohn“
dafür ist, neben einer sehr starken geschäftlichen Entwicklung, persönliche Lebensfreude. Und dies ist die beste Motivation um
unter hoher Belastung herausragende Leistungen zu erbringen, ganz gleich in welcher Position. Wie so oft ist es auch hier der
eigentümergeführte Mittelstand der belegt, dass soziales und gesellschaftliches Verantwortungsbewusstsein ein großer Vorteil
sein kann, insbesondere wenn man Wert auf motivierte und leistungsfähige Mitarbeiter legt.
Frau Riefler-Karpa, Sie leiten ein mittelständisches Unternehmen in Deutschland.
Was sind Ihrer Meinung nach die Vor- und
die Nachteile des Standortes Deutschland
für ein Unternehmen wie Ihres?
C. Riefler-Karpa: Das größte Plus des Standortes Deutschland sind sicher die hervorragend
ausgebildeten Fachkräfte. Abgesehen davon ist
Deutschland ja auch einer unserer wichtigsten
Märkte, da ist es nur von Vorteil, wenn man in
nächster Nähe zum Kunden entwickeln und fertigen kann. Natürlich gibt es auch in unserer
Branche, vor allem aufgrund der in Asien gefertigten Geräte, in manchen Bereichen Preisdruck.
Wir fangen die höheren Lohnkosten daher mit
einem intelligenten Mix aus Automatisierung
und menschlicher Arbeitskraft sowie einer effi
zienten Organisation auf. In den vergangenen
Jahren haben wir kräftig in die wertstromoptimierte Umstellung unserer Fertigung sowie in
Bearbeitungszentren investiert und werden in
den nächsten Wochen noch ein weiteres Blechbearbeitungszentrum in unserer zentralen Fertigung in Büchenbach in Betrieb nehmen. Memmert bleibt also made in Germany.
Wie gestalten Sie ein Arbeitsumfeld, das
Ihren Angestellten deren hohe Motivation
ermöglicht?
C. Riefler-Karpa: Sport und Bewegung halten in
erster Linie gesund, in zweiter Linie sind sie aber
meiner Meinung nach wesentliche Faktoren für
mehr Leistungsfähigkeit und Lebensfreude. Daher unterstützen wir unsere Mitarbeiter nach
Kräften. Wir bieten zwei Mal pro Woche einen
Lauftreff in der Mittagspause an, der von einem
professionellen Trainer betreut wird, sowie eine
Nordic Walking-Gruppe. Wir übernehmen einen
Zuschuss zum Abo in einem lokalen Fitnessstudio,
wir übernehmen die Startgebühren für TriathlonWettkämpfe oder Wettkämpfe der Laufgruppe.
Die Beteiligung nimmt stetig zu. Neben unserem
Werk in Büchenbach haben wir einen wunderschönen Fußballplatz angelegt und unser Memmert-Fußballteam spielt und trainiert regelmäßig. Ich freue mich sehr, dass diese Angebote
angenommen werden, denn natürlich profitieren
auch wir als Unternehmen von motivierten und
ausgeglichenen Mitarbeitern.
Bitte skizzieren Sie Ihre Karriere, die Sie in
diese Position geführt hat.
C. Riefler-Karpa: Da meine Eltern in der Geschäftsleitung gearbeitet haben, war für meine
Schwester und mich das Unternehmen Memmert natürlich von klein auf Spielplatz und Kinderstube. Aber ich habe mich nie als Tochter
gesehen, deren weiterer Lebensweg durch
das Firmenunternehmen
vorbestimmt ist,
sondern
wollte mir eine unabhängige
Karriere aufbauen. Bevor ich ab dem
Jahr 2005 Schritt für Schritt die Verantwortung von meinen Eltern übernommen habe, hatte ich bereits mehrere
Jahre Erfahrung in Vertrieb, Einkauf
und Logistik in nationalen und internationalen Unternehmen gesammelt. Dazu kommt natürlich noch
die sehr lehrreiche Zeit als Familienmanagerin, denn ab dem Jahr 2002
hatte ich mich voll und ganz der Erziehung meiner drei Töchter gewidmet.
Wie schaffen Sie es, Ihren anspruchsvollen
Beruf und Ihre Familie unter einen Hut zu
bekommen?
C. Riefler-Karpa: Eines der Privilegien, das ich
für mich als Geschäftsführerin in Anspruch neh-
Abb. 1.:
Christiane
Riefler-Karpa,
Memmert
"mit uns
immer am ball –
wissen für bücherwürmer,
Online-fans und
zeitschriften-freunde"
auf
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G-Stand!
© julien tromeur | Fotolia.com
iley/GiT VeRlA
Wir sehen uns am W
d B2/B6
Halle 5.1/6.1 – Stan
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Interview
Abb 2.: Mit Chrissie Wellington, Weltrekordhalterin im Damen-Triathlon in Roth
me ist, dass ich, wenn meine Kinder krank sind,
Besprechungen auch einmal kurzerhand nach
Hause verlege. Wenn die Kinder unserer Mitarbeiter nicht anders betreut werden können, werden sie auch mal in die Firma und zu Besprechungen mitgebracht – übrigens durchaus auch
von Männern.
Die Vereinbarkeit von Familie und Beruf ist
mir sehr wichtig. Das hat bei Memmert große
Tradition, da ja auch schon meine Mutter viele
Jahrzehnte das Unternehmen mitgeprägt hat.
Wenn einmal die Kinder krank waren, dann hat
sie ihre Mitarbeiterinnen nach Hause geschickt.
In vielen Firmen trauen sich die Mitarbeiterinnen
nicht, die freien Tage in Anspruch zu nehmen,
die ihnen aufgrund der Krankheit ihrer Kinder
zustehen. Bei uns ist das kein Problem, die Mütter (und hoffentlich auch immer mehr Väter) haben dadurch weniger Stress.
Sie bestreiten regelmäßig Triathlon-Wettkämpfe. Woher nehmen Sie, nach einem
anstrengenden Arbeitstag, die Kraft für
das Training?
C. Riefler-Karpa: Ich trainiere bis zu zehn Stunden pro Woche, vor einem Wettkampf können es
auch mal zwölf oder dreizehn Stunden sein. Das
ist sicher viel Zeit aber Sport ist für mich kein Luxus, sondern notwendig, um die Doppelbelastung
als Geschäftsführerin und dreifache Mutter überhaupt bewältigen zu können. Ich ziehe daraus die
Kraft für den Job und die Familie.
Mit welchen besonderen Widerständen und
Vorurteilen hatten Sie in Ihrer Position als
Geschäftsführerin zu kämpfen?
C. Riefler-Karpa: Glücklicherweise gab es da
überhaupt keine Probleme. Ich werde überall gleichermaßen akzeptiert. Natürlich hilft mir dabei
auch, dass unsere Kunden daran gewöhnt sind,
mit Frauen zu verhandeln. Wir waren schon immer
ein sehr exotisches, weil frauenlastiges Unternehmen. Schon mein Vater hat sehr viele Frauen im
Vertrieb eingestellt und meine Mutter war als
Tochter des Firmengründers und als technische
Leiterin bei Memmert hoch angesehen. Als dritte
Generation musste ich da also keine neuen Strukturen schaffen oder um meine Akzeptanz kämpfen, sondern konnte auf gewachsene Beziehungen
aufbauen. Wir sind bei Memmert traditionell anders geprägt und beweisen schon seit vielen Jahrzehnten, dass es keine „Trinkgelage“ braucht, um
Kundenbeziehungen langfristig aufzubauen und
über viele Jahrzehnte aufrechtzuerhalten. Der respektvolle Umgang mit Kollegen, Kunden, aber
auch Lieferanten, ist uns schon immer wichtig gewesen – der hohe Frauenanteil ist sicher ein klein
wenig dafür verantwortlich.
Memmert ist in China sehr stark positioniert. Auf welche Schwierigkeiten muss
sich ein deutscher Unternehmer einstellen,
wenn er auf den asiatischen Märkten aktiv
werden möchte, und wie sind Sie mit diesen Schwierigkeiten fertig geworden?
C. Riefler-Karpa: Bekanntermaßen liegen die
größten Hürden für einen erfolgreichen Marktausbau in der unterschiedlichen Mentalität und Kultur. Man muss viel Geduld aufwenden, um mit
chinesischen Geschäftspartnern eine langjährige
und vertrauensvolle Beziehung aufzubauen. Vor
allem die persönliche Beziehung von Mensch zu
Mensch ist wichtiger als in anderen Märkten. Daher legen wir viel Wert auf regelmäßige Besuche
bei unseren Kunden vor Ort. Kaufentscheidungen
dauern oft länger, es wird viel von einem Lieferanten erwartet und auch die Verhandlungen gestalten sich völlig anders. In China schätzt man die direkte Art vieler Europäer nicht unbedingt, da
bewegt man sich eher spiralförmig um ein Thema
herum, bis man ans Ziel gelangt. Wir haben daher
unsere Mitarbeiter ganz langsam mit Schulungen
und Coachings an die Bearbeitung des chinesischen Marktes herangeführt. Ein wichtiger Schritt
war natürlich der Aufbau einer einheimischen
Mannschaft mit der Eröffnung der Memmert-Niederlassung in Shanghai im Jahr 2010 (Abb. 4).
Welche Zukunftspläne haben Sie für sich
und Ihr Unternehmen?
C. Riefler-Karpa: In zwei Worten ausgedrückt: gesundes Wachstum. Wir haben in den vergangenen
Jahren ein Rekordergebnis nach dem anderen eingefahren, mit jährlichen Umsatzsteigerungen im
hohen zweistelligen Bereich. Jetzt beginnt die Phase weiteren qualitativen Wachstums. Wir möchten
in geografischer Hinsicht noch näher zu unseren
Interview
Kunden, sei es mit „preferred partnerships“, Repräsentanten oder Niederlassungen. Und dieses
Wachstum steht auf gesunden Beinen: So haben
unsere Mitarbeiter mit großem Engagement und
viel Begeisterung die neue Memmert Gerätegeneration 2012 entwickelt, die auf der Achema erstmals vorgestellt wird. Wir wollen mit anwendungsbezogenen Geräten nah an unseren Kunden dran
sein. Einige Features unserer neuen Gerätegeneration, wie das intuitiv bedienbare Touchscreen-Display, die völlig überarbeitete Programmiersoftware
sowie die komfortable Türkonstruktion, unterstreichen diesen Anspruch. Wir sind ein ständig lernendes Unternehmen, das tagtäglich seine Kunden
und deren Träume und Wünsche noch ein Stückchen besser verstehen möchte.
Abb. 3: Teamwork
▶ ▶K ontakt
Katja Rosenke
Memmert & Co. KG
Marketing Manager
Schwabach
Tel.: 09122/925177
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Abb. 4: Eröffnung der Memmert Niederlassung in Shanghai
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News
Unternehmenskooperation gegründet
Um in Laboratorien und an anderen Arbeitsplätzen sicher und zuverlässig mit gefährlichen Medien und Geräten
arbeiten zu können, sind ausgereifte, funktionale Systeme eine wesentliche Voraussetzung.
Mit der frisch gegründeten Unternehmenskooperation „Excellence4Lab“ werden vier Unternehmen ihre gemeinsamen Erfahrungen und Interessen im Bereich der Entwicklung und Standardisierung hochwertiger Laborausstattung
von nun ab bündeln und nach außen vertreten.
Die vier Unternehmen der neuen Kooperation sind Asecos aus dem hessischen Gründau, die ein umfassendes Programm zum Lagern und zum Umgang mit gefährlichen Stoffen bietet, die dänische Firma Broen, als Spezialist für
Armaturen zum Entnehmen und Verteilen der unterschiedlichsten flüssigen Medien und Gase. Mit in der Kooperation ist auch die Firma Friatec aus Mannheim als Hersteller langlebiger Tischplatten und Becken aus technischer Keramik sowie von Abluftwäschern und Neutralisationsanlagen und die Trespa International aus den Niederlanden
als Produzent von Platten und Paneelen für belastbare, chemikalienresistente Arbeitsplätze.
Neben gemeinsamen Messeauftritten gehören die Zusammenarbeit bei sicherheitstechnischen Fragen, die Abstimmung von Einrichtungen sowie die Erarbeitung gemeinsamer Standards genauso zu den Aufgaben wie die Arbeit in
einschlägigen Gremien und Verbänden. Zu besonderen thematischen Schwerpunkten zählen Sicherheit, Multifunktionalität, Flexibilität und Nachhaltigkeit von Laborausstattungen.
Achema 2012 in Frankfurt, Stand A77 in Halle 4.1.
www.asecos.com, www.broen.de, www.excellence4lab.com, www.friatec.de, www.trespa.com
Auszeichnung erhalten
Verleihung des Eppendorf Young Investigator Award 2012
Zum 17. Mal wurde am 9. Mai 2012 den mit 15.000 € dotierten Eppendorf Award for Young European Investigators
in Heidelberg am EMBL Advanced Training Center verliehen.
Dieses Jahr ging der Award an Dr. Elizabeth Murchison vom
Wellcome Trust Sanger Institute, Hinxton, Cambridge, Großbritannien.
Murchison, Jahrgang 1980, erhält den Preis für ihre Entdeckungen in Zusammenhang mit einer tödlichen Krebsart,
die sich innerhalb der endemischen Population der Tasmanischen Teufel in Tasmanien ausbreitet und das Überleben
dieser Spezies bedroht. Sie fand heraus, dass die Krebserkrankungen auf einen identischen Klon zurückzuführen
Von links nach rechts: Axel Jahns, Reinhard Jahn,
Elizabeth Murchison, Maria Leptin, Dieter Häussinger, sind, was darauf schließen lässt, dass die Krebszellen körperlich von Tier zu Tier übertragen werden. Ihre ForschungsDirk Ehlers. Photo: EMBL photolab 2012
ergebnisse sind bahnbrechend und erschließen neue Ansätze im Verständnis der klonalen Krebsentstehung. Außerdem haben ihre Ergebnisse zur Entwicklung von Strategien
zur Bewahrung des Tasmanischen Teufels vor seiner Ausrottung beigetragen.
Mit dem 1995 ins Leben gerufene Award würdigt das Unternehmen Eppendorf herausragende Forschungsarbeiten
auf dem biomedizinischen Sektor und fördert damit junge Wissenschaftler in Europa bis zum Alter von 35 Jahren.
Der Award wird in Zusammenarbeit mit dem Wissenschaftsmagazin Nature verliehen. Über die Vergabe entscheidet eine unabhängige Jury unter dem Vorsitz von Prof. Reinhard Jahn.
www.eppendorf.com/award
Der Huber Verlag für Neue Medien
verleiht seit 2006 jedes Jahr zur
Hannover-Messe den Industriepreis und unterstützt damit Unternehmen aus der Industrie, ihre
fortschrittlichen und innovativen
Produkte einer breiten Öffentlichkeit bekannt zu machen.
Bereits im Vorfeld hatte der Preis
mit über 500 Bewerbungen für Furore gesorgt. Und da es unter den
Einreichungen viele High Potentials
gab, war es der unabhängigen
30-köpfigen Fachjury aus Professoren und Fachjournalisten entsprechend schwergefallen, die 14 Kategorie-Sieger und den Gesamtsieger
auszuwählen. Das Konzept des Laser-Partikelmessgerätes Analysette
von Fritsch konnte in der Kategorie
Optische Technologien die Juroren
überzeugen.
www.fritsch.de
Events @ EICAT in Heidelberg, Germany
Date
Conference
Information
August 25–28
10th EMBL Conference: Transcription and Chromatin
www.embl.de/training/events/2012/TRM12-01
August 29 –
September 1
EMBL Conference: Stem Cells in Cancer and Regenerative Medicine
www.embl.de/training/events/2012/STM12-01
September 7–9
EMBO Conference Series: Morphogenesis and Dynamics of Multicellular Systems
www.embl.de/training/events/2012/MOR12-01
September 13–16
EMBO | EMBL Symposium: Diabetes and Obesity
www.embo-embl-symposia.org/symposia/2012/EES12-05
September 19–22
EMBO | EMBL Symposium: Quality Control – From Molecules to Organelles
September 26–29
EMBO Conference Series: Chemical Biology 2012
www.embl.de/training/events/2012/CHB12-01
October 7–10
EMBO | EMBL Symposium: The Complex Life of mRNA
October 13–16
EMBO | EMBL Symposium: Germline - Immortality through Totipotency
October 17–21
EMBO Conference Series: Experimental Approaches to Evolution and Ecology
using Yeast
www.embl.de/training/events/2012/EAE12-01
November 9–10
13th EMBL|EMBO Science and Society Conference: Biodiversity in the Balance:
Causes and Consequences
www.embl.de/training/events/2012/SNS12-01
November 17–20
EMBO Conference Series: From Functional Genomics to Systems Biology
www.embl.de/training/events/2012/OMX12-01
News
„Tango 12“
Unterschiedliche Schrittfolgen, mal
schnell, mal langsam, abrupte Stillstände und Temperament: Das haben der aus Lateinamerika stammende Tango und das Spiel mit
dem gleichnamigen offiziellen Fußball zur diesjährigen Europameisterschaft gemeinsam. Anlässlich
der UEFA Euro 2012 im Juni freuen
sich Fußball-Fans in Stadien, Biergärten und Wohnzimmern wieder
auf spannende Spiele. Ein Gewinner steht dabei jetzt schon fest: der
Ball mit dem klangvollen Namen
„Tango 12“. Der Hightech-Ball ist
Ergebnis einer langjährigen und bewährten Zusammenarbeit von adidas und Bayer MaterialScience, die
bis zur Fußball-Weltmeisterschaft
1986 in Mexiko zurückreicht.
www.adidas.de
www.materialscience.bayer.com
Netzwerk „Bioaktive Pflanzliche Lebensmittel“
Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten des Netzwerks „Bioaktive Pflanzliche Lebensmittel“ stehen die bioaktiven pflanzlichen Inhaltsstoffe des Amarant (Amaranthus). In verschiedenen Arbeitsgruppen untersuchen die
Netzwerkpartner innovative Forschungsaspekte zu Anbau, Verarbeitung und Gesundheitswirkungen und entwickeln gemeinsam Projektideen. Neben der Bestimmung relevanter Inhaltsstoffe (Mineralstoffe, Proteine, Aminosäuren, Fettsäuren, Vitamine etc.) werden auch zell- sowie molekularbiologische Studien durchgeführt.
Als Beispiel für eine erfolgreiche Kooperation der Netzwerkpartner kann die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen der Hochschule Esslingen, Fakultät für angewandte Naturwissenschaften, Abteilung Biotechnologie und des
Unternehmen varionostic in Ulm genannt werden. Gemeinsam führen sie Versuche mit Amarant durch, indem zellbiologische Aktivitäten mit molekularbiologischen Studien (Epigenetik) kombiniert werden. Ein Ergebnis dieser Zusammenarbeit ist die gemeinsame Betreuung der Bachelorarbeit von Sarah Miller, Bachelorstudentin im Studiengang Biotechnologie der Hochschule Esslingen, durch die Professorin Dr. Bettina Weiß, Hochschule Esslingen und
Uwe Gerstenmaier, varionostic, Ulm.
www.netzwerk-bpl.de
Einzelheiten des Effizienzsteigerungsprogramms
Merck gab Einzelheiten seines
Effizienzsteigerungsprogramms für
Merck Serono bekannt und stellte
erstmals mittelfristige Konzernfinanzziele vor. Zusammenfassend
wurde folgendes vorgestellt:
Ziel für Merck Serono: jährliche
Nettoeinsparungen ab 2014 von
300 Mio. € bei einmaligen Umstrukturierungskosten von rund
600 Mio. €.
▪▪ Ziele der Merck-Gruppe für das
Gesamtjahr 2014: Umsatzerlöse von rund 10,35 Mrd € bis
10,7 Mrd. €; EBITDA vor Sondereinflüssen rund 3,0 Mrd. €
bis 3,2 Mrd. €
www.merckgroup.com
Sonder-Bar.
Vertriebsvereinbarung
getroffen
Sartorius Stedim Biotech, ein internationaler Zulieferer der Pharmaindustrie, hat mit dem Biotechnologie-Unternehmen c-LEcta ein
Abkommen über den weltweiten
Vertrieb der c-LEcta Serratia marcescens Nuklease für biopharmazeutische Anwendungen getroffen.
Das Unternehmen ist auf die Entwicklung spezifischer Enzyme und
Produktionsstämme für industrielle
Anwendungen spezialisiert. Die
Serratia marcescens Nuklease wird
durch die Vereinbarung ab sofort
über alle gängigen Vertriebskanäle
von Sartorius Stedim Biotech unter
dem Produktnamen „Denarase“
erhältlich sein.
www.sartorius.com
Sondergase à la carte oder nach persönlichem Rezept.
Empfehlung vom Barkeeper: Ein nach modernsten Gesichtspunkten ausgestattetes Sondergasezentrum, ergänzt um
das Know-how erfahrener Spezialisten. Im Ergebnis die
Garantie, für jeden Zweck das perfekt kalibrierte Mess-,
Prüf- oder Analyse-Gas zu bekommen. Ob individuelle
Einzelfertigung oder bevorratete Qualitäten — zum Beispiel
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News
Nuklearer GAU ist wahrscheinlicher als angenommen
Neuer Aufsichtsratsvorsitzender
Dr. Dieter Kurz wurde mit sofortiger Wirkung zum
neuen Aufsichtsratsvorsitzenden vom Aufsichtsrat
der Carl Zeiss AG gewählt. Im März 2012 wurde
kurz zum Vorsitzenden des Stiftungsrats der CarlZeiss-Stiftung bestellt. Laut Stiftungsstatut ist er damit Mitglied der Aufsichtsräte der beiden Stiftungsunternehmen Schott und Carl Zeiss und soll von den
Aufsichtsräten zum Vorsitzenden gewählt werden.
www.zeiss.de
Der Rhein ist älter als gedacht
Weltweite Wahrscheinlichkeit einer radioaktiven Kontamination: Die Karte
gibt in Prozent an, wie hoch die jährliche Wahrscheinlichkeit einer radioaktiven Verseuchung von über 40 Kilobecquerel pro Quadratmeter ist. In
Westeuropa liegt sie bei etwa zwei Prozent in einem Jahr.
Quelle: Daniel Kunkel, MPI für Chemie, 2011
Katastrophale nukleare Unfälle wie die Kernschmelzen in Tschernobyl und
Fukushima sind häufiger zu erwarten als bislang angenommen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz haben anhand der
bisherigen Laufzeiten aller zivilen Kernreaktoren weltweit und der aufgetretenen Kernschmelzen errechnet, dass solche Ereignisse im momentanen
Kraftwerksbestand etwa einmal in 10 bis 20 Jahren auftreten können und
damit 200 mal häufiger sind als in der Vergangenheit geschätzt.
Zudem ermittelten die Forscher, dass die Hälfte des radioaktiven Cäsium-137 bei einem solchen größten anzunehmenden Unfall mehr als 1.000
km weit transportiert würde. Die Ergebnisse zeigen, dass Westeuropa - inklusive Deutschland - wahrscheinlich einmal in etwa 50 Jahren mit mehr
als 40 Kilobecquerel radioaktivem Cäsium-137 pro m2 belastet wird. Ab
dieser Menge gilt ein Gebiet laut der Internationalen Atomenergie Behörde
IAEA als radioaktiv kontaminiert. Die Forscher fordern aufgrund ihrer Erkenntnisse eine tiefgehende Analyse und Neubetrachtung der Risiken, die
von Kernkraftwerken ausgehen.
Originalpublikation:
Lelieveld J. et al.: Daniel Kunkel and Mark G. Lawrence: Global risk of radioactive fallout after major nuclear reactor accidents. Atmospheric Chemistry
and Physics, (2012); doi:10.5194/acp-12-4245-2012
Wissenschaftler des Senckenberg Center for Human Evolution and Palaeoecology (HEP), der Universität Tübingen und des Senckenberg Forschungsinstitutes in Frankfurt untersuchten das Alter des Rheins anhand von Fossilien. Bisher wurde angenommen, dass der Rhein ca. zehn Millionen Jahre alt
ist. Bei der Untersuchung der ältesten bekannten Rheinablagerungen wurden jedoch nun Fossilien verschiedener Hirscharten gefunden, die in Zentraleuropa allesamt vor 14–16 Millionen Jahren gelebt haben. Dies deutet
darauf hin, dass der Rhein mindestens fünf Millionen Jahre älter ist als gedacht. Die Schlüsse der Senckenberger Wissenschaftler wirken sich auf die
gesamte chronologische Einordnung der Tier- und Pflanzenumwelt des
mittleren bis späteren Miozäns aus, galten die Fundstellen rund um
Sprendlingen doch bisher als zeitlicher Fixpunkt für Paläontologen.
Böhme M. et al.: The Antiquity of the Rhine River: Stratigraphic Coverage of
the Dinotheriensande (Eppelsheim Formation) of the Mainz Basin (Germany), PLoS ONE (2012), doi:10.1371/journal.pone.0036817
Übernahme
VWR International hat Ende April eine Vereinbarung zur Übernahme des
Reinraumspezialisten basan Deutschland einschließlich seiner Tochtergesellschaften und Niederlassungen unterzeichnet. Die Vereinbarung unterliegt den üblichen Abschlussbedingungen und der behördlichen Zulassung
in Deutschland - finanzielle Details wurden nicht bekanntgegeben.
http://de.vwr.com
www.basan.com
News
Vergleichsstudie „Stromgestehungskosten
erneuerbare Energien“
effizientere Produktionsprozesse
und die Steigerung von Wirkungsgraden. Lediglich Rohstoffpreissteigerungen und eine schlechtere
Standortauswahl können zu steigenden Stromgestehungskosten führen.
Lernkurvenbasierte Prognose von
Stromgestehungskosten erneuer
barer Energien in Deutschland bis
2030. Quelle: Studie „Stromgestehungskosten erneuerbare Energien“
(Fraunhofer ISE, Mai 2012), Grafik:
Fraunhofer ISE
LAUDA ECO.
Gebaut aus Ihren Wünschen.
Solarauto SolarWorld GT
trifft High Society
SolarWorld GT, das Solarauto aus
Bochum, hat im Zuge seiner Weltumrundung einen Zwischenstopp
in Monaco eingelegt. Auf dem Weg
von Italien nach Frankreich machte
das Team bei Fürst Albert II. Station. Der monegassische Herrscher
will sein Fürstentum zum Vorreiter
in Sachen Elektromobilität machen, zu seinem Fuhrpark gehören
auch Hybridfahrzeuge. Das deutsche Studierendenteam traf den
Fürsten im Schlosshof und stellte
ihm das SolarWorld im Detail vor.
Der zweite Stopp im Fürstentum
führte den Gran Turismo zum berühmten Stadtrennkurs, auf dem
das Formel1-Rennen, der Große
Preis von Monaco, stattfindet. Der
Traum der Studierenden wird wahr:
Sie dürfen mit SolarWorld GT auf
den Rundkurs! Mit knapp 100
km/h geht es über die Rennstrecke.
Das Fahrzeug wird von zwei Radnabenmotoren in den Vorderrädern
angetrieben. Lithium-Ionen-Energiespeicher sichern ein Fortkommen auch bei Tunnelfahrten oder
starker Bewölkung.
www.solarworld-gt.de
Besuchen Sie uns auf der ACHEMA 2012, in Halle 4.2, Stand E7
Im Gegensatz zu den steigenden
Energiepreisen bei fossilen und
nuklearen Stromquellen sinken die
Stromgestehungskosten aller erneuerbaren Energien seit Jahrzehnten kontinuierlich. Die nun
vorliegende, aktualisierte Studie
des Freiburger Fraunhofer-Institut
für Solare Energiesysteme ISE analysiert Stromgestehungskosten, die
bei der Umwandlung bestimmter
Energieformen aus Photovoltaik,
solarthermischen
Kraftwerken
oder Windenergieanlagen in Strom
entstehen. Es werden die aktuellen Trends in der Kostenentwicklung der vergangenen Jahre aufgegriffen. Das ermöglicht einen
realistischen Vergleich sowohl von
Kraftwerksstandorten, als auch
Technologierisiken und Kostenentwicklungen.
Dabei ist festzustellen, dass die
Stromgestehungskosten aller erneuerbaren Energien insgesamt weiterhin kontinuierlich sinken. Getrieben
wird diese Entwicklung durch technologische Innovationen wie den
Einsatz günstigerer und leistungsfähigerer Materialien. Hinzu kommen
ein reduzierter Materialverbrauch,
Der neue Standard für ökonomisches
Temperieren von -50 bis 200 °C.
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News
Achema Reporter
Studenten spüren den Innovationen auf dem Weltforum der Prozesstechnik nach
In diesem Jahr werden erstmals die
Achema-Reporter von Wiley-VCH vom
Frankfurter Messegelände berichten.
Studenten verfahrenstechnischer, chemischer oder biotechnischer Studiengänge
erfragen im Auftrag von CITplus und
CHEManager bei den Ausstellern die
interessantesten Neuheiten. Ihre Berichte erscheinen – von unseren Fachredakteuren behutsam überarbeitet – tagesaktuell auf den Zielgruppenportalen
www.chemanager-online.com und www.
git-labor.de.
Mehrere Hochschulen begleiten aktiv das AchemaReporter-Projekt. Die Studenten kommen unter anderem von den Hochschulen Albstadt-Sigmaringen
(Prof. Ingrid Müller), Merseburg (Prof. Ulf Schubert)
und Münster (Prof. Horst Altenburg), sowie aus
Krakau und Kattowitz und von den GDCh-Jungchemikerforen (JCF) der Universität Münster und
der FH Steinfurt. Betreut werden die Studenten in
der Regel von fachkundigen Scouts der Hochschulen, von Doktoren, Diplomingenieuren/-chemikern
und Masterabsolventen.
Neben dem Erkenntnis- und Erfahrungsgewinn, sowie der Möglichkeit, sich einem künftigen Arbeitgeber im besten Licht zu präsentieren, winken den teilnehmenden Studenten auch
viele wertvolle Sachpreise. Die Leser von www.
chemanager-online.com und www.git-labor.de
bestimmen durch ihre Clicks, welche Nachrichten ihnen am interessantesten erscheinen. Die
am häufigsten aufgerufenen Nachrichten werden dann in den Messe-Nachlese-Ausgaben von
CITplus und CHEManager, sowie weiteren Zeitschriften wie der GIT Laborfachzeitschrift, der
LVT Lebensmittel Industrie oder der ReinRaumTechnik im geeigneten Umfeld veröffentlicht.
Interessierte Studenten können sich auch
noch an den Messetagen während der Achema am Stand von Wiley-VCH anmelden. Weitere Informationen sind ab Anfang Juni unter
www.chemanager-online.de/Achema-Reporter
verfügbar.
Wiley-VCH auf der Achema
Halle 5.1/6.1, Stand B2/B6
Fledermäuse: Echoortung ist angeboren
KIT-Forscher entdecken neue Materialklasse
Originalpublikationen:
Kössl M. et al.: Auditory cortex of newborn bats is prewired for echolocation, Nature Communications (2012), DOI: 10.1038/ncomms1782
Hagemann C. et al.: Comparison of properties of cortical echo delay-tuning
in the short-tailed fruit bat and the mustached bat, Journal of Comparative
Physiology A 197, 605-613, (2011)
Kadic M et al.: On the practicability of pentamode mechanical metamaterials, Appl. Phys. Lett. 100, 191901, (2012)
Fledermäuse erkunden den Raum
aktiv, indem sie Ultraschallsignale
aussenden und über die EchoVerzögerungszeiten in ihrem Hörkortex ein präzises Abbild der
Raumtiefe erstellen. Allerdings ist
das Innenohr der Fledermäuse in
der ersten Lebenswoche noch relativ unsensitiv für die Wahrnehmung von ortungsrelevanten Kubanische „hot cave“ mit einer
Schallfrequenzen. Umso erstaun- Wochenstube junger Schnurrbartlicher ist es, dass die zur Verarbei- fledermäuse.
tung dieser Frequenzen vorhan- Foto: AK Kössl, Goethe Universität
denen Neuronen in den höheren
Hirnregionen bereits funktionsfähig sind. Das haben Forscher der Goethe-Universität Frankfurt im Rahmen einer internationalen Kooperation nachgewiesen, indem sie die Reaktion der jungen Fledermäuse auf Verzögerungssignale
untersuchten. Ein weiteres überraschendes Ergebnis der Studie: Derartige angeborene neuronale Schaltkreise zur Echoortung finden sich bei Fledermausspezies, die völlig unterschiedliche Echoortungsstrategien zur Futtersuche
verwenden. Es ist also anzunehmen, dass die bereits bei Geburt angelegte
Fähigkeit zur Raumwahrnehmung die Überlebenschancen der jungen Fledermäuse generell erhöht, sobald sie mit der aktiven Erkundung ihrer Umgebung
beginnen - nicht nur bei der Nahrungssuche, sondern auch auf der Flucht.
KIT-Forscher haben mit der Herstellung einer standfesten kristallinen
Metaflüssigkeit, einem PentamodeMetamaterial, die Realisierung einer neuen Materialklasse erreicht.
Mit neuartigen Methoden der Nanostrukturierung können diese Materialien nun erstmals mit allen
denkbaren mechanischen Eigen- Das stabile Vierbein (orange eingeschaften verwirklicht werden.
färbt) ist das Grundelement des PenDer Karlsruher Prototyp wurde aus tamode-Metamaterials. Es wird so zu
einem Polymer gefertigt. Das me- einem dreidimensionalen diamantarchanische Verhalten des Materials tigen Kristall angeordnet, dass sich
wird darüber bestimmt, wie spitz das daraus resultierende Material
und wie lang die einzelnen Zucker- insgesamt verformen lässt.
hüte sind. Einerseits müssen kleine (Bildquelle: CFN, KIT)
Zuckerhüte im Nanometerbereich
konstruiert und im richtigen Winkel verbunden werden, andererseits soll
die Gesamtstruktur am Ende möglichst groß sein. Das Material selbst
nimmt nur etwas mehr als 1 % des Körpervolumens ein, sodass das resultierende Komposit extrem leicht ist.
Die Transformationsakustik ist ausschließlich auf Metamaterialien angewiesen,
um ähnliche Ergebnisse wie in der Transformationsoptik für den dreidimensionalen Raum zu erzielen. Entsprechend bedeutend ist die erstmalige Herstellung dieses Pentamode-Metamaterials. Tiemo Bückmann, Diplomand am Institut für Angewandte Physik, ist für die Realisierung der Strukturen des neuen
Materials mit Hilfe der Technik des Dip-In-Laserschreibens verantwortlich.
News
Das menschliche Immunsystem in Aktion
Jede Stimme zählt
Bei einer Reihe von Krankheiten benötigen Mediziner für eine zutreffende
Diagnose Merkmale, mit denen sie die Erkrankung eines Patienten eindeutig identifizieren können. Wissenschaftler suchen deshalb nach möglichst
einfach zu messenden Biomarkern für eine Erkrankung oder Kombinationen mehrerer Biomarker – sogenannter Biosignaturen.
Forscher vom Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin haben
nun ein vollständiges Profil der Aktivität von Genen und mikroRNAs zusammen mit wichtigen Entzündungsstoffen im Blut von Tuberkulose- und
Sarkoidose-Patienten erstellt. Dabei haben sie zwar eine Reihe von Veränderungen entdeckt, mit denen sich Kranke von Gesunden unterscheiden
lassen, die Biosignaturen der beiden Erkrankungen sind einander jedoch
sehr ähnlich. Mit einer einzigen Signatur lassen sich Tuberkulose und Sarkoidose daher kaum unterscheiden. Besser geeignet sind verschiedene Biosignaturen für die Unterscheidung zwischen krank und gesund und in einem
weiteren Schritt zwischen den einzelnen Erkrankungen.
Viele namhafte, aber auch bis dato noch weniger bekannte Anbieter von
Laborlösungen haben ihre aktuellen Produktentwicklungen für den GIT
InnovationsAward 2012 eingereicht. Das Ergebnis sind bis zu 5 nominierte Produkthighlights in den Kategorien „Analytische Instrumente & Software“, „Biotechnologie & Life Sciences“, „Laborgeräte“ und „Einrichtung & Laborbedarf“, die wir Ihnen im Folgenden vorstellen. Nun haben
Sie die Qual der Wahl und dürfen Ihren Favoriten bis zum 22.Juni zum
Sieger küren! Wählen Sie an unserem Stand auf der Achema am Stand
B2/B6, Übergang Halle 5.1/6.1
oder hier
www.PRO-4-PRO.com/innovationsaward
Das menschliche Immunsystem in
Aktion: Ein weißes Blutkörperchen
(hier rot dargestellt) ist im Begriff,
Tuberkulosebakterien (gelb) unschädlich zu machen. Die Bakterien
werden von der Zellmembran der
Fresszelle umschlossen, ins Innere
gezogen und dort eingeschlossen im Idealfall für immer. Doch Mycobacterium tuberculosis ist hart im
Nehmen. Dank einer besonders widerstandsfähigen Hülle können die
Bakterien in den Fresszellen jahrelang überleben und bei einer Schwächung des Immunsystems wieder
freigesetzt werden. © MPI für Infektionsbiologie/Volker Brinkmann
Born to find out
Maertzdorf J. et al.: Common patterns and disease-related signatures in tuberculosis and sarcoidosis,
PNAS 109, 7853-7858, (2012)
Tarifabschluss in der
Chemischen Industrie
Die Chemie-Tarifrunde 2012 erbrachte eine Entgelterhöhung um
4,5 Prozent. Darüber hinaus ist
der Einstieg in altersgerechte Arbeitszeiten gelungen. Mehr Erholzeiten für Ältere ermöglichen
beispielsweise, künftig mit einer
Vier-Tage-Woche in den Ruhestand zu gleiten. Mehr Infos hierzu finden Sie unter:
http://www.git-labor.de/category/
tags/chemie-tarifrunde-2012
Lösungen für:
Dichte- und Konzentrationsmessung
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Titelstory
Mehr Sicherheit beim Wiegen
Schutz vor Fehlbedienung und unsicheren Messwerten
im regulierten Bereich
Präzise und vor allem richtige Messergebnisse zu liefern, ist für alle Waagen der
Anspruch. Dabei müssen Anwender nicht nur auf die metrologischen Daten achten,
sondern insbesondere darauf, dass sie all jene Parameter beim Aufstellen und der
Handhabung einer Waage einhalten, die das Messergebnis beeinflussen. Temperaturschwankungen, Sonneneinstrahlung, Untergrund und Nivellierung sind nur ein
paar der Bedingungen, die Messwerte verfälschen, jedoch von einer modernen
Waage überwacht werden können. Die neue Laborwaage Secura von Sartorius bietet mit einer Vielzahl von „Advanced Pharma Compliance“-Funktionen (APC) einen
neuen Level an Sicherheit bei allen Wägeprozessen.
Überwachung der Nivellierung
Die exakte Nivellierung einer Waage ist essenzieller Bestandteil jeder Prüfmittelüberwachung
und Voraussetzung für exakte Messwerte. Der
opto-elektronische Nivellierungssensor LevelControl hat sich seit Jahren in der Cubis Waagenreihe bewährt und kommt daher auch in diesem neuen Gerät zum Einsatz.
Der Sensor warnt bei einer nicht exakten Nivellierung durch klare Hinweise in der Anzeige und
sperrt die Messwertausgabe um zu verhindern,
dass unischere Messergebnisse gespeichert und
verarbeitet werden (Abb. 1). Darüber hinaus vereinfacht die Funktion diesen Vorgang durch klare, sensorgesteuerte Handlungsanweisungen im
Display. Somit können Anwender das Gerät auch
in Sicherheitswerkbänken oder -wägekabinen
einfach nivellieren, ohne dabei den Schutzraum
zu öffnen.
Die Kalibrierautomatik
Abb. 1: Der optoelektronische Sensor LevelControl warnt bei einer nicht korrekten Nivellierung.
Instabile Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel Temperaturschwankungen, haben erheblichen Einfluss auf die Messergebnisse beim Wiegen. Deshalb muss eine Waage regelmäßig
kalibriert werden, sobald sich die Umgebungsbedingungen verändern.
Die neue Waage überwacht mit ihrer IsoCalFunktion die Überschreitung einer vorgegebenen
Temperaturdifferenz und/oder einer Zeitgrenze
und kalibriert bzw. justiert sich selbsttätig mit
den eingebauten Gewichten (Abb. 2).
Wird die Minimaleinwaage unterschritten, so
verändert sich die Darstellung des Messwertes.
Des Weiteren wird in roter Schrift gewarnt und
der Druck oder die Weitergabe des Messwerts
an einen PC wird gesperrt (Abb. 4). Der Wert ist
also nicht mehr ausgabefähig.
Überwachung der Minimaleinwaage
nach USP SQ-min
Abb. 3: Die geforderte Minimaleinwaage ist erfüllt, der Wägewert in Ordnung.
Abb. 4: Die Mimimaleinwaage wurde unterschritten, der Wägewert ist nicht in Ordnung.
Jede Waage, die in regulierten Bereichen wie
Pharmalaboren eingesetzt wird, muss den Anforderungen der FDA (Food & Drug Administration) genügen. Deshalb ist die Minimaleinwaage
gemäß USP vor Ort zu bestimmen und darf nicht
unterschritten werden. Auch eine hohe Vorlast
verändert die kleinste Menge nicht, die auf dieser Waage verwendet werden darf. Bei der Aufstellung des neuen Geräts bietet der Sartorius
Service an, diesen Wert zu ermitteln und ein entsprechendes Minimaleinwaagezertifikat auszustellen. Gibt man den ermittelten Wert ein, ist er
dauerhaft im Display sichtbar (Abb. 3).
Abb. 2: Vollautomatische Kalibrierung / Justierung: Die Kalibrier- und Justierfunktion isoCAL
löst die Laborwaage Secura nach Ablauf einer
definierten Zeitspanne automatisch aus.
Titelstory
Schutz vor Manipulation
Besonders in sensiblen Bereichen wie Pharma
laboren muss eine Waage zwingend gegen unbefugte Nutzung oder Datenmanipulation gesichert sein. Die neue Waage von Sartorius lässt
sich über ein Passwort vor fremdem Zugriff
schützen. Die Secura Audit Trail Light-Funktion
stellt außerdem sicher, dass die durchgeführten
Kalibrierungen lückenlos nachvollziehbar sind.
Eine GLP-gerechte Dokumentation, sowie das
Sperren der Datenausgabe bei nicht eingehaltenen Randbedingungen wie Minimaleinwaageunterschreitung oder unzureichender Nivellierung, garantieren nachvollziehbare und sichere
Messwerte.
entwickelt und bietet ein bisher unbekanntes
Maß an Bediensicherheit. So werden immer nur
die gerade benötigten Informationen angezeigt.
Eine Druckfunktion etwa erscheint erst dann,
wenn auch ein Drucker angeschlossen ist. Die
farbliche Unterscheidung von Info- und Aktionsfeldern macht Fehlbedienungen nahezu unmöglich. Die Wägeanwendungen sind als klar verständliche Symbole auf dem Touchscreen
abgebildet. So können Anwender jedes beliebige
Programm der Waage per Fingertipp starten,
ohne erst die Bedienungsanleitung studieren zu
müssen.
Fehlbedienungen vermeiden
Das Wiegen ist eine der integralen Anwendungen im Pharmalabor und muss daher schnell,
sicher und präzise funktionieren. Da im laufenden Laborbetrieb meist keine Zeit ist, sich mit
Hilfe einer Bedienungsanleitung in die Handhabung einer Waage einzulesen, muss diese intuitiv bedienbar sein. Die Bedienoberfläche wurde
in Zusammenarbeit mit erfahrenen Anwendern
▶ ▶K ontakt
Sartorius AG
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Einrichtung & Technik
S cchwerpunkt
hwerpunkt
Abzüge
Für hohe thermische Lasten und Säurearbeiten
Unter dem Titel DIN EN 14175-7:2012 –
Abzüge – Teil 7: Abzüge für hohe thermische und Säurelasten (Abrauchabzüge), erscheint im Mai 2012 der siebte
Teil der Europäischen Normenreihe EN
14175. Die neue Norm behandelt Abzüge für Sonderanwendungen, die eine
hohe thermische Belastung und / oder
Säurebelastung einschließen.
Diese Sonderanwendungen erfordern zusätzliche Konstruktions-, Sicherheits-, Bedienungsund Wartungseigenschaften neben jenen, die in
der DIN EN 14175-1 bis DIN EN 14175-6
beschrieben sind. Die Verwendung dieser Sonderabzüge anstatt Allgebrauchsabzügen ist
üblicherweise das Ergebnis einer Gefährdungsbeurteilung. Im Folgenden soll ein Überblick
über den strukturellen und inhaltlichen Aufbau
der Norm und der aus den hohen thermischen
Lasten und Säurearbeiten resultierenden Anforderungen an solche Sonderabzüge gegeben
werden.
Die europäische Norm
Die Europäische Norm EN 14175-7 wurde vom Arbeitsausschuss WG 4 „Abzüge“ im CEN/TC 332
„Laborausrüstungen“ ausgearbeitet. Das zuständige deutsche Spiegelgremium ist der Arbeitsausschuss „Laborabzüge“ im Normenausschuss
„Laborgeräte und Laboreinrichtungen“. Er war federführend an der Erarbeitung dieser Europäischen Norm beteiligt. Hierbei diente die Vorgängernorm DIN 12924-2 als Vorlage. Diese
Europäische Norm muss den Status einer nationalen Norm erhalten, entweder durch Veröffentli412 • GIT Labor-Fachzeitschrift 6/2012
chung eines identischen Textes oder durch Anerkennung bis November 2012. Etwaige
entgegenstehende nationale Normen müssen bis
November 2012 zurückgezogen werden. Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschäftsordnung sind
die nationalen Normungsinstitute der folgenden
Länder gehalten, die Europäische Norm zu übernehmen: Belgien, Bulgarien, Dänemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland,
Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen,
Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, Österreich, Polen, Portugal, Rumänien, Schweden,
Schweiz, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechische Republik, Türkei, Ungarn, Vereinigtes Königreich und Zypern.
Geltungsbereich der DIN EN 14175-7
Die DIN EN 14175-7 gilt für folgende Sonderabzüge:
▪▪ Abzüge für hohe thermische Lasten
▪▪ Abzüge für hohe thermische Lasten in
Verbindung mit Säureaufschlüssen
▪▪ Perchlorsäureabzüge
▪▪ Flusssäureabzüge
Sie legt zusätzliche Anforderungen und Prüfungen für diese Sonderabzüge fest, die sich auf
Begriffe, Sicherheits- und Leistungsanforderungen, Baumuster- und vor-Ort-Prüfverfahren sowie ihre Kennzeichnung beziehen.
Gegenüber der Vorgängernorm DIN 12924-2
wurden folgende wesentliche Änderungen vorgenommen:
▪▪ Anforderungen und Prüfungen für die vier
Sonderabzugsarten werden durchgehend
getrennt gegliedert und formuliert
▪▪ Maßanforderungen sind aus der Norm gestrichen
Abb. 1: Anordnung der Heizplatten und
Prüfgasauslässe nach EN 14175-7
▪▪ Für den Frontschieber zulässige Werkstoffe
werden eingeschränkt
▪▪ Kennzeichnung für die Konformität werden
mit der Norm geändert
▪▪ Grundlegende Anforderungen an die Konformitätserklärung von Anbietern werden
festgelegt.
Sicherheits- und Leistungsziele
Für alle vier in der Norm behandelten Abzugsarten gelten die grundlegenden Sicherheits- und
Leistungsziele nach EN 14175-2 mit Ergänzungen, wie z. B.:
Abzüge für hohe thermische Lasten
und Säureaufschlüsse
▪▪ müssen bei Arbeiten mit hohen thermischen
Lasten im Abzugsinnenraum die Sicherheitsund Leistungsziele sicherstellen
▪▪ müssen gefährliche Konzentrationen und Ablagerungen von im Innenraum freigesetzten
Säuren und Laugen verhindern und müssen
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Schwerpunkt
den erhöhten Anforderungen während der
vorgesehenen Nutzungszeit standhalten
Perchlorsäureabzüge
Konstruktion und Ausführung des Abzugs müssen bei Arbeiten mit Perchlorsäure im Abzugsinnenraum die Vermeidung gefährlicher Ablagerungen und gefährlicher Reaktionen mit den für
die Abzugskonstruktion verwendeten Werkstoffen sicherstellen.
Anforderungen an Werkstoffe
Bei Abzügen für hohe thermische Lasten müssen
die verwendeten Werkstoffe, seien es Glas,
Kunststoff oder andere Materialien, im Hinblick
auf chemische Beständigkeit und thermische Belastbarkeit bei den Arbeitstemperaturen geeignet sein. Bei Arbeiten mit thermischen Lasten
und Säureaufschlüssen müssen die Werkstoffe
im Hinblick auf chemische Beständigkeit gegenüber Säuren und Säuredämpfen und im Hinblick
auf thermische Verformung bei den Arbeitstemperaturen geeignet sein. Bei Aufschlüssen entwickelte Säuredämpfe sind sehr viskos und binden an Oberflächen, mit denen sie in Kontakt
kommen. Werkstoffe sollten glatte, leicht reinigbare Oberflächen haben. Wenn Glas als Werkstoff für den Frontschieber verwendet wird, fordern Behörden oder Abnehmer in einigen
europäischen Ländern Verbund-Sicherheitsglas
nach der in der EN ISO 1253-1:2011 gegebenen
Definition.
Bei Perchlorsäureabzügen dürfen die verwendeten Werkstoffe nicht mit Perchlorsäure
reagieren oder entzündbare oder explosive Verbindungen ergeben. Die Auswahl der Werkstoffe
muss im Hinblick auf chemische Beständigkeit
und Verformung gegenüber Perchlorsäure bei
der vorgesehenen Arbeitstemperatur erfolgen.
Bei Flusssäureabzügen müssen alle Teile des
Abzugs und der Abluftkanäle, die in Berührung
mit Flusssäuredämpfen kommen, aus Werkstoffen
bestehen, die gegen Flusssäure beständig sind.
Der Frontschieber muss bei diesen Abzügen aus
einem geeigneten Kunststoffmaterial bestehen.
Anforderungen an die Konstruktion
Über die, in der EN 14175-2 formulierten Anforderungen an die Konstruktion hinaus gilt,
dass Werkstoffe und Ausführung des Frontschiebers die Bedienung und die Sicherheit bei
den Temperaturen im Abzugsinnenraum nicht
beeinträchtigen dürfen. Bei den Abzügen für
Säureaufschlüsse müssen die Fugen im Abzugsinnenraum auf das Notwendige begrenzt
und Dichtungen müssen dauerhaft, undurchlässig und dauerelastisch sein. Insbesondere
für die Arbeitsfläche müssen nahtlose Werkstoffe aus einem Block bevorzugt werden. Die
Konstruktion des Abzugs muss den benötigten
Zugang zur Reinigung von Arbeitstischfläche,
Frontschieber und Prallplatten sicherstellen
sowie von Geräten zur Vermeidung, Verringerung oder Entfernung von Dämpfen, soweit
diese Geräte Teil des Abzugs sind.
Bei Perchlorsäureabzügen müssen der Abzugsinnenraum und die Abluftzone so konstruiert sein, dass sie zu Reinigungszwecken in allen
Teilen durch Ausspritzen oder durch eingebaute
Düsen gespült werden können. Reinigungsanforderungen für denjenigen Teil des Abluftkanalsystems, der nicht Teil des Abzugs ist, müssen berücksichtigt werden. Die Ausführung des Abzugs
sollte das Sammeln von Berieselungsflüssigkeit
aus dem Abluftkanalsystem berücksichtigen.
Diese Anforderung dient zur Vermeidung gefährlicher Ablagerungen und nicht zur Reinigung der
Abluft. Wenn Perchlorsäureabzüge mit integriertem Säure-Abluftwäscher oder integrierter Säu-
Abb. 2: Geschwindigkeitsvektoren im Abzugsinnenraum, ohne und mit Wärmequelle
re-Abluftberieselung ausgerüstet sind, muss die
Konstruktion vollständigen Zugang für Reinigung
und Wartung erlauben.
Luftströmung und die Überwachung
Auswirkungen auf den Luftstrom, verursacht
durch thermische Lasten und aufgestellte Heizgeräte sowie integriertem Säure-Abluftwäscher
oder integrierter Säure-Abluftberieselung, müssen berücksichtigt und begrenzt werden.
Zusätzlich zur Abzugsfunktionsanzeige mit
akustischem und optischem Alarm nach EN
14175-2 müssen Abzüge für hohe thermische Lasten mit einem Temperatursensor oben im Abzug
ausgestattet sein, der einen Alarm auslöst, wenn
die im Benutzerhandbuch festgelegte Höchsttemperatur der Abluft überschritten wird. Es sollte
möglich sein, diesen Alarm weiterzuleiten.
Prüfung von Abzügen
Die Baumusterprüfung muss nach EN 14175-3
und vor-Ort Prüfungen müssen nach EN 14175-4
mit der folgenden Ergänzung durchgeführt werden:
Bei den Prüfungen müssen sich zwei Heizplatten im Abzugsinnenraum befinden. Rückhaltevermögen und Robustheit müssen jeweils ohne
thermische Last (bei ausgeschalteten Heizplatten)
und mit einer thermischen Last von 4 kW je Meter
lichte Breite des Abzugs geprüft werden.
Konformitätserklärung
Eine Konformitätserklärung muss eindeutig den
besonderen Anwendungsbereich des jeweiligen
Sonderabzugs mit dem vorgesehenen Temperaturbereich bezeichnen, und bestätigen, dass die
Werkstoffe und die Ausführung des Abzugs für
diese Sonderanwendung geeignet sind.
schwerpunkt
Umsetzung der Normanforderungen
Zur Umsetzung der Anforderungen der DIN EN
14175-7 in die Praxis sind, insbesondere hinsichtlich der Auswirkungen der hohen thermischen Lasten, theoretische Vorüberlegungen und
experimentelle Untersuchungen hilfreich.
Der über die Heizleistung zugeführte Wärmestrom führt zu einer Erhöhung der Temperatur
ΔΤ im Abzugsinneren, die sich wie folgt berechnen lässt:
Unter der Annahme eines Abluftvolumenstroms von 600 m³/h und einer Heizleistung von
6 kW für einen Abzug mit einer Breite von 1,5
Meter ergibt sich:
Nach dieser Berechnung würde die Temperatur
der einströmenden Luft im Abzug um knapp
30 °C ansteigen. Messungen im Experiment zeigen, dass die Erwärmung der den Abzug durchströmenden Luft in der Realität etwas geringer
ist, da ein Teil der Wärmeenergie vom Material
des Abzugsgehäuses aufgenommen und über
seine Oberfläche nach außen abgegeben wird.
Temperaturmessungen an verschiedenen Stellen im Abzug zeigen außerdem, dass sich, aufgrund der Wärmestrahlung der Heizplatten, die
Oberflächen des Abzugsinnenraums im Strahlungsbereich, z. B. an der Abzugsrückwand auf
bis zu 95 °C oder an der Innenseite des Frontschiebers auf bis zu 65 °C erwärmen.
Die Hersteller von Abzügen für hohe thermische Lasten müssen also zum einen bei der Auswahl der verwendeten Werkstoffe auf genügend
Temperaturfestigkeit achten und zum anderen
auch weiterreichenden Effekten, wie z. B. einer
starken Erwärmung von Bedienteilen, Rechnung
tragen.
Die Einflüsse hoher thermischer Lasten auf
die Strömungsmechanik des Abzugs lassen
sich z. B. mit den Mitteln der numerischen Strömungssimulation (CFD) anschaulich darstellen.
Die Computersimulation zeigt in der direkten Gegenüberstellung „kalt“ und „warm“,
dass die Strömungsgeschwindigkeiten im Abzug, durch die über die Heizplatten abgegebene
Wärmeenergie, stark beeinflusst werden. Mit der
Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten
geht zwangsläufig eine deutliche Veränderung
des gesamten Strömungsgebildes im Abzugsinnenraum einher. Daraus leitet sich die nahe liegende Vermutung ab, dass das Rückhaltevermögen, das wesentlich von der Strömungsführung
und Absaugverteilung im Abzugsinnenraum
abhängt, eines Abzugs nach EN 14175-2, der
Abb. 3: Robustheit des Rückhaltevermögens, mit und ohne Heizplatten
strömungstechnisch unter isothermen Bedingungen optimiert wurde, durch die Wärmequelle
beeinflusst wird. Messungen des Rückhaltevermögens mit eingeschalteten Heizplatten bestätigen diese These. Sie zeigen, dass mit den üblichen Abluftvolumenströmen eines Abzugs für
den allgemeinen Gebrauch nach EN 14175-2
kein zufriedenstellendes Rückhaltevermögen zu
erreichen ist.
Weiterführende Messungen machen deutlich, dass allein die Erhöhung des Abluftvolumenstroms auf etwa das Doppelte der normalen
Werte, was auch einer Verdoppelung des Energiebedarfs des Abzugs entspricht, keine ausreichende Maßnahme darstellt, um den Abzug
mit hohen thermische Lasten unter allen in der
Norm geforderten Betriebsbedingungen sicher
betreiben zu können.
In experimentellen Untersuchungen kann
in einem ersten Schritt z. B. mit Hilfe der Strömungssichtbarmachung mit Rauch gezeigt
werden, dass durch eine Anpassung der Innenraumgeometrie und der Absaugverteilung, der
zum sicheren Betrieb erforderliche Abluftvolumenstrom des Abzugs unter hoher thermischer
Last gegenüber einem Allgebrauchsabzug
nicht verdoppelt werden muss. Es wird allerdings auch schnell deutlich, dass eine Optimierung der Strömungsführung „warm“ das
Rückhaltermögen des Abzugs „kalt“ beeinträchtigt und umgekehrt. Um solche Zielkonflikte zu lösen und die bestmöglichste Balance
zwischen Energiebedarf und Sicherheit zu finden, sind weiterreichende strömungsmechanische Untersuchungen und entsprechende Entwicklungsarbeit erforderlich.
Zusammenfassung
Während die bisherige Normenreihe EN 14175
ausschließlich isotherme Verhältnisse im Abzug beschreibt, bietet der neu erschienene Teil
7 die Möglichkeit, die Sicherheit von Abzügen
bei hohen thermischen Lasten zu beurteilen.
Damit wird eine wichtige Lücke geschlossen,
denn Arbeiten mit Wärmequellen im Abzug gehören zum Alltag in vielen Laboratorien. Es
liegt jetzt nicht zuletzt an den Herstellern, die
nicht trivialen Anforderungen der Norm in innovative Lösungen zu übersetzen und damit
einen Beitrag zur Sicherheit und Energieeffizienz beim Betrieb von Sonderabzügen im Labor
zu leisten.
Achema-Vortrag zum Thema
Jürgen Liebsch:
Donnerstag, 21.06.2012
Raum Conclusio 1,
CMF – 11.00 Uhr:
„The new European standard EN 14175-7:
fume cupboards for high heat and acidic
load – put into practice“
▶ ▶K ontakt
Jürgen Liebsch
Produktentwicklung & Cast Engineering
Waldner Laboreinrichtungen GmbH & Co.KG
Wangen im Allgäu
Tel.: 07522/986-0
Fax: 07522/986-282
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www.waldner-lab.de
S chwerpunkt
Laborgebäude
Energieausweis und Einsparpotenziale
Laborgebäude haben aufgrund der
hochtechnologischen Ausstattung und
der komplexen Gebäudetechnik meist
einen besonderen Energiebedarf. Intelligente und wirtschaftliche Einsparmaßnahmen lassen sich bereits bei einer
ersten Bestandsaufnahme identifizieren. Das zeigt das Beispiel eines Hochfeldlabors in Sachsen.
Das Ermitteln von Energiebedarf, Modernisierungsempfehlungen und Potenzialen zur Kostensenkung ist bei Laborgebäuden besonders komplex. Das liegt zum Einen an der engen
Verzahnung von Laborinfrastruktur, Forschungsbetrieb und der zugehörigen Gebäudetechnik,
die zudem je nach Größe, Forschungsgebiet und
Nutzungsart erheblich variiert. Zum Anderen
werden in einigen Fällen energieintensive Geräte für die wissenschaftlichen Untersuchungen
benötigt, weshalb die energetische Analyse des
Ist-Zustands keinem starren Verfahren folgen
kann sondern in jedem Einzelfall eine differenzierte Betrachtung erfordert. Dabei müssen Optimierungsmaßnahmen nicht zwangsläufig mit
hohen Investitionen verbunden sein.
Ein Beispiel ist das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), das grundlagen- und
anwendungsorientierte Spitzenforschung in den
Bereichen Gesundheit, Energie und Materialwis-
senschaften betreibt. Für dessen Laborgebäude,
Baujahr 2003, haben die Experten von TÜV Süd
den bedarfsgerechten Energieausweis erstellt.
Es ist teilunterkellert und besteht aus einem
Erdgeschoss und einem Technikaufbau. Enthalten sind mehrere Hochfeld-Magnetkammern
und eine Kondensatorbank, die impulsartig
hohe elektrische Ströme erzeugt. Damit werden
Magnetfelder erzeugt, beispielsweise um die
elektronischen Eigenschaften von metallischen,
magnetischen sowie halb- und supraleitenden
Werkstoffen zu analysieren.
Status quo nach DIN V 18599 ermittelt
Als Nichtwohngebäude wurde die Immobilie gemäß der Energieeinsparverordnung (EnEV 2009)
nach DIN V 18599 „Energetische Bewertung von
Gebäuden“ bilanziert und so der Jahresprimärenergiebedarf ermittelt. Eingerechnet werden
hierbei der Energiebedarf für Beheizung, Warmwasseraufbereitung, Kühlung und Beleuchtung.
Im Gegensatz zum Verbrauchsausweis, für den
allein die Daten zum Energieverbrauch erfasst
werden, wird der Bedarfsausweis auf Grundlage
der Gebäude- und Baustoffeigenschaften erstellt, sodass sich Optimierungsmöglichkeiten
aufzeigen lassen. Zu diesem Zweck ermitteln die
Ingenieure Kennwerte wie Flächen und Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) und untersu-
Energieeffizienz im Labor –
eine Checkliste für die Praxis
Erste effektive Einsparungen lassen
sich oft schon mit der bedarfsgerechten Steuerung von Lüftung und
Klimaanlage erreichen, die auf die
zeitliche und räumliche Nutzung des
Gebäudes abzustimmen ist.
Bei älteren Gebäuden ist es möglich, dass
Heizung und Klimaanlage gleichzeitig gegeneinander arbeiten, um die voreingestellte Solltemperatur zu erreichen. Dies
kann meist mit verhältnismäßig einfachen
Maßnahmen behoben werden.
Laborabzüge verbrauchen nicht nur Strom
für die Lüftung. Sie entziehen dem Gebäude auch Wärme. Auch hier bringt eine bedarfsgerechte Steuerung Effizienzgewinne.
Unter bestimmten Voraussetzungen kann es
sinnvoll sein, die Abwärme von energieintensiven Nutzeranlagen im Gebäude zum
Beispiel für die Warmwasserbereitung oder
das Heizen von Gebäudetrakten zu nutzen.
chen die Gebäudetechnik einschließlich der
Leuchtmittel. Damit ist die Basis für eine weitergehende Software-gestützte Auswertung gelegt.
Wichtige Vorraussetzung und neuralgischer
Punkt für die korrekte Analyse ist die Unterteilung des Forschungsgebäudes in Zonen, wobei
die spezifischen Nutzungsbedingungen sowie
S chwerpunkt
Bildquelle: Henn Architekten
die Anlagen- und Betriebszustände zu berücksichtigen sind. Denn die richtige und sinnvolle
Zuordnung der einzelnen Bereiche ist entscheidend um eine Passung zwischen den teils sehr
spezifischen Bedingungen vor Ort mit den standardisierten Vorgaben aus der Norm zu erzielen.
Die Größe des Objekts, der Umfang der Anlagentechnik sowie Raumnutzung und zeitlich variable Betriebszustände haben dabei wesentlichen
Einfluss auf die Komplexität dieser Zonierung,
die dennoch so übersichtlich und schlicht wie
möglich sein sollte. Deshalb ermitteln die Experten detaillierte Nutzungsparameter nicht nur
anhand der Bauunterlagen, sondern auch durch
Begehungen und Interviews vor Ort.
Das Laborgebäude des HZDR unterteilten
die Energieexperten in sechs Zonen. Von den
gewöhnlichen Arealen wie Verkehrsflächen,
Gruppenbüros sowie beheizte und unbeheizte
Technikräume konnten die Räume mit der wissenschaftlichen Sonderaustattung klar abgegrenzt werden (Labore und Kondensatorbank).
Zugleich wurden so die spezifischen Nutzungsbedingungen einerseits und die Anforderungen
der Norm andererseits berücksichtigt.
Maßnahmen auf hohem Niveau
Aufgrund des Baujahrs erfüllte das Gebäude bereits die hohen Standards der EnEV 2002 bei der
Anlagentechnik. Im Bereich der Kälteerzeugeranlage sowie der Heizungsanlage wurden bereits energieeffiziente leistungsgeregelte Pumpen eingesetzt. Bei der weiteren Analyse legte
das Team besonderes Augenmerk auf die Anlagen zur Lüftung und Raumkonditionierung, da
der Experimental- und Laborbetrieb der vergleichsweise energieintensiven Kondensatorbank und der Magnetkammern auch mit einer
besonderen Wärmeentwicklung verbunden ist.
Nach ganzheitlicher Betrachtung des Gebäudes empfahlen die Prüfer deshalb die Wärmerückgewinnung bei den umfangreichen
raumlufttechnischen Anlagen als eine sinnvolle
Energiesparmaßnahme. Dabei sollten vorwiegend
die Zonen mit konstantem Luftvolumenstrom, wie
die Technikräume, die Verkehrsflächen und die
Kondensatorbank berücksichtigt werden. Berechnungen zeigten, dass allein diese Maßnahme den
Primärenergiebedarf um 14 % und den Endenergiebedarf um 19 % reduzieren können. Auch die
CO2-Emissionen lassen sich so weiter senken.
Die Gesamtenergieeffizienz des Laborgebäudes liegt geringfügig über dem Anforderungsniveau nach EnEV 2009. Doch muss die besondere
Ausstattung als wissenschaftliches Forschungsinstitut berücksichtigt werden, sodass das Ergebnis
insgesamt als gut einzustufen ist. Die Ermittlung
der relevanten Daten, die Untersuchung und Bewertung erfordern Know-how aus den Bereichen
Labor- und Anlagentechnik, Elektro- und Gebäudetechnik sowie Bauphysik. Die Prüfstelle stellt
für die energetische Analyse deshalb je nach
Bedarf fachübergreifende Teams zusammen, die
alle Gebäudebereiche und die technische Ausstattung untersuchen. Denn die größten Einsparpotenziale bringt nur ein ganzheitlicher Ansatz.
Fazit
Schon bei der Analyse für den Energieausweises
werden Nutzern, Betreibern, Gebäudemanagern
sowie potenziellen Mietern und Kunden verlässliche Informationen über den energetischen Zustand des Gebäudes an die Hand gegeben. Im
Energieausweis sind auch Modernisierungsempfehlungen auszusprechen. Dabei können unabhängige und fachübergreifend aufgestellte Partner Möglichkeiten aufzeigen, wie sich der
Energiebedarf und somit die Betriebskosten langfristig, wirtschaftlich und effektiv senken lassen.
Autor
Dr. Gerd Streubel, Zentralabteilungsleiter
Anlagentechnik, TÜV Süd Industrie Service,
Region Nordost
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S chwerpunkt
Geprüfte Sicherheit
für Gefahrstofflagerung und –handling
Sicherheitsschränke mit Rundum-Service
vorgenommen werden. Das umfasst Experten,
die über ausreichend Ausbildung oder Erfahrung
für die beauftragte Tätigkeit verfügen. Der Sicherheitsschrank-Hersteller Asecos bietet die
vorgeschriebene Überprüfung für seine Produkte
beispielsweise gleich mit an. Die Mitarbeiter der
speziell für die Instandhaltung zuständigen Service-Abteilung haben sowohl das notwendige
Know-how aus regelmäßigen Produktschulungen, als auch die grundlegende, vielseitige Ausbildung dafür. Jedes Mitglied des Serviceteams
hat eine Ausbildung zur Elektrofachkraft absolviert und besitzt außerdem die Befähigung zum
Gefahrstoffbeauftragten sowie die Ausbildung
nach den Sicherheits-Certificat-Contraktoren
(SCC).
Mit dem Miet-Schrank
rundum abgesichert
Abb. 1:
Protokollführung bei
der Sicherheitsprüfung
Alltag in Laboren sind meist auch Säuren, Gase, entzündbare Substanzen und
andere Chemikalien. Alle, die sich auf
Grund ihrer Eigenschaften schädlich auf
den Menschen oder die Umwelt auswirken können, zählen zu den Gefahrstoffen. Beim Umgang mit Gefahrstoffen,
zum Beispiel für Reinigungs- oder Analysearbeiten, werden Sicherheitsschränke
zur Lagerung oder Gefahrstoffarbeitsplätze und Abzüge zum Handling eingesetzt. Um Gesundheit und Umwelt nachhaltig zu schützen, schreibt der
Gesetzgeber für diese sicherheitstechnischen Einrichtungen die regelmäßige
Überprüfung vor.
Umsetzen muss die Überprüfung der sicherheitstechnischen Einrichtungen in einem Unternehmen der Arbeitgeber, das besagen verschiedene
Gesetze, Verordnungen und Regeln eindeutig.
Wird er hier säumig oder handelt gar unsachgemäß, droht nicht nur der Verlust des Versicherungsschutzes im Schadensfall, sondern auch
der Ausschluss der Unternehmer-Haftungsbegrenzung. Doch was genau ist in dem Fall „sachgemäßes Handeln“? Laut Gesetzgeber muss die
sicherheitstechnische Prüfung regelmäßig vorgenommen werden. Die technische Regel TRGS
526 – BGI / GUV-I 850-0 empfiehlt z. B. die Prüfung von Sicherheitsschränken für entzündbare
Flüssigkeiten im Abstand von nicht mehr als einem Jahr vorzunehmen. Für Abzüge ist dieses
jährliche Prüfintervall laut TRGS 526 Anhang 4
und 7 sogar verpflichtend.
Befähigte Personen
Die jährliche sicherheitstechnische Prüfung darf
dabei ausschließlich von „befähigten“ Personen
Ein neuer Service, der auf der Achema 2012 in
Frankfurt erstmalig vorgestellt wird, ist ein breit
angelegtes Konzept zur Miete von Sicherheitsschränken. Die Anschaffung, der Ersatz wie auch
die Wartung der Sicherheitsschränke sind so keine
große Einmalbelastung mehr. Das Rundum-Paket
richtet sich sowohl an kleinere Betriebe als auch
an große Labore mit älteren, noch funktionsfähigen aber reparaturintensiven Schränken. Bei Sicherheitsschränken für entzündbare Flüssigkeiten
ist auch die entsprechende technische Entlüftung
im Mietpaket enthalten. Die jährlichen sicherheitstechnischen Überprüfungen der Sicherheitsschränke sowie der Filterwechsel beim zugehörigen Umluftfilteraufsatz sind ebenfalls eingeschlossen. Der Betrieb hat auch die Möglichkeit,
die gemieteten Sicherheitsschränke nach einer
gewissen Zeit zu ersetzen. Stets auf dem neusten
Stand der Technik in Sachen Sicherheit zu sein, reduziert nochmals das Risiko der gelagerten Gefahrstoffe. Während der gesamten Mietdauer gilt
Vollgarantie auf die Mietschränke. Jeder Sicherheitsschrank ist damit lückenlos rechtssicher im
Einsatz und dies wird im Rahmen der jährlichen
Überprüfung regelmäßig bestätigt. Dieser Service
Abb. 2: Abluftmessung
Ein nachhaltiger Schutz besteht nur
bei regelmäßiger Instandhaltung.
Verschiedene Verordnungen und Regeln geben vor, dass Sicherheitseinrichtungen regelmäßig überprüft
werden müssen.
Betriebssicherheitsverordnung §10:
Der Arbeitgeber hat sicherzustellen, dass Arbeitsmittel ordnungsgemäß und funktionstüchtig montiert sind und diese durch eine
befähigte Person geprüft werden müssen.
Arbeitsstättenverordnung §4:
Arbeitgeber haben die Sicherheitseinrichtungen zur Verhütung und Beseitigung von
Gefahren sachgerecht zu warten und auf
Funktionsfähigkeit zu prüfen.
Gefahrstoffverordnung §7:
Der Arbeitgeber hat als Grundpflicht, die
Gesundheitsgefährdung seiner Mitarbeiter
im Umgang mit Gefahrstoffen auszuschließen bzw. auf ein Minimum zu reduzieren.
Technische Regel für Betriebssicherheit
TRBS 1203:
Befähigt ist eine Person, die durch ihre Berufsausbildung, ihre Berufserfahrung und
ihre zeitnahe berufliche Tätigkeit über die
erforderlichen Fachkenntnisse zur Prüfung
der Arbeitsmittel verfügt.
Abb. 3: Prüfung Sicherheitsschrank
Flüssigkeiten zunächst anhand einer Sichtkontrolle
auf allgemeine Beschädigungen des gesamten
Schranks und auf eventuelle Korrosion von Auffangwannen, Lagerebenen und Auszügen geprüft.
Ebenso kontrolliert der Techniker, ob die Ausrichtung und die Spaltmaße den Vorschriften entsprechen. Die anschließende Funktionsprüfung beinhaltet z. B. die ordnungsgemäße Türschließung.
Was sich trivial anhören mag, ist für die Schutzleistung besonders wichtig, denn nur ordnungsgemäß
geschlossene Türen bieten im möglichen Brandfall
ausreichend Schutz vor Hitzeeinwirkung auf den
Schrankinhalt. Weiterhin werden alle Sicherheitsaspekte und Brandschutzfunktionen geprüft, etwa ob
alle Dichtungen vorhanden und intakt sind. Ist der
Schrank technisch belüftet, wird eine lüftungstechnische Prüfung durchgeführt. Anhand von Abluftmessungen wird ermittelt, ob der Schrank das vorgeschriebene Abluftvolumen erreicht. Bei
Sicherheitsschränken ohne technische Belüftung
begutachtet der Servicetechniker die Einhaltung
der dann notwendigen Ex-Zonen. Während der
Rechtssicherheitskontrolle wird nachfolgend unter
anderem geprüft, ob die korrekten Kennzeichnungen vorhanden sind und ob das Auffangvolumen
der vorgeschriebenen Bodenauffangwanne für das
tatsächliche Lagervolumen ausreicht.
Autor
sichert das Unternehmen damit nicht nur ab, sondern entlastet es auch insofern, als die Abläufe
um die sicherheitstechnischen Überprüfungen, die
in der Verantwortung des Arbeitgebers liegen, automatisch angestoßen werden.
Was genau wird geprüft?
Für die Vorgehensweise bei der Wartung sind Standards festgelegt. Beispielsweise wird bei der Prüfung von Sicherheitsschränken für entzündbare
Carsten Brilka, Bereichsleiter Vertrieb & Service,
Asecos GmbH
▶ ▶K ontakt
Asecos
Sicherheit und Umweltschutz
Gründau
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S chwerpunkt
chwerpunkt
Vermeidbare Gefahren
Vermeintlich sichere Laborabzüge
Eine der wichtigsten Sicherheitseinrich-
Stoffen zu vermeiden. Dementsprechend
Um die Funktion von Laborabzügen sicherzustellen, widmet sich die Europäische Norm
EN 14175 sowohl der Prüfung eines Abzugsmodells unter standardisierten Bedingungen (Baumusterprüfung) als auch einer Überwachung der
Funktions
fähigkeit der installierten Abzüge
(Vor-Ort-Prüfung).
borabzug nicht so strömt wie sie soll?
Für die Baumusterprüfung legt diese Norm unter anderem fest, dass die Luftgeschwindigkeiten in der Fensteröffnung des Abzugs zu
bestimmen sind. Ferner wird beschrieben, wie
das Rückhaltevermögen eines Abzugs mit Hilfe
von Tracergas zu messen ist. Die Grenzwerte
für ein positives Prüfungsergebnis werden
nicht in der Norm, sondern durch nationale
Behörden vorgegeben, so dass beispielsweise
für Deutschland die Grenzwerte für die Baumusterprüfung durch die BG Chemie heraus-
gegeben wurden, in einem anderen Land
jedoch abweichen können.
Derartige Baumusterprüfungen werden in
speziellen Prüfräumen und unter standardisierten
Testbedingungen durchgeführt, um eine Vergleichbarkeit der Qualität unterschiedlicher Abzugstypen
zu ermöglichen. Das Ergebnis dieser Prüfung legt
fest, welche Luftmenge mindestens abgesaugt
werden muss, damit der Abzugstyp die Prüfung
besteht. Häufig werden anhand der so ermittelten
Luftmengen anschließend die Lüftungsanlagen
in den Laboratorien ausgelegt, für die der Abzug
bestimmt ist. Viel zu wenig wurde jedoch bislang
darauf geachtet, dass die im Prüfraum idealisierten Bedingungen für den Betrieb des Laborabzugs
in der Praxis kaum zu erreichen sind.
Die Laborbetreiber sind ferner verpflichtet,
die Funktion von neu installierten oder bereits
bestehenden Laborabzügen direkt am Installationsort im Labor prüfen und abnehmen zu lassen.
Diese Vor-Ort-Prüfung umfasst die Messung der
werden Labormitarbeiter über eine
Prüfungen, Normen, Grenzwerte
Abb. 1: Geschwindigkeitsvektoren in einer vertikalen Schnittebene auf Höhe des Laborabzugs
mit wärmerer Frischluft
mit isothermer Frischluft
mit kälterer Frischluft
tungen in einem Labor ist der Laborabzug. Er soll helfen, die Gefahren beim
Umgang mit gesundheitsgefährdenden
Reihe von Verhaltensmaßregeln belehrt
– alles zum Schutze der Gesundheit.
Was aber, wenn unerkannte Strömungsverhältnisse im Laborraum dazu führen,
dass die Luft im unter Idealbedingungen getesteten und sorgsam unter
Herstellerempfehlungen betriebenen La-
schwerpunkt
Abb. 4: Fensteröffnung des Abzugs, eingefärbt mit dem Wert der Geschwindigkeit senkrecht zur
Fensteröffnung im Fall der kälteren Frischluft
Luftgeschwindigkeiten und somit die Kontrolle
der abgesaugten Luftmenge. In Ergänzung zu
dieser Vorgehensweise nach EN 14175 wird inzwischen in zunehmendem Maße auch in den
Vor-Ort-Prüfungen das Rückhaltevermögen
getestet, um die tatsächliche Funktion der Laborabzüge zu überprüfen.
Fallbeispiel Laborumbau
Anhand eines Projektes der jüngeren Vergangenheit sollen im Folgenden die für den Laborbetreiber oftmals unerwarteten Probleme aufgezeigt
werden, die sich aus geringen Veränderungen der
Raumluftströmung im Labor ergeben können:
Bei einem großen Pharmahersteller wurden
Labore umgebaut und mit neuen Labormöbeln,
darunter auch Abzügen, ausgestattet. Nach Abschluss des Umbaus wurde die Firma Tintschl
beauftragt, die neu installierten Laborabzüge zu
prüfen, wonach nicht nur die Abluftmengen gemessen wurden, sondern auch an einigen Abzügen das Rückhaltevermögen bestimmt wurde.
Diese Volumenstrommessungen ergaben,
dass tatsächlich alle Laborabzüge mindestens
mit den durch die Baumusterprüfung ermittelten minimalen Abluftmengen betrieben
wurden. Bei der Messung des Rückhaltevermögens einiger Laborabzüge ergaben sich
jedoch Konzentrationen des Tracergases (SF6),
die weit über den von der BG Chemie vorgegebenen Grenzwerten für die Baumusterprüfung
lagen. Auffällig war zudem, dass ein bestimmtes Abzugsmodell an einer Stelle im Labor die
Grenzwerte für das Rückhaltevermögen einhielt, an einer anderen Stelle diese Grenzwerte jedoch überschritt, obwohl die abgesaugte
Luftmenge in beiden Fällen entsprechend der
in der Baumusterprüfung ermittelten Luftmengen ausreichend war. Selbst eine weitere Erhöhung der Abluftmengen führte zu keiner Verbesserung an den betroffenen Laborabzügen.
Konsequenterweise hat daraufhin die Abteilung für Arbeitssicherheit eine Inbetriebnahme
des Labors abgelehnt.
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Schwerpunkt
Dem Rätsel auf der Spur
Der Laborbetreiber wollte daraufhin klären, was
zu diesen unerfreulichen Strömungsergebnissen
führte. Die Untersuchung begann mit einer Computersimulation der Strömungsverhältnisse an einem der betroffenen Abzüge mit Hilfe numerischer
Strömungsberechnungen. Dabei wurde die Raumluftströmung in einer Laborzeile mit einem betroffenen Abzug berechnet. Die Simulationen unter
verschiedenen Parametern ergaben schließlich,
dass das Rückhaltevermögen des Abzugs von der
Art der Zuströmung der Frischluft abhängig war. In
diesem Fall war die entscheidende Größe die
Temperaturdifferenz zwischen der Frischluft und
der Raumluft. War nämlich die Frischlufttemperatur größer oder gleich der Raumtemperatur, dann
wurde die Funktion des Laborabzugs nicht beeinträchtigt: Die Abbildungen 1 und 2 zeigen dazu die
Geschwindigkeitsvektoren in einem horizontalen
Schnitt durch den simulierten Abzug. Abbildung 1
zeigt die Strömung zum Abzug im Fall wärmerer
Frischluft. Abbildung 2 zeigt die Strömung zum Abzug, wenn Frischluft und Raumluft die gleiche
Temperatur besitzen. Die Funktion des Laborabzuges änderte sich jedoch dramatisch, sobald die
Frischluft kühler als die Raumluft einströmte:
Abbildung 3 zeigt die Raumluftströmung in der
Schnittebene mit kälterer Frischluft. Je kühler die
Frischluft wurde, umso ungünstiger wurde die Einströmung in dem Laborabzug. Dies hatte zur Folge, dass die Einströmgeschwindigkeit, wie sie in
Abbildung 4 dargestellt ist, sogar negative Werte
annahm, was einem Ausströmen kontaminierter
Luft aus dem Abzug entspricht.
Abb. 5: Gemessene Konzentration an Tracergas (SF6) über der Temperaturdifferenz zwischen Raumluft und
Zuluft
Von der Simulation in die Praxis
Die Erkenntnisse der Simulation wurden schließlich in einem der betroffenen Labors experimentell
überprüft und bestätigt: Dazu wurden an der Luftanlage verschiedene Zulufttemperaturen eingestellt und das Rückhaltevermögen des Laborabzugs durch Messungen von aufgegebenem
Tracergas entsprechend der Norm EN 14175 am
äußeren Gitter des Laborabzugs gemessen. Die
ermittelten Tracergaskonzentrationen sind in Abbildung 5 über der Temperaturdifferenz zwischen
Raumluft und Zuluft dargestellt. Dabei ist eindeutig der Trend zu erkennen, dass die gemessene
Konzentration mit zunehmender Abkühlung der
Zuluft größer wird und sich das Rückhaltevermögen somit verschlechtert. Neben der Tracergaskonzentration wurde auch die Raumluftgeschwindigkeit in einem Abstand von 1 m vor dem Abzug
gemessen. In Abbildung 6 werden beide Messwerte in Relation gesetzt. Dabei erkennt man deutlich,
dass das Rückhaltevermögen des Abzugs sinkt,
wenn die Raumluftgeschwindigkeit größer als die
mittlere Einströmgeschwindigkeit in den Abzug
ist. Somit konnten die Simulationsergebnisse mit
den Messungen verifiziert werden.
Zusammenfassung
Der Fall zeigt, dass die Funktion eines Laborabzugs nicht nur von der abgesaugten Luftmenge,
Abb. 6: Gemessene Konzentration an Tracergas (SF6) über der gemessenen abwärtsgerichteten Luftgeschwindigkeit vor dem Abzug
sondern auch von der Strömungssituation der
Zuluft abhängt. In vielen Fällen wird nach der
Installation der Laborabzüge leider auf eine
Überprüfung des Rückhaltevermögens verzichtet und nur auf die Einhaltung der Abluftmengen
geachtet. Erst durch eine Überprüfung des Rückhaltvermögens können jedoch Probleme erkannt
und behoben werden, die sich aus einer Abweichung der realen Bedingungen von der
idealisierten Prüfraumsituation ergeben.
Die oben beschriebene Problematik war
glücklicherweise durch einen einfachen Eingriff
in der Zuluftregelung zu beseitigen und somit der
einwandfreie Betrieb des Laborabzugs sichergestellt. Im schlimmsten Fall kann es jedoch notwendig werden, dass ein Labor erst nach kostenintensivem Umbau in Betrieb genommen werden
darf. Hier wäre es möglich, mit Hilfe numerischer
Simulation der Raumluftströmung schon in der
Planungsphase mögliche Probleme zu identifizieren und zu vermeiden. Neben der damit verbundenen Einsparung nachträglicher Umbaukosten,
könnte mit derartigen Berechnungen generell ein
effektiveres und kostengünstigeres Konzept für
die im Labor notwendigen Luftwechsel entwickelt werden – in Anbetracht der Nachhaltigkeit
ist ein solches Luftkonzept heute im Grunde genommen nicht mehr verzichtbar.
Autoren
Dr.-Ing. Rolf Sieber,
Tintschl BioEnergie und Strömungstechnik AG
Dipl.-Ing. Eberhard Keller, Merck KGaA
▶ ▶K ontakt
Dr.-Ing. Rolf Sieber
Tintschl BioEnergie und Strömungstechnik AG
Erlangen
Tel.: 09131/81249721
Fax: 09131/81249739
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© 2012 Millipore Corporation, Billerica, MA USA. Alle Rechte vorbehalten.
Automation im Labor
Ferngesteuert
Keywords:
Remote Service, Fernwartung, Datenschutz,
Service Zuverlässigkeit
Remote Service im Labor
Noch vor 30 Jahren beschäftigte das
klinische Laboratorium einen Glas
bläser, der die notwendigen Apparaturen herstellen und reparieren konnte (Abbildung 1). Für die heutigen
Laboratorien ist dieser Berufszweig
in der Regel entbehrlich: die heutigen
Analysensysteme sind hochkomplexe
feinmechanische Geräte, die erst mit
einer ausgefeilten Steuerung mittels
Rechnern die Analysen durchführen
können.
Bei vielen der modernen Technologien wie z. B.
die MALDI-TOF Technologie zur Identifikation
von Bakterien anhand der Massenspektren ihrer
Peptide, bei leistungsstarken Untersuchungen
auf DNA-Ebene oder bei den komplexen Automatisationslösungen in der Hämatologie oder
der klinischen Chemie müssen regelmäßig leistungsstarke Datenbanken verwendet werden,
die in die Gerätesteuerung integriert sind (Abbildung 2).
Wartung gestern und heute
Die Erwartungen der Patienten und der wirtschaftliche Druck der Krankenhäuser führen
dazu, dass an Laborgeräte sehr hohe Erwartungen bezüglich möglichst geringer Ausfallzeiten
gestellt werden. So wird bei vielen Laborgeräten
von Seiten der Lieferanten im Servicevertrag
eine Garantie über die Zuverlässigkeit gegeben.
Serviceeinsätze sind sehr kostenintensiv und
aufgrund der teilweise äußerst komplexen Geräte und der geringen Geräteanzahl ist die Anzahl
an geschulten Technikern teilweise nur sehr gering. Es ist offensichtlich, dass für einen Serviceeinsatz so lange Fahrtzeiten notwendig sein
können und dass es im Interesse sowohl des
Kunden wie auch der Firma liegt, die Anzahl und
die Kosten der Serviceeinsätze soweit wie möglich zu minimieren. Eine andere Herausforderung stellt sich mit der Bevorratung von Ersatzteilen, denn bei komplexen Geräten und dem
Zeitdruck im Falle einer Reparatur werden meistens ganze Baugruppen ausgetauscht. Aufgrund
der hohen Kosten dieser Baugruppen können
diese nur an wenigen Stellen bereitgehalten
werden. Es ist nicht unüblich, pro Land oder sogar in Europa nur ein Lager für diese Ersatzteile
einzurichten.
Schulung, Robustheit, Fernwartung
Grundsätzlich stehen drei Möglichkeiten für eine
zuverlässige und kurzfristige Reparatur bei Gerätedefekten zur Verfügung. Einmal kann der
Anwender geschult werden, um das Troubleshooting und kleinere Reparaturen selber durchzuführen. An zweiter Stelle steht eine möglichst
robuste Hardware, so dass Defekte durch Abnutzung und Verschleiß nicht vorkommen können.
Als dritte Möglichkeit besteht die Möglichkeit,
durch Fernwartung (Remote Service) oder sogar
ein proaktives Reagieren Gerätedefekte aus der
Ferne zu identifizieren. Wenn ein drohender Defekt bei dieser Fernwartung entdeckt wird, kann
das notwendige Ersatzteil auf normalen Wege
zum Labor verschickt werden und in der Regel
durch den Anwender selber eingebaut werden,
im günstigen Fall bevor es zum Geräteausfall
gekommen ist. Fernwartung ist auch sehr gut
geeignet, fehlerhafte Einstellungen an den Geräten schnell zu entdecken und ohne Servicetechnikereinsatz gleich zu korrigieren.
Herausforderungen
© Liz Lawley
Grundsätzlich ist ein Zugriff auf die Laborgeräte
aus der Ferne sehr einfach zu erreichen. Problematisch ist es allerdings, dabei die Aspekte des
Datenschutzes ausreichend zu berücksichtigen.
So sind regelmäßig Patientendaten wie Name
und Geburtsdatum gemeinsam mit den Ergebnissen der Untersuchungen auf den Geräten ab-
Abb. 1: Historische Aufnahme des Labors (© Georg-Speyer-Haus).
gespeichert und es muss mit absoluter Sicherheit vermieden werden, dass bei einer
Fernwartung diese Daten vom Laborgerät auf
ein fremdes System transferiert werden können.
Ein Problem mit noch weitergehenden Konsequenzen ergibt sich durch die Kopplung der Laborgeräte an die Labor-EDV und die daran anschließende Kopplung der Labor-EDV mit dem
Klinikinformationssystem oder Praxissystemen:
Es muss sichergestellt sein, dass über diese Fernwartung kein Einfallstor geöffnet wird, um aus
den anderen Systemen Daten abzuziehen. Letztlich muss bei der Fernwartung auch sichergestellt sein, dass keine Schadprogramme (wie Viren oder Trojaner) auf das Laborgerät und in der
Folge auf die angeschlossenen Subsysteme
übertragen werden.
Lösungen
Grundsätzlich möglich sind Internet-Lösungen,
bei denen der Anwender im Labor die Fernwartung aktiviert und am Gerät überprüft, was der
Techniker über die Fernsteuerung am Gerät
macht. Diese Lösung hat allerdings den großen
Nachteil, dass der Systemanbieter sich nicht selber auf das Gerät aufschalten kann und so nur
eine Reaktion auf einen Geräteausfall möglich
ist. Ein proaktives Agieren auf einen sich anbahnenden Gerätedefekt ist nicht möglich. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist, dass sie keine
absolute Sicherheit in Bezug auf den Datenschutz bietet.
Eine andere Lösung ist die konsequente Entwicklung einer Gerätesoftware, die die Belange
der Fernwartung berücksichtigt (Abbildung 3).
Hierfür notwendig ist eine Abschottung bestimmter Patientendaten und Befunde von den
Systemdaten des Gerätes. Dies wird z.B. dadurch
erreicht, dass Name und Vorname des Patienten
ähnlich wie bei der Eingabe eines Passwortes bei
der Fernwartung nur als Sterne dargestellt werden. Bei dieser Lösung ist ein kontinuierliches
Monitoring des Gerätes möglich. Dabei werden
bestimmte Schritte wie z.B. die Positionierung
einer Reagenznadel gemonitort. Wenn ein bestimmter Schritt dabei nur mit multiplen Nachjustierungen funktioniert, ist dies ein Hinweis
auf einen bevorstehenden Ausfall des Bauteils
und es kann rechtzeitig das Ersatzteil und ggf.
der Techniker auf den Weg geschickt werden.
Potentiale
Andere Anwendungsmöglichkeiten für den Remote Service ergeben sich bei Änderungen von
Tests. Die notwendigen Einstellungen wurden
früher am Gerät eingegeben oder von Barcodes
abgescannt oder mittels CD in das Gerät eingelesen. Alle diese Updates können heute auch mit
dem Remote Service erfolgen. Auch wenn die finanzielle Ersparnis durch den Verzicht auf das
Verschicken der CDs oder der Barcodes nur gering ist, so war das Handling im Labor mit diesen Updates früher mit großem Frust verbunden,
beispielsweise wenn ein neues Reagenz nicht
verwendet werden kann, nur weil die CD verlegt
war oder weil das Ändern einer Einstellung vom
Anwender übersehen wurde.
Ein anderes Feature der Fernüberwachung
ergibt sich beim Einsatz einer Web-Cam. Der
Nutzen dieser Web-Cam ist vor allem bei komplexen mechanischen Problemen und besonders
in der Einarbeitungsphase des Gerätes zu sehen.
Bei erfahrenen Anwendern ist der Nutzen deutlich geringer und bei einer guten Beschriftung
der Bauteile ist die Web-Cam nur von untergeordnetem Nutzen. Allerdings ergibt sich über
die Web-Cam ein großes Datenschutzproblem.
Zum Einen können dadurch (zumindest theoretisch) Patientendaten als Bilder übertragen
werden und zum Anderen wird durch die Bildübertragung die Privatsphäre der Mitarbeiter
verletzt. Dies bedeutet, dass z.B. der Betriebsrat
der Kameraübertragung zustimmen müsste. Es
ist zumindest fraglich, ob der potentielle Nut-
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Automation im Labor
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Abb. 2: Eine Analysenstraße besteht aus mehreren verbundenen Analysengeräten und wird meistens
ergänzt durch Zentrifugen, Geräte zur Aliquotierung und zur automatischen Archivierung
rien tatsächlich genutzt werden können. Dazu
müssen sämtliche Reagenzien im Gerät gelagert
werden, damit der komplette Bestand erfasst
wird. Dieses vollautomatische Lager ist ein
Vielfaches teurer als die derzeitige Lagerung im
Kühlraum. Ein weiteres Problem ist, dass die Zeit
zwischen Unterschreiten der Nachbestellmenge
und Lieferung des Reagenzes ausreichend lang
sein muss, damit das neue Reagenz zuverlässig
geliefert werden kann. Eine weitere Herausforderung ist die Bestellung von Verbrauchsmaterialien, Kalibratoren und Kontrollen sowie von
Systemflüssigkeiten. Diese Materialien müssten
auch bei der online-Bestellung der Reagenzien
noch regelmäßig auf traditionellem Weg bestellt
werden.
Ein weiterer Nutzen der Fernwartung ist
die automatische Übertragung von Qualitätskontrolldaten zum (weltweiten) Vergleich mit
anderen Laboratorien. Dieser Vergleich wird außerhalb von Deutschland häufig verwendet, da
im Gegensatz zu Deutschland in der Regel die
Qualitätskontrollen ohne Zielwerte verwendet
werden. In Deutschland mit seinen strengen Regelungen (Rilibäk) ist dieses Vorgehen mit der
Auswertung der Westgard-Statistiken nicht ausreichend. Allerdings werden diese Laborvergleiche auch in Deutschland häufig in der Hämatologie durchgeführt, da es dort wegen der kurzen
Haltbarkeit der Qualitätskontrollmaterialien zu
einem monatlichen Chargenwechsel kommt. Mit
dem automatischen Vergleich der Messwerte
zwischen vielen Laboratorien können Probleme
mit dem Kontrollmaterial bzw. auch systematische Probleme der Gerätereagenzien oder
Geräteparameter schnell erkannt und beseitigt
werden.
Ausblick
© Abbott Diagnostics
Abb. 3: Remote Service Technologie
zen dieser Kameralösung den immensen administrativen Aufwand rechtfertigt. Da es bei der
Darstellung von technischen Defekten auf eine
hohe Auflösung des Bildes ankommt, ist auch
eine hohe Qualität der verwendeten Hardware
notwendig, was wiederum einen hohen technischen Aufwand erfordert.
Nutzen der kontinuierlichen
Fernwartung
Eine weitere interessante Nutzungsmöglichkeit
der kontinuierlichen Fernwartung ist die Übermittlung der Anzahl der durchgeführten Untersuchungen. Bei einer Abrechnung anhand der
durchgeführten Patientenmessungen ist eine
zeitnahe Berechnung anhand der tatsächlichen
Leistungszahlen in der Regel im Interesse des
Lieferanten und des Laboratoriums. Die traditionelle Methode mit einem Ablesen von Zählerständen am Gerät oder anhand von Statistiken
aus dem Laborinformationssystem bedeutet einen recht hohen administrativen Aufwand, so
dass diese Statistiken nur in größeren Abständen erhoben werden. Allerdings ist die Erhebung
der tatsächlich durchgeführten Patientenbefunde nicht trivial. Da Verdünnungen und Kontrollmessungen (interne Qualitätskontrolle) oft nicht
in die Statistiken eingehen dürfen, muss die Onlineanbindung diese Untersuchungen separat
erfassen können. Regelmäßig wird dies nicht
über ein Aufschalten auf den Gerätebildschirm,
sondern nur über eine Datenbanklösung zu realisieren sein. Andere Statistiken wie über die Verfügbarkeit des Gerätes und die Geräteauslastung, Auswertungen über durchgeführte
Gerätewartungen oder das Monitoring des Energieverbrauches können im Einzelfall von Nutzen
sein.
Bei einigen Onlineanbindungen ist bereits
eine online-Bestellfunktion realisiert. Dies heißt,
dass beim Unterschreiten einer Menge von
verfügbaren Tests automatisch neues Reagenz
nachbestellt wird, ähnlich wie bei der Tonerpatrone am Drucker. Diese Funktion wird allerdings
nur bei einem sehr geringen Teil der Laborato-
Um im medizinischen Umfeld die Fernwartung
nutzen zu können, müssen durch entsprechende
technische Lösungen den Belangen des Datenschutzes entsprochen werden.
Durch Remote Service kann dann mit relativ wenig technischem Aufwand eine deutliche
Verbesserung des Geräteservices erreicht werden. Vor allem die unverzügliche Information
des technischen Supports über die benötigten
Ersatzteile und die vermiedenen Serviceeinsätze
vor Ort führen zu einer verbesserten Verfügbarkeit und zu verminderten Kosten. Weitere äußerst sinnvolle Einsatzgebiete sind die automatische Übermittlung von Leistungszahlen und die
Teilnahme am Vergleich der hämatologischen
Geräte.
▶ ▶K ontakt
Priv.-Doz. Dr. med. Matthias Orth
Institut für Laboratoriumsmedizin
Vinzenz von Paul Kliniken gGmbH
Marienhospital Stuttgart
Tel.: 0711/6489-2760
Fax: 0711/6489-2763
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Automation im Labor
Die AOX-Analyse
Hohe Flexibilität und hoher Durchsatz
AOX (adsorbierbare organisch gebundene Halogene) ist seit Jahren ein
nicht wegzudenkender Parameter zur
Bestimmung bzw. zur Kontrolle der
Wasserbeschaffenheit. Nicht nur in
Deutschland, sondern auch in Europa
und im internationalen Raum, wird
dieser Parameter verwendet um Aussagen über die Qualität von Trink-,
Oberflächen-oder Abwässern, aber
auch von Schlämmen treffen zu können. Die Festlegung der internationalen Norm ISO 9562, die das AOX-Standardverfahren regelt, verdeutlicht die
globale Wichtigkeit dieses Parameters.
Es ist unumstritten, dass der AOX-Parameter zur
Verbesserung der Wasserqualität beiträgt, jedoch ist es nicht immer möglich, seine ökotoxikologische Bedeutung abzuschätzen. Aufgrund
der Komplexität des Parameters und der Vielzahl
an Einflussfaktoren bei seiner Analyse, gibt es
bei der AOX-Bestimmung Grenzen. So liegt es in
der Natur des AOX, dass nicht alle organisch gebundenen Halogenverbindungen (OX-Verbindungen) erfasst werden können. Ein Grund hierfür sind die unterschiedlichen Polaritäten und
das daraus resultierende Adsorptionsverhalten
der Wasserinhaltsstoffe. Nicht zu vernachlässigen sind zudem Matrixeffekte, durch die z. B. bei
industriellen und gewerblichen Abwässern die
Leistungsfähigkeit der AOX-Methode eingeschränkt werden kann.
Um die Grenzen der AOX-Bestimmung zu
überwinden, werden der Methode weitere
Verfahren hinzugefügt. Hierzu gehören die Bestimmung von AOX nach Festphasenextraktion
(SPE-AOX), der extrahierbaren organischen Halogenverbindungen (EOX), der leichtflüchtigen
ausblasbaren organischen Halogenverbindungen (POX) und die Bestimmung des Gesamtchlorgehalts (TX). Diese Verfahren unterscheiden
sich nur in ihren Vorbereitungsschritten.
Grundlage der AOX-Bestimmung und
Anforderungen an die Analysentechnik
Für die Bestimmung organisch gebundener Halogene müssen folgende Grundlagen gegeben
sein:
▪▪ eine entsprechende Anreicherung der Inhaltsstoffe (AOX – Adsorption; EOX – Extraktion; POX – Austreiben)
▪▪ Umsetzung / Mineralisierung der Organ
ischen Halogenverbindungen im Sauerstoffstrom bei mindestens 950 °C in einem
Verbrennungssystem
▪▪ mikrocoulometrische Detektion der gebildeten Halogenwasserstoffe unter Angabe des
ermittelten Ergebnisses bezogen auf Chlorid
In den vergangenen Jahren sind die Anforderungen an Analysensysteme für Routinelabors sehr
gestiegen. Moderne Instrumente müssen kleinen, flexiblen Labors ebenso gerecht werden
wie großen, auf eine Methode spezialisierten
Verbandslabors mit hohem Probendurchsatz. So
unterschiedlich die Anforderungen zwischen
großen und kleinen Labors auch sein mögen,
beide suchen nach einem Analysensystem, das
schnell, einfach und kostengünstig arbeitet.
Analytik Jena bietet mit dem AOX-Analysator
multi X 2500 ein flexibles und gleichzeitig leistungsfähiges System zur Bestimmung organisch
gebundener Halogenverbindungen.
Für die AOX-Bestimmung ist zunächst die
Probenvorbereitung maßgeblich, denn sie ist für
diesen Parameter oft sehr zeitaufwendig. Eine
Automatisierung ist leider nicht immer möglich.
Die DIN EN ISO 9562 lässt drei Anreicherungsverfahren auf Aktivkohle für die AOXBestimmung zu: das Rühr-, Schüttel- und Säulenverfahren. Die Anwendung der einzelnen
Verfahren sollte zwar probenspezifisch erfolgen,
doch wird die Adsorptionsmethode oftmals
nicht von der Probenmatrix, sondern von Laboroder Verwaltungsregularien bestimmt.
Das Schüttel- und Rührverfahren
Die Schüttelmethode ist beispielsweise hervorragend für partikelhaltige Wässer und Klärschlämme geeignet. Jedoch besteht der große
Abb. 1: AOX-Analysator multi X 2500 im waagrechten Betriebsmodus
Automation im Labor
Nachteil dieses Verfahrens darin, dass es nicht
automatisierbar ist. Die ebenfalls nicht automatisierbare Rührmethode eignet sich zudem nicht
für die AOX-Bestimmungen von partikelhaltigen
Proben. Für diese Form der Adsorption wird ein
mit Aktivkohle beschichtetes Flies in der wässrigen Probe gerührt. Weil diese Methode sehr aufwendig und nur für einen Teil der AOX-Bestimmung geeignet ist, arbeitet der Großteil der
Analysenlabors mit der Schüttel- bzw. der sehr
zuverlässigen Säulenmethode.
Das Säulenverfahren
Die Methode zeichnet sich durch einen hohen
Automatisierungsgrad aus. Dieser ermöglicht
die Adsorption partikelfreier wie partikelhaltiger Proben mit einem hohen Probendurchsatz
bei geringem Wartungsaufwand. Die Automatisierung der Säulenmethode verringert außerdem den Fehlereinfluss durch den Anwender.
Weitere Vorteile gegenüber der Schüttelmethode sind eine geringere Störanfälligkeit gegenüber hohen Chloridkonzentrationen (bis 1
mg / l) und die Möglichkeit zur Kontrolle der
vollständigen Adsorption. Dafür wird die Beladung des ersten und zweiten Röhrchens verglichen. Als Röhrchen werden Quarzglas-Container bezeichnet, die mit 50 mg Aktivkohle
gefüllt sind und über die die zu analysierende
Wasserprobe mit 3 ml / min geleitet wird. Das
anschließende Spülen mit Nitratwaschlösung
ist sehr leicht automatisierbar. Durch den nicht
vorhandenen Kontakt mit der Umgebung wird
im Vergleich zu den anderen beiden Vorbereitungsverfahren zudem das Kontaminationsrisiko minimiert.
Sollen partikelhaltige Proben adsorbiert werden, so besteht die Möglichkeit, den Kohleröhrchen Filterröhrchen vorzuschalten. Dies sorgt
für die Abtrennung der Partikel und verhindert
somit gleichzeitig ein potentielles Verstopfen der
Aktivkohleröhrchen.
Ein Vorbereitungssystem, das Proben voll
automatisch anreichern kann, ist die Probengeberserie APU 28. Durch das zweikanalige System
APU 28S können 28 Proben in der Hälfte der Zeit
adsorbiert werden. Ein großer Innendurchmesser
der Ansaugkanülen und des Schlauchsystems
kombiniert mit einer Rührfunktion ermöglicht
ein einfaches und problemloses Partikelhandling. Durch den Verzicht auf eine aufwendige
Ventilsteuerung ist diese Probengeberserie wartungsarm und bedienfreundlich.
Selbst für die manuell sehr aufwendige Anreicherung nach dem SPE-AOX-Verfahren (DIN
38409-22, DIN EN ISO 9562) gibt es eine vollautomatische Probenvorbereitung aus dieser Serie
das APU 28 SPE.
Für die Bestimmung von extrahierbaren oder
ausblasbaren organisch gebundenen Halogenverbindungen gibt es nur bedingt vollautomatisierte
Probenvorbereitungssysteme. Die festen EOX-Proben werden nach Soxhlet (DIN 38414-17, Entwurf
02-2012) mit einem organischen Lösungsmittel
extrahiert. In einigen Fällen werden die EOX-Verbindungen mittels Ultraschallbad oder bei flüssigflüssig-Extraktionen durch langes Schütteln mit
einem geeigneten Lösungsmittel herausgelöst.
Für die Bestimmung des Gesamtchlorgehalts werden die Proben getrocknet, um den Chloridgehalt
auf die Trockenmasse beziehen zu können.
All diese verschiedenen OX-Verbindungen
kann das multi X 2500-System (Abb. 1) nach
erfolgreicher Probenvorbereitung der Oxidation
zuführen und die jeweiligen Chloridgehalte bestimmen. Nach erfolgreicher Anreicherung werden die OX-Verbindungen der Mineralisierung
zu Halogenwasserstoff, Kohlenstoffdioxid und
Wasser im Sauerstoffstrom bei mindestens 950 °C
zugeführt. Die Trocknung des Messgases erfolgt
durch konzentrierte Schwefelsäure.
R-X + O2 → HX* + CO2 + H2O
*(HCl, HBr, HJ)
Abb. 2: Die APU 28S ermöglicht die zweikanalige vollautomatische Probenvorbereitung nach der Säulenmethode für bis zu 28 Proben.
Die Verbrennung kann im senkrechten und im
waagerechten Betriebsmodus durchgeführt werden. Der Ofen kann durch die Double-FurnaceTechnik binnen weniger Augenblicke von einer
vertikalen in eine horizontale Einbaulage gebracht werden.
Während das vertikale System sich für die
AOX-Bestimmung nach der Säulenmethode in
der Regel durch seine platzsparende Bauweise,
leichte Automatisierbarkeit und sehr kurze Analysendauer auszeichnet, werden im horizontalen
Betrieb die Vorzüge des autark arbeitenden,
flammensensorgesteuerten Probengebers bei
der Verbrennung organischer Extrakte (EOX)
oder organischer Feststoffproben schnell deutlich. Diese Flammensensortechnologie überwacht die Verbrennung der Proben. In Kombination mit dem automatischen Schiffchenvorschub
garantiert das Gerät außerdem eine kontrollierte
Umsetzung bei gleichzeitigem quantitativem
Aufschluss. Des Weiteren verhindert diese Technologie die Bildung von Ruß und minimiert somit den Wartungsaufwand am Analysengerät
entscheidend.
Auch Anwender, zu deren Routineaufgaben
neben AOX, SPE-AOX und EOX die Bestimmung
von POX oder des Gesamthalogens/Gesamtchlors in Feststoffen (z. B. in Primär- oder Sekun-
Automation im Labor
därbrennstoffen) und TOC in wässrigen Proben
gehören, können den Analysator nutzen.
Wenn die Probenzuführung automatisiert
erfolgen soll, so kann ein einziger Probengeber
all diese Aufgaben übernehmen – eine Ausnahme bildet hierbei nur die POX-Bestimmung. Die
variable Gestaltung der Probentabletts und „Zuführungswerkzeuge“ (Spritzen, Greifer, Ausstoßwerkzeug) erlauben binnen kürzester Zeit eine
Anpassung an die jeweilige Messaufgabe.
Detektion
Die aus der Verbrennung stammenden und in
die Titrationszelle geleiteten Halogenidionen
werden in einem Elektrolyten absorbiert und
dort mittels Silberionen argentometrisch bestimmt. Das verwendete Verfahren ist die Mikrocoulometrie.
Ag+ + X- → AgX (X = Cl- ,Br- ,I-)
Die Erzeugung der Silberionen findet elektrolytisch an der Anode statt. Sind alle Chloridionen
mit Silberionen zu Silberchlorid umgesetzt worden, so beginnt die Silberkonzentration im Elek
trolyten anzusteigen. Dieser Silberüberschuss
ruft im Elektrolyten einen Anstieg der Leitfähigkeit hervor, der entweder durch ein polarisiertes
Elektrodenpaar (biamperometrisch) oder potentiometrisch detektiert werden kann. Dieser
Punkt beschreibt den Titrationsendpunkt. Das
Elektrodenpaar der biamperometrischen Titration ist in diesem Analysensystem in einer einzigen Elektrode, der Kombielektrode, untergebracht. Sie verbindet Generator-, Sensor- und
Referenzelektrode in einem robusten Keramikkörper. Durch die Verwendung eines Weitbereichcoulometers besteht je nach Applikation
die Möglichkeit, eine entsprechende Messzelle
mit dazugehöriger Elektrode (bzw. System) zu
verwenden.
Zusammenfassung
Für die Bestimmung des AOX-Parameters und
seiner Methodenverwandten (EOX, POX, TX)
steht derzeit ein Analysensystem zur Verfügung,
dieser Analysator multi X 2500 zeigt eine Einsatzvielfalt, hohe Präzision und Spezialisierungsfähigkeit.
Mithilfe des Parameters AOX können Aussagen über die Belastung von flüssigen und festen
Proben getroffen werden. Mit dem Analysator
und seinen Probenvorbereitungssystemen kann
der Anwender den AOX-Parameter effizienter
bestimmen und seinen Laboralltag so noch
günstiger gestalten.
▶ ▶K ontakt
Dr. Christian Koch
Analytik Jena AG
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Sicherheit
Sicherheit im Labor
Polymerisationen von reaktiven Monomeren
Die Polymerisation von sehr reaktiven
Monomeren stellt nicht nur chemische
Herausforderungen bezüglich Reinheit
der Ausgangsverbindungen und absolutem Wasser- und Sauerstoffausschluss,
sondern auch hohe Anforderungen an
die Sicherheitsausstattung. Nur so können die Gefahren im Zusammenhang
mit den meist gasförmigen Ausgangsverbindungen vermieden werden.
22 Dr. Jürgen Vitz,
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Lehrstuhl
für Organische und
Makromolekulare Chemie (IOMC) und Jena
Center for Soft Matter
(JCSM), Dutch Polymer
Institute (DPI)
22 Dr. Martin D. Hager,
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Lehrstuhl
für Organische und
Makromolekulare Chemie (IOMC) und Jena
Center for Soft Matter
Institute (DPI)
22 Prof. Dr. Ulrich S.
Schubert, FriedrichSchiller-Universität
Jena, Lehrstuhl für
Organische und Makromolekulare Chemie
(IOMC) und Jena Center for Soft Matter
Institute (DPI)
Einleitung
Beim Arbeiten in chemischen Laboratorien steht
heutzutage die Sicherheit an erster Stelle. Diese
Grundvoraussetzung ist sehr wichtig, da täglich
mit unterschiedlichen und gefährlichen Substanzen umgegangen werden muss. Dabei kann es
sich um Feststoffe, Flüssigkeiten und auch Gase
handeln, die neben den offensichtlichen Gefahren (u. a. giftig, brennbar, ätzend) auch versteckte Gefahren, wie z. B. die Bildung explosionsfähiger Gemische, besitzen können. Daher müssen
Maßnahmen getroffen werden, um das Gefahrenpotential auf ein Minimum zu reduzieren.
Im Falle von Ethylenoxid besteht die größte
Gefahr in der Explosionsfähigkeit dieses Stoffes.
Daher wurden spezielle Maßnahmen getroffen,
um die Gefahr der Explosion aber auch der Exposition deutlich zu reduzieren. Eine zentrale
Maßnahme war dabei die Installation eines
stationären Gaswarnsystems mit zentraler Steuerung.
Gesetzliche Grundlagen
Geregelt werden die Sicherheit und der Gesundheitsschutz von Beschäftigten durch das Arbeitsschutzgesetz [1]. In diesem werden neben den
allgemeinen Vorschriften, die Pflichten des Arbeitgebers als auch Pflichten und Rechte der Beschäftigten geregelt. So ist der Arbeitgeber dazu
„verpflichtet, die erforderlichen Maßnahmen
[…] zu treffen […]“, und „eine Verbesserung
von Sicherheit und Gesundheitsschutz der Beschäftigten anzustreben“ [1]. Dazu gehört das
Bereitstellen von persönlicher Schutzausrüstung
(PSA) je nach Gefahrenpotential (u. a. Augenschutz, Schutzhandschuhe, Arbeitsschuhe, etc.)
aber auch die Installation von sicherheitsrelevanter Laborausstattung. Hier sind u. a. Sicherheitsschränke für brennbare Gefahrstoffe, Gasflaschenschränke, Säuren- und Laugenschränke,
Chemikalienschränke aber auch Erste-HilfeSchränke und Zubehör zu nennen. Details sind in
den Laborrichtlinien der Berufsgenossenschaft
Chemie zu finden: BGI/GUV-I 850-0: „Sicheres
Arbeiten in Laboratorien – Grundlagen und
Handlungshilfen“ [2]. Wichtig ist natürlich auch
die Zusammenarbeit mit den Beschäftigten, die
durch ihre Mitarbeit und Unterstützung selbst zu
einer deutlichen Erhöhung der Sicherheit beitragen und auf evtl. vorhandene Mängel hinweisen
können.
Zusätzliche Sicherheitsinstallationen
Es gibt aber auch Gefahrstoffe, die ein deutlich
höheres Gefahrenpotential besitzen. Dann sind
Keywords:
Sicherheit, Explosionsschutz, ATEX
Unfallverhütung, Polymerisation
weitere Maßnahmen zu treffen, um die Sicherheit zu gewährleisten. So ist z. B. die anionische
Polymerisation von Ethylenoxid (EO) zu Polyethylenoxid oder Polyethylenglykol (PEO oder
PEG) ein Fall, bei dem ein sehr reaktives Gas als
Ausgangssubstanz eingesetzt wird (Abb. 1). Diese Synthese wird in unserem Institut regelmäßig
durchgeführt, um wasserlösliche Polymere mit
unterschiedlichen Kettenlängen und definierten
Start- und Endgruppen zu synthetisieren. Diese
können u.a. zur gezielten Wirkstofffreisetzung in
der Medizin eingesetzt werden [3].
Für die anionische Polymerisation muss das
Gas jedoch zunächst unter Abkühlung kondensiert, getrocknet und unter Druck gelagert
werden. Dazu dient ein speziell ausgerüstetes
Autoklaven-System mit zwei Glasreaktoren,
die bis zu einem Druck von 10 bar und einer
Temperatur bis 250 °C eingesetzt werden können. Eine zusätzliche Druckbürette mit Heiz-/
Kühlmantel dient zur Lagerung des destillierten,
getrockneten Ethylenoxids (EO). Dabei darf die
Temperatur nicht zu hoch steigen, da das EO
Sicherheit
Abb. 2: Autoklavensystem für die Polymerisation
von Ethylenoxid (EO)
Abb. 1: Anionische Polymerisation von Ethylenoxid mit einem Alkoholat als Initiator
ab 40 °C zu einer explosionsartigen Autopolymerisation neigt. Aus der Bürette können dann
entsprechende Mengen an EO zur Polymerisation in den linken oder rechten Reaktor abgelassen werden (s. Abb. 2). Das System ist mit
Temperaturfühlern, mechanischen und digitalen
Drucksensoren, sowie Berstsicherungen (Berstscheiben) als Sicherheitsreserve im Falle eines
Überdruckes über 10 bar ausgerüstet.
Das Ethylenoxid besitzt neben seiner Giftigkeit auch eine erbgutverändernde (Kat. 2) und
krebserregenden Wirkung (Kat. 2), es ist zudem
hochentzündlich. Darüber hinaus bildet es explosionsfähige Gemische in einem Bereich von
3 bis 99,9 Vol. % [4]. Aus diesem Grund werden
zur Sterilisierung von medizinischen Geräten nur
Gemische von Ethylenoxid mit anderen Gasen
eingesetzt (z. B. 6 % Ethylenoxid, Rest Kohlendi-
oxid bzw. 15 % Ethylenoxid, Rest Kohlendioxid).
Polymerisationen können aber nur mit reinem
Ethylenoxid durchgeführt werden. Daher wurden
Maßnahmen des „Primären Explosionsschutzes“
getroffen, um die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre zu verhindern:
▪▪ Inertisierung in einem Umgehäuse (Syntheseroboter)
▪▪ Natürliche oder technische Belüftung (Labor
und Abzug)
Zusätzlich wurde eine Anlage zur Konzentrationsüberwachung der verwendeten Gase installiert. Diese besteht aus zwei Sensoren, installiert
im Abzug und im ChemSpeed Multiplant M106
Syntheseroboter (s. Abb. 3), der für Reaktionen
bis 100 bar und 350 °C ausgelegt ist. Diese Sensoren sind an ein zentrales Terminal mit TouchPanel angeschlossen.
Bei Überschreiten der programmierten
Grenzwerte wird zunächst optisch, danach
akustisch mit einer Blitz / Hupe-Kombination
gewarnt. Es können zudem 12 Relais zur Abschaltung der Gaszufuhr und zur Schaltung von
anderen Warneinrichtungen benutzt werden. In
Zukunft ist der Ausbau des Systems mit einem
dritten Sensor geplant, schematisch ist dies in
Abb. 4 gezeigt.
Des Weiteren müssen Zündquellen, z.B.
durch Erdung der Apparaturen, vermieden
werden. In diesem Zusammenhang wurde der
existierende Abzug durch einen neuen Abzug
in Ex-Ausführung ersetzt, der explosionsgeschützte Leuchtstoffröhren und Steckdosen
für die Anwendung in EX-Zone 2 und 22 besitzt. Zudem ist die Elektronik außerhalb des
Abzuges installiert. Für das Arbeiten am Abzug
wurde zusätzlich ein ableitfähiger Bodenbelag verlegt. Darüber hinaus müssen im Fall
des Arbeitens unter Ex-Zone 2 Bedingungen,
Sicherheitsschuhe mit einem geringen Ableitwiderstand getragen werden. Für Besucher
kann auf Einweg-Schuherdungstreifen zurückgegriffen werden. Ebenfalls müssen alle Installationen im Abzug den Richtlinien auf dem
Gebiet des Explosionsschutzes entsprechen
(ATEX-Produktrichtlinie 94/9 / EG und ATEXBetriebsrichtlinie 1999/92/EG), in diesem Fall
der Zone 2 in der Gerätegruppe II und der Temperaturklasse T4 [5,6].
Falls ein Atemschutz erforderlich ist, stehen Vollmasken mit dem Filtertyp AXBEK
(EN 14387) zur Verfügung. Falls es trotz aller
Vorsichtsmaßnahmen dennoch zu einem Einatmen des Gases kommen sollte, steht ein
Notfallspray zum Inhalieren direkt im Labor
zur Verfügung. Dabei handelt es sich um ein
Glukokortikoid, dass als Akuttherapie gegen
schnell auftretende Lungenödeme eingesetzt
werden kann. Eine einmalige Anwendung,
auch in hoher Dosierung, ist völlig unschädlich
und kann daher auch im Verdachtsfall durchgeführt werden [7,8]. Die Erste-Hilfe-Ausstattung wurde zusätzlich durch ein Maskengerät
Sicherheit
Abb. 3: Labor mit Abzug und Syntheserobotern
zur Atemspende bereitgestellt (Beatmungsbeutel), der in diesem Fall nicht nur als Infektionsschutz sondern vielmehr zum Schutz des
Helfers vor Inhalation der Gase dient.
Fazit
Das Arbeiten mit hochgiftigen und explosionsfähigen Gasen erfordert eine besondere Anpassung
der Sicherheitsmaßnahmen, die die Bedingungen
in einem chemischen Standard-Labor bei weitem
überschreiten. Dies ist sowohl mit einem hohen
technischen als auch finanziellen Aufwand verbunden, was aber zum Schutz der Mitarbeiter
aufgrund der vorliegenden Gefahren nötig ist.
Abb. 4: Anschlussplan der Sensoren am Touch-Panel mit integrierter Temperatur und Druckanzeige
Danksagung
Der Ausbau der Sicherheitsmaßnahmen war nur
durch die fortwährende Unterstützung des Dezernats 4 Abteilung Sicherheit und Technik der
Friedrich-Schiller-Universität Jena möglich. Hierfür möchten wir uns Bedanken, zudem für die finanzielle Unterstützung des Dutch Polymer Institutes (DPI, Technologiebereich HTE) für den
Ausbau der Autoklaven und bei Chemspeed
Technologies für die Unterstützung im Bereich
der Hochdurchsatzsynthese.
Literatur
[1] Gesetz über die Durchführung von Maßnahmen
des Arbeitsschutzes zur Verbesserung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Beschäftigten bei der Arbeit (Arbeitsschutzgesetz - ArbSchG), 1996.
[2] Laborrichtlinien BGI/GUV-I 850-0: „Sicheres Arbeiten in Laboratorien – Grundlagen und Handlungshilfen“, 2008.
[3] Knop K. et al.: Angewandte Chemie-International
Edition 49, 6288-6308, (2010)
[4] Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA). GESTIS-Stoffdatenbank – Gefahrstoffinformationssystem der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung: http://
www.dguv.de/ifa/de/gestis/stoffdb/index.jsp.
[5] European Commission: Official Journal of the European Commission vol. L, (1994)
[6] Das Europäische Parlament und der Rat der Europäischen Union: Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften vol. L, [2000]
[7] Bundesministerium für Arbeit und Sozialordnung:
Bundesarbeitsblatt 6, 80, (2008)
[8] Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin: Bundesanzeiger 103a, 1−9, (2006)
Autoren
Dr. Jürgen Vitz, Dr. Martin D. Hager, Prof. Dr.
Ulrich S. Schubert,
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Lehrstuhl für
Organische und Makromolekulare Chemie
(IOMC) und Jena Center for Soft Matter (JCSM),
Dutch Polymer Institute (DPI)
▶ ▶K ontakt
Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Lehrstuhl für Organische und Makromolekulare
Chemie (IOMC)
Jena Center for Soft Matter (JCSM),
Dutch Polymer Institute (DPI), Eindhoven, Holland
Tel.: 03641/948201
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Prozessanalytik/PAT
Steuerung von Biogasanlagen
FOS / TAC ein wichtiger Parameter für die Effizienz von Biogasanlagen
Die Abhängigkeit der Energieversorgung
in Europa von fossilen Brennstoffen ist
ein wachsendes Problem. Zunächst
scheint die Kernenergie eine praktische
Lösung zu sein. Jedoch sinkt die Akzeptanz durch ungelöste Endlagerprobleme
und vor allen Dingen nach der Katastrophe von Fukushima erheblich. In
Deutschland ist der Atomausstieg beschlossene Sache. Alternative Verfahren
müssen diese Lücke schließen.
Dabei spielen nachwachsende Rohstoffe eine
wichtige Rolle, von denen Biogas eine Möglichkeit darstellt. Das Verfahren zu seiner Herstellung
ist jedoch nicht ganz einfach zu beherrschen. Einen Blick in den biologischen Gärprozess liefert
der FOS / TAC (FOS = flüchtigen organischen Säuren, TAC = Carbonat-Pufferkapazität) Parameter,
der durch eine Titration einfach zugänglich ist.
Biogas in Deutschland
Durch das Stromeinspeisegesetz (StrEG) 1991
wurde die wirtschaftliche Grundlage für den Bau
von dezentralen kleinen Energiegewinnungsanlagen geschaffen. Die Anzahl der Biogasanlagen
steigt seitdem kontinuierlich an. Der Anteil der
erneuerbaren Energien am Primärenergieverbrauch in Deutschland betrug 2010 9,4 % (Abb. 1).
Davon war ein Löwenanteil von 71 % Bioenergie. Die Anzahl der Biogasanlagen von etwa
7.000 steigt kontinuierlich und proportional direkt damit verbunden die produzierte elektrische Leistung von 2300 MWatt.
© Bernd Schwabe
Der Energiegehalt von Biogas hängt von Methananteil ab. Dieser liegt zwischen 50 % und
70 %, je nach Prozess. Die Zusammensetzung
des Biogases kann dabei in einem weiten Bereich schwanken (Methan (CH4) 40 – 75 %; Kohlendioxid (CO2) 25 – 55 %; Schwefelwasserstoff
(H2S) 50 – 5000 ppm; Ammoniak (NH3) 0 – 1 %;
Wasserdampf (H2O) 0 – 10 %; Stickstoff (N2)
0 – 5 %; Sauerstoff (O2) 0 – 2 %; Wasserstoff (H2)
0 – 1 % ). Ein m3 Methan hat einen Energiegehalt von 9,97 kWh. Der Energiegehalt des Biogases liegt bei 5 – 7,5 kWh / m3, das entspricht dem
Energiegehalt von ca. 0,6 l Heizöl.
Es wird damit gerechnet, dass der Anteil der
nachwachsenden Rohstoffe insgesamt in den
nächsten Jahren auf über 20 % steigen wird. Ein
Vorteil der Biogasanlagen ist dabei die dezentrale Verteilung der Anlagen und gleichmäßige
und kontinuierliche Erzeugung von Biogas. Die
Energie kann sowohl für die Grundversorgung
als auch für die Zusatzversorgung verwendet
werden, ein Vorteil im Vergleich mit z. B. der Solarenergie.
Der biologische Abbauprozess zu Biogas
Biogasanlagen werden hauptsächlich mit nachwachenden Rohstoffen (Nawaro, 47 %) und Exkrementen (45 %) betrieben, hinzu kommen
Bioabfälle (7 %) und industrielle- und landwirtschaftliche Reststoffe (2 %) Dabei kommen sehr
unterschiedliche Rohprodukte in Frage.
Abb. 1 Energieverbrauch und Anteil der erneuerbaren Energie [1]
Prozessanalytik/PAT
Die eingesetzten Rohstoffe liefern unterschiedliche Mengen an Biogas mit unterschiedlichen
Methananteilen (Tab.1). Der biologische Abbauprozess läuft nach Abbildung 2 ab. Dieser Prozess findet in vier Schritten statt. Im ersten
Schritt, der Hydrolyse, werden die zerkleinerten
Substrate zu Fettsäuren, Aminosäuren und Zucker in Form von niedermolekularen Bausteinen
gespalten. Dieser Prozess ist der langsamste
Teilschritt und bestimmt daher die Geschwindigkeit des Abbauprozesses. Der zweite Schritt ist
die Fermentation oder Versäuerung, in der Carboxylsäuren und Alkohole gebildet werden. Die
dritte Phase ist die Essigsäurebildung, die mit
dem Entstehen von Kohlendioxid und Wasserstoff einhergeht. Dies ist eine stark endotherme
Reaktion, die nur bei sehr niedrigem Wasserstoffpartialdruck stattfinden kann. Im vierten
und letzten Schritt wird durch die Methanbakterien aus H2 und CO2 das Methanol hergestellt.
Dieser Schritt ist der „Motor“ des Vergärungsprozesses, obwohl der größte Teil des Methans
aus Essigsäure gewonnen wird.
Die Zusammensetzung der eingesetzten
Substrate an Kohlenhydraten, Eiweißen und
Fetten beeinflusst die Zusammensetzung der
Zwischenprodukte und die Geschwindigkeit
der Hydrolyse. Der entstehende Wasserstoff
hat einen großen Einfluss auf den Gesamtprozess und muss ausreichend abgeführt werden.
Da die einzelnen Teile des Prozesses mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ablaufen und
die Steuerung nur sehr schwerfällig über die
„Fütterung“ mit unterschiedlichen Substraten
möglich ist, muss der Prozess sorgfältig überwacht werden.
Obwohl Temperatur und pH-Wert der einzelnen Prozessschritte wichtig sind, sind die
besseren Prozessparameter die Menge der
gebildeten Essigsäure und die CO2-Menge. Die
Gehaltsbestimmungen von Essigsäure, Kohlen-
Tab. 1: Eingesetzte Rohstoffe (Substrate) in
Biogasanlagen [1].
Abb: 2: Abbauprozess zu Biogas [1]
Abb. 3: Titrationskurven von Hydrogencarbonat und Acetat und einem Gemisch
Material
Biogasertrag in m³
pro Tonne
Frischmasse
Methangehalt
Maissilage
202
52 %
Grassilge
172
54 %
Roggen-GPS
163
52 %
Futterrübe
111
51 %
Bioabfall
100
61 %
Hühnermist
80
60 %
Zuckerrübenschnitzel
67
72 %
Schweinemist
60
60 %
Rindermist
45
60 %
Getreideschlempe
40
61 %
Schweinegülle
28
65 %
Rindergülle
25
60 %
säure und ihren Salzen werden als klassische
Säure-Base-Titrationen durchgeführt.
Quantifizierung durch FOS / TAC Titration
Was auf den ersten Blick einfach aussieht,
wird allerdings bei genauerer Betrachtung
kompliziert. Die Titrationskurven der Kohlensäure (oder auch Carbonat, bzw. Hydrogencarbonat aus CO2 und Wasser) und der organischen Säuren überlagern sich. Der pKs-Wert
der Kohlesäure liegt bei ca. 6,4, die pKs-Werte
der organischen Säuren Essigsäure, Propionsäure, Valeriansäure und Buttersäure zwischen 4,75 und 4,86.
Abb. 4:
TL 6000 Titrationssystem
zur FOS / TAC Titration
Wird das Hydrogencarbonat bis zu einem
Endpunkt von pH = 4,3 titriert (oder der Äquivalenzpunkt ermittelt…), wird schon ein erheblicher Anteil von Acetat mit erfasst. Eine
Unterscheidung der beiden Äquivalenzpunkte
ist bei einer normalen wässrigen Titration nicht
möglich. Diese ist ab einem Unterschied von ca.
3 pKs-Einheiten erkennbar.
Abbildung 3 zeigt die Carbonat-Titrationskurve in Blau und die Acetatkurve in Pink. Liegen beide zusammen vor, verschiebt sich die
orange Titrationskurve mit der Summe von beiden Säuren. Eine Unterscheidung von Äquivalenzpunkten ist nicht möglich. Es wurden daher
empirische Rechenfaktoren entwickelt, um aus
Prozessanalytik/PAT
der Summenkurve die Hydrogencarbonat- und Acetatanteile herauszurechnen.
McGee stellte [2] einen Zusammenhang zwischen der Konzentration der Fettsäure und dem Reziprokwert der Steigungskurve (und
damit der Fettsäurekonzentration
pro pH) her. Die so erhaltene Gerade erinnert auch an eine (ältere
Form der) Gran-Funktion. Mit der
so erhaltenen Geradengleichung
entwickelte Nordmann das FOS /
TAC-Verhältnis [3]. Überprüft wird
das Verfahren von Buchauer [4].
In einer ersten Titration bis zu
einem pH von 5,0 wird mit 0,05
mol / l Schwefelsäure titriert. Dieser Verbrauch wird dem Hydrogencarbonat zugerechnet. Da nicht bis
zum Äquivalenzpunkt oder dem
typisch verwendeten Endpunkt
von pH = 4,3 titriert wird, wurden
von McGee und Nordmann Korrekturfaktoren entwickelt. Dieser
so erhaltene Wert wird als TAC bezeichnet. Von dem pH 5 wird weitertitriert auf pH 4,4. Der Verbrauch
zwischen pH 5 und pH 4,4 wird als
FOS bezeichnet und den flüchtigen
Fettsäuren zugerechnet. Details
finden sich in [5].
Ist der TAC-Verbrauch größer
als der FOS-Verbrauch ist bei dem
Abbauprozess mehr CO2 erzeugt
worden. Für einen gesunden Prozess werden Werte für ein Verhältnis von FOS zu TAC von bis zu 0,3
erhalten. Es ist also nicht wichtig,
wie hoch die Ergebnisse von TAC
und FOS sind, sondern wie das
Verhältnis zueinander ist. Wird zu
viel Säure (erkennbar an einem
größeren FOS-Wert) produziert,
kann dies den pH-Wert senken und
zu einem Erliegen des Prozesses
führen.
schiedlichen pflanzlichen und tierischen Rohstoffen. Voraussetzung ist
sichere Bedienung des Titrators unter einfachen Verhältnissen, die zu
robusten Ergebnissen führt.
Literatur beim Autor erhältlich.
Da es sich Endpunktstitrationen handelt, ist eine Kalibration der pH-Elektrode erforderlich. Empfohlen werden die Puffer pH 7,00 und pH 4,00.
Zusammenfassung
Der FOS / TAC Quotient lässt direkte
Rückschlüsse auf den Ablauf des Ab-
bauprozesses in einem Biogasreaktor zu. Auch wenn die Verhältnisse
im Reaktor kompliziert und empfindlich sind, besteht doch mit der
FOS / TAC Titration eine einfache
Möglichkeit, den Reaktor effizient zu
steuern. Die Steuerung funktioniert
in erster Linie durch angepasstes
„Füttern“ des Bioreaktors mit unter-
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Dr. Jürgen Peters
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Die Praxis der FOS /
TAC Titration
Die Theorie scheint schwierig, ist in
der Praxis jedoch einfach zu meistern. Ein moderner Titrator (Abb. 4)
titriert mit einer pH-Elektrode und
einem Aufsatz mit 0,05 molarer
Schwefelsäure automatisch bis zu
den zwei Endpunkten, zunächst pH
5,0 und dann bis pH 4,4. In einer
ersten Formel wird der TAC-Wert berechnet, in einer zweiten Formel der
FOS-Wert, in einer dritten Formel
das FOS / TAC-Verhältnis. Neben den
drei Ergebnissen gibt die dokumentierte Titrationskurve die Sicherheit
einer plausiblen Auswertung. Die
Formeln werden berechnet nach:
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IN HALLE 4.1 STAND G 61
Prozessanalytik/PAT
Immer im Bild mittels Prozess-Spektroskopie
Spektroskopische Methoden für die Prozessanalytik
Das Wissen über ein Produkt ist ein Teil
der Wertschöpfung. Dieses gilt nicht
nur für das Produkt selbst, sondern für
den gesamten Produktzyklus von den
Rohstoffen über das Produkt bis zur
Rücknahme als Abfall oder Wertstoff.
Spektroskopische Methoden sind in der Regel
zerstörungsfrei und liefern stetig Informationen,
die zur Prozess-Steuerung eingesetzt werden
können. Präzise Messungen unter Prozessbedingungen wurden vor allem durch die Entwicklung
leistungsfähiger Sonden und Durchfluss-Systeme möglich. In Kombination mit multivariater
Datenanalyse lassen sich diese Methoden auch
zur Identifizierung und Quantifizierung von
Stoffströmen einsetzen.
Globale Wettbewerbsvorteile durch
gute Prozessführung
Überlegene Produktionsverfahren erfordern eine
fortwährende Kontrolle der geforderten Produktqualität und eine ständige Verbesserung des
Wissens über den Prozess. Sensoren helfen dabei,
alle relevanten Messgrößen an kritischen Stellen
aufzunehmen. Als „Sinnesorgane der Prozessleittechnik“ ermöglichen sie erst die qualitätsoptimierte Automatisierung der Verfahren. Dieses ist
wichtig für eine stets optimale Nutzung von Anlagen, Rohstoffen und Energie in Verbindung mit einer guten Prozessführung im Sinne des Erhalts
globaler Wettbewerbsvorteile in den Branchen
Chemisch-pharmazeutische Industrie, Energieerzeugung, Petrochemie, Nahrungsmittel, Papierund Zellstoff oder Wasserversorgung.
Dafür wird heute bereits, im wesentlichen zur
Registrierung und Überwachung, eine breite Palette von Methoden der Prozessanalysentechnik
eingesetzt. Die dominierenden Messgrößen sind
physikalische Parameter wie Temperatur, Druck,
Mengen- und Massenströme, Drehzahlen oder
Größen wie Leistungen und Wärmetönungen.
Stehen die zur Kontrolle einer Produktionsanlage online erhaltene Daten zur Verfügung, kann
der Verlauf eines Prozesses oder einer Reaktion
ausreichend widergegeben und augenblicklich
optimal gesteuert werden.
Man erkennt aber in zunehmendem Maße,
dass ein Endprodukt als Resultat der gesamten
Prozesskette betrachtet werden muss und seine
Eigenschaften und seine Qualität folglich auch
mit den Schlüsselparametern aus der gesamten
Prozesskette verknüpft sind. Dieses geht in vielen
Prozessen sogar bis zu den dafür eingesetzten
Rohstoffen zurück. Ist man über alle relevanten
Eigenschaften entlang eines Produktionsprozesses
informiert, erhält man ein besseres Bild über die
Qualität eines Produktes oder Zwischenproduktes
als durch die Zertifizierung des Endproduktes – die
heute noch allgemein als Qualitätsmaß akzeptiert
wird. Verschiebt man die Prozessanalysentechnik
entlang des Prozesses weiter nach vorn, lassen
sich Abweichungen von vorgegebenen Richtwerten und mögliche Risiken in Produktions- und Fertigungsprozessen sofort erkennen und beseitigen,
nicht erst „post mortem“.
Um zeitnah auf veränderte Prozessparameter reagieren zu können, ist es in zunehmendem
Maße nötig, neben den eingangs genannten
klassischen Messgrößen, weitere spezifische Informationen zu erlangen. Deshalb erweitern instrumentell-analytische Techniken das Spektrum
zur optimalen Steuerung anspruchsvoller Produktionsprozesse [2], wobei spektroskopischen
Methoden eine besondere Bedeutung zukommt.
▪▪ Schwingungsspektroskopie (NIR-, IR- und
Raman-Spektroskopie)
▪▪ UV/VIS-Spektroskopie
▪▪ Fluoreszenzspektroskopie
▪▪ Massenspektrometrie
▪▪ Röntgenfloureszenzspektroskopie (RFA)
Zusätzlich zu diesen Methoden werden auch relativ neue Ansätze für die Prozessanalytik verfolgt
wie z. B. die Terahertz-Spektroskopie, laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) oder die (quantitative) Kernresonanzspektroskopie (als Online-NMRund Time-Domain-NMR-Spektroskopie) [3,4].
Optisch spektroskopische Verfahren –
Ankopplung über Lichtleiter
Optisch-spektroskopische Verfahren sind nichtdestruktiv und benötigen häufig wenig oder
keine Probenaufbereitung. Je nach Verfahren
werden Absorption, Reflexion (Farbe), Emission
von Licht, Schwingungseigenschaften von Molekülen und Melekülgruppen oder bei RFA oder
LIBS, die elementare Zusammensetzung der
untersuchten Materialien erfasst. Es gibt ein
großes Angebot von preisgünstigen, anwendungsoptimierten Spektrometern und auch
die Kosten der einzelnen Messung sind in
der Regel gering.
Ein wesentliches Merkmal von optischen Prozessspektrometern stellt die
Ankopplung von Sonden oder die
Nutzung von Durchflusszellen dar.
Über lichtleitergekoppelte Sonden ist es möglich, Spektrometer und Einsatz im Prozess
räumlich zu trennen und
somit direkt in einzelne
Prozesse zu schauen.
Je nach Einsatzgebiet
und erforderlichem Wellenlängenbereich stehen
unterschiedliche Sondenmaterialien und -aus
führungen sowie die dazugehörigen Lichtleiterfasern, deren Zusammensetzung sich nach der
Transparenz der verwendeten Materialien im
jeweils untersuchten Spektralbereich richtet, zur
Verfügung [2].
Nicht zuletzt aufgrund der strapazierfähigen und kostengünstigen Quarzfasern zur
Anbindung einer Vielzahl von auf dem Markt
verfügbaren passgerechten Sonden stellt die
NIR-Spektroskopie (NIRS) die am häufigsten
eingesetzte spektroskopische Methode im Prozess dar. NIRS wird routinemäßig für die Untersuchung fester, pulverförmiger oder flüssiger
Proben sowohl für die quantitative Bestimmung definierter Zielgrößen als auch für die
Klassifikation von Materialien verwendet [5].
Unverzichtbare Grundlage dafür ist eine sorgsame Kalibration der Systeme unter Einsatz
moderner chemometrischer Verfahren.
Neben NIR-Spektrometern gibt es ein zunehmendes Angebot prozesstauglicher Spektrometer und Sonden für die UV/VIS-, Ramanund Fluoreszenzspektroskopie, wobei letztere
z. B. in der Biotechnologie eingesetzt werden
[6]. Weitere Beispiele für Messverfahren, die
derzeit als Online-Methoden kommerziell verfügbar werden, sind Cavity-ring-down-Spektroskopie oder laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) [7].
Chemometrie –
Von den Daten zu Erkenntnissen
Für die Aus- und Bewertung prozessanalytischer
Daten (i. d. R. Spektren) steht eine Vielzahl von
statistisch-numerischen Auswerteverfahren zur
Verfügung. In Abhängigkeit von der analytischen
Aufgabe und der Form der Spektren lassen sich
wichtige Fälle unterscheiden (kein Anspruch auf
Vollständigkeit):
Qualitative Konfirmation
▪▪ ein Analyt: Vergleich des „Pattern“ (i. a. eine
Liste der Peaklagen in der Frequenz- oder
Verschiebungsdomäne) mit Datenbankdaten
▪▪ mehrerer Analyte: multivariate Diskriminanzanalyse (DA), ggf. Vergleich der einzelnen
„Pattern“ (i. a. eine Liste der Peaklagen in
der Frequenz- oder Verschiebungsdomäne)
mit Datenbankdaten
Quantitative Bestimmung
▪▪ ein Analyt in einer undefinierten Matrix, gut
separierter spektraler Peak des Analyten:
„klassische“ Auswertung nach Peakhöhe
oder Peakfläche auf Basis einer Kalibrierung
▪▪ ein Analyt in einer undefinierten Matrix, mit
überlappenden spektralen Peaks aus Störsignalen: multilineare Regression unter Nutzung weiterer Stützstellen (Wellenlängen,
chemische Verschiebungen, etc.)
▪▪ mehrere Analyte in einer undefinierten Matrix, überlappende spektrale Peaks: Principal
component analysis (PCA) unter Nutzung
weiterer (einer Vielzahl von) Stützstellen
(Wellenlängen, chemische Verschiebungen,
etc.), Regression über die Hauptkomponenten (PCR) auf Basis einer multivariaten
Kalibrierung
▪▪ mehrere Analyte als Mischung, unstrukturierte Gesamtspektren: Partial leastsquares analysis (PLS) unter Nutzung aller
vorhandenen Daten, oder Multivariate
curve resolution (MCR). Letztere liefert im
Soft-modelling-Ansatz Lösungen für das
analytische Mischungsproblem sowie numerische Lösungen für die Einzelspektren, die
allerdings nicht immer den physikalisch-chemischen Grundlagen entsprechen. Besser ist
der Hard-modelling-Ansatz, der die physikalischen Spektren der Einzelkomponenten als
Basisfunktionen für die GemischspektrenAnpassung verwendet.
Wenn möglich, sollte eine Entscheidung über
das adäquate Auswerteverfahren vor den experimentellen Untersuchungen getroffen werden.
Bei unbekannten Analyten und/oder Analytgemischen kann ein Vorab-Screening und eine
ergebnisoffene Anwendung verschiedener Auswerteverfahren hilfreich sein.
Soweit multivariate Verfahren zur Anwendung kommen, können die Originalspektren
vorab bearbeitet werden. Normalerweise wird
man eine Korrektur durch Abzug des Rauschspektrums (Blankprobe und gesamtes analytisches Verfahren) vornehmen, außerdem wird
man das daraus gewonnene Spektrum glätten,
bspw. durch die Anwendung eines SavitzkyGolay-Filters. Dies ist eine gleitende polynomiale Glättung, bei der i. d. R. die Polynomordnung sowie die Spannweite der Glättung
vorab gewählt werden kann. Für die Methoden
der DA, PCA, PCR, PLS, sowie MCR lässt sich
nach Glättung der experimentellen Daten auch
die 1. bzw. 2. Ableitung der Messdaten verwenden, was im jeweiligen Einzelfall zu einer
deutlichen Erhöhung der Trennschärfe führen
kann.
Nach Verifizierung (cross validation) des
gewählten Modells lassen sich zuverlässige
Aussagen über die aktuellen Mischungsverhältnisse der Analyte in der jeweiligen Matrix
treffen. Betrachtungen der Messunsicherheit
multivariater Messverfahren sind bislang i. w.
noch nicht verfügbar.
Prozessanalytik/PAT
Online-Massenspektrometrie –
Die Spürnase für den Prozess
Die massenspektrometrische Analytik ist eine
universelle analytische Technik, die eine enorme
Verbreitung gefunden hat und sehr vielseitig eingesetzt wird. Der Grund dafür liegt in der Universalität des Messprinzips, das sich durch hohe Selektivität, Multikomponentenfähigkeit, kurze
Messzeiten, sehr gute Empfindlichkeit und eine
weite Messbereichsdynamik auszeichnet. Die
Massenspektrometrie ist eine molekulare Bestimmungsmethode. Das Probengemisch wird
unter Vakuumbedingungen in der Ionenquelle
ionisiert und die gebildeten Ionen (geladene Atome, Moleküle und Molekülfragmente) werden
dann durch ein Trenn- und Detektionssystem
nach ihrer Teilchenmasse sortiert und quantifiziert. So liefert z. B. die massenspektrometrische
Bestimmung eines Gasgemisches, das sechs verschiedene Komponenten enthält, im Sekundentakt Konzentrationswerte für alle Komponenten.
In der Prozessanalytik werden heute für die Online-Analytik von Gasen, Gasgemischen und
leicht verdampfbaren Produktströmen überwiegend die klassischen, robusten Massenspektrometer (Quadrupol und Sektorfeld) teilweise routinemäßig eingesetzt. Sie kommen dabei in der
Prozessüberwachung und -steuerung, bei der
Qualitätskontrolle, der Schwellwertüberwachung
und vielen weiteren Spezialanwendungen zum
Einsatz. In der Entwicklung befinden sich prozessanalytische Anwendungen der modernen massenspektrometrischen Methoden (Ionenfalle,
Time-of-Flight und Ionisationstechniken für flüssige und feste Proben). Bei dem weitergehenden
Trend zur Miniaturisierung und zum mobilen Einsatz der Prozessanalysengeräte wird auch die der
Massenspektrometrie verwandte Technik der Ionenmobilitäts-Spektrometrie in Zukunft eine große Rolle spielen können.
Online-NMR-Spektroskopie für
besonders komplexe Prozesse
Die NMR-Spektroskopie (kernmagnetische Resonanz) zählt heute zu den wichtigsten instrumentell analytischen Methoden in den Naturwissenschaften und der Medizin. Aus NMR-Spektren
lässt sich eine Fülle chemischer und physikalischer Informationen ablesen, z. B. über die Anordnung funktioneller Gruppen im Molekül sowie
deren räumliche Orientierung. Hochaufgelöste
NMR-Spektren werden hauptsächlich von flüssigen Mischungen aufgenommen. Da die Intensitäten der NMR-Signale direkt proportional zur Anzahl der beobachteten Kerne sind, lassen sich
gleichzeitig quantitative Aussagen ohne die Notwendigkeit einer Kalibrierung machen.
Als Online-Methode eignet sich die hochauflösende NMR-Spektroskopie besonders zum
rückwirkungsfreien Studium der Eigenschaften
und des Verhaltens komplexer Multikomponentenmischungen unter technischen Bedingungen.
Messungen sind auch ohne die sonst übliche
Probenvorbereitung in deuterierten Lösungsmitteln möglich. Die NMR-Spektroskopie gehört zu
den wenigen nicht-invasiven analytischen Methoden, die in der Lage sind, quantitative und
zugleich detaillierte, chemisch strukturelle Aussagen über komplexe reagierende Mischungen
zu liefern, beispielsweise auch über nicht isolierbare Zwischenprodukte.
Die hochaufgelöste Online-NMR-Spektroskopie wird wegen ihrer Investitionskosten und des
messtechnischen Anspruchs derzeit noch nicht
routinemäßig für die Prozessanalytik genutzt. Hier
ist heute vielmehr die Time-Domain-NMR-Spektroskopie in der Anwendung. Außerdem sind die Entwicklungen aus dem Bereich der Medium-Resolution-NMR-Spektroskopie sehr vielversprechend.
Für Upscaling und den Bereich des Technikums
ist die hochaufgelöste Online-NMR-Spektroskopie
hervorragend geeignet. Mit ihr lassen sich häufig
eingesetzte spektroskopische Online-Techniken,
wie z. B. die NIR-, UV/VIS- oder Raman-Spektroskopie für die Prozessanalytik validieren.
Herausforderungen
der Online-Messtechnik
Eine erhebliche Herausforderung der OnlineMesstechnik ist die Kalibrierung und Justierung
ohne Prozessbeeinträchtigung. Dazu werden
Kennlinien bzw. Auswertemodelle in den Sensor
verlagert. Wichtig für diese Modelle ist die Qualität der Referenzdaten bei der Kalibrierung. Die
Probenentnahme von Vergleichsproben unter
Prozessbedingungen in einem ausreichend umfangreichen Datenraum ist sehr aufwendig. Sie
kann oft nur unter Prozessbedingungen mit echten Proben aus dem Prozess erfolgen, teils unter
besonderen Bedingungen, wie sie beim An- und
Abfahren von Anlagen erreicht werden.
Kurse und Tagungen
zum Thema Prozessanalytik
„Spektroskopie und Sensorik in der
Prozessanalytik“, 7. Kolloquium des
Arbeitskreises Prozessanalytik in der
GDCh-Fachgruppe Analytische Chemie
und in der DECHEMA, 2.–3. Dezember
2012 in Berlin (arbeitskreis-prozessanalytik.de)
„Prozessspektroskopie – Grundlagen“, 13.–15.
November 2012 in Berlin (GDCh Weiterbildung)
„Schwingungsspektroskopie für Qualitäts- und
Prozesskontrollen“, 18.–20. September in Essen
(GDCh Weiterbildung)
Literatur
[1]Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 2015+“,
NAMUR Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie und VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungs-technik (GMA):
http://www.namur.de und http://www.vdi.de/gma/
prozesssensoren2015
[2] Kessler R. W. (Hrsg.): Prozessanalytik. Weinheim: Wiley-VCH, (2006)
[3]Maiwald M. et. al.: J. Magn. Reson., 166, 135–146
(2004)
[4] Dalitz F. et.al.: Prog. NMR Spectr. 60, 52–70 (2012)
[5] Ozaki Y. et.al.: New Jersey, John Wiley & Sons (2007)
[6]Hantelmann K. et.al.: J Biotechnol 121, 410–417
(2006)
[7]B. Bousquet, et al.: Spectrochim Acta B 63, 1085–
1090 (2008)
▶ ▶K ontakt
Dr. Wolfram Bremser
Dr. Andrea Paul
Dr. Michael Neugebauer
Dr. Michael Maiwald
BAM Bundesanstalt für Materialforschung
und -prüfung,
Berlin
[email protected]
Dr. Michael Brudel
Umdenken
Weyhe
[email protected]
Read the Reviews issue
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Reviews 2012
394580212
MPOT004528
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Prozessanalytik/PAT
Biogas
Biologische Entschwefelung ohne Lufteintrag
Biogas muss vor der motorischen Nutzung oder vor der Einspeisung in das Erdgas-
Konzentrationen unter 50 ppmv H2S gereinigt.
22 Dipl.-Ing. (FH) Bettina
Sayder, wissenschaftliche Mitarbeiterin,
Fraunhofer-Institut für
Umwelt-, Sicherheitsund Energietechnik
Umsicht
Einleitung
Verfahrensbeschreibung
netz entschwefelt werden. Mit Hilfe des von Fraunhofer Umsicht entwickelten biologischen Grobentschwefelungsverfahrens BioSX wird Biogas ohne Zugabe von
Luft in den Biogasstrom und ohne Erzeugung stark saurer Reaktionsprodukte auf
Bei der Biogaserzeugung wird durch die Vergärung organischer Stoffe ein energetisch hochwertiges Gas gebildet, das hauptsächlich aus
Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) besteht. In
Abhängigkeit von den verwendeten Substraten
kann neben anderen Spurenstoffen auch Schwefelwasserstoff (H2S) in einer Konzentration ent-
stehen, die eine Aufbereitung notwendig macht.
Ein störungsfreier Betrieb von modernen Gasmotoren oder die Einspeisung in das Erdgasnetz ist
z. B. ohne eine vorhergehende Entschwefelung
des Biogases nicht möglich. Das von Fraunhofer
Umsicht entwickelte biologische Grobentschwefelungsverfahren lässt sich wie in Abbildung 1
dargestellt in den Biogasprozess integrieren.
Abb. 1: Integration des biologischen Grobentschwefelungsverfahrens in eine Biogasanlage
22 Dipl.-Ing. (FH) Sabine
Strauch, wissenschaftliche Mitarbeiterin,
Fraunhofer-Institut für
Umwelt-, Sicherheitsund Energietechnik
Umsicht
Für die Erprobung und Weiterentwicklung des Verfahrens wurde eine Pilotanlage im Technikumsmaßstab gebaut und im Nebenstrom an eine landwirtschaftliche Biogasanlage angeschlossen. Die
Pilotanlage besteht aus den zwei Hauptkomponenten „Bioreaktor“ und „Konditionierungsbecken“ (Abb. 2). Im Kopf des 3,5 m hohen Bioreaktors befindet sich eine Verteilerdüse, der untere Teil
ist mit Kunststoffrohren als Aufwuchsflächen für
Mikroorganismen gefüllt. Das Rohgas wird mit einem Volumenstrom von bis zu 2 Nm3 / h in die Anlage eingeleitet und dort gereinigt.
In Abbildung 3 werden der Gasweg und der
Waschflüssigkeitskreislauf anhand eines vereinfachten Verfahrensfließbildes dargestellt. Das
Rohgas aus der Biogasanlage wird im Gegenstrom zur Waschflüssigkeit durch den Bioreaktor geleitet. Die Waschflüssigkeit nimmt den
Schwefelwasserstoff auf, und die schwefeloxidierenden Bakterien bauen den absorbierten
Schwefelwasserstoff zu Schwefel oder Sulfat
um. Als Waschflüssigkeit wird verdünnter und
separierter Gärrest eingesetzt, der eine gute pH-
Prozessanalytik/PAT
Abb. 3: Abbaudiagramm
Abb. 2: Foto der BioSX-Anlage
Pufferkapazität aufweist und gleichzeitig alle
Nährstoffe für die Versorgung der schwefeloxidierenden Bakterien enthält.
In dem Konditionierungsbecken mit einem
Füllvolumen von 60 Litern wird die Waschflüssigkeit mit Luftsauerstoff angereichert, um so die
optimalen Lebensbedingungen für die Bakterien
zu schaffen. Idealerweise findet der größte Teil des
Schwefelwasserstoffabbaus bereits im Bioreaktor
statt. Dort bildet sich auf den als Aufwuchsflächen
geeigneten Rohrwandungen ein Biofilm, in dem
sich die Bakterien vermehren und den zugeführten
Schwefelwasserstoff direkt umsetzen. Die Waschflüssigkeit wird solange im Kreislauf geführt, bis
der pH-Wert auf einen Wert unterhalb von pH 6
absinkt. Um die entwickelte Bakterienkultur nicht
zu sehr zu verdünnen, wird die Waschflüssigkeit
immer nur teilweise durch frischen separierten
Gärrest ersetzt.
Ergebnisse
Die Abbauleistung der Pilotanlage wurde in
mehreren aufeinanderfolgenden Versuchsreihen
getestet. Bei optimalen Versuchsbedingungen
konnte eine Verminderung der H2S-Konzentration von 200 bis 300 ppmv im Rohgas auf unter
50 ppmv im Reingas erzielt werden (Abb. 4).
Eine Verminderung der Luftzufuhr oder eine Erhöhung des Rohgasvolumenstroms führte zu einer Verschlechterung der Abbauleistung.
Zusammenfassung
Der Verfahrensansatz bietet die folgenden Vorteile:
▪▪ Die Anreicherung des zur Schwefeloxidation erforderlichen Sauerstoffs erfolgt nur im
Waschmedium. Eine Verdünnung des Biogases durch Luft wird so vermieden.
▪▪ Das beladene Waschmedium hat einen
annähernd neutralen pH-Wert und kann
Abb. 4: Vereinfachtes Verfahrensfließbild
nach der Ausschleusung aus dem Wäscher
als hochwertiger Schwefeldünger eingesetzt
werden.
▪▪ Neben dem H2S wird gleichzeitig auch CO2
teilweise ausgewaschen. Dies erhöht die Methankonzentration des gereinigten Biogases.
Keywords:
Biogas, motorische Nutzung,
Entschwefelung, Biofilm,
Schwefelwasserstoff
Autoren
Dipl.-Ing. (FH) Bettina Sayder,
wissenschaftliche Mitarbeiterin,
Dipl.-Ing. (FH) Sabine Strauch,
wissenschaftliche Mitarbeiterin
Dipl.-Ing. Joachim Krassowski,
wissenschaftlicher Mitarbeiter
Dr.-Ing. Stephan Kabasci,
Geschäftsfeldleiter
alle Autoren Fraunhofer-Institut für Umwelt-,
Sicherheits- und Energietechnik Umsicht
▶ ▶K ontakt
Bettina Sayder
Fraunhofer-Institut für Umwelt-,
Sicherheits- und Energietechnik Umsicht
Oberhausen
Tel.: 0208/8598-1403
Fax: 0208/8598-1424
[email protected]
www.umsicht.fraunhofer.de
Medienversorgung/Reinstwasser/Gas
Echtzeitüberwachung von Gasen
Hohlfaser- und Mikrokanal-basierter Gassensor
Für die Echtzeitüberwachung von Gasen in der Umweltmesstechnik und anderen
Anwendungsbereichen stellt sich zunehmend die Forderung nach kompakten Gassensoren, die einen selektiven Nachweis von bestimmten Gasen gestatten und die
einfach zu handhaben sind. Durch Lichtleitung in einer Hohlfaser lassen sich große
Absorptionslängen bei geringem Messvolumen realisieren. Eine weitere Verringerung der Sensorgröße kann mit Mikrokanal-Wellenleitern erzielt werden, deren
Herstellung auf mikrosystemtechnischen Verfahren beruht.
Absorptionsspektroskopie
Die Absorptionsspektroskopie hat im Vergleich
zu nicht-optischen Verfahren den Vorteil, dass
sie sehr stoffselektiv ist, da die Absorptionslinien für jedes chemische Element so charakteristisch sind wie ein Fingerabdruck. Mittels Aufnahme eines Absorptionsspektrums lassen sich
daher Gase selektiv und empfindlich nachweisen. Jedoch ist für den Nachweis von schwach
absorbierenden Gasen eine große Absorptionslänge erforderlich. Für eine hohe Empfindlichkeit wird die erforderliche Absorptionslänge
durch Vielfachreflexionen der Strahlung in der
Gaszelle erzielt. Um bei genügend langen Ab-
Keywords:
Spektroskopie, Gassensor,
Hohlfaser, MEMS
Abb. 1: Schema eines Hohlfaser-basierten Gassensors auf der Grundlage der Laser-Absorptionsspektroskopie. Die Absorptionslinien des Gases in der
Hohlfaser erscheinen als Minima auf der Intensitäts-Strom-Charakteristik des Lasers. Unten ist das
normierte Absorptionsspektrum von Sauerstoff in
Luft bei Atmosphärendruck dargestellt, das mit einem VCSEL bei 760 nm und einer 2 m langen Kapillarfaser als Messzelle aufgenommen wurde.
sorptionsstrecken die Sensorgröße möglichst
klein zu halten, wird in vielen Arbeitsgruppen
an geeigneten kompakten Messzellen mit kleinem Befüllungsvolumen gearbeitet [1–3].
Alternative zur Messzelle
Eine der Möglichkeiten ist der Ersatz der Messzelle durch eine Hohlfaser, die den Messstrahl
über lange Strecken führen kann. Die Idee ist
in Abbildung 1 skizziert. Es wird eine schmalbandige Laserdiode verwendet, die über einen
bestimmten Wellenlängenbereich durchstimmbar ist und in deren Durchstimmbereich die
Absorptionslinien des zu untersuchenden Gases liegen. Die Wellenlängendurchstimmung
erfolgt i. Allg. über den Diodenstrom, ist aber
auch über die Temperatur der Laserdiode möglich. Fällt bei der Durchstimmung die Laserwellenlänge mit einer Absorptionslinie zusammen,
zeigt die Intensitäts-Strom-Charakteristik der
Laserdiode ein typisches Minimum, dessen Tiefe ein Maß für die Konzentration des Gases ist.
Ein Vorteil dieses laserspektroskopischen Verfahrens liegt darin, dass die ungestörten Berei-
Abb. 2: Profil einer metallbeschichteten Kapillarfaser. Silber wird üblicherweise als Metallschicht verwendet.
Der Innendurchmesser solcher Fasern
liegt im Bereich von 300 µm bis 1000
µm.
che der Intensitäts-Strom-Charakteristik die
Basislinie für den Transmissionsgrad bilden
und damit keine Vergleichsmessung erforderlich ist. Als lichtleitende Hohlfasern bieten sich
photonische Kristallfasern (PCF) mit Hohlkern
und Kapillarfasern an. PCFs sind neuartige optische Fasern, deren periodisch strukturierter
Mantel die Lichtführung im Faserkern in einem
bestimmten Wellenlängenbereich bewirkt [4].
Kapillarfasern sind extrem dünne Glaszylinder
mit Innendurchmessern zwischen 300 µm und
1000 µm, die auf der Innenseite mit einer Metallschicht (häufig Silber) verspiegelt sind.
Manche Kapillarfasern haben zusätzlich eine
dielektrische Schutzschicht, um die Oxidation
der Silberschicht zu verhindern (Abb. 2).
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Abb. 3: Aufsicht eines in
den Glaswafer geätzten,
kreisförmigen MikrokanalWellenleiters mit Umkehrung durch die S-Struktur
im Zentrum zur Kanalrückführung (links) sowie Querschnitt des Mikrokanals
mit Goldbeschichtung
(rechts).
Die Eignung beider Fasertypen hinsichtlich ihres Transmissionsverhaltens wurden
untersucht [3]. Die Dämpfung der verwendeten PCF liegt bei 0,4 dB / m bei 760 – 800 nm,
was Absorptionslängen von mehreren Metern
ermöglichen würde. Überraschenderweise
stellte sich jedoch heraus, dass bei der durch
die Laserbandbreite bestimmten hohen spektralen Auflösung von ca. 30 MHz die Wellenlängenabhängigkeit des Transmissionsgrads
der PCF erhebliche statistische Variationen
aufweist. Diese Variationen begrenzen die
Nachweisgrenze und machen die Detektion
von schwach absorbierenden Gasen nahezu
unmöglich.
Kapillarfasern haben eine relative hohe
Dämpfung von 5 – 10 dB / m, die wesentlich
von der Fasergeometrie (Innendurchmesser
und Biegeradius) und vom Einkoppelwinkel
abhängt. Dadurch wird die mögliche Ab-
sorptionslänge auf ca. 2 m begrenzt. Bedingt
durch das breitbandige Reflexionsverhalten
der Silberbeschichtung lässt sich eine Kapillarfaser im Unterschied zur PCF in einem großen Spektralbereich von sichtbar bis infrarot
verwenden, ihr spektraler Transmissionsgrad
weist auch bei der hohen Auflösung keine statistische Variationen auf [3]. Allerdings sind
Kapillarfasern steifer, was ihren minimalen
Biegungsradius begrenzt.
Es wurde ein Sauerstoff- und ein Kohlendioxid-Sensor mit einer 2m langen Kapillarfaser aufgebaut [3]. Als Strahlungsquellen
werden oberflächenemittierende Laser (VCSEL) bei 760 nm (O2) bzw. bei 2,0 μm (CO2)
verwendet. Die Wellenlänge der VCSELs wird
mit dem Diodenstrom durchgestimmt. In Abbildung 1 ist das mit dem O2-Sensor aufgenommene normierte O2-Spektrum von Luft bei
Atmosphärendruck dargestellt.
Mikrokanal-Wellenleiter
Eine wesentliche Miniaturisierung des Sensors
ist mit Hilfe der Mikrosystemtechnik möglich.
Für die Absorptionsstrecke wird ein Mikrokanal
benutzt, der in einen Glaswafer geätzt und mit
Gold beschichtet wird. Der so strukturierte Wafer wird mit einem ebenfalls mit Gold beschichteten Glaswafer abgedeckt (Abb. 3). Auf diese
Weise lässt sich der Sensor bei einer vergleichsweise preiswerten Technologie wesentlich kompakter als in den bisher beschriebenen
Konzepten aufbauen. Nutzbarer Spektralbereich und spektraler Transmissionsgrad verhalten sich ähnlich wie bei den Kapillarfasern.
Durch den kleineren Krümmungsdurchmesser
ist die Dämpfung des Mikrokanals jedoch größer als die der Kapillarfaser. Für eine Optimierung des Transmissionsgrads wurde die Geometrie des Wellenleiters (Kanaltiefe und -länge,
Abb. 4: Simulation der längenabhängigen Dämpfung eines Mikrokanals für verschiedene Kanaltiefen (links) sowie der tiefenabhängigen Dämpfung (rechts).
Rückführung des Lichts durch SStruktur, Abb. 3, und einfache
Kreisform mit Auskopplung im
Kreiszentrum) simuliert. Dabei
zeigte sich, dass die mit der Rückführung des Kanals verbundene
Umkehrung durch die S-Struktur
zu wesentlich höherer Dämpfung
führt als eine einfache kreisförmige Struktur. Aus Abbildung 4 ist
ersichtlich, dass erwartungsgemäß die Dämpfung mit wachsender Kanallänge zunimmt, wobei
jedoch die Steigung bei größeren
Längen abnimmt. Die Dämpfung
wird kleiner mit zunehmender Kanaltiefe bzw. -breite, wobei sich
die Abnahme der Dämpfung für
Kanaltiefen über ca. 160 µm stark
verringert.
Aufgrund dieser Ergebnisse
wurden kreisförmige Mikrokanalstrukturen hergestellt. Die
Auskopplung erfolgt im Zentrum
der Kreisstruktur durch ein Loch
im Deckelwafer. Diese Strukturen
werden z. Z. charakterisiert.
Auswertealgorithmus
für referenzzellenfreie
Sensoren
Als Messkurve des Kapillarfaserbzw. Mikrokanal-basierten Gassensors erhält man die IntensitätsStrom-Charakteristik des Lasers
mit den überlagerten Absorptionsminima, wobei die ungestörten
Bereiche die Basislinie für den
Transmissionsgrad bilden (Abb. 1).
Zur
Konzentrationsbestimmung
wurde ein Auswertealgorithmus
entwickelt, der zunächst die Lage
der Absorptionslinien erkennt. Der
aus der Hitran-Datenbank [5] entnommene theoretische Verlauf der
Gasabsorptionslinien mit den zugehörigen Linienparametern wird
danach an den normierten Transmissionsgrad, der aus IntensitätsStrom-Charakteristik gewonnen
wird, angepasst. Mit Hilfe des entwickelten Algorithmus können beispielsweise bei 760 nm Sauerstoffkonzentrationen ab 15000 ppm
mit einem relativen Fehler besser
als 0,03 % und einem absoluten
Fehler kleiner als 800 ppm für den
gesamten Konzentrationsbereich
bestimmt werden.
Ausblick
Die Echtzeitüberwachung von Gasen insbesondere in der Umweltmesstechnik spielt eine zunehmende Rolle. Beispiele sind
umweltrelevante Gase für die
Luftqualität oder die Sauerstoffkonzentration, die bei einer Vielzahl von Prozessen eine entscheidende Größe ist. Die entwickelten
Sensorkonzepte bieten die Grundlage für kompakte Gassensoren,
die für den praktischen Einsatz
vor Ort insbesondere zum selektiven Nachweis von schwach absorbierenden Gasen gut geeignet
und einfach zu handhaben sind.
Ihre hohe Selektivität ermöglicht
auch die Unterscheidung von Isotopen. Im Gesundheitsbereich
wird der Nachweis von unterschiedlichen Isotopen z. B. für Diagnose von gastroenterologischen
Krankheiten verwendet [6].
2, 9
01 A4
2
D
MA TAN
E
H ,S
AC 4.1
LL
HA
Literatur
[1]Ritari T. et al.: Optics Express 12
(17), 4080–4087 (2004)
[2]Hartwig S. und Lambrecht A.: Technisches Messen 75 (10), 555–564
(2008)
[3]Rodrigues A. et al.: Proc. Of SPIE
Vol. 8073 (2011)
[4]Russell, P. St. J.: Journal of Lightwave Technology 24, 4729–4749
(2006)
[5] Rothman L. S. et al.: J. Quant. Spect.
and Radiative Transfer 96, 139–204
(2005)
[6]Braden B. et al.: Scandinavian
Journ. of Gastroenterology 13 (5),
442–445 (1996)
Autoren
Alberto Rodrigues, Dr. Volker Lange, Prof. Dr. Dietrich Kühlke, Hochschule Furtwangen
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Spektroskopie
Messung von Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern
Die Terahertz-Spektroskopie mit breitbandigen, gepulsten Terahertz-Quellen
und einer kohärenten Nachweistechnik
eröffnet viele neue Möglichkeiten zur
Untersuchung von Gasen, Flüssigkeiten
und Festkörpern. Durch Vereinigung der
Eigenschaften benachbarter Frequenzbereiche (Mikrowellen und Infrarot)
können völlig neue Messverfahren eingesetzt werden. Die Kombination von
abbildenden Verfahren mit spektroskopischen Messungen erlaubt den Einsatz
in neuen Anwendungsfeldern, insbesondere im Bereich der zerstörungsfreien
Werkstoffprüfung, der Qualitätskontrolle oder der Sicherheitstechnologie.
Keywords:
THz-Spektroskopie,
Festkörperanalyse, Gasanalyse,
Flüssigkeitsanalyse
Terahertz-Wellen liegen im elektromagnetischen
Spektrum an der Schnittstelle zwischen Elektronik und Optik. Üblicherweise bezeichnet man
das Frequenzintervall zwischen 100 GHz und 10
THz als Terahertz-Strahlung oder -Wellen. Mit
Wellenlängen von 3 mm bis 30 μm decken sie
somit mehr als eine optische Oktave ab.
Die Eigenschaften von Materie im THz-Spektralbereich lassen sich anhand der Merkmale der
angrenzenden Spektralbereiche erklären (Abb. 1).
Für die längerwelligen Mikrowellen sind die meisten Dielektrika wie etwa Kunststoffe, Kleidung
oder Papier transparent. Auch THz-Strahlung
kann diese Materialien mit vergleichsweise geringer Abschwächung durchdringen. Damit sind
THz-Wellen für die bildgebende Durchleuchtung,
etwa eine zerstörungsfreie Materialprüfung, hoch
interessant. Hinzu kommen ihre spektroskopischen Möglichkeiten. Wie das höherfrequente Infrarot können sie einen spektralen Fingerabdruck
des durchleuchteten Materials liefern. Nahezu
alle polaren Gase zum Beispiel weisen in diesem
Spektralbereich schmalbandige Rotationsbanden
auf, die sich eindeutig den Molekülen zuordnen
lassen. Auch die meisten Makromoleküle, etwa
Biomoleküle, Proteine, Drogen, Sprengstoffe
oder Pharmazeutika, zeigen spektrale Signaturen
im THz-Bereich [1]. Bei Festkörpern und polaren
Abb. 1: THz-Spektralbereich im elektromagnetischen Spektrum
Flüssigkeiten sind diese Linien verbreitert. Problematisch sind Messungen von polaren Stoffen in
der flüssigen Phase. Für das stark polare Wassermolekül etwa bedeutet dies, dass Wasserdampf
diskrete Absorptionslinien im THz-Spektrum zeigt,
während flüssiges Wasser durch starke Stoßverbreiterung breitbandig absorbiert. Ein wenige
Mikrometer dicker Wasserfilm ist daher für THzStrahlung oberhalb von 500 GHz nahezu opak.
Der technologische Fortschritt der letzten
Jahre bei der Entwicklung von anwenderfreundlichen THz-Quellen und -Detektoren hat neue
Messmethoden ermöglicht, um spektroskopische Untersuchungen in allen drei Phasen (fest,
flüssig und gasförmig) durchführen zu können.
Zu den vielen neuen Entwicklungen gehört auch
die Erzeugung von THz-Strahlung mit Ultrakurzpulslasern. Mit Hilfe von Femtosekundenlasern und schnellen optischen Schaltern aus
Halbleitermaterialien lassen sich extrem kurze
THz-Impulse (< 1 ps) mit einem extrem breiten
Spektrum (> 5 THz) erzeugen, das breiter ist als
die Mittenfrequenz um 1 THz. Um spektroskopische Informationen aus den THz-Impulsen zu
gewinnen, die durch ein unbekanntes Medium
propagiert sind, verwendet man die so genannte
Zeitbereichs-Spektroskopie („time domain spectroscopy“ TDS). Dabei wird die Veränderung des
Spektroskopie
Impulses im Zeitbereich (elektrisches Feld) nach
Propagation durch das Medium analysiert und
über eine Fourier-Transformation die spektrale
Information (Amplitude und Phase) ermittelt.
Die spektroskopischen Eigenschaften in den
drei unterschiedlichen Phasen unterscheiden
sich charakteristisch im THz-Spektralbereich.
Während Gase schmale charakteristische Absorptionslinien zeigen, treten spektral definierte
Absorptionen bei Festkörpern nur für kristalline
Stoffe auf, die zudem noch stark spektral verbreitert sind. Bei amorphen Festkörpern und insbesondere Flüssigkeiten sind keine charakteristischen spektralen Fingerabdrücke zu beobachten.
Typische Ergebnisse für die einzelnen Spektralbereiche werden in den folgenden Abschnitten
präsentiert.
Abb. 2: Absorptionskoeffizient von NO und CO im Frequenzbereich von 0,5 THz bis 1,3 THz
Terahertz-Spektroskopie von Gasen
Polare Moleküle, wie z. B. CO, NO, NH3 und
H2O zeigen charakteristische schmalbandige
Absorptionen, die für eine Identifizierung oder
Quantifizierung herangezogen werden können. In Abbildung 2 ist als Beispiel das Absorptionsspektrum von einem Gemisch aus CO und
NO gezeigt. Für dieses Spektrum wurde das
nach Propagation durch das Gasgemisch ge-
Abb. 3: THz-ATR-Sensor und damit gemessene THz-Absorption einer Wasser-Isopropanol-Mischung als
Funktion des Mischungsverhältnisses
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Spektroskopie
messene Spektrum durch ein Referenzspektrum ohne Medium dividiert und bei bekannter
Absorptionslänge direkt der Absorptionskoeffizient bestimmt. Die Rotationslinien beider Moleküle sind klar zu erkennen. Die Nachweisempfindlichkeit hängt im Wesentlichen vom
Absorptionskoeffizienten und der Absorptionslänge ab. Typische Werte liegen bei 300 ppm x
m (CO), 200 ppm x m (NO) oder 20 ppm x m
(NH3). Die gemessene Linienbreite wird durch
die Auflösung des THz-Spektrometers (ca. 500
MHz) und die Druckverbreiterung der Moleküle (ca. 2 GHz bei 500 mbar) bestimmt. Die
Dopplerbreite liegt in diesem Spektralbereich
bei wenigen MHz.
von Flüssigkeiten
Abb. 4: Absorptionskoeffizient typischer Explosivstoffe im Frequenzbereich von 0 bis 4 THz
Flüssigkeiten haben im Gegensatz zu Gasen
keine schmalen Absorptionslinien. Nicht-polare Flüssigkeiten zeigen schwache breitbandige
Absorptionen, während polare Flüssigkeiten
im gesamten Terahertz-Bereich stark absorbieren. Insbesondere Wasser ist ein extrem starker Absorber mit Absorptionskoeffizienten von
200 cm-1 bei 1 THz. Dies begrenzt die Anwendbarkeit von Terahertz-Strahlung im biologischen oder medizinischen Bereich. Auf der andern Seite kann die starke Absorption auch
genutzt werden, um den Feuchtigkeitsgehalt
von Stoffen zu bestimmen. Eine elegante Methode, THz-Spektroskopie zur Untersuchung
von Flüssigkeiten zu nutzen, ist die Verwendung von Sensoren, die auf Totalreflexion beruhen. Die bei der Totalreflexion austretende
evaneszente Welle wechselwirkt mit dem umgebenden Medium, ohne dass die THz-Welle
direkt durch das zu untersuchende Medium
propagieren muss. Auf diese Art sind insbesondere Messungen an Flüssigkeiten ohne den
aufwändigen Einsatz von Absorptionszellen
möglich. Einen kompakten fasergekoppelten
THz-ATR-Sensor zeigt Abbildung 3. Der Sensor
wird in die zu untersuchende Flüssigkeit getaucht und das durch den Sensor propagierte
THz-Signal gemessen. Durch einen Vergleich
mit dem Signal ohne Flüssigkeit bzw. mit den
einzelnen Reinstoffen (bei Gemischen) können
Konzentrationen und Mischungsverhältnisse
bestimmt werden. Ein Beispiel für ein WasserIsopropanol-Gemisch ist ebenfalls in Abbildung 3 zu sehen.
von Festkörpern
Kristalline Festkörper zeigen charakteristische
Schwingungsmoden im THz-Spektralbereich.
Diese Schwingungsmoden sind durch GitterWechselwirkungen stark verbreitert. Dennoch
reicht die Linienbreite zu einer Identifizierung
der untersuchten Substanz im Allgemeinen aus.
Typische Beispiele sind in Abbildung 4 für unterschiedliche kristalline Substanzen gezeigt,
die sich eindeutig durch ihr THz-Absorptionsspektrum unterscheiden. Für die Messungen
wurden die Proben in eine Polyethylen-Matrix
eingebunden (1,4 mm dicke Presslinge). Eine
besonders interessante Anwendung für die
THz-Spektroskopie ist die Detektion und Identifizierung von Drogen und Explosivstoffen. Dies
kann prinzipiell auch unter Bedeckung durch
Kleidung, Papier oder andere für THz-Strahlung
transparente Stoffe erfolgen. Auch wenn diese
Identifizierung im Labor bereits erfolgreich
war, erfordert eine Anwendung unter realen
Umweltbedingungen (z. B. an Flughäfen) noch
erheblichen Forschungsaufwand hinsichtlich
einer schnellen Datenaufnahme und zuverlässigen Datenanalyse.
Literatur
[1]Theuer M. et al.: ChemPhysChem 12, 2695–2705
(2011)
Autoren
Dr. Daniel Molter, Dr. Michael Theuer,
Prof. Dr. Rene Beigang
Fachbereich Physik und Forschungszentrum Optimas,
Technische Universität Kaiserslautern
Dr. Joachim Jonuscheit, Dr. Garik Torosyan,
Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM,
Kaiserslautern
▶ ▶K ontakt
Fachbereich Physik
Technische Universität Kaiserslautern
und Fraunhofer-Institut für Physikalische
Messtechnik IPM
Standort Kaiserslautern
Tel.: 0631/205-5101
[email protected]
Spektroskopie
Betatronschwingungen
Ultrakurze Röntgenimpulse aus einer Laborquelle
Seit einigen Jahren ist es möglich, intensive ultrakurze Laserimpulse mit kommerziellen Lasersystemen zu erzeugen.
Parallel dazu gab es auch große Fortschritte auf dem Gebiet der nichtlinearen Optik. So ist es heute üblich, den
Ausgang eines gepulsten Lasers im
sichtbaren Bereich (Submikrometerbereich) in Strahlung mit einer Wellenlänge, die im Submillimeter (THz) bis in den
Nano- und sogar Pikometerbereich
(Röntgenstrahlung) liegen kann, zu konvertieren. Viele industrielle, medizinische
und wissenschaftliche Anwendungen
sind momentan auf Großforschungseinrichtungen wie Synchrotrons oder FreieElektronen-Laser (FEL) angewiesen.
Einführung
Diese laserbasierten Strahlungsquellen haben
einen relativen und absoluten Wert. Der relative
Wert besteht darin, dass diese Experimente mit
einem geringeren Aufwand in Universitäts- und
Industrielaboratorien durchgeführt werden können. Außerdem lassen sich mit diesen Quellen
auch zu den Laserimpulsen exakt synchronisierte Lichtimpulse vom Infrarot- bis in den Röntgenbereich erzeugen. Darüber hinaus emittieren
laserbasierte Röntgenquellen ihre Strahlung mit
einer kleinen Divergenz und einer hohen räumlichen Kohärenz. Damit eröffnen sich vollkommen
neue Möglichkeiten für die Entwicklung von innovativen spektroskopischen Messmethoden,
aber auch Anwendungen in Wissenschaft und
Technik. Dies wiederum stellt einen absoluten
Wert dieses Ansatzes dar.
Mit den neuen verbesserten laserbasierten
Röntgenquellen kann aber auch erstmals die
Bewegung von Atomen auf ihrer natürlichen
Zeit- und Raumskala beobachtet werden. Dazu
gehören Untersuchungen, wie große Moleküle
ihre Form ändern, wenn sie mit Licht angeregt
werden. So kann beispielsweise die Dynamik der
Proteinfaltung untersucht werden. Neben diesen eher grundlagenorientierten Experimenten
eignen sich laserbasierte Laborröntgenquellen
aufgrund ihrer Kohärenz auch für holographische Abbildungen mikroskopischer Objekte bzw.
zur Erhöhung der Bildqualität durch Phasenkontrastmethoden. Für diese Experimente steht
heute eine Auswahl von Lichtquellen zur Erzeugung kohärenter kurzwelliger Strahlung aus La-
HH
en/
:O
ion
ulat
Sim
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live
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UD
borquellen zur Verfügung. Sie basieren auf den
folgenden fundamentalen Prozessen:
Erzeugung Hoher Harmonischer
(High Harmonic Generation HHG)
Bei der Wechselwirkung von ultra-intensiven Laserimpulsen mit Gastargets entstehen harmonische Oberwellen der Laserwellenlänge. Damit
können Photonenenergien von bis zu einigen
Kiloelektronenvolt (keV) erzielt werden. Die so
erzeugte kurzwellige Strahlung zeichnet sich
durch eine hervorragende Strahlqualität und
ultrakurze Impulsdauer aus, allerdings ist die
Konversionseffizienz sehr gering.
22 Prof. Dr. Christian Spielmann, Institut für
Optik und Quantenelektronik,
Friedrich-Schiller-Universität Jena
(Plasma-)Röntgenlaser
Wie bei einem konventionellen Laser wird eine
Inversion in einem Plasma durch eine äußere
optische Anregung erzeugt. Aufgrund der niederen Reflektivität von Spiegeln im Röntgenbereich sowie der sehr kurzen Lebensdauer der
Inversion besitzen solche Röntgenlaser keinen
Resonator. Trotzdem liefern sie in einem weiten
Spektralbereich zwischen 50 eV und 200 eV
eine sehr schmalbandige Strahlung, die für
spektroskopische Untersuchung interessant ist.
Allerdings haben Röntgenlaser eine relativ
schlechte Strahlqualität und benötigen zur Erzeugung von Strahlung im Bereich von größer
100 eV optische Pumplaser mit Impulsenergien
von einigen 10 J, was die Einsatzmöglichkeiten
deutlich reduziert.
Betatronquelle mit relativistisch
laserbeschleunigten Elektronen:
Dies ist eine Alternative zu den beiden anderen
Ansätzen und wird zurzeit in vielen Forschungslabors intensiv untersucht. Aktuelle Ergebnisse zur Realisierung einer hochbrillanten
Betatronquelle werden an dieser Stelle im Detail dargestellt.
22 Dipl. Phys. Michael Schnell, Institut für Optik
und Quantenelektronik, Friedrich-Schiller-Universität Jena
Warum laserbeschleunigte Elektronen?
Röntgenstrahlen können von beschleunigten
oder abgebremsten Ladungsträgern (Elektronen)
abgestrahlt werden. Zur Beschleunigung von
Elektronen oder allgemein Teilchen werden riesige Teilchenbeschleuniger verwendet in denen
auf kilometerlangen Bahnen die Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit gebracht werden. DieGIT Labor-Fachzeitschrift 6/2012 • 449
Spektroskopie
Keywords:
Laserplasma-Beschleunigung,
ultrakurze Röntgenimpulse,
Betatron-Strahlung
Abb. 1: Blick in einen Teil des Jenaer Hochintensitätslasers. Foto: Jan-Peter Kasper/FSU
se riesigen Forschungseinrichtungen gehören zu
den größten technischen Anlagen weltweit. Sie
sind sehr teuer, sowohl in der Anschaffung, als
auch in der Unterhaltung. Ebenso ist die Forschungszeit an solchen Anlagen begrenzt und
die Nachfrage der Wissenschaftler aus aller Welt
dementsprechend groß. Eine Alternative dazu ist
die Ladungsträger mit einem Laser zu beschleunigen. Damit kann perspektivisch eine vergleichbare Beschleunigung in einem Universitätslaboratorium realisiert werden.
Was für ein Laser wird benötigt?
Damit der Beschleunigungsprozess mit einem Laser funktioniert, werden „ultrakurze Laserimpulse“ von nur wenigen Femtosekunden Impulsdauer (1 fs = 10–15 s) mit Energien von einigen Joule
(J) benötigt, was in dieser sehr kurzen Zeitdauer
einer Spitzenleistung von mehreren Billionen Watt
(Terawatt, kurz: TW) entspricht. Mit der Entwicklung solcher Hochleistungs-Lasersysteme (Abb. 1)
ist es seit Beginn des 21. Jahrhunderts möglich
Elektronenbündel auf relativistische Energien von
1 Giga-Elektronenvolt (GeV) zu beschleunigen.
Um aus dem beschleunigten „ultrakurzen
Elektronenbündel “ einen „ultrakurzen Röntgenimpuls“ zu generieren, gibt es gegenwärtig nur
eine Handvoll Ansätze weltweit, von denen im
Folgenden einige genannt werden.
„Ultrakurze Röntgenimpulse“ aus
laserbeschleunigten Elektronenbündeln
Wenn beschleunigte Elektronen zwischen zwei
abwechselnd in Nord-Süd Richtung orientierten
Abb. 3: Zur Elektronenbeschleunigung und der Erzeugung von ultrakurzen Röntgenimpulsen wird ein
Hochintensitätsläser in Heliumgas hoher Dichte (≈ 1019 Elektronen pro cm³) fokussiert. Durch den
Lichtdruck des Laserimpulses werden die Elektronen von diesem weg gedrückt und organisieren sich
zu einer Plasmawelle. Ausgehend von den Bereichen hoher Elektronendichte werden vereinzelt Elektronen injiziert und beschleunigt (ähnlich einem Surfer, der auf einer Welle surft). Die beschleunigten
Elektronen oszillieren innerhalb dieser Plasmastruktur und senden Röntgenstrahlung aus.
Dipolmagneten propagieren, beginnen sie zu oszillieren (Undulatorprinzip). Diese Schwingung
stellt eine beschleunigte Bewegung geladener
Teilchenbündel dar, wodurch es zur Aussendung
von Röntgenimpulsen kommt [1]. Im jüngsten
Experiment in Jena wird ein weiterer vielversprechender Ansatz für die Entwicklung einer
intensiven Röntgenquelle im Labormaßstab verfolgt. Es handelt sich dabei um eine Betatronquelle, die ohne die zusätzlichen Dipolmagnete
auskommt. Das Experiment wurde am JETI-Laser
(JEnaer TItan Saphir Laser) der Universität Jena
durchgeführt (Abb. 1). Dieser Hochleistungslaser
liefert Femtosekunden-Laserimpulse mit einer
Spitzenleistung von 30 TW. Wird dieser Laserimpuls in gasförmiges Helium auf einen kleinen
Fleck von nur einigen Mikrometer Durchmesser,
fokussiert so wird bereits an der ansteigenden
(zeitlichen) Flanke des Impulses das Gas vollständig ionisiert. Der Hauptteil des Lasers und
somit auch der Bereich der höchsten Intensität
(1019 W/cm²) durchläuft ein Helium-Plasma
(Abb. 2 und 3). Der Lichtdruck des Laserimpulses
schiebt die Plasmaelektronen vor sich her und
der Laserimpuls überholt diese schließlich. Die
Plasmaelektronen organisieren sich hinter dem
Laserimpuls in positiv und negativ geladene Bereiche mit wenigen bzw. vielen Elektronen. Die
so entstandene Elektronendichtevariation, die
Plasmawelle, läuft hinter dem Laserimpuls mit
annähernd Lichtgeschwindigkeit her. Die Ionen
sind aufgrund ihrer 1.000-fach größeren Masse
sehr träge und bilden einen statischen, positiven
Ladungshintergrund. In dieser mikroskopischen
Plasmastruktur herrschen zwischen den Bereichen hoher und niedriger Elektronendichte elektrische Felder, die 1.000- bis 10.000-mal größer
sind als in konventionellen Teilchenbeschleunigern, deren maximale beschleunigende Feldstärke durch das Auftreten elektrischer Überschläge
limitiert ist. Ebenso ist der Energiegewinn von
100 GeV/m um mehrere Größenordnungen höher, weshalb man theoretisch die Beschleunigungsdistanz der Teilchenbündel um den gleichen Faktor reduzieren kann.
In dem, sich mit annähernder
Lichtgeschwindigkeit, propagierenden elektrischen Feldern hinter dem
Laserimpuls werden Elektronen, wie
im Kielwasser eines Schiffs, innerhalb von wenigen Millimetern auf
relativistische Energien von einigen
100 MeV beschleunigt (Vgl. Abb. 3
und 4). Um dies zu veranschaulichen, stelle man sich einen Surfer
vor, der auf einer Welle surft und
von dieser beschleunigt wird. Innerhalb der Plasmawelle sind die elektrischen Felder so orientiert, dass
nicht nur die Elektronen hinter dem
Laserimpuls hergezogen und somit
beschleunigt werden, sondern auch
noch eine periodische Bewegung
senkrecht zur Ausbreitungsrichtung
stattfindet, die als Betatronschwingung bezeichnet wird. Diese transversale Schwingung der Elektronen
innerhalb der Plasmawelle stellt
eine beschleunigte Ladung dar, welche „ultrakurze Röntgenimpulse“
aussendet (gelbe Kegel in Abb. 3).
In Jena wurde diese neue Art
der gepulsten Röntgenquelle optimiert [2] und umfassend charakterisiert [3]. Es konnte gezeigt
werden, dass sich die Elektronen
auf einer Länge von 2 mm auf eine
relativistische Elektronenenergie
von bis zu 200 MeV beschleunigen lassen. Dabei werden auch
etwa eine Million harter RöntgenPhotonen pro Laserschuss erzeugt.
Neben der spektralen Verteilung
der Röntgenstrahlung wurde auch
sehr genau deren Quellgröße (ca.
2 µm) und die Divergenz (< 10
mrad) bestimmt. Aus diesen Daten konnte dann die Auslenkung
der Elektronenbewegung innerhalb der Plasmawelle abgeschätzt
werden, die ebenfalls im Mikrometerbereich liegt. Speziell dieser
wichtige Parameter war bisher
nur mit Hilfe von sehr aufwändigen theoretischen Simulationen
vorhersagbar (vgl. Abb. 4) und
konnte nun erstmals experimentell
bestätigt werden. Durch den Vergleich der Messung mit der Theorie kann auch entschieden werden
ob die in der Theorie gemachten
Annahmen und Vereinfachungen
zutreffend sind oder nicht, was
wiederum weitreichende Folgen
für zukünftige Experimente bzw.
die Weiterentwicklung der Quelle
haben wird. Daher konnten diese
Forschungsergebnisse auch kürzlich in dem renommierten Wissenschaftsjournal „Physical Review
Letters“ veröffentlicht werden [3].
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Halle 4.1
Zusammenfassung
und Ausblick
Die experimentellen Arbeiten haben nicht nur dazu beigetragen die
Parameter einer laserbasierten
Röntgenquelle zu verbessern, sondern lieferten auch viele wichtige
Erkenntnisse zum besseren Verständnis der Röntgenimpulserzeugung. Damit können in Zukunft
weitere Optimierungen wesentlich
zielgerichteter durchgeführt werden. Doch bereits mit der in Jena
demonstrierten Quelle wird es
möglich sein, Röntgenabsorptionsspektroskopie-Experimente zur
Strukturaufklärung von Festkörpern sowie zur Verbesserung der
Bildgebung biologischer Proben
mit Röntgenstrahlung durch Ausnutzen des Phasenkontrasts durchzuführen.
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Spektroskopie
Abb. 2: Blick in die Vakuum Experimentierkammer. Es ist die Düse und einige
Millimeter darüber der Plasmakanal erkennbar.
Danksagung
© javier brosch/Fotolia.com
Einen Hochintensitätslaser betreibt man nicht alleine, deshalb möchten wir uns an dieser Stelle
bei allen bedanken, die zum Gelingen des Experiments beigetragen haben. Zum einen bei der JETI-Laser Crew, Burgard Beleites, Falk Ronneberger und Dr. Oliver Jäckel und zum anderen bei
allen mithelfenden Experimentatoren, insbesondere bei Alexander Sävert.
Der Bereich der „Relativistischen Laserplasma Dynamik“ wird von der Deutschen Physi-
Abb. 4: Drei-dimensionale Simulation der Plasmawelle und der injizierten Elektronen (Simulation: Oliver Jansen/HHU Düsseldorf). Das Elektronenbündel innerhalb der Plasmawelle zeigt die charakteristische Betatronschwingung.
kalischen Gesellschaft (DFG) in einem Sonderforschungsbereich gefördert (SFB TR18) in
dem der Standort Jena, mit dem Jeti und dem
Polaris Laser, eine wesentliche Rolle spielt.
Literatur
[1]Schlenvoigt H.-P. et al.: Nature Physics 4, 130-133
(2008)
[2] Landgraf B. et al.: Review of Scientific Instruments
82, 083106 (2011)
[3]Schnell M. et al.: Physical Review Letters 108,
075001 (2012)
▶ ▶K ontakt
Dipl. Phys. Michael Schnell
Prof. Dr. Christian Spielmann
Institut für Optik und Quantenelektronik
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Element- & Spurenanalytik
Biokraftstoffe als saubere Alternative?
Moderne Analysemethoden verraten Details der Verbrennungschemie
Die Konversion von Biomasse zu Biokraftstoffen wird im Kontext der Energiewende
von fossilen zu erneuerbaren Energieträgern als eine Option zur Senkung von CO2Emissionen diskutiert. Im Fokus dieses Beitrages stehen mögliche Schadstoffemissionen aus der Verbrennung prototypischer Biobrennstoffe. Hierfür wurden chemische
Reaktionswege in Flammen mit in-situ Molekularstrahl-Massenspektrometrie untersucht. Modelle zur Schadstoffvorhersage aus technischen Prozessen stützen sich auf
solche Ergebnisse.
22 V.l.n.r: Dr. Arnas Lucassen, Combustion
Research Facility, Sandia National Laboratories,
Livermore, USA; Dipl.-Chem. Friederike Herrmann, Doktorandin; Prof. Dr. Katharina KohseHöinghaus, Lehrstuhlinhaberin; Dr. Patrick
Oßwald, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Universität Bielefeld
Biokraftstoffe und Schadstoffbildung
Für den Energiemix der Zukunft wird eine Verschiebung zu erneuerbaren Energieträgern erwartet. Auch die Nutzung von Biomasse und Biokraftstoffen wird vielfach propagiert. Allerdings werden
Konkurrenz mit Nahrungsmitteln, Wasserverbrauch, benötigte Anbauflächen, Effizienz und tatsächliches Treibhausgas-Einsparpotential kontrovers diskutiert. Neben der technischen Eignung
der Kraftstoffe interessiert aus Sicht der Ver
brennungsforschung insbesondere ihr Schadstoffpotential. Emissionen wie Stickoxide (NOx), Restkohlenwasserstoffe und Ruß können für die
Verbrennung konventioneller Kraftstoffe weitaus
besser vorhergesagt werden als für aus Biomasse
erzeugte oxygenierte Kraftstoffe wie Alkohole,
Ether und Ester (in Biodiesel) [1]. Tendenziell wer-
Keywords:
Abb. 1: Vergleich der Verbrennungschemie der vier Butanol-Isomere; ausgewählte Zwischenprodukte.
Oben: Rußvorläufer, unten: Carbonylverbindungen.
Biokraftstoffe, Verbrennungschemie,
Schadstoffe, Massenspektrometrie
Abb. 2: Stickstoffkonversion für drei Amine bei gleicher Stöchiometrie. Brennstoffabhängig entstehen signifikante Anteile x an NO (schwarz) und HCN (rot).
Abb. 3: Vergleich der Niedertemperatur-Kinetik im Bereich der Zündung für
die Isomere Dimethylether (gefüllte Symbole) und Ethanol.
den bei der Verbrennung oxygenierter Kraftstoffe geringere Mengen
Ruß, aber verstärkt Carbonylemissionen beobachtet [1-3]. In Biomasse
gebundener Stickstoff (Fuel-N) kann
ebenfalls zu unerwünschten Schadstoffen führen. Akzeptierte Mechanismen für die NOx-Bildung aus fossiler Verbrennung [4,5] müssen
daher für die Vorhersage der Stickstoff-Konversion aus Biomasse weiterentwickelt werden. Druck, Temperatur und Stöchiometrie haben einen
großen Einfluss darauf, welche Reaktionswege und Zwischenprodukte
zu unerwünschten Emissionen
führen. Moderne Brennstoffverfahren erreichen eine Schadstoffverminderung oft durch ungewohnt hohe
Drücke und niedrige Temperaturen.
Reaktionsmechanismen für die relevanten technischen Randbedingungen erfordern zu ihrer Entwicklung detailgetreue Analysen der
Verbrennungschemie.
Analyse der
Verbrennungschemie
Bei der Verbrennung, in Reaktionsgemischen unbekannter Zusammensetzung, müssen bis zu hundert Verbindungen gleichzeitig identifiziert
und quantifiziert werden, die oft nur
Konzentrationen im ppm-Bereich erreichen. Dies stellt höchste Ansprüche an die Analytik. Wir verwenden
hierzu eine Kombination empfindlicher Laserverfahren mit in-situ Molekularstrahl-Massenspektrometrie
(MBMS), mit der auch reaktive Zwischenprodukte quantitativ erfasst
werden. Maßgeschneiderte Flammen mit bei reduziertem Druck gedehnter Reaktionszone eignen sich
besonders für die Analyse der chemischen Reaktionswege. Die Ionisation der in der Flamme vorhandenen
Moleküle und Radikale muss fragmentierungsarm, hochempfindlich
und spezifisch erfolgen. Einen Mei-
Oxygenierte Brennstoffe
Ein Beispiel für den Einfluss der
Molekülstruktur auf die Reaktionswege zeigt Abbildung 1. Hier wurden leicht brennstoffreiche, identische Flammen der vier Butanole
analysiert. Die Grafik zeigt wichtige
Zwischenprodukte mit steigendem
Abstand vom Brenner (entsprechend steigender Reaktionszeit).
Man sieht deutlich, dass alle Konzentrationen brennstoffabhängig
sind. Rußvorläufer wie das Propargylradikal C3H3 und Benzol sind mit
Molenbrüchen von ~10-3 in der
tert-Butanol-Flamme am höchsten.
Grund hierfür ist eine bevorzugte H2O-Abspaltung, die weitere
Kohlenwasserstoff-Bruchstücke aus
dem Brennstoff begünstigt, während bei den anderen Butanol-Isomeren der gebundene Sauer
stoff
zunächst im Molekül verbleibt und
zur Bildung von Carbonylverbindungen führt. Für tert-Butanol sind die
Molenbrüche von Formaldehyd und
Acetaldehyd demnach deutlich geringer als insbesondere für 1- und
iso-Butanol. Will man gleichzeitig
die Konzentrationen von Rußvorläufern und Carbonylverbindungen
verringern, empfiehlt sich also 2-Butanol als Kraftstoff, und nicht der
bevorzugt erzeugte n-Butanol oder
„Biobutanol“ [1,6].
Ähnliche Prinzipien lassen sich
auch für die Verbrennung der Ester
in Biodiesel ableiten; wie an Serien kleiner isomerer Ester gezeigt
[7], spielen Strukturmerkmale wie
Methoxy- bzw. Ethoxy-Gruppe sowie Anzahl und Position von Doppelbindungen und Verzweigungen
eine große Rolle für die Bildung
potentieller Schadstoffe.
Stickstoffhaltige Brennstoffe
Überraschende Ergebnisse zur FuelN-Konversion zeigt Abbildung 2.
Hier sind NO, NH3 und HCN für die
drei Amine Ethylamin, DMA und
Morpholin (1-oxa-4-aza-Cyclohexan) in leicht brennstoffreichen
Flammen dargestellt [8,9]. Interessant sind der ungewöhnlich hohe
HCN-Anteil bis zu 12 % sowie die
Bildung von ~2 % NO. Beide Verbindungen finden sich auch im Abgas
bei h>20 mm. Für Amine erwartete
höhere Konzentrationen von NH3 ergeben sich nur für Ethylamin. Wiederum zeigt sich ein deutlicher Einfluss
der Brennstoffstruktur. Die große
Zahl beobachteter H,C,N,O-Verbindungen stellt analytisch eine besondere Herausforderung dar. Weitere
bedenkliche Verbindungen wie Propennitril und Acrylamid wurden
ebenfalls detektiert [9]. Reaktionsmechanismen beschreiben diese Ergebnisse nur unvollkommen. Ihre
Weiterentwicklung inklusive der Berechnung von thermodynamischen
und kinetischen Daten ist dringend
erforderlich.
Niedertemperaturverbrennung
Niedrige Verbrennungstemperatur
und gute Vormischung ermöglichen die gleichzeitige Verringerung von Ruß und NOx. Solche
Bedingungen untersuchen wir im
Sonderforschungsbereich
686
„Modellbasierte Regelung der homogenisierten NiedertemperaturVerbrennung“ [10]. Im Niedertemperaturbereich unterhalb von
etwa 1100 K sind insbesondere
Zündung und sogenannte „cool
flame“-Kinetik von Bedeutung. Wie
Abbildung 3 für Experimente mit
DME und Ethanol in einem Strömungsreaktor zeigt, unterscheidet
sich das Verhalten selbst isomerer
Brennstoffe in diesem Bereich drastisch. DME weist im Gegensatz zu
Ethanol ein zweistufiges Reaktionsverhalten auf. Auch hier ist die
Brennstoffstruktur also von großem
Einfluss auf den Reaktionsablauf.
zusätzliche funktionelle Gruppen
und ihre Anzahl und Position im
Molekül ergibt. Die quantitative
Analyse der Reaktionswege unter
dafür maßgeschneiderten Bedingungen kann dazu beitragen, geeignete Reaktionsmechanismen zu
entwickeln und auf ihre Vorhersagequalität zu prüfen. Eine Gesamtbewertung von Biokraftstoffen sollte mögliche Schadstoffemissionen
einbeziehen.
[3] Fontaras G. et al.: Environment. Pollut. 158, 2496–2503 (2010)
[4] Miller J. A. und Bowman C. T.: Prog.
Energy Combust. Sci. 15, 287–338
(1989)
[5]Glarborg P. et al.: Prog. Energy
Combust. Sci. 29, 89–113 (2003)
[6]Oßwald P. et al.: Combust. Flame
158, 2–15 (2011)
[7] Yang B. et al.: Phys. Chem. Chem.
Phys. 13, 6901–6913 (2011)
[8] Lucassen A. et al.: Combust. Flame,
doi:10.1016/j.combustflame.2012.02.024 (2012)
[9] Lucassen A. et al.: Combust. Flame
158, 1647–1666 (2011)
[10] Struckmeier U. et al.: Combust. Flame 157, 1966–1975 (2010)
Danksagung
Dank gilt den Kooperationspartnern Nils Hansen, Terry Cool, Fei Qi,
Charlie Westbrook, Phil Westmoreland, Peter Glarborg und Norbert
Peters ebenso wie der DFG für Förderung unter Ko 1363 / 18-3 und im
SFB 686. Wir danken zudem für
Messzeit an der Advanced Light
Source in Berkeley und am National Synchrotron Radiation Laboratory in Hefei, China.
▶ ▶K ontakt
Prof. Dr. Katharina Kohse-Höinghaus
Physikalische Chemie I
Universität Bielefeld
Tel.: 0521/106-0
[email protected]
Literatur
[1]Kohse-Höinghaus,K. et al.: Angew.
Chem. Int. Ed. 49, 3572–3597
(2010)
[2]Lapuerta M. et al.: Prog. Energy
Combust. Sci. 34, 198–223 (2008)
WASSERANALYTIK
AUS EINER HAND
GERÄTE UND
REAGENZIEN FÜR
DIE MODERNE
WASSERANALYSE
QBSB/
QEX-GESCHÜTZTE
LABORKÜHLSCHRÄNKE
QTHERMOSTATSCHRÄNKE
QPHOTOMETERSYSTEME
PHOTOMETRIE
Fazit
Das Schadstoffspektrum bei der
Verbrennung von Biomasse und
Biokraftstoffen lässt sich bisher
nicht so detailgetreu vorhersagen
wie das konventioneller Brennstoffe. Eine Ursache ist die Strukturvielfalt, die sich durch Heteroatome,
BSB
CSB
37
Stand A
lenstein in der Flammendiagnostik
stellt die Photoionisation (PI) mit
durchstimmbarer, intensiver Synchrotronstrahlung dar, die selbst die
eindeutige Identifikation verschiedener Isomere gestattet.
Wie man durch unsere und
andere Arbeiten inzwischen weiß,
hängt das Schadstoffpotential einer Flamme von der Molekülstruktur des Brennstoffs ab. Besonders
deutlich werden solche chemischen
Effekte bei der Untersuchung isomerer Brennstoffe unter gleichen
Randbedingungen. Beispiele hierfür sind Ethanol und Dimethylether
(DME), die zwei Propanol- und
vier Butanol-Isomere, Familien isomerer Ester sowie Dimethyl
amin
(DMA) und Ethylamin.
TEMPERIERUNG
Halle 4.1
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AQUALYTIC® I DORTM UND I GE RM ANY I ��.AQUALYTIC.DE
GIT Labor-Fachzeitschrift 6/2012
5/2012 • 455
Polymere
Biobasierte Polymere
Nachwachsende Rohstoffe - Nachhaltige Produktion
Nachwachsende Rohstoffe haben eine lange Tradition in der chemischen Industrie,
sind aber im Industriezeitalter durch den Einsatz von Kohle, Erdöl und Erdgas zurückgedrängt worden. Ressourcenverknappung, Treibhauseffekt, Bevölkerungswachstum und das Streben nach nachhaltiger Entwicklung haben das Interesse an
nachwachsenden Rohstoffen für die energetische und stoffliche Nutzung in Industrie und Forschung jedoch wieder neu geweckt.
Keywords:
Biopolymere, Plattformchemikalien,
Nachwachsende Rohstoffe
Bis 1950 war Kohle der Basisrohstoff für die Herstellung chemischer Produkte. Heute beruht die
chemische Produktion im Wesentlichen auf Erdöl und Erdgas, aus denen Grundstoffe wie Ethylen, Propylen, Kohlenstoffmonoxid oder Wasserstoff hergestellt werden. Aus diesen lassen sich
über kontrollierte chemische Reaktionen komplexe Zwischenprodukte (Plattformchemikalien)
aufbauen, die wiederum wegen der vielfältigen
Kombinationsmöglichkeiten zu einer Vielzahl
von Folge- und Endprodukten wie beispielsweise Polymere umgesetzt werden können.
Ein Wechsel von einer fossilen zu einer erneuerbaren Rohstoffbasis bedeutet zwangsläufig einen
Wechsel von Öl und Gas zu nachwachsenden Rohstoffen wie Lignocellulose, Kohlenhydraten und
pflanzlichen Ölen. Diese Biomasse stellt die einzige alternative Kohlenstoffquelle für die Erzeugung
chemischer Produkte dar, im Gegensatz zur Energieerzeugung, die nicht unbedingt auf kohlenstoffhaltige Rohstoffe angewiesen ist. Derzeit beträgt
der Anteil der nachwachsenden Rohstoffe am gesamten Rohstoffeinsatz in der chemischen Industrie in Deutschland etwa 13 % (Quelle: VCI, FNR).
Rohstoffe, Prozesse und Produkte
Nachwachsende Rohstoffe sind land- und forstwirtschaftlich erzeugte Produkte, die nicht im
Nahrungsmittelbereich verwendet werden. Sie
gehören dank Holz zu den weltweit am häufigsten eingesetzten Stoffen. Je nach Anwendungsbereich unterscheidet man zwischen Industrieund Energiepflanzen. Die Natur stellt über ihre
Biosynthesewege eine große Vielfalt an nachwachsenden Rohstoffen für die stoffliche Nutzung zur Verfügung, davon sind allerdings mehr
als 90 % Biopolymere in Form von Kohlenhydraten wie Stärke und Lignocellulose.
Beim Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen für die Herstellung biobasierter Produkte
sind neben den eigentlichen Zielprodukten ins-
Abb. 1: Zieldreieck bei der Nutzung nachwachsender Rohstoffe
Polymere
Abb. 2: Plattformchemikalien auf Basis von Glukose
besondere die Rohstoffe und die Prozesse zur
Umwandlung der Rohstoffe in die Produkte von
Bedeutung (Abb. 1).
Dabei sind vor allem die ökonomischen Aspekte wie ausreichende Verfügbarkeit, konstante
Qualität sowie wettbewerbsfähige Preise und die
technischen Aspekte wie elementare Zusammensetzung, stoffliche Zusammensetzung, Molekülstruktur und Zielprodukte zu berücksichtigen.
Für den Einsatz nachwachsender Rohstoffe
und die Herstellung biobasierter Produkte wie
Polymere bieten sich zwei Wege an, die auch industriell genutzt werden:
1. Möglichst weitgehende Nutzung der Syntheseleistung der Natur wie beispielsweise die
Gewinnung von Naturkautschuk oder die Herstellung von Cellulosefasern.
2. Herstellung von Plattformchemikalien wie
beispielsweise Ethanol und Milchsäure aus Zuckern, aus denen sich Polymere wie Polyethylen
und Polymilchsäure herstellen lassen.
Für die Herstellung von Plattformchemikalien
stehen chemische, biotechnologische und thermische Verfahren zur Verfügung.
Bereits heute lassen sich durch die stoffliche
Nutzung nachwachsender Rohstoffe eine Vielzahl von Produkten wie Polymere, Tenside, Lösungsmittel, Farbstoffe, Geruchsstoffe, Pharmawirkstoffe, Kosmetika, Kraftstoffe, Schmierstoffe
und Fasern herstellen. Ein besonders großes Potential wird neben der Herstellung von Kraftstoffen in den Bereichen Polymere, Lösungsmittel,
Klebstoffe und Tenside gesehen (Tab. 1). Im Bereich der Polymere finden heute überwiegend
Polymere auf Stärkebasis (Extrudierte Stärke,
TPS und Stärkeblends), Celluloseacetat und fermentativ hergestellte Polymere wie Polymilchsäure und Polyhydroxyalkanoate Anwendung
(Quelle: Nova-Institut, FNR).
Biopolymere auf der Basis
von Plattformchemikalien
Für die Herstellung von Plattformchemikalien
bieten sich insbesondere Kohlenhydrate wie Zucker, Stärke oder Cellulose an, wobei die Polysaccharide zunächst in monomere Zucker gespalten werden müssen. Aufbauend auf Glukose
lassen sich über biotechnologische und chemische Verfahren, die für die Gewinnung von
Plattformchemikalien aus nachwachsenden
Rohstoffen besonders geeignet sind, sog. C2 bis
C6-Bausteine herstellen (Abb. 2).
Ethanol ist ein wichtiger C2-Synthesebaustein,
der im Rahmen einer Bioraffinerie Ausgangspunkt
für die Herstellung von Essigsäure, Ethylen oder
Butadien sein kann. Heute werden weltweit bereits
mehr als 60 Mio. Tonnen Ethanol durch biotechno-
logische Verfahren aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. Durch Dehydratisierung kann aus
Ethanol das Monomer Ethylen hergestellt werden,
das anschließend weiter zu Polyethylen und Polyvinylchlorid umgesetzt werden kann (Abb. 2). Zahlreiche Projekte im Technikums- und Demonstrationsmaßstab wurden bereits gestartet.
Milchsäure wird heute bereits in großen Mengen biotechnologisch aus Zucker gewonnen und
stellt eine Plattformchemikalie für die Herstellung von Milchsäureestern und Polymilchsäure
dar. Der Kunststoff Polymilchsäure wird in einer
Jahreskapazität von mehr als 150.000 Tonnen
durch eine Kombination von biotechnologischen
und chemischen Schritten aus Kohlenhydraten
hergestellt. Milchsäure bietet darüber hinaus
über die Dehydratisierung auch den Zugang zu
Acrylsäure, einem etablierten Monomer auf der
Basis petrochemischer Rohstoffe (Abb. 2).
Ausgehend von Glukose lassen sich über die
Hydrothermolyse sowie die reduktive Hydrothermolyse bei erhöhten Temperaturen und Drücken
auch Plattformchemikalien wie 5-HMF, DHD und
Sorbitol herstellen (Abb. 2). Sorbitol kann beispielsweise als Polyolkomponente bei der Herstellung
von Polyurethanschäumen eingesetzt werden. Aus
5-HMF lässt sich durch Oxidation 2,5-Furandicarbonsäure herstellen, die das biobasierte Analogon
zur Terephthalsäure darstellt. Beide Dicarbonsäu-
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Tab. 1: Markt- und Anwendungspotentiale für biobasierte Produkte (Quelle: ERRMA)
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Marktsektor
Verbrauch
(in 1000 t)
in 2002
Verbrauch
biobasierter
Produkte
in 2002 (in
1000 t)
Potential
biobasierter
Produkte in
2010 (in 1000 t)
Stand 2002
Verbrauch
biobasierter
Produkte in
2008 (in 1000 t)
Potential biobasierter Produkte in 2020
(in 1000 t) Stand
2010
Polymere
33000
25
500
210
769-2250
Schmierstoffe
4240
100
200
137
277-420
Lösungsmittel 4000
60
235
n.b.
n.b.
Tenside
1180
1450
n.b.
n.b.
2260
Abb. 3: Stoffliche Verwertung von Lignin
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Auf Basis von 2,5-Furandicarbonsäure können Polyester und Polyamide hergestellt werden.
Bei Verwendung von Lignocellulose lässt sich
die Rohstoffbasis für die Herstellung von Plattformchemikalien noch erweitern, da als weitere
Komponente Lignin anfällt, das sowohl als sog.
Flüssigholz thermoplastisch im Spritzguss- oder
Extrusionsverfahren als auch als Bindemittelkomponente in Harzen (Duroplast) verarbeitet
werden kann (Abb. 3). Aufgrund seiner aromatischen Struktur kann Lignin aber auch in phenolische Bausteine gespalten werden, die nach entsprechender Aufarbeitung bei der Herstellung
von Phenolharzen eingesetzt werden können.
Neben den Kohlenhydraten bieten sich für
die Nutzung als Rohstoffe für die Herstellung
von Plattformchemikalien auch pflanzliche Öle
an. Sie sind als Triglyzeride aus Glyzerin und unterschiedlichen gesättigten sowie ungesättigten
Fettsäuren aufgebaut. Durch Reaktionen an der
Carboxylgruppe lassen sich beispielsweise freie
Fettsäuren, Fettsäureester oder Fettalkohole
herstellen, während durch Reaktion an der Doppelbindung höherfunktionalisierte Verbindungen
(Diole durch Epoxidierung) oder bifunktionelle
Verbindungen (Dicarbonsäuren durch Metathese) gebildet werden können. Neue biotechnologische Verfahren zielen auf eine selektive
Oxidation der endständigen Methylgruppe zur
Hydroxyl- oder Carboxylgruppe.
Glyzerin steht mittlerweile in großen Mengen zur Verfügung und kann durch chemische
sowie biotechnologische Verfahren zu Plattformchemikalien bzw. Monomeren wie 1,3-Propandiol, Acrylsäure oder Epichlorhydrin umgewandelt
werden, die anschließend zu Polymeren wie Po-
lytrimethylenterephthalat, Polyacrylsäure oder
Epoxidharzen umgesetzt werden können.
Fazit und Ausblick
Hinsichtlich des Einsatzes von nachwachsenden
Rohstoffen für die Herstellung von Plattformchemikalien und Biopolymeren ergibt sich für die
derzeitige Situation folgendes Bild:
▪▪ Biobasierte natürliche Polymere auf Basis
von Polyisopren, Cellulose und Stärke werden bereits seit längerer Zeit im technischen
Maßstab eingesetzt.
▪▪ Biobasierte Polymere wie Polymilchsäure
und Polyhydroxyalkanoate werden industriell über fermentative Prozesse hergestellt.
▪▪ Der hohe Funktionalisierungsgrad der nachwachsenden Rohstoffe erfordert neue Synthesestrategien, insbesondere durch die Kopplung von chemischen und biotechnologischen
Prozessen zur Herstellung biobasierter Monomere wie Ethylen, 3-Hydroxypropionsäure,
Acrylsäure, Furandicarbonsäure und Phenole.
▶ ▶K ontakt
Prof. Dr. Thomas Hirth
Institutsleiter
Fraunhofer-Institut für Grenzflächenund Bioverfahrenstechnik IGB
Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik
IGVT der Universität Stuttgart
Tel.: 0711/9704400
Fax: 0711/9704006
[email protected]
Diagnostik und klinische Chemie
Gelenkentzündungen
Modellsysteme für die Arthritisforschung
Die Rheumatoid-Arthritis (RA) ist eine
chronische entzündliche Erkrankung,
die ungefähr 1 % der Weltbevölkerung
betrifft. Sie ist durch ihren autoimmunen Charakter und die andauernde aktive Entzündung mit gleichzeitiger Gewebezerstörung gekennzeichnet. Eine
effektive Entwicklung von Medikamenten ist aufgrund von vielen Unklarheiten bisher nur schwer möglich.
Einleitung
Es wird allgemein akzeptiert, dass die RA durch
eine Vielzahl pathogenetischer Faktoren ausgelöst wird, die zum Ausbrechen der Krankheit,
zum Fortschreiten und zur Chronifizierung führen. Zu diesen Faktoren gehören die genetische
Prädisposition, umweltbedingte Stimuli, physischer Stress und eine fehlerhafte Immunantwort. Während T- und B-Zell-abhängige Signalwege traditionell in die Krankheitskonzepte der
RA einbezogen wurden, gewinnen in letzter Zeit
auch Störungen der angeborenen Immunität,
insbesondere der Makrophagen, an Bedeutung.
Weiterhin wurden synoviale Fibroblasten und
Granulozyten als wesentliche Elemente der Pathogenese identifiziert. All diese verschiedenen
Zellen sind für ein entzündliches Zytokinmilieu
verantwortlich, welches die Erkrankung aufrechterhält. Als Ergebnis dieser molekularen
Komplexität, welches aus dem multifaktoriellen
Wesen dieser Erkrankung hervorgeht, ist das klinische Bild in höchstem Maße heterogen. Deshalb wurden verschiedene Subtypen der RA definiert.
Trotz jahrzehntelanger, intensiver Bemühungen die pathophysiologischen Mechanismen
aufzudecken, sind die Signalwege, die die RA
antreiben unklar. Somit wird eine effektive Entwicklung von Medikamenten für diese Erkrankung schwer möglich. Sogar die besten der heute erhältlichen Medikamente können RA nicht
heilen, sondern nur die Symptome lindern.
Tiermodelle
Tiermodelle von menschlichen Erkrankungen
stellen ein wertvolles Werkzeug dar, um die
grundlegenden biologischen Mechanismen zu
verstehen, neue molekulare Signalwege und
Ziele in der Pathogenese der Erkrankung zu
identifizieren und zu validieren und nach neuen
potentiellen, präventiven und therapeutischen
Stoffen zu suchen. Es existiert eine Vielzahl von
Tiermodellen für RA. Dabei repräsentieren die
verschiedenen Modelle die unterschiedlichen
Subtypen der Erkrankung. Mehrere dieser Modelle wurden erfolgreich in der Suche nach neuen Zielen für Therapien oder in der Evaluierung
von Komponenten für neue Therapieansätze eingesetzt. Es existiert kein universelles Modell für
diese Erkrankung, da hier eine zu große molekulare Heterogenität herrscht und die klinischen
Manifestationen sehr komplex sind. Vielmehr
werden die Subtypen der Erkrankung von Modellen verschiedener Signalwege repräsentiert.
Der große Vorteil beim Arbeiten mit diesen Modellen ist, dass in jedem Modell der einzelne,
spezifische Signalweg moduliert werden kann
und damit die Möglichkeit geboten wird, den
Beitrag jedes einzelnen Signalweges, der an der
Erkrankung beteiligt ist, zu untersuchen.
In vitro-Modelle
Parallel zu den Tiermodellen wurde ein breites
Portfolio an in vitro-Modellen entwickelt, um
Diagnostik und klinische Chemie
neue Diagnostik- und Therapiewege zu untersuchen. Hier ist eine molekulare Analyse häufig
einfacher, da die Bedingungen genauer definiert
werden können; allerdings ist die Anwendung
solcher Systeme meist von genau definierten
Modellvorstellungen abhängig und auf diese beschränkt. Die Komplexität einer systemischen
Erkrankung kann hier nicht widergespiegelt
werden. Beispiele sind zelluläre Interaktionsmodelle, High-Throughput-Systeme, oder Zell-Matrix-Kokulturmodelle zur Identifizierung von Substanzen, die genau definierte Mediatoren
modulieren.
Da viele neue Therapien heute in die Gruppe der Biologicals fallen, ist die Wirkungsweise
von Kandidatensubstanzen, zum Beispiel Antikörpern oder Rezeptoren, oft in hohem Maße
speziesspezifisch. in vitro-Modelle können hier
die grundlegende Interaktion mit der zu Grunde liegenden Zellpopulation zeigen, allerdings
auf sehr einfachem Niveau. Spezifische tierexperimentelle Untersuchungen sind hilfreich, um
zumindest Teilaspekte in vivo aufzuklären. Auch
dies bleibt allerdings oft auf genau umrissene
Inter
aktionen begrenzt, denn alle Humanisierungs- und Transgenesemodelle haben bislang
nicht zu dem Ergebnis geführt, ein humanes
Immunsystem in der Maus so funktionell zu etablieren, dass immunpathogenetische Prozesse
für systemische Autoimmunerkrankungen identisch wie im Menschen nachvollziehbar sind.
Abb. 1: Paraffin-Schnitte von
Vorderpfoten von DBA-Mäusen,
KAO gefärbt. Das obere Bild
zeigt den mittleren Bereich einer Vorderpfote, die starke Symptome einer Kollagen-II-induzierten Arthritis zeigt. Es kommt
zu einer massiven Infiltration
der betroffenen Areale mit Zellen, die nach Abklingen der Entzündung eine stark deformierte
Gelenksregion zurücklassen. Die
untere Abbildung zeigt den
mittleren Bereich einer gesunden Vorderpfote.
Präklinische Testung
Im Alltag gibt es daher derzeit noch keine Alternative zum Einsatz von tierexperimentellen Arthritismodellen. Tatsächlich fordern die US Food
and Drug Administration (FDA) sowie die European Medical Agency (EMA) die präklinische
Testung von neuen RA-Therapieansätzen an
Tiermodellen, die den Signalwegen entsprechen
an denen die neuen Therapien ansetzen sollen.
Entsprechend unseren heutigen pathogenetischen Vorstellungen sind die meisten Arthritismodelle T- und B-Zell-abhängig.
Ein Model, welches den RA-Kriterien sehr
nahe kommt und z.B. auch einen chronischen
Verlauf mit Schüben zeigt, ist das Pristan-induzierte RA-Modell (PIA) in der Ratte. Dieses Modell wird mit dem natürlich vorkommenden Öl
Pristan induziert, ist einfach zu verwenden und
in hohem Maße reproduzierbar. Es ist unbedingt
abhängig von T-Zellen, gut nutzbar für Validierung von Medikamenten, im Besonderen für
Medikamente, die für T-Zell-abhängige Signalwege entwickelt wurden.
Kollagen-Typ-II-induzierte Arthritis
Das am meisten verwendete Arthritismodell ist
das der Kollagen-Typ-II-induzierten Arthritis (CIA).
Dies ist eines von mehreren Modellen, das durch
Immunisierung mit Knorpelproteinen in Mäusen,
Ratten oder Affen induziert werden kann. Hier
kommt es zu einem Bruch der Toleranz und dadurch zu einem entzündlichen Angriff des Immunsystems auf die Gelenke (Abb.1). Die am meisten
gebräuchliche Variante der CIA ist eine Immunisierung von DBA/1-Mäusen mit Typ-II-Kollagen in einer Emulsion mit komplettem Freund-Adjuvans. In
der DBA/1 Maus entwickelt sich die CIA als ein
akutes Modell. Dieses akute Modell der CIA ist abhängig von arthritogenen Antikörpern gegen Kollagen II. Um Signalwege, die sich auf das Zusammenspiel von arthritogenen Antikörpern und
Knorpel beschränken, untersuchen zu können,
existiert das sehr definierte und häufig genutzte
Modell der Kollagen-Antikörper-induzierten Arthritis (CAIA). Dies ist ein gut kontrollierbares und reproduzierbares Modell, welches Antworten auf
Fragen zur Antikörper-induzierten Effektorphase in
der Arthritis geben könnte.
Transgene Arthritismodelle setzen meist auf
die Überexpression von Antigenen, die dann
eine immunologisch induzierte Arthritis auslösen,
oder auf die verstärkte Freisetzung von TNF-α als
wichtigem pathogenetischen Zytokin und therapeutischem Target. Bei den Untersuchungen an
den immunologischen Arthritismodellen zeigte
sich, dass funktionell veränderte Fibroblasten in
der Synovialmembran ebenfalls in der Pathogenese zentral sind, insbesondere bei der Gelenkdestruktion. In der Konsequenz daraus wurden
Fibroblasten-abhängige Modelle entwickelt.
Die SCID-Maus
Für die Untersuchung von Autoimmunerkrankungen steht seit über 20 Jahren die immundefekte
SCID (servere combined immuno-deficency)-
Maus zur Verfügung. Bedingt durch ein defektes
Rekombinase-System kann diese Maus keine
funktionierenden T-Zell-Rezeptoren und Immunglobuline assemblieren, wodurch weder funktionierende T- noch B-Zellen vorliegen. Durch diesen Immundefekt ist diese Maus nicht in der
Lage, Allo- oder Xenotransplantate abzustoßen.
Dennoch ist die SCID-Maus keine „neutrale Matrix“ sondern wirkt einerseits mittels Makrophagen, NK-Zellen und Granulozyten, andererseits
über Selektion humaner Zellen durch das Mikroenvironment aktiv auf humane Implantate ein. In
dieser Maus wurde das Modell der human/murinen SCID-Arthritis etabliert. Dabei werden Teile
der entzündlichen Synovialmembran in das Kniegelenk der Maus verpflanzt oder RA-Synovialmembran-Fibroblasten in ein murines Gelenk injiziert. Infolgedessen entwickelt sich eine
mehrphasige Krankheit, die mit der Zerstörung
des operierten Gelenkes einhergeht. Ursache dieser Gelenkszerstörung sind nicht die humanen
Fibroblasten. Sie sind lediglich der Auslöser. Es
werden vielmehr murine Fibroblasten rekrutiert,
die den Knorpel im Gelenk angreifen (Abb.2). Die
histologische Untersuchung zeigt, dass sich ein
Entzündungsgewebe mit erheblichen Ähnlichkeiten zum Bild der humanen RA herausbildet.
Da die Destruktion des artikulären Knorpels
durch humane, synoviale Fibroblasten von RAPatienten in allen Modellen sehr langsam verläuft, wurde in unserer Gruppe das Model der
murinen SCID-Arthritis etabliert. Hierzu wird
eine murine invasive Fibroblastenzelllinie intra-
hochgenau temperieren
Temperierlö
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Abb. 2: Einwachsen von Fibroblasten in Knorpel im in vitroAnsatz. Das invasive Verhalten
synovialer Fibroblasten führt
zum Verlust von Proteoglykanen in der Grundsubstanz.
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Abb. 3: Kniedicke von SCID-Mäusen in Abhängigkeit von der Dauer des Experimentes. Die ungefüllten
Kreise stellen die Kniedicke von Mäusen (n=10) dar, die mit invasiven Fibroblasten intra-artikulär behandelt wurden. Hier ist eine deutliche Zunahme der Gelenkdicke festzustellen. Die gefüllten Kreise
zeigen die kontralateralen Kniegelenke derselben Tiere.
artikulär in SCID-Mäuse injiziert. Es folgt eine
Schwellung des Gelenkes und eine Destruktion
des Gelenkknorpels innerhalb von 14 Tagen
(Abb. 3). Mit diesem Model ist es also möglich,
die Fibroblasten-abhängige Knorpeldestruktion
bei RA schnell und höchstgradig reproduzierbar auszulösen und diesbezügliche Signalwege
zu untersuchen. In derzeit laufenden Projekten
wird versucht, die Fibroblasten-induzierte Arthritis auf immunkompetente Balb/c-Mäuse zu
übertragen. Dies macht zwar das Modell einfacher, aber für die Untersuchungen von Biologicals nicht besser nutzbar.
Zusammenfassung
Der Einsatz der Arthritismodelle richtet sich heute strikt nach der Zielsetzung. Für die Auswahl
ist dabei immer entscheidend, welchem pathogenetischen Konzept gefolgt wird, welche thera-
peutischen oder diagnostischen Prinzipien im
Mittelpunkt stehen, und welcher experimentelle
Aufwand in diesem Kontext angemessen ist.
Autoren
Franziska Lange, Fraunhofer Institut für
Zelltherapie und Immunologie, Leipzig
Ulrich Sack, Fraunhofer Institut für Zelltherapie
und Immunologie, Leipzig
Institut für Klinische Immunologie, Medizinische
Fakultät der Universität Leipzig
Translationszentrum für Regenerative Medizin,
Universität Leipzig
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Allergiegefahr durch kleine Farbmoleküle
Trierer Umwelttoxikologen erforschen Suszeptibilität
Potentiell gesundheitsrelevante Umweltrisiken von chemischen und/oder
biologischen sowie physikalischen Expositionsquellen in den verschiedenen Umweltmedien und alltäglichen
Lebensumwelten beschäftigen experimentelle Wissenschaftler und die klinisch tätigen Fachkollegen.
Die Haut ist neben dem Respirations- und Gastrointestinaltrakt beständig Umwelteinflüssen
ausgesetzt. So können chemische Substanzen
und/oder biologische Faktoren über exogenen
und/oder endogenen Kontakt auf die Haut einwirken. Entscheidend für die Auslösung von
Effekten sind daher Dosis, Art und Zeit der Exposition sowie die noch wenig verstandene individuelle Suszeptibilität, also die Empfindlichkeit
gegenüber äußeren Einflüssen. Auf der Wirkungsseite wird zwischen Infektionen, toxischen
Effekten und Überempfindlichkeitsreaktionen,
die als immunologisch vermittelte Allergien oder
nicht-immunologische Reaktionen auftreten
können, unterschieden. In diesem Artikel werden exemplarisch die Einflüsse von kleinmolekularen Chemikalien betrachtet.
Die Wirkung von PPD
Die aromatische Aminoverbindung
para-Phenylendiamin (PPD, Molekulargewicht 108,14 g/mol) wird
vornehmlich als Additiv bei der Pigmentherstellung von Farbstoffen
zur Färbung von
Haaren, Leder und
Texti-
22 Prof. Dr. Brunhilde Blömeke,
Leiterin des Lehrstuhls für Umwelttoxikologie
lien verwendet. Darüber hinaus wird es als
Reagenz für fotografische Entwickler und als
Beschleuniger für die Gummivulkanisation eingesetzt.
Entsprechend wird PPD vorwiegend über die
Haut aufgenommen. Aufgrund seiner stark sensibilisierenden Eigenschaften kann es unter Umständen an der Kontaktstelle zur Entwicklung
einer, in der Regel lokal begrenzten, allergischen
Kontaktdermatitis kommen. Diese Reaktion wird
durch die Aktivierung von Chemikalien-spezifischen T-Zellen, weiteren Immunzellen und Hautzellen hervorgerufen.
Unter der Vielzahl der exponierten Personen
sind einige besonders empfindlich/suszeptibel
und entwickeln entweder direkt nach dem ersten Kontakt oder nach jahrelanger Exposition
eine allergische Kontaktdermatitis.
Von den in Kliniken getesteten Personen
zeigen laut Daten des Informationsverbund Dermatologischer Kliniken (IVDK) etwa 4 % eine positive Reaktion auf PPD [1] (entspricht ca. 1 %
Prävalenz in der Gesamtbevölkerung) wobei
regional unterschiedliche Häufigkeiten sowohl
innerhalb als auch außerhalb Europas gefun-
Keywords:
Kontaktallergie, Umweltnoxen,
individuelle Suszeptibilität,
Wirkung
Abb. 1: Haarefärben
Pharmazeutische Analytik
den wurden. Im Gegensatz zu Europa (4 %) und
Asien (4,3 %) reagieren in Nordamerika durchschnittlich 6,2 % positiv auf PPD [2].
Die Sensibilisierung gegenüber PPD kann
u. a. aufgrund der Exposition beim Haarefärben
erfolgen. Dieser Modetrend gilt als ein Grund für
die weltweit steigende Zunahme an Reaktionen.
Daneben spielen vor allem Exposition mit Farben in Textilien, Leder sowie Henna-Tattoos eine
Rolle. In Europa darf PPD kosmetischen Mitteln
zur Färbung der Haut nicht zugesetzt werden,
aber illegal oder außerhalb der EU wird es teils
zur Intensivierung der Farbe den Henna-Tattoos
in hohen Konzentrationen zugesetzt.
Mögliche Kreuzallergien
Neben der Reaktion auf PPD können betroffene
Personen über die sogenannte Kreuzreaktivität
auf chemisch ähnliche Verbindungen (Parastoffe =
aromatische Amine, deren Aminogruppe sich in
para-Stellung befindet) reagieren. Als häufige Beispiele können para-Toluendiamin, para-Aminoazobenzol (Anilingelb) oder Dispersionsorange 3
genannt werden, aber hin und wieder treten auch
Probleme nach Kontakt mit Sulfonamidantibiotika, Benzokain und Prokain auf. Welche molekularen Strukturen dieser Stoffe und vor allem bei PPD
selbst letztendlich für seine starken Sensibilisierungseigenschaften verantwortlich sind, ist noch
nicht vollständig geklärt. Als mögliche Kandidaten
werden reaktive Zwischenverbindungen wie Benzochinondiimin, Benzochinon sowie das Trimer die
Bandrowski’s Base (BB) angesehen, die durch
(Auto)Oxidation aus PPD und anderen Parastoffen
entstehen können [3].
Personen mit einer PPD-Sensibilisierung
leiden zum Teil ein Leben lang unter erheblichen Einschränkungen und müssen häufig alle
Produkte mit diesen Substanzen meiden. Sie
sind dadurch im privaten Bereich und teilweise beruflich deutlich eingeschränkt. Besonders
betroffen sind hiervon Frisöre oder Drucker genauso wie Arbeiter in der Lederwaren-, Textil-,
Gummi-, Papier- oder Chemiebranche, die von
Berufs wegen gegenüber PPD oder verwandten
Stoffen exponiert sind und als PPD-Allergiker
häufig den Arbeitsplatz wechseln müssen. Dadurch haben PPD-verursachte Allergien nicht
Abb. 3: Allergische Reaktion auf PPD
nur gesundheitspolitische, sondern auch ökonomische Folgen für die gesamte Bevölkerung.
Ursachenforschung durch ESCDgefördertes Projekt
Warum nur bestimmte Individuen eine Kontaktallergie auf PPD entwickeln, während andere trotz jahrelanger Exposition keine Reaktionen
zeigen, ist unklar. Neben unterschiedlicher Exposition hat möglicherweise auch die individuelle
genetische Variabilität Einfluss auf die Suszeptibilität für die Ausbildung einer Kontaktallergie
gegenüber PPD.
In der Vergangenheit wurden bereits verschiedene Gene auf das Vorhandensein von
Varianten analysiert, die im Verdacht stehen, die
Sensibilisierung gegenüber PPD zu beeinflussen
[4-6]. Diese Studien zeigten, dass genetische
Faktoren tatsächlich eine Rolle spielen, allerdings konnten aufgrund der geringen Anzahl
der untersuchten Fälle letztlich noch keine zufriedenstellenden Ergebnisse gewonnen werden.
Um künftig weltweit an betroffene Personen zu
gelangen und insbesondere mögliche genetische Ursachen zu untersuchen, hat sich ein internationales Konsortium aus Dermatologen, Toxikologen and Epidemiologen gegründet, dessen
Ziel es ist, innerhalb der nächsten Jahre in europäischen und asiatischen Ländern Blutproben
von PPD Allergikern zu sammeln, um genomweit
nach Markern für die PPD-Suszeptibilität zu suchen. Die Gründung erfolgte in der Umwelttoxikologie der Universität Trier im Rahmen des von
der European Society of Allergic Contact Der-
matitis (ESCD) unterstützten Kick-off Meetings
„PPD Allergy and Genetics“. Das Konsortium
umfasst Universitätsprofessoren aus den Niederlanden (Rustemeyer, Amsterdem; Stenveld,
Arnhem; Coenraads sowie Snieder, Groningen),
Spanien (Gimenez, Barcelona), Portugal (Gonçalo, Coimbra), Schweden (Svedman, Malmö),
Singapur (Goh) und Deutschland (Diepgen, Heidelberg; Elsner, Jena; Blömeke, Trier).
Die Umwelttoxikologie der Universität Trier
stellt die zentrale Anlaufstelle für die genomweite Analyse der Proben dar. Die umfangreiche statistische Auswertung der Daten erfolgt durch die
epidemiologische Arbeitsgruppe um Prof. Snieder in Groningen. Damit werden die Faktoren,
die das individuelle Risiko für eine PPD- oder
Paragruppenallergie bestimmen, aufgeklärt.
Literatur
[1]Schnuch A. et al.: Br. J. Dermatol. 159, 379–86
(2008)
[2]Thyssen J. P. und White J. M.: Contact Dermatitis
59, 327–43 (2008)
[3]Skazik C. et al.: Contact Dermatitis 59, 203–11
(2008)
[4]Blömeke B. et al.: Br. J. Dermatol. 161, 1130–1135
(2009)
[5] Blömeke B. et al.: Allergy 64, 279–283 (2009)
[6]Pot L. M. et al.: Br. J. Dermatol. 164, 878–899
(2011)
Autoren
Simone Scheitza,
Wissenschaftliche Mitarbeiterin in der
Umwelttoxikologie
Prof. Dr. Brunhilde Blömeke,
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Vor zwei Jahren starteten der Stromproduzent
RWE Power und das Biotechnologieunternehmen Brain im Kraftwerk Niederaußem eine außergewöhnliche Forschungskooperation. Das
Ziel: Kohlendioxid mit Mikroorganismen in Biomasse oder direkt zu Wertstoffen umzuwandeln.
Die beiden Partner wollen Mikroorganismen
züchten und mit ihnen innovative CO2-Umwandlungs- und Synthesewege erforschen. So könnten Biomasse und industriell nutzbare Produkte
wie neue Biomaterialien, Biokunststoffe und
chemische Zwischenprodukte entstehen. Es werden Anwendungsmöglichkeiten z. B. als Bauund Dämmstoff sowie zur Herstellung von Feinund Spezialchemikalien wie möglicherweise
auch Massenchemikalien untersucht.
Suche nach Mikroorganismen
Brain ist auf dem Gebiet der Weißen Biotechnologie tätig und hat sowohl im eigenen Bio-Archiv
als auch bei Probennahmen direkt im Rauchgaskanal des Braunkohlekraftwerks mit optimierter
Anlagentechnik (BoA) in Niederaußem nach Mikroorganismen gesucht, die unter den Bedingungen im Rauchgas und unter Verwendung von
CO2 wachsen können. Insgesamt wurden mehr
als 3.000 Mikroorganismen überprüft. 1.000 erfüllten das Anforderungsprofil. Im nächsten
Schritt identifizierten und charakterisierten die
Forscher die produktivsten Verwerter des Treibhausgases. 29 Kandidaten, die besonders gute
Wachstumseigenschaften aufzeigten, wurden inzwischen ausgewählt – davon waren zehn bisher
noch nicht bekannt bzw. beschrieben.
Strategischer Meilenstein
„Unsere Pionierarbeit bei der Suche nach biotechnologischen Lösungen der CO2-Umwandlung trägt erste Früchte“, betont Dr. Johannes
Heithoff, Leiter Forschung und Entwicklung bei
RWE Power. „Wir sind von den Resultaten, die
das Forscherteam von Brain zusammen mit unseren Kraftwerksexperten erarbeitet hat, so
überzeugt, dass wir das Programm weiter ausbauen wollen.“ Bisher sind mehr als 2 Mio. € in
das Forschungsvorhaben geflossen.
„Wir haben einen strategischen Meilenstein
erreicht. Dass RWE Power das Forschungsthema
weiter ausbauen will, ist dafür ein weiterer Beleg“, erklärt Brain-Forschungsvorstand Dr. Jürgen Eck. „Unser Ziel ist es, einen nachhaltigen
Beitrag zur CO2-Nutzung in einem industriell
skalierbaren System zu liefern.“ Dabei nutzen
die Forscher die vielfältigen Möglichkeiten, die
die mikrobiellen Stoffwechselwege und die Synthetische Biologie bieten, um durch leistungsstarke Designer-Mikroorganismen eine möglichst effiziente CO2-Konversion zu erzielen.
Innovationsallianz
Das vielversprechende Zwischenergebnis der
Forschungskooperation: Spezialisierte und hierfür eigens entwickelte Mikroorganismen können
CO2-haltige Rauchgase aus Braunkohlenkraftwerken direkt als „Futter“ verwerten und selbst
bei einer Temperatur von 60 °C wachsen.
In Zukunft will RWE Power auch andere kohlenstoffreiche Abfallströme, die z. B. in Abwässern, bei der Produktion von Lebensmitteln oder
in Raffinerieprozessen entstehen, mit in das Projekt einbeziehen. Hierzu soll eine Innovationsallianz formiert werden, in der sich insgesamt 21
Industrieunternehmen, kleine, mittelständische
Unternehmen sowie akademische Forschungseinrichtungen zusammenschließen, um im intensiven Austausch Projekte zur Nutzung dieser
Abfallströme voranzutreiben.
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Brain AG
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Der „kleine“ Alberts
Das Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie gilt
als das beliebteste einführende Lehrbuch in diesem bereich: wie die vierte, komplett überarbeitete Auflage zeigt, auch völlig zu Recht. Wieder
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Präsentation in Text und Bild gelegt worden. Ein
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entwickeln“
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und Schlüsselbegriffe am Kapitelende
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Übersichtstafeln, die die grundlegenden
Konzepte anschaulich darstellen
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Glossar mit 600 Ausdrücken
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Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie
Alberts, Bruce / Bray, Dennis / Hopkin, Karen / Johnson,
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Übersetzt von Häcker, Bärbel / Horstmann, Claudia
4., vollständig überarbeitete Auflage – April 2012
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herausgearbeitet – ein Plus, das dieses Buch,
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das Nachvollziehen des Vorlesungsstoffes, aber
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Schore, Neil E., 5. Auflage - April 2012, 34,90 €
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Firmenprofil
25 Jahre Ionenchromatographie
Made in Switzerland
Bereits 1948 stellte Metrohm das erste pH-Meter her. Nicht
ganz so weit zurück liegt der Einstieg in die Ionenchromatographie. Umso bedeutender sind aber die Errungenschaften,
die im Dienste des Anwenders erreicht wurden, denn heute
kann jeder Ionenchromatographie!
Abb.1
Im Folgenden erhalten Sie einen
kurzen Rückblick, wie es dazu
kam und was sich seitdem alles
getan hat.
Metrohm ist mit seinen Ionenchromatographen
mitgewachsen
(oben links die alten Werksanlagen in der Innenstadt von Herisau,
oben rechts die 2011 fertiggestellten Betriebsanlagen am Ortsrand).
Durch eine langfristig angelegte
Wachstumsstrategie entwickelte
sich das Unternehmen stetig und
gehört heute wie schon seit 1987
zu den Technologieführern im Bereich Ionenchromatographie. Dieser Bereich erfuhr in den letzten
Jahren eine Phase starken Wachstums, denn das Einsatzspektrum
der Technologie ist ausserordentlich groß und gerade für die Lebensmittel- und Umweltanalytik
unverzichtbares Werkzeug. Trotz
des Erfolges ist man bei Metrohm
„auf dem Teppich“ geblieben und
achtet darauf, dass die Menschen
im Mittelpunkt bleiben. Die Kunden und Geschäftspartner ebenso
wie die Angestellten.
Der erste
Ionenchromatograph
Nach der Lancierung eines elektrochemischen HPLC-Detektors im
Jahr 1981, begann Metrohm 1983
mit der Entwicklung eines Leitfähigkeitsdetektors. Schon bald erkannte das Entwicklerteam, dass
es damit noch nicht getan war. Um
eine stabile Basislinie und niedrige
Nachweisgrenzen zu erhalten,
musste das ganze Analysesystem
von der Hochdruckpumpe über die
Kapillaren bis hin zur Trennsäule
optimiert werden. 1987 stellte Metrohm ihren ersten Ionenchromatographen, den 690 Ion Chromatograph (Abb. 1), vor. Das innovative
Gerät vereinte Injektor (manuelle
Möchten Sie uns
kennen lernen?
Probeninjektion), Trennsäule, Detektor und Steuerelektronik in einem Gehäuse und setzte auf
Einsäulentechnik mit elektronischer Suppression. Damit gelang Ionenchromatographie (IC)
auch ohne chemische Suppression. Für die elektronische Suppression musste man sich wohl
oder übel entscheiden, da die chemische Suppression vorerst durch Patente geschützt und
somit nicht zugänglich war. Obwohl ursprünglich eine Hürde, könnte genau dies der Grund
sein, weswegen dieser Leitfähigkeitsdetektor
auch heute noch am Markt ist, denn um kleinste
Leitfähigkeitsänderungen auf einem hohen Hintergrund erfolgreich detektieren zu können,
muss man an die Grenzen des Möglichen gehen
und darf keine Kompromisse machen.
Weswegen überhaupt
Ionenchromatographie?
Die IC bot gegenüber der damals weitverbreiteten Fotometrie entscheidende Vorteile. Mit der
IC konnte beispielsweise eine aus sieben verschiedenen Anionen bestehende Probe innerhalb weniger Minuten analysiert werden, während die Fotometrie dazu Tage brauchte,
wohlgemerkt zur Bestimmung eines einzelnen
Anions. Man ergriff die Chance, neue Marktanteile zu erschliessen und stieg in die IC ein, die
fortan das zweite Standbein neben der Titration
darstellte.
Der erste modulare
Ionenchromatograph
1996 wurde eine Serie an modularen Ionenchromatographen präsentiert, welche die IC nachhaltig prägte. Die einfachste Konfiguration bestand aus Pumpe, Leitfähigkeitsdetektor,
Detektor und 733 IC Separation Center mit fest
eingebautem Suppressor Modul «MSM». Inzwischen konnte auch die chemischen Suppression
verwendet werden und wurde mit dem Leitfähigkeitsdetektor kombiniert. Durch ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis konnten niedrigste
Nachweisgrenzen erhalten werden.
Als optionales Zweikanal-Gerät liess sich der
modulare Ionenchromatograph zur simultanen
Bestimmung von Kationen und Anionen einsetzen. Die Integration zahlreicher Erweiterungsmodule eröffnete neue Applikationsgebiete und
erleichterte dem Anwender die Arbeit: Viele bis
dahin manuell durchgeführte Arbeitsschritte wurden
automatisiert, mit positiven Auswirkungen auch auf die Reproduzierbarkeit.
Mit einem der ersten Erweiterungsmodule, der
754 Dialysis Unit, ließen sich die Matrixbestandteile Schwebe- und Feststoffe sowie Feinstpartikel, Eiweisse und Fette durch Dialyse abtrennen.
Dies ermöglichte die ionenchromatographische
Analyse von Fruchtsäften, Bodenproben, Aufschlämmungen und anderen Proben ohne ein
Verstopfen oder eine kürzere Lebensdauer der
Trennsäule zu riskieren.
1997 kam der erste kompakte Ionenchromatograph auf den Markt und vereinte IC (Injektionsventil, Doppelkolbenpumpe, SuppressorModul, Hochleistungsdetektor, Schlauchpumpe,
Elektronik zur Datenverarbeitung sowie verschiedenste Trennsäulen) auf kleinstem Raum
(Abb. 2). Er war so leistungsfähig wie der modulare Ionenchromatograph und lieferte ebenso
gute Ergebnisse.
Die modularen
Advanced-Ionenchromatographen
Im Jahr 2003 wurden die bestehende Module
der kompakten Ionenchromatographen und
auch die Software für die neue Advanced-Reihe
überarbeitet und durch eine Reihe von Optimierungen und Erweiterungen wie einen fest eingebauten Säulenofen aufgewertet. Sowohl das Liquid-Handling,
die
Probenvorbereitungstechniken als auch die Automationslösungen wurden ausgebaut
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vom 18. bis 22. Juni
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Intelligente Ionenchromatographie
Mit der intelligenten Ionenchromatographie, den
Trennsäulen „iColumns“, dem Probenwechsler
858 Professional Sample Processor, den neuen Erweiterungsmodulen sowie der neuen Steuerungsund Datenerfassungssoftware wurde die IC weiter optimiert. Das Besondere an der intelligenten
Ionenchromatographie (Abb. 3) sind die Komponenten iPump, iColumn, iDetector, 800 Dosino
und MagIC Net. Sie ermöglichen eine vollumfängliche, automatische Überwachung und Optimierung aller Systemparameter sowie deren lückenlose Dokumentation gemäss GLP- und
FDA-Vorschriften. Das IC-System kann, z.B. bei
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sehr komplexe Abläufe. Von einer Vielzahl an Erweiterungsmodulen und
unterschiedlichsten
Detektoren (Leitfähigkeitsdetektor, UV/
VIS-Detektor, amperometrischer Detektor)
über umfassende Automationsmöglichkeiten
inklusive Probenvorbereitung bis hin zur Microbore-Technologie, steht
das gesamte Spektrum
moderner IC-Methoden zur
Verfügung. Dieselben Eigenschaften weisen auch die
kompakten intelligenten Ionenchromatographen auf, die
2008 erschienen.
Was macht Ionenchromatographie erfolgreich?
Abb. 2
Abb. 3
Der Erfolg basiert auf dem Zusammenspiel mehrerer Faktoren, die
letztendlich den Arbeitsalltag des
Anwenders effektiver und angenehmer gestalten. Durch die umfassende „Metrohm Inline Sample
Preparation“ (MISP), die Inline-Ultrafiltration, -Verdünnung, -Anreicherung,
-Kalibrierung,
und
-Spiking beinhaltet, und durch
zahlreiche Automationslösungen
kann dem Anwender viel manuelle
Arbeit abgenommen werden.
Ein weltweites Netz an Vertriebs- und Tochtergesellschaften
leistet Applikationssupport und
bietet Seminare und Schulungen an. Die Applikationsliteratur
(Monographien, Application Bulletins, Application Notes, Poster
und Fachartikel) ist kostenlos erhältlich und kann zumeist direkt
von www.metrohm.com heruntergeladen werden.
Metrohm steht für qualitativ
hochwertige und robuste Geräte
und Software „Made in Switzerland“ auf dem neuesten Stand
der Technik. Damit erzielen die
Anwender niedrige Nachweigrenzen und erhalten genaueste
Analysenresultate bei großer
Datensicherheit. Zahlreiche Kopplungstechniken wie IC-MS, ICICP-MS ermöglichen die Analyse
auch schwer zu trennender Proben. Die langjährige Erfahrung
in der Ionenanalytik erlaubt die
Verschmelzung von Ionenchromatographie, Titration und Direkt
messungen in einer kompakten
massgeschneiderten Einheit.
Zufriedene Mitarbeiter
als Erfolgsgarant
Ein sehr wichtiger Erfolgsfaktor
sind auch die Mitarbeitenden der
Firma Metrohm; ihnen bietet der
Schweizer Analysegerätehersteller
einen gesicherten Arbeitsplatz und
ein gutes Arbeitsklima. Zufriedene
Mitarbeiter vollbringen ausserordentliche Leistungen, von denen
die Kunden nur profitieren können.
Wichtig bei der Arbeit ist auch,
dass man Spaß daran hat und nie
den Humor verliert. Vielen Leser/
innen dürfte Ricola, eine weltbekannte Kräuterbonbon-Marke aus
der Schweiz mit ihrer unverkennbaren Werbung „Wer hat‘s erfunden – Die Schweizer natürlich!“
ein Begriff sein. Dies trifft zwar
nicht auf die Ursprünge der Ionenchromatographie zu, viel wichtiger
für den Anwender ist aber, wer die
Ionenchromatographie mit erst für
jedermann zugänglich gemacht
hat: Die Schweizer natürlich!
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Metrohm AG
Herisau
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Showcases
Brilliant, Leistungsstark, Innovativ: Die präparative Ultrazentrifuge Optima XPN-100
Mit dieser komplett neuen präparativen Ultrazentrifuge erreicht Beckman Coulter
eine neue Qualität in Leistung, Anwenderfreundlichkeit und Energieeffizienz. So
zeichnet sich diese neue präparative Ultrazentrifuge durch eine innovative Antriebstechnologie aus, die neben deutlichen Geräuschreduzierungen (< 51 dBA) mit einem regenerativen Bremssystem für eine verbesserten Energiebilanz sorgt. Speziell
für das tägliche Arbeiten bietet das 15“ große Touchscreen-Display mit der eXPertSoftware deutliche Erleichterungen. Speziell die erweiterten Sicherheitskonzepte
(User-ID, Log-files, 21 CFR Part11 Optionen), aber auch die Umrechnung von Applikationen mit dem direkten Geräteübertrag bieten da neue Möglichkeiten.
Die Netzwerkfähigkeit der Optima XPN bietet dem Anwender die modernsten
Möglichkeiten der Kommunikation. So kann die Zentrifuge direkt an das LAN
angebunden werden, was die Möglichkeiten der Fernsteuerung vom Festnetzcomputer oder über mobile Endgeräte (iPhone, iPad*) bietet. Auch die Versendung von E-Mail-Alarmen an registrierte Anwender optimiert die Einsatzmöglichkeiten der Zentrifuge. Selbstverständlich ist auch diese Zentrifuge ein
Bestandteil unseres Biosafe-Konzeptes, welches dem Anwender eine umfassende biologische Sicherheit gewährleistet.
Key Features
▶▶Maximale Leistung bis 100.000 min-1
▶▶Neuartige innovative Antriebstechnologie
▶▶Hohe Anwenderfreundlichkeit mit 15“ Monitor
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*iPhone und iPad sind eingetragene Markenzeichen der Firma Apple Inc.
Sparbüchse: Automatisches Polarimeter P3000 von A.Krüss Optronic
Das neue Polarimeter P3000 ist eine „abgespeckte“ Version von
dem bekannten P8000. Es ist ein einfach zu bedienendes Polarimeter zur vollautomatischen Messung der optischen
Rotation. Die von Krüss entwickelte und patentierte
schnelle Messung ist auch in diesem Gerät eingebaut.
Das Messergebnis wird innerhalb einer Sekunde erhalten und das unabhängig vom Messwinkel.
Ein Touchscreen wurde ebenfalls wieder integriert,
der eine intuitive Bedienung ermöglicht. Das Polarimeter wird mit Zubehör geliefert. Für den Alltagsgebrauch, wo schnelle Messungen in einer Auflösung
bis zur 0,01° bei einer Genauigkeit von +/-0,01°
ausreichen, ist das robuste Gerät eine gute, preisgünstige Alternative zum großen Bruder. Einsatzbereiche für das P3000 finden sich insbesondere in den Gebieten Qualitätskontrolle, Reinheitskontrolle und Konzentrationsbestimmung, zum Beispiel in der Pharma-, Chemie- oder Lebensmittelindustrie.
Zur Einführung des Gerätes auf der Achema 2012 in Frankfurt gibt es ein besonderes Angebot für dieses Gerät.
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▶▶Hervorragendes Preis / Leistungsverhältnis
▶▶Schnelle Qualitätskontrolle
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Showcases
DVS GraviSorp 120 von Porotec: Multisampler für Wasserdampfsorption
Die Firma Porotec bietet mit dem GraviSorp 120 nun eine eigene Lösung für die
Wasserdampfsorption an. Es können deutlich größere Einwaagen insbesondere
an inhomogenen Materialien wie Baumaterialien, Trockensuppen oder pharmazeutische Kapseln vermessen werden. Das Gerät bietet einen vollautomatischen
12 Positionen-Mehrfachwechsler für 11 Proben und 1 Referenz zur gleichzeitigen
Messung der Wasserdampfsorption von 0 – 98 % rel. Feuchte im Temperaturbereich von 20 °C bis 40 °C. Die eingesetzte Waage besitzt eine maximale Kapazität
von 120 g. Optional ist auch eine Waage mit 400 g Kapazität erhältlich.
Die Programmierung und Datenerfassung mit Datenbackup geschieht einfach und
benutzerfreundlich auf einem PC. Die nächste Feuchtestufe wird entweder nach einer vorgegebenen Zeit oder einem programmierbaren Gleichgewichtskriterium angefahren. Dabei geschieht die kontrollierte Einstellung der neuen Feuchte im Probenraum innerhalb weniger Minuten. Datenexport und Analyse erfolgen in Excel.
Das kompakte Gerät bietet eine robuste, zuverlässige und kostengünstige Lösung
für die High-Throughput Bestimmung von Wasserdampfsorptions-Isothermen in
Forschung und Qualitätskontrolle.
Key Features
▶▶ Wasserdampfsorption
▶▶ + Hoher Durchsatz
▶▶ + Schnell
▶▶ + Präzise
▶▶ + Kostengünstig
_____________________
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www.porotec.de
▶▶ = Porotec DVS GraviSorp 120
Die neuen Mikro-Zentrifugen Sigma 1-16 und 1-16K
Zur Analytica 2012 hat Sigma Laborzentrifugen die neuen Mikrozentrifugen 1-16 und 1-16K vorgestellt. Kapazität: 24 x 1,5 – 2 ml im Kunststoff
oder Aluminiumrotor mit hermetischem Deckel. Max. Drehzahl 15.000
min-1, max. Schwerefeld 20.627 x g.
Produktvorteile: Schlanke, platzsparende Bauform, 1-Finger Deckelverriegelung durch ein neues motorisches Deckelschloss, Zentrifugenkessel
aus Edelstahl, angenehmes Geräusch, leiser Betrieb, funktionales Design.
Die Drehzahl kann in Schritten von 100 min-1 verändert werden. Alternativ kann auch das Schwerefeld des Rotors in Schritten von 10 x g gewählt werden. Die Laufzeit ist in Schritten von 1 Sekunde von 10 Sekunden bis 99 min einstellbar. Dauerlauf und Kurzlauf gehören
selbstverständlich zu den Geräteeigenschaften. Die Einstellungen sind
auch während des Laufs veränderbar. Neun individuelle Programme
speichern Ihre Einstellungen. Der starke Rotor sorgt für kurze Beschleunigungszeiten. Mittels einer zweiten Brems- und Beschleunigungskurve
können die Zentrifugen auch sanft beschleunigen und bremsen. Die Sigma 1-16 erwärmt sich nur wenig beim Lauf. Die Sigma 1-16K hält garantiert 4 °C auch bei max. Drehzahl im Dauerlauf. Mittels einer Taste kühlt
die Sigma 1-16K messwertgesteuert auf die vorgewählte Temperatur.
Sigma 1-16 und 1-16K, ein neues starkes Team im Labor.
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▶▶Schlanke, platzsparende Bauform
▶▶Zentrifugenkessel aus Edelstahl
▶▶Leiser Betrieb
▶▶9 individuelle Programme
Achema, Halle 4.2, Stand F49
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www.sigma-zentrifugen.de
Labormarkt
Massenspektrometer für Routineanalytik
Mikro-Durchflussmesser für Flüssigkeiten
Mit dem Massenspektrometer Tripletof 4600
System ergänzt AB Sciex seine Premiumplattform Tripletof 5600 System. Die Technologie
ermöglicht die simultane qualitative und
quantitative Analyse und verknüpft Sensitivität und Geschwindigkeit mit hoher Auflösung
und Massengenauigkeit. Mit dem neuen System ist sie jetzt auch für den Routinebetrieb
erhältlich. Hochkomplexe Fragestellungen in
der Krankheitsforschung, steigende Kosten
bei der Medikamentenentwicklung, immer
häufigere Lebensmittelskandale und andere
Faktoren führten dazu, dass weltweit der Bedarf an präzisen massenspektrometrischen
Hochgeschwindigkeitstechnologien gewachsen sei, so das Unternehmen. Das System liefert exakte und hochauflösende MS- und
MS/MS-Daten, sogar in Kombination mit UHPLC-Applikationen. Zu den Applikationen,
bei denen das System Unterstützung bieten kann, gehören Hochdurchsatz-Anwendungen in der Proteomforschung, das Screening nach Lebensmittelkontaminationen, Routineapplikationen sowie umfangreiche Analysen in frühen ADME-Tests.
Bronkhorst stellt einen Massendurchflussmesser für Flüssigkeiten vor: den LiquiFlow mini auf Basis der Mikrofluidik- und
Mikrosystemtechnik. Die Verwendung
von mikrofluidischen Instrumenten in
Forschungs- und Analyseanwendungen
bringt große Vorteile mit sich: Die Analyse wird beschleunigt, weil die Volumina
sehr gering sind; gleichzeitig reduziert
sich die Menge der oftmals teuren oder
toxischen Reagenzien und Analyten. Ein
wesentlicher Vorteil ist, dass die Instrumente erheblich kleinere Abmessungen
als bisher am Markt erhältliche Instrumente haben, so der Hersteller. Somit können
Apparatebauer und Systemintegratoren die Größe ihrer Apparaturen und damit die
Betriebskosten senken. Auch ein mobiler Einsatz in tragbaren Systemen ist möglich.
Bronkhorst High-tech B.V., Ak Ruurlo
Tel.: +31 573 458800
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www.bronkhorst.com
AB Sciex
www.absciex.com
Bestimmung von Glas- und Kohlefasern in Kunststoffen
Medizinischer Bedarf
Der Kunststoff-Schnellverascher Phönix von CEM ermöglicht die minutenschnelle Veraschung einer Vielfalt
von unterschiedlichen Kunststoffen
zur Bestimmung des Glasfaser- bzw.
Kohlefaseranteils. Einsatzgebiete für
derartige Kunststoffcompounds finden sich z.B. im Automobilbau, wo
sie für Stoßstangen, Zierleisten, Armaturen, Wannen, Abdeckungen und Fertigteile verwendet werden. Da die Werkstoffeigenschaften eines Kunststoffcompounds wesentlich von seinem Füllstoffgehaltes
abhängen, ist eine Schnellbestimmung dieses Füllstoffes (Glasfaser oder Kohlefaser)
zur effektiven Prozesskontrolle unerlässlich. Mit einem schnellen Eingreifen in die
laufende Produktion kann enorm Geld eingespart werden. Die Schnellveraschung
im vorgestellten Kunststoffverascher liefert innerhalb von zehn Minuten die notwendigen Daten.
Die Glaswarenfabrik Karl Hecht stellt u.a. auf
der Achema ihr Sortiment unter dem Markennamen Assistent vor. Zu diesem Programm gehören mehrere Tausend Präzisions-Produkte für
die ärztliche Praxis, für medizinische Labors und
Industrie-Labors sowie für den Klinikbedarf.
Karl Hecht GmbH & Co KG
Tel.: 09779/808-0, [email protected],
www.hecht-assistent.de
CEM GmbH
Tel.: 02842/9644-0, [email protected] , www.cem.de
Vier Labormühlen
Ramanspektrometer
Fritsch stellt vier Tech-Labormühlen im Rahmen
seiner „Premium line“ vor. Die Planeten-Monomühle Pulverisette 6 Premium Line bietet im
Einzelnen doppelte Antriebsleistung und extreme Zentrifugalbeschleunigung; automatische
motorische Mahlbecherauswuchtung; Servolock Mahlbecherverspannung, Touchscreen
– Farbdisplay, überdruckdichte Mahlbecher
auch außerhalb der Mühle. Die Rotor-Schnellmühle Pulverisette 14 bietet verdreifachte
Antriebsleistung für hohen Durchsatz und Mahlleistung, Clean Design für einfache Reinigung, einen niedrigen Geräuschpegel sowie optimale Kühlung. Außerdem vorgestellt:
Der Backenbrecher Pulverisette 1 (extra stark mit bis zu 3 kW Antriebsleistung; extra robust für härteste Beanspruchung; einfache Nullpunkt- und Mahlspalteinstellung; Clean
Design zur einfachen Reinigung; optimale Schallisolierung) sowie die Scheibenmühle
Pulverisette 13 mit einfacher Mahlspalteinstellung; TFT-Display mit Folientastatur; großem, abnehmbarem Einfüll-Trichter sowie optimierter Mahlscheiben-Justierung.
J&M Analytik stellt ein Ramanspektrometer für den Laborbereich vor. Als
Anregungsquelle dient ein spezieller
Laser bei 785 nm. Durch die modulare
Bauweise des Spektrometers ist der Einsatz anderer Laserwellenlängen ebenfalls sehr einfach möglich. Als Sonde
kommen handelsübliche Ramansonden
von verschiedensten Herstellern zum
Einsatz. Durch Standardanschlüsse an Laser und Spektrometermodul können alle
erhältlichen Ramansonden an das Messsystem adaptiert werden. Geliefert wird das
Spektrometer am Werk zudem mit der Software Panorama und dem Softwaremodul
Ramalyze zur Datenerfassung und Datenauswertung. Mit Hilfe der Software können
die Raman Shifts den entsprechenden funktionellen Gruppen sehr einfach zugeordnet werden. Zudem verfügt die Software über eine Bibliothek die nach Belieben erweitert und für Spektrensuche genutzt werden kann.
Fritsch GmbH
J&M Analytik AG
Tel.: 06784/70146, [email protected], www.fritsch.de
Tel.: 07361/92810, [email protected], www.j-m.de
Laborsystem
Köttermann präsentiert auf der Achema sein neues Laborsystem. Bei dessen Entwicklung hat sich das Unternehmen mit den Anforderungen und Arbeitsabläufen im
Labor auseinandergesetzt. “Das Ergebnis ist die Integration moderner Technologien,
die den Anwender effektiv unterstützen – im einzelnen Arbeitsschritt genauso wie im
gesamten Prozessablauf”, erläutert Managing Director Ralf Waldau.
Köttermann GmbH & Co.KG
Tel.: 05147/976-593, www.koettermann.com
Die neue Dimension
in der Probenvorbereitung
und Partikelanalyse
Optimierung der aseptischen Abfüllung
Pall stellt seine Allegro Single-Use Abfüllnadeln als Alternative zu konventionellen
Edelstahlabfüllnadeln vor, die in der biopharmazeutischen Industrie zur aseptischen
Abfüllung von Flüssigkeiten eingesetzt werden. Die Nadeln lassen sich problemlos und
schnell in bestehenden oder neuen Abfülllinien einsetzen. Die edelstahlverstärkten
Nadeln aus Polyetheretherketon (PEEK) sind mit einem breiten Spektrum an Abfüllanlagen kompatibel. Sie lassen sich insbesondere in Allegro Einwegabfüllsysteme leicht und
vielseitig integrieren. Ihr Einsatz vereinfacht die Handhabung der Systeme und erhöht
die Sicherheit der Abfüllanlage. Die Einwegnadeln reduzieren die Rüstzeiten und senken
die mit der Installation verbundenen Risiken.
Pall GmbH Life Science
Tel.: 06103/307-0, www.pall.com
Schnellverschlusskupplungen, Hähne und Ventile
In seinem Handbuch Thomafluid-IV zeigt Reichelt Chemietechnik Schnellverschlusskupplungen sowie Hähne und Ventile für den Einsatz im Technikum, Labor und Betrieb sowie in
der Prozesstechnik bis hin zum Anlagenbau.
Speziell handelt es sich um Durchgangs-, Absperr-, Kugel- und Mehrweghähne sowie um
Druckhalte- und Druckminderventile aus den
Werkstoffen PVC-U, PP, PVDF sowie PFA. Das
Programm wird abgerundet mit einer breiten Palette an Membran-, Rückschlag- und
Magnetventilen. Alle Bauteile sind in den
Werkstoffen PP, PVDF sowie PTFE verfügbar. Das Kapitel „Verbindungstechnik“ stellt
Luer-Lock-Schlauchverbinder aus Messing,
Mikro-Verbindungsstücke sowie HPLC-Verbinder für den Analysenbereich vor. Für die
Prozesstechnik sowie für den Makrobereich werden Industrie-Verschraubungen unterschiedlicher Bauformen aus Messing und Edelstahl präsentiert.
Reichelt Chemietechnik GmbH + Co.
Tel.: 06221/3125-0, [email protected], www.rct-online.de
Innovative Zerkleinerungsgeräte
und Siebmaschinen von RETSCH
für die analysengerechte und
reproduzierbare Aufbereitung und
Charakterisierung von Feststoffen.
Zero gravity
Erleben Sie die Schwerelosigkeit
und gewinnen Sie Preise im
Gesamtwert von
Laborumzüge
Im Rahmen unseres „LabConcept“ Programms zur Planung und Realisation von
neuen Labors bietet VWR nun eine Lösung für Umzüge in neue/bestehende Labore
und Büros an. Dieser Service umfasst die Planung des Umzuges, den fachgerechten
Auf- und Abbau der Laborgeräte/ Instrumente durch geschultes Fachpersonal, Spezielle LKWs sowie den Gekühlten Transport und die Lagerung bei -20 bis zu -196°C
wertvoller Kundenproben. Gerne steht dem Kunden der VWR LabConcept Spezialist
für weitere Informationen zur Verfügung. Hierzu kann der Kunde sich auch an sein
betreuendes Vertriebszentrum wenden sowie im Internet unter www.vwr.com weiterführende Informationen erhalten.
1o.ooo €
www.retsch.de/future
Der Rechtsweg ist ausgeschlossen
VWR International GmbH
[email protected], www.vwr.com
RETSCH GmbH, Germany
Tel.: +49 (0) 21 04/ 23 33- 100 | E-Mail: [email protected]
WWW.RETSCH.DE
Labormarkt
Flüssigkeitsabsaugsysteme
Die Flüssigkeits-Absaugsysteme BVCBiochem-Vacuucenter von Vacuubrand
bieten eine flexible Lösung zum sicheren,
sensiblen und effizienten Absaugen von
Flüssigkeitsüberständen sowie zum Filtrieren in der Zellkulturtechnik und vielen
weiteren Anwendungsbereichen im Labor.
Sechs direkt einsatzfähige Grundausstattungen und ein umfangreiches Zubehörprogramm sind verfügbar. Die leistungsstarke Chemie-Membranpumpe ermöglicht
paralleles Arbeiten an zwei Arbeitsplätzen
oder auch gleichzeitiges Absaugen und
Filtrieren. Die Saugkraft ist über ein TouchPanel präzise einstellbar. Die Pumpe wird
vollautomatisch bedarfsgerecht ein- und
ausgeschaltet. Das System verfügt über einen berührungslosen Füllstandssensor, der
ein Überfüllen der Flaschen verhindert und die Vakuumpumpe rechtzeitig abschaltet.
Eine Desinfektionsroutine ermöglicht dann die Spülung des Saugschlauchs und der
peripheren Anbauteile mit Desinfektionsmittel.
Automatisiertes HPLCAbfallbeseitigungssystem
Das neue Simdos Sensor-System von KNF Lab
erlaubt die automatisierte Beseitigung des Lösungsmittelabfalls, der bei HPLC-Messungen
entsteht. HPLCs evakuieren regelmäßig kleinere
Mengen von Lösungsmittelabfällen oder Mischungen von Lösungsmitteln aus der flüssigen
Phase. Diese Lösungsmittel werden in einer Flasche, die mit einem Niveau-Sensor ausgestattet
ist, gesammelt. Sobald die Flasche voll ist, sendet
der Sensor ein Signal, welches die programmierte
Laborpumpe (Teflon Version, siehe Abbildung) in
Betrieb setzt und die Lösungsmittelmischung in
die Abflussrohre des Labors befördert. Der Filter
auf dem Flaschenverschluss verhindert, dass die Lösungsmittel verdampfen, sodass
eine Luftverschmutzung vermieden wird. Dieses System ersetzt das umständliche
und eventuell gefährliche manuelle Beseitigen von Lösungsmittelabfällen und trägt
zur Sicherheit im Labor bei.
KNF Lab
Tel.: + 41 925 00 25, [email protected], www.knf.flodos.ch
Vacuubrand GmbH &Co. KG
Tel.: 09342/808-5550, [email protected], www.vacuubrand.com
NIR-Spektrenbibliothek
S.T.Japan-Europe bietet die größte NIR Spektrenbibliothek der Welt an. Die Sammlung umfasst 6.049 NIR Spektren und ist in applikationsspezifische Spektrenbibliotheken unterteilt. Es werden Spektrenbibliotheken von Pharmazeutika (1.340 Spektren), Polymeren (1.740 Spektren), Gefahr- und Giftstoffen (1.718 Spektren) sowie
von Farbstoffen & Pigmenten (1.005 Spektren) angeboten. Die Bibliotheken sind auf
die Bedüfnisse der Anwender abgestimmt, die NIR nicht nur für quantitative und chemometrische Analysen, sondern auch für die Identifikation unbekannter Substanzen
bzw. als Quelle für Referenzspektren nutzen. Die Spektren sind in allen geläufigen
Datenformaten.
Aufreinigung
komplexer Gemische
Das neue System CombiFlash Rf
200i von Teledyne Isco ist so klein
wie immer. An Flexibilität hat es
deutlich gewonnen. Das System
verfügt über einen UV-, optional als
UV/VIS-, und einen ELSD-Detektor.
Durch den integrierten ELSD erkennt das System auch Verbindungen ohne Chromophor. Zucker,
Steroide oder Lipide kommen so im
gleichen Lauf zum Vorschein; Überlagerungen werden sichtbar. Das
Gerät ist deshalb besonders für die
Aufreinigung komplexer Gemische
geeignet. Trennungen und Fraktionierungen können anhand der Signale von DAD
und ELSD optimiert werden. Dies erhöht die Reinheit des aufgearbeiteten Produktes und schafft Sicherheit. Der ELSD ist sehr kompakt. Er verwendet Stickstoff zur
Zerstäubung eines kleinen Teils der Probe (ca. 5%).
Bei 20°C bis 120°C entstehen Feststoffpartikel, die dann durch einen Laserstrahl
geleitet werden. Die Abnahme der Lichtintensität wird von einer Photodiode als
Peak im Chromatogramm aufgezeichnet. Die Axel Semrau GmbH & Co. KG vertreibt die Teledyne Isco-Produkte in Deutschland.
S.T.Japan-Europe GmbH
Tel.: 02234/956372, [email protected], www.stjapan.de
360 ° drehbarer Pipettenständer
Der Schweizer Hersteller Socorex Isba
bringt einen neuen Pipettenständer, den
Twister Universal 336, mit einzigartigen
Design und vielen interessanten und praktischen Eigenschaften auf den Markt.
• Sanfte Achsendrehung um 360°
• Leicht erreichbare Instrumente
• Ideales Abstellkonzept
• Konzept für sechs Pipetten der meisten
Marken
• Einfache Demontage und Reinigung
• Austauschbare Drehscheiben
• Sieben lichtdurchlässige Farben, für originelle Farbzusammenstellungen
Axel Semrau GmbH & Co. KG
Socorex Isba S.A.
Tel.: 02339/12090, [email protected], www.axel-semrau.de
Tel.: +41 21 651 6000, [email protected], www.socorex.com
Labormarkt
Antistatisches Siebgewebe aus Polyamid
Neue Entwicklungen machen es
möglich monofiles Nylongewebe in
hoher Webqualität mit Präzision und
Regelmäßigkeit in der Maschenweite
mit antistatischer Ausrüstung zu produzieren. Das Material kennt keine
Ermüdungserscheinungen in Folge
von Schwingungen oder Biegungen
und wird nicht brüchig! Das Gewebe
zeichnet sich durch seine hohe Abriebfestigkeit und hohe Hydrolysebeständigkeit bei bester Elastizität aus.
Antistatische Siebgewebe finden ihren Einsatz beim Sieben bzw. Trennen
von trockenen, elektrostatisch aufgeladenen Materialien. In das Gewebe
eingearbeitete, elektrisch leitende Fäden, sichern verlässlich den Effekt der
Ableitung. Der spezifische Ableitwiderstand liegt zwischen < 1 x 104 bis < 1
x 106 Ohm.
Der Vorteil gegenüber Metallgeweben
besteht in der besseren Verarbeitungsmöglichkeit von PA 6.6, bezogen auf
seine mechanischen und elastischen
Eigenschaften.
Elke Holzhofer
Gerne senden wir Ihnen unsere ausführlichen Produktinformationen sowie
unser 120 Seiten umfassendes Handbuch kostenlos zu. Bitte schreiben Sie
an Elke Holzhofer.
RCT Reichelt Chemietechnik GmbH + Co
Heidelberg
Tel.: 06221/3125-0
Fax: 06221/312529
[email protected]
www.rct-online.de
Hydrierungen in der Synthese
Oberflächenspannung mobil messen
Der neue H-Cube Pro von ThalesNano ermöglicht eine Verdopplung
der Wasserstoff-Produktion und
erhöht somit den Durchsatz signifikant. Dabei bietet der Reaktor ein
erweitertes
Temperaturspektrum,
erstmalig ist eine aktive Kühlung für
noch selektivere Reaktionen integriert. Ergänzend zu den verbesserten
Hydrierungs-Möglichkeiten in Form
von Durchsatz und Selektivität ist das Gerät für zukünftige Entwicklungen offen.
Chemiker werden in Zukunft Gase wie Kohlenstoffmonoxid, Sauerstoff oder Synthesegas direkt einsetzen können. Das Reaktormodul erlaubt die homogene Reaktion
unter höheren Temperaturen und unter höheren Drücken als dies in der Mikrowelle
möglich ist. Weitere Features sind:
▪▪ automatische Ventilkontrolle mit programmierbarem Timer
▪▪ kompatibel mit Reaktor-Modulen mit weiteren chemischen Funktionalitäten
▪▪ Real-Time-Monitoring mit graphischem Benutzerinterface
▪▪ Methodenspeicher
▪▪ Software-Upgrades im Internet
▪▪ integrierte Optimierungssoftware
In Deutschland erfolgen Vertrieb und Support durch die Axel Semrau GmbH & Co. KG.
Tenside als Netz- oder Reinigungsmittel verändern die Oberflächenspannung. Die Messung der dynamischen Oberflächenspannung mit
dem Handgerät BP50 verrät direkt
vor Ort, ob sich genügend Tensid in
einer Lösung befindet.
Konzentrationen oberhalb der kritischen Mizellkonzentration (CMC),
wie sie für Reinigungsbäder typisch sind, können mit statischen Messungen der
Oberflächenspannung nicht unterschieden werden. Die dynamische Blasendruckmethode des Gerätes reagiert auf Konzentrationsänderungen auch oberhalb der CMC.
Die Messanordnung ist mit Kapillare, Kompressor, Drucksensor und einem Temperatursensor in einem mobilen Handgerät untergebracht. Einwegkapillaren aus Kunststoff
ersparen die bei Glaskapillaren notwendige Hydrophobierung. Das Gerät arbeitet unabhängig von der Eintauchtiefe der Kapillare – ein deutlicher Vorteil bei schnellen Tests. Zur
Kalibrierung können Wasser bei verschiedenen Temperaturen oder andere Lösungsmittel
eingesetzt werden. Mit dem BP50-Add-in der Krüss-Tensiometersoftware LabDesk wird
die Messung definiert und das Gerät gesteuert. Verschiedene Messprogramme erfassen
die zeitabhängige Oberflächenspannung oder den Messwertverlauf bei konstantem
Oberflächenalter – oder sie bewerten einen Messwert als gültig oder ungültig. Die Datenbank ist komfortabel und flexibel, übersichtliche Reporte sind schnell erstellt.
Axel Semrau GmbH & Co. KG
Krüss GmbH
Tel.: 02339/12090, [email protected], www.axel-semrau.de
Tel.: 040/514401 – 0, [email protected], www.kruss.de
Labormarkt
Präzisionsmessgerät mit hoher Messparameter-Variabilität
Die Firma Ludwig Schneider präsentiert
die Neuheit das digitale Präzisionsmessgerät Physics100. Es ist sowohl
als Eingangskanal- als auch als Zweikanalversion, bei der beide Messstellen
gleichzeitig erfasst werden können, lieferbar. Kompatible Messfühler ermöglichten nicht nur Temperaturmessungen
bis auf ein Hundertstel Grad genau
(Pt100-Widerstandsthermometer
und
Thermoelemente), sondern es können
auch Sensoren für hochpräzise Messungen von Luftfeuchte, Druck, CO2, Leitfähigkeit, pH und viele weitere Messparameter angeschlossen werden.
Das intelligente Steckersystem des Messgeräte erkennt automatisch, um welchen Sensor es sich handelt und zeigt schnell
präzise Messwerte. In jedem dieser Stecker können Parameter wie Kalibrierwerte
oder Seriennummer gespeichert werden, so dass die Fühler austauschbar und unabhängig vom Messgerät eingesetzt werden können. Mit der Software Physics View
können die Daten per USB, Bluetooth oder Netzwerkkabel auf einen Windows-PC
übertragen, dokumentiert und ausgewertet werden.
Besuchen Sie uns auf der Achema 2012 in Frankfurt: Halle 4.1/Stand F37
Ludwig Schneider GmbH & Co. KG
Tel.: 09342/8560-0, [email protected], www.ludwig-schneider.com
Schnelle Aufreinigung von Plasmaproben
Phenomenex stellt seine neuen Phree Platten zur Entfernung von Phospholipiden vor.
In einem einzigen Schritt entfernen diese Proteine und Phospholipide aus Plasma.
Das Phree Sorbens mit hoher Beladungskapazität kann bis zu 400 µl Plasma je Well
bearbeiten. Hierbei werden 99–100 % der Lysophosphatidyl- und Phosphatidylcholine, die durch eine einfache Eiweißfällung nicht erfasst werden, entfernt.
Eine erfolgreiche chromatographische Analyse von Plasmaproben erfordert die Entfernung von Proteinen und Phospholipiden, die die HPLC/UHPLC Säulen verstopfen können. Phospholipide können zusätzlich Ionensuppression erzeugen und die
Empfindlichkeit des Massendetektors durch Ausbildung von Ablagerungen in der
Ionenquelle vermindern. Phree entfernt Proteine und Phospholipide ohne große Methodenentwicklung in einem Schritt. Das Wellplatten Format ermöglicht eine zeitsparende, gleichzeitige Bearbeitung von bis zu 96 Proben.
Phenomenex Ltd. Deutschland
Tel.: 06021/588300, [email protected], www.phenomenex.com/phreepr
Schnelles hochgenaues Dichtemessgerät mit VideoView
Sensor photometrische
Titrationen nach USP und EP
Wenn eine potentiometrische Bestimmung des Äquivalenzpunktes nicht möglich ist, aber eine schnelle Analyse
mit dem Preisvorteil der Titration gegenüber aufwändigeren
Verfahren (wie AAS, ICP_AES) gewünscht wird, ist die Optrode
die Alternative. Das Einsatzgebiet des neuen photometrischen
Sensors ist breit. Typische Applikationen sind:
• Photometrische Titrationen nach USP und EP (nicht wässrig)
• Bestimmung der Carboxylendgruppen (nicht wässrig)
• TAN/TBN nach ASTM D974 (nicht wässrig)
• Chlorid in Silikonprodukten (nicht wässrig)
• Sulfatbestimmung
• Fe, Al, Ca in Zement
• Wasserhärte (Gesamthärte und Ca/Mg)
• Chondroitinsulfat nach USP
Die Optrode kann an neuen und bestehenden Metrohm-Titrationssystemen verwendet werden. Die Stromversorgung erfolgt direkt über die USB-Schnittstelle, bei älteren Modellen über ein optionales USB-Netzteil.
Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG
Tel.: 0711/77088-0, [email protected], www.metrohm.de
Rudolph Research Analytical hat das hochauflösendes Dichtemessgerät DMM 2911
nach dem bewährten Biegeschwinger-Prinzip überarbeitet.
Die exklusive VideoVie-Technologie hilft Ihnen, winzigste Bläschen sicher erkennen
und so typische Meßfehler bei der Dichtebestimmung vermeiden. Dazu zeigt Ihnen
eine eingebaute Videokamera auf einem Touchscreen ein vergrößertes „Live“-Bild
der Meßküvette.
•Mit dem neuen Modell können Sie jetzt sogar das ganze U-Rohr hochaufgelöst
abfahren.
•Eine Kalibrierung bei 20 °C reicht für den ganzen Temperaturbereich von 0
bis 90°C aus.
•Die Messgeschwindigkeit beträgt nur 60 Sekunden
für 4 Stellen und 90 s für 5 Stellen Auflösung.
Die eingebaute Software bietet optional elektronische Signatur gemäß 21 CFR Part 11 im Gerät, ohne
externen PC. Die Meßergebnisse können Sie dank der
USB- und LAN-Schnittstellen direkt an handelsübliche
Bürodrucker sowie zur Weiterverarbeitung und Sicherung
an PC‘s und Server senden. Standards wie USP, Phar. Eu.,
LIMS, GLP/GMP, ASTM ... sind selbstverständlich. Eine Kalibrierflüssigkeit mit Zertifikat, rückführbar auf NIST, ist im Zubehör
enthalten.
Tec++ DR. Volker Schmidt GmbH
Tel.: 06154/623050, [email protected], www.tecplusplus.de
Produktprofil
Herz aus Aluminium
Modulare Kreispolarimeter
Was macht ein intelligentes
Polarimeter aus? Wie beeinflusst es die Messung der
optischen Drehung? In den
Polarimetern der MCP-Serie
von Anton Paar werden intelligente Küvetten und Quarzkontrollstandards eingesetzt,
die drahtlose ToolmasterTechnologie transferiert automatisch alle relevanten
Daten des angeschlossenen
Zubehörs in das Polarimeter.
Einblick
Um die Nachverfolgbarkeit der
Messergebnisse und eine einfache
Bedienbarkeit der Instrumente zu
gewährleisten, wurden die Polarimeter der MCP-Serie mit der FillingCheck-Technologie ausgestattet.
Daher ist es nicht mehr notwendig
in die Messzelle zu blicken, um etwaige Füllfehler oder Blasen in der
Probe zu erkennen. Eine eingebaute Kamera zeigt Live-Bilder der Probenbefüllung auf dem Instrumentendisplay. Der Anwender kann so
frühzeitig Blasen, Inhomogenitäten
oder Partikel in der Probe erkennen,
die die Messergebnisse verfälschen
können. Das Bild kann auf Wunsch
zusammen mit dem Messergebnis
abgespeichert werden.”
Aluminiumherz
22 Dr. Nils Bertram, Geschäftsführer
der Anton Paar OptoTec
Das spart viel Zeit, vermeidet Eingabefehler und macht es möglich,
jede Änderung oder Abweichung
zu 100 % nachvollziehbar im Audit
trail abzuspeichern, was wiederum
die Einhaltung der Regularien des
21 CFR Part 11 unterstützt. Wird
eine Messzelle gewechselt, ein Instrument überprüft oder justiert, ist
eine manuelle Dateneingabe nicht
erforderlich. Eine weitere Eigenschaft der Kreispolarimeter von
Anton Paar, die besonders nützlich
für kritische Messungen ist: Sollte
der Anwender eine für die Messmethode falsche Messzelle verwenden, so wird er automatisch
gewarnt und eine Durchführung
der Messung ist nicht möglich.
Die Polarimeter zeichnen sich durch
eine hohe Genauigkeit und Auflösung von bis zu 0,0001 °OR (optische Drehung) aus. Um diese Messgenauigkeit über den gesamten
Messbereich zu erreichen, sind alle
optischen und elektronischen Komponenten auf eine solide und massive optische Bank aus Aluminium
montiert, denn selbst die genaueste
Elektronik kann mechanische Stabilität nicht ersetzen. Unsere Polarimeter stehen für absolute Messgenauigkeit, selbst wenn sie
transportiert wurden oder auf einer
unebenen Fläche aufgestellt sind.
Aus Stabilitätsgründen wurde auf
die Verwendung von Kunststoff für
sensible Baugruppen verzichtet.
Temperatur
Ab sofort werden alle Polarimeter
der MCP-Serie standardmäßig mit
leistungsfähigen Peltier-Elementen
ausgerüstet. Da die optische Drehung stark temperaturabhängig ist,
muss eine hochpräzise Temperierung der Probe und Temperaturkontrolle gewährleistet sein. Da die gewählte Temperatur schnell erreicht,
stabil gehalten und Temperaturgradienten in der Messzelle vermieden
werden sollen nutzen die Polarime-
Abb. 1: Die Polarimeter der MCP-Serie
ter dafür Peltier-Elemente, die die
Messzelle großflächig umschließen
und so eine komplett konstante
und homogene Kühlung und Erwärmung der zu messenden Probe erreichen. Ein weiterer Vorteil ist
auch, dass herkömmliche thermostatische Wasserbäder durch diese
hochmoderne Technologie endgültig der Vergangenheit angehören.
Flexibilität
Das modulare Konzept macht
die Polarimeter Serie (MCP
200/300/500) flexibel. Von Routinebestimmungen der optischen
und spezifischen Drehung bis hin
zur
Konzentrationsbestimmung,
die Geräte bieten die richtige Kombination aus Messzelle und Wellenlänge. Und sie können jederzeit
nachgerüstet werden Alle Modelle
können mit bis zu sechs zusätzlichen Wellenlängen bestellt oder in
einem späteren Stadium nachgerüstet werden, sie lassen sich erweitern und an neue oder veränderte Anforderungen anpassen.
Qualifizierung
und Validierung
Die Polarimeter erfüllen vollständig
die Regularien des 21 CFR Part 11.
Für Kunden aus der pharmazeutischen Industrie bietet Anton Paar
ein maßgeschneidertes PharmaQualifizierungs- und -ValidierungsPaket an. Mit dieser Dokumentation
und einem Qualifizierungsexperten
ist das Polarimeter in ein bis zwei
Tagen validiert und kann für die Applikation eingesetzt werden.
Achema, Halle 4.1, Stand D1
▶ ▶K ontakt
Jörg Bämpfer
Product Manager
Anton Paar OptoTec GmbH
Germany
Tel. +49-511-400 95-21
Fax +49-511-400 95-34
www.anton-paar.com
Index/Impressum
AB Enzymes 398
Intellisource 416
Stern Enzym 398
AB Sciex Germany 472
J&M 472
Systemceram 458
Analytik Jena 427
Jobvector 395
TEC++ Dr. Volker Schmidt 476
Anton Paar Germany 409
Dr. Ing. H. Knauer Wissenschaftliche Gerätebau 419
Aqualytic 455
KNF Flodos Tintschl BioEnergie und Strömungstechnik 420
Unicam Chromatography Dt. 457
Univers. Bielefeld 453
Univers. Jena 430
Univers. Klinik Leipzig 459
Axel Semrau 425, 474, 475
396, 474
KNF Neuberger 445
BAM BA f. Materialforschung und -prüfung 436
Köttermann Labortechnik 393, 473
Beckman Coulter 470
Krüss 399, 475
Brain 398, 464
A. Krüss Optronic 470
Brand403
Labware Bronkhorst472
Lauda Dr. R. Wobser Bruker AXS LSW L. Schneider Messtechnik 395
Carl Roth Beilage, 467
Carl Zeiss 406
CEM Univers. Trier 462
407
Vacuubrand 451, 474
421, 476
Marienhospital Stuttgart 424
Memmert 400, 2. Umschlagsseite
Merck 405
Chromtech406
Merck Millipore SAS 423
Dechema Metrohm 476
Möbelmanufaktur Rettinghaus 404
Eppendorf 472, 474, 476
486, 3.Umschlagsseite
398
404, 4.Umschlagsseite
Erlab DFS 397
Pall Life Science 473
FEI 398
Parr Instrument Dt. 475
FEI Forschungskreis der Ernährungsindustrie 398
Phenomenex Deutschland Fraunhofer IPM 446
Porotec Energietechnik Friatec Fritsch Laborgerätebau FSU Univers. Jena Karl Hecht Glaswarenfabrik 440
404, 417
404, 413, 472
449
447, 472
Retsch 473
RWE Power 464
Sartorius SI Analytics 442
Sigma Laborzentrifugen Huber Kältemaschinenbau 461
Socorex Isba 429
405
Geschäftsführung
Jon Walmsley, Bijan Ghawami
Director
Roy Opie
Anzeigenleitung
Dr. Katja Habermüller
Tel.: 06201/606-719
[email protected]
Redaktionsleitung
Dr. Martin Friedrich
Tel.: 06201/606-715
[email protected]
Redaktion
Dr. Arne Kusserow (Chefredaktion)
Tel.: 06201/606-732
[email protected]
Dr. Anja Gaugel
Tel.: 06201/606-716
[email protected]
Dr. Birgit Washburn
Tel.: 06201/606-760
[email protected]
Till von Graberg
Tel.: 06201/606-766
[email protected]
Tina Schneider (Assistenz)
Tel.: 06201/606-751
[email protected]
Adressverwaltung/Leserservice
Silvia Amend
Tel.: 06201/606-700
[email protected]
Verkauf
Dipl.-Ing. Oliver Gerber
Tel.: 06201/606-717
[email protected]
Dr. Stefanie Krauth
Tel.: 06201/606-728
[email protected]
Bettina Willnow
Tel.: 06201/606-770
[email protected]
Dipl. Betriebswirt Andreas Zimmer
Tel.: 06201/606-763
[email protected]
Herstellung
Christiane Potthast
Kerstin Kunkel (Anzeigen)
Ramona Kreimes (Layout/Litho)
Elke Palzer (Titelgestaltung)
Sonderdrucke
Dr. Stefanie Krauth
Tel.: 06201/606-728
[email protected]
Wissenschaftlicher Beirat
Prof. Dr. R. van Eldik, Erlangen/Nürnberg
Prof. Dr. H. P. Latscha, Heidelberg
Prof. Dr. K. K. Unger, Mainz
443
471
Steinbeiss Europa Zentrum Herausgeber
GIT VERLAG
Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
WTW 451, 474
Sotax Basel Yadigar Manav (Assistenz)
[email protected]
405
433
technik Impressum
435
Westfalen Titelseite
IGB Fraunhofer Inst.f. Grenzflächen- u. Bioverfahrens456
412
Waters UB TA Instruments 405
Sartorius Corporate Administration 394
Waldner Laboreinrichtungen Copyright
Beilage, 473, 475
418
HS Furtwangen 406, 465, 473
476
Relatio PR Hirschmann Laborgeräte 394
VWR International 396, 471
Reichelt Chemietechnik Fraunhofer Umsicht Inst. f. Umwelt-,Sicherheits- u.
VDI Verein Dt. Ingenieure GIT VERLAG
Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
Boschstr. 12
69469 Weinheim
Tel.: 06201/606-0
Fax: 06201/606-793
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Photometer
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Tiefkühlgeräte bis –86 °C
Zentrifugen
BSB-Messung
Leitfähigkeitsmessgeräte
pH-Meter
Photometer
Redox-Messung
Sauerstoffmessgeräte
Trübungsmesser
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Bense GmbH
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BFI Optilas GmbH
Deuteriumlampen
Hirschmann Laborgeräte
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Fritsch Gmbh – Mahlen U. Messen
Korngrößenanalyse
Mühlen
Partikelgrößenbestimmung
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Siebmaschinen
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CDD-Kamerasysteme, gekühlt
Comet-DNA Analyse
Mikroskoptische, motorisiert
Durchflussmess- und Regelgeräte
CAMPRO SCIENTIFIC GmbH
Automatisierte
Probenvorbereitungssysteme
Stabile und Radio-Isotope
Umweltstandards
GFL Ges. für Labortechnik mbH
Hybridisierungsinkubator
Schüttelapparate
Schüttelinkubatoren
Schüttelwasserbäder
Tiefkühltruhen und -schränke
Wasserbäder
Wasserdestillierapparate
Carbolite GmbH
Hochtemperaturöfen
Laboröfen
Rohröfen
Trockenschränke
II
HOHENLOHER Spezialmöbelwerk
GKS Klima-Service GmbH & Co. KG
Laborabzugsprüfungen
Laborabzugsregelungen,
Laborabzugsüberwachungen,
Laborraum-Lüftungstechnik
Sterile Werkbänke
L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG
Deuteriumlampen
FT-IR Spektrometerzubehör
Hohlkathodenlampen
Korngrößenanalyse
Lichtquellen für Forschung und
Entwicklung
Spektrometerzubehör UV-FTIR
Tensiometer
Laboreinrichtungen
Peter Huber Kältemaschinenbau
GmbH
Thermostate
ILA Innovative Laborarmaturen
GmbH
INFOLABEL AG
Augenduschen
BRONKHORST High-Tech BV
Liquid-Handling
Laborarmaturen
Notduschen
B-Safety GmbH
ONLINE: www.GITBuyersGuide.de
KNF NEUBERGER GMBH
Dosierpumpen
Pumpen
Vakuumpumpen
Filtertechnik
Laborbau systeme Hemling
GmbH & Co. KG
Laboreinrichtungen
DIE LABORFABRIK GmbH
Laboreinrichtungen
Löser MeSStechnik
Molekulargewichtsbestimmung
Osmometer
Merck Millipore GmbH
Reinstwasser
JULABO Labortechnik GmbH
Thermostate
Kinematica AG
Dispergiergeräte
Emulgiergeräte
Homogenisiergeräte
Mischer
Mühlen
Rührwerke
Schüttelgeräte
Viskosimeter
Molecular Devices GmbH
Automatisierte Elektrophysiologie
Hochdurchsatzscreening
Klon- Selektionssysteme
Mikroplattenreader
Mikroplatten-Wascher
Patch-Clamp-Verfahren
OKW Gehäusesysteme GmbH
Gehäuse
GIT VERLAG
Firmenverzeichnis
2012
Soliton GmbH
Roland VETTER Laborbedarf OHG
Laborhilfsmittel
Mikroskopie
ROHDE KG
Monochromatoren
Raman Spektroskopie
Spektrographen
ÖGUSSA EdelMetalle
Hygienische Wandbeschichtung
Systec GmbH
OLYMPUS Deutschland Gmbh
Platingeräte
Autoklaven
PhotoMed GmbH
Systemceram GmbH & Co. KG
Fluoreszenzspektrometer
Lichtquellen
Laborbecken
Labortischplatten
Pragmatis GMBH
Laborinformationssysteme
SCHNEIDER Elektronik GmbH
Vötsch Industrietechnik GmbH
Laborautomatisierung
Photometer
Laboröfen
Sterilisatoren
Vakuumtrockner
Fluoreszenzspektrometer
Abzüge, Um-, Abluft-
SHP Steriltechnik AG
Riebesam GmbH & Co. KG
Autoklaven
Sterilisatoren
Reinigungs- und
Desinfektions- Automaten
SIGMA Laborzentrifugen
Laborzentrifugen
Zentrifugen
Reinstwasser
TECAN DEUTSCHLAND GmbH
THERMO SCIENTIFIC
PSI Grünewald GmbH & Co. KG
VWS Deutschland GmbH / ELGA
TintschL Bioenergie und
Strömungstechnik AG
Laborabzugsprüfungen
TKA Thermo Fisher Scientific
– Wasseraufbereitungssysteme –
WEIDNER LABORBAU GMBH
Glove-Box (CNS/Acryl)
Laboreinrichtungen
Westfalen AG
Laborgase
Reinstwasser
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GIT VERLAG
III
Stichwortverzeichnis
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2012
ABZÜGE
Rottstr. 19, 52068 Aachen
T: 0241/9464930 Fax: 9464913
ABZÜGE, UM-, ABLUFT-
BSB-MESSUNG
Schleefstr. 12, 44287 Dortmund
T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750
[email protected]
www.aqualytic.de
CCD-KAMERASYSTEME, GEKÜHLT
PSI Grünewald GmbH & Co. KG
69514 Laudenbach, T:06201/71343
BFI Optilas GmbH, Puchheim
T: 089/8901350 Fax: 800256
CHROMATOGRAPHIE-ZUBEHÖR
AUGENDUSCHEN
B-Safety GmbH
Grützmühlenweg 46, 22339 Hamburg,
Tel: 040/5380921-0, Fax: 538092-84
T: 0241/9464930 Fax: 9464913
AUTOKLAVEN
CS-Chromatographie Service GmbH
Am Parir 27, 52379 Langerwehe
T: 02423/40493-0 Fax: -49
Online-Shop: www.cs-chromatographie.de
Trennsäulen für CE, GC, HPLC und Zubehör
COMET-DNA ANALYSE
T: 089/8901350 Fax: 800256
SHP-Steriltechnik AG
Schloss Detzel 1
39345 Detzel Schloss/Satuelle
T: 039058/9762-0 Fax: 9762-22
www.shp-steriltechnik.de
Laboklav
Sterilisator
Systec GmbH
Postfach 1101, 35435 Wettenberg
T: 0641/982110 Fax: 9821121
Automatisierte
Elektrophysiologie
FERTIG-GELE
DEUTERIUMLAMPEN
DURATEC Analysentechnik GmbH
Rheinauer Str. 4, 68766 Hockenheim
T: 06205/9450-0 FAX: 9450-33
http://www.duratec.de
anamed Elektrophorese GmbH
Ringstr. 4, 64401 Groß-Bieberau
T: 06162/80984-0 Fax: 80984-20
www.anamed-gele.com
Filtertechnik
Chemap-Filteranlagen und
Spezialist für Funda-Filter-Technologie von Filter Spares Service
by INFOLABEL AG
www.filterspares.ch
FLUORESZENZSPEKTROMETER
PhotoMed GmbH
Inningerstr. 1
82229 Seefeld
T: 08152/993090 Fax: 993098
THERMO SCIENTIFIC
Madison WI53711/USA
Tel. 001-800-532-4742
[email protected]
www.thermoscientific.com/elemental
Fluororganische Verbindungen
Automatisierte
Probenvorbereitungssysteme
Darser Str. 2a, D-14167 Berlin
T: +49 (0)30/6290189-0
Fax: +49 (0)30/6290189-89
[email protected], www.campro.eu
BILDVERARBEITUNG
T: 089/8901350 Fax: 800256
BRUTSCHRÄNKE und
Kühlbrutschränke
IV
Bismarckring 39
88400 Biberach an der Riss
Tel: +49(0)89/960588-0
Fax: +49(0)89/96202345
[email protected]
www.moleculardevices.com
HOCHTEMPERATURÖFEN
Carbolite GmbH, 76698 Ubstadt
T: 07251/962286 Fax: 962285
http://www.carbolite.com
HOHLKATHODENLAMPEN
www.lot-oriel.com/de
T: 06151/8806-0, [email protected]
HOMOGENISIERGERÄTE
FT-IR SPEKTROMETERZUBEHÖR
ThermoElectron GmbH
AOX, TOC, TN- und TS-Analysatoren
T: 06103/408-1262 Fax: 408-1640
KNF NEUBERGER GMBH
Membranpumpen + Systeme
Alter Weg 3, 79112 Freiburg
T: 07664/5909-0 Fax: 2124
DURCHFLUSSMESS- UND REGELGERÄTE
BRONKHORST HIGH-TECH BV
[email protected]
www.massflowcontroller.com
EMULGIERGERÄTE
Kinematica AG
T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460
Faseroptische Systeme
Hellma GmbH & Co. KG
PF 1163, 79371 Müllheim
T: 07631/182-0 Fax 13545
[email protected]
www.hellma-analytics.com
ES-Technologien GmbH
Tel. 07631/6323 Fax: 173992
www.es-technologien.de
Kinematica AG
T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460
HYBRIDISIERUNGSINKUBATOR
forschungschemikalien
ABCR GmbH & Co. KG
Tel. 0721/95061-0 Fax: -80
[email protected], www.abcr.de
GEFRIERTROCKNUNGSANLAGEN
Martin Christ GmbH
PF: 1713, D-37507 Osterode,
T: 05522/50070, Fax: 500712
Gehäuse
OKW Gehäusesysteme GmbH
T: +49(0)6281/404-00
www.okw.com
GLOVE-BOX (CNS/ACRYL)
www.weidner-laboreinrichtungen.de
High-resolution melt
Hettich-Zentrifugen
Föhrenstr. 12, 78532 Tuttlingen
T: 07461/7050 Fax: 705125
http://www.hettichlab.com
[email protected]
Hochdurchsatzscreening
ABCR GmbH & Co. KG
Tel. 0721/95061-0 Fax: -80
DISPENSERSYSTEME
Bismarckring 39
Tel: +49(0)89/960588-0
Fax: +49(0)89/96202345
[email protected]
Hochdruck-Homogenisatoren
Avestin Europe GmbH
T: 0621/7245980 Fax: 5813
www.avestin.com
AQUALYTIC®
Schulze-Delitzsch-Str. 4
30938 Burgwedel
T: 05139/9958-0 Fax: 995821
www.GFL.de · [email protected]
Spectro Analytical Instruments
Boschstr. 10, 47533 Kleve
T: 02821/892-0 Fax: 8922200
[email protected]
Hygienische Wandbeschichtung
ROHDE KG
D-91341 Röttenbach
Tel.: 09195/923325 Fax : 923325-25
www.rohde-germany.com
ltf-Labortechnik GmbH & Co. KG
T: 08382/98520 Fax: 985232
GIT VERLAG
Kalibrierstandards
T: 07631/182-0 Fax:07631/13546
[email protected]
KERAMIKEN
LABORABZUGSPRÜFUNGEN
Max-Planck-Str. 1, 28816 Stuhr
T: 0421/56907-0 Fax: -56
[email protected], www.gks.eu
TintschL BioEnergie und
Strömungstechnik AG
Goerdelerstr. 21, 91058 Erlangen
T: 09131/81249-10 Fax: 81249-19
Goodfellow GmbH, PF 1343
61213 Bad Nauheim
T: 0800 1000 579 (freecall)
F: 0800 1000 580 (freecall)
Klon-Selektionssysteme
Bismarckring 39
Tel: +49(0)89/960588-0
Fax: +49(0)89/96202345
[email protected]
HOHENLOHER Spezialmöbelwerk
Schaffitzel GmbH & Co. KG
D-74603 Öhringen, PF 13 60
T: 07941/696-0 Fax: 07941/696-116
www.hohenloher.de/[email protected]
Laborbau Systeme Hemling GmbH & Co. KG
Siemensstr. 10, 48683 Ahaus
T: 02561/68762-0 Fax: 68762-62
www.laborbau-systeme.de
DIE LABORFABRIK GmbH
T: 0421/43840-0 Fax: -33
www.die-laborfabrik.de
WEIDNER LABOREINRICHTUNGS GMBH
37181 Hardegsen
T: 05505/94799-0 Fax: 94799-20
www.weidner-laboreinrichtungen.de
LEITFÄHIGKEITSMESSGERÄTE
Knick, PF 370415, 14134 Berlin
Beuckestr. 22, 14163 Berlin
T: 030/80191-0, Fax: 80191-200
[email protected], www.knick.de
AQUALYTIC®
T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750
[email protected]
www.aqualytic.de
LICHTQUELLEN
PhotoMed GmbH
Inningerstr. 1
82229 Seefeld
T: 08152/993090 Fax: 993098
Lichtquellen für Forschung
und entwicklung
LABORGASE
KRÜSS GmbH, Wissenschaftl. Laborger.
Borsteler Chaussee 85-99a,
22453 Hamburg
T: 040/51 44 01-0, F: 514401-98
E: [email protected]
http://www.kruss.de
KORNGRÖSSENANALYSE
FRITSCH GMBH – Mahlen und Messen
Industriestraße 8, 55743 Idar-Oberstein
Tel: 06784/70-0, Fax: 06784/70-11
[email protected], www.fritsch.de
LABORGASE UND ARMATUREN;
REINSTGASINSTALLATION-SERVICE
UND SCHULUNG
SCHNEIDER Elektronik GmbH
Industriestr. 4, 61449 Steinbach
T: 06171/88479-0 Fax: 88479-99
www.schneider-elektronik.de
Entwicklung/Herstellung von Labor
abzugsregelungen und -überwachungen
LABORARMATUREN
ILA Innovative Laborarmaturen GmbH
T: 06258/9495-0 Fax: 9495-10
info@ila-gmbh; www.ila-gmbh.de
LABORAUTOMATISIERUNG
kundensynthesen
ABCR GmbH & Co. KG
Tel. 0721/95061-0 Fax: -80
T: 07951/94170 Fax: 5038
LABORBECKEN
PF 11 55, 56425 Siershahn
T: 02623/600-10 Fax: 600-790
www.systemceram.de
LABOREINRICHTUNGEN
KÜHLZENTRIFUGEN
Siemensstr. 25, 78564 Wehingen
[email protected]
www.hermle-labortechnik.de
Bense GmbH Laborbau
37181 Hardegsen
T: 05505/94520 F: 945290
[email protected]
T: 0241/9464930 Fax: 9464913
KÜVETTEN
T: 07631/182-0 Fax:07631/13546
[email protected]
Westfalen AG, 48136 Münster
T: 0251/695-0, Fax: 0251/695-129
www.westfalen-ag.de
C + P Möbelsysteme GmbH & Co. KG
Boxbachstr. 1, 35236 Breidenbach
T: 06465/919-820 Fax: -809
www.cpmoebel.de, [email protected]
AIR LIQUIDE GmbH
T: 0211/6699-0 Fax: 6699-222
[email protected]
www.airliquide.de
LABORHILFSMITTEL
ROLAND VETTER Laborbedarf OHG, PF 47
72117 Ammerbuch, T: 07073/6936
www.rvetter.de
LIQUID-HANDLING
Hirschmann Laborgeräte GmbH & Co. KG
T: 07134/511-0 Fax: 511-90
www.hirschmannlab.de
LUMINOMETER
anthos Mikrosysteme GmbH, Krefeld
Tel.: 02151/37790 Fax 377929
Mikroplattenreader
Laborinformationssysteme
Pragmatis GmbH
T: +49 (0) 8165 999210
www.pragmatis.de
LABORÖFEN
T: 07251/962286 Fax: 962285
Umweltsimulation · Wärmetechnik
PF 11 63 · 35445 Reiskirchen
T: 06408/84-73 Fax: 84-8747
www.voetsch.info · [email protected]
LABORTISCHPLATTEN
PF 11 55, 56425 Siershahn
T: 02623/600-10 Fax: 600-790
www.systemceram.de
LABORZENTRIFUGEN
PF 1713, 37507 Osterode/Harz
T: 05522/50070, Fax: 500712
www.sigma-laborzentrifugen.de
Bismarckring 39
Tel: +49(0)89/960588-0
Fax: +49(0)89/96202345
[email protected]
Mikroplatten-Wascher
Bismarckring 39
Tel: +49(0)89/960588-0
Fax: +49(0)89/96202345
[email protected]
T: 0421/56907-0 Fax: -56
KONTAKTWINKELMESSGERÄTE
GIT VERLAG
2012
MIKROSKOPIE
OLYMPUS Deutschland GMBH
PF 104908, 20034 Hamburg
T: 040/237730 F: 230817
V
2012
MIKROSKOPTISCHE, MOTORISIERT
T: 089/8901350 Fax: 800256
MISCHER
PH-MESSGERÄTE UND ELEKTRODEN
Knick, PF 370415, 14134 Berlin
Beuckestr. 22, 14163 Berlin
T: 030/80191-0, Fax: 80191-200
[email protected], www.knick.de
Kinematica AG
T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460
MOLEKULARGEWICHTSBESTIMMUNG
Löser Meßtechnik
Kaiserstr. 24, 13589 Berlin
T: 030/8147317-0 Fax: -1
www.loeser-osmometer.de
MONOCHROMATOREN
MÜHLEN
Tel: 06784/70-0, Fax: 06784/70-11
Kinematica AG
T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460
NOTDUSCHEN
T: 0241/9464930 Fax: 9464913
ILA Innovative Laborarmaturen GmbH
T: 06258/9495-0 Fax: 9495-10
info@ila-gmbh; www.ila-gmbh.de
OPTISCHE TAUCHSONDEN
HELLMA GMBH & CO. KG
T: 07631/182-0 F:07631/13546
[email protected]
http://www.hellma-worldwide.com
OSMOMETER
Löser Meßtechnik
Kaiserstr. 24, 13589 Berlin
T: 030/8147317-0 Fax: -1
www.loeser-osmometer.de
PartikelgröSSenbestimmung
Tel: 06784/70-0, Fax: 06784/70-11
Patch-Clamp-Verfahren
PH-METER
AQUALYTIC®
T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750
[email protected]
www.aqualytic.de
REINIGUNGS- UND
DESINFEKTIONS-AUTOMATEN
Riebesam GmbH & Co. KG
T: 03933/9332-39 Fax: 9332-44
[email protected]
www.riebesam.de
REINMETALLE
anthos Mikrosysteme GmbH, Krefeld
Tel.: 02151/37790 Fax 377929
T: 07951/94170 Fax: 5038
AQUALYTIC®
T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750
[email protected]
www.aqualytic.de
61213 Bad Nauheim
T: 0800 1000 579 (freecall)
F: 0800 1000 580 (freecall)
30938 Burgwedel
T: 05139/9958-0 Fax: 995821
SCHÜTTELGERÄTE
Kinematica AG
T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460
SCHÜTTELINKUBATOREN
REINSTWASSER
Pipettier-Roboter
ltf-Labortechnik GmbH & Co. KG
T: 08382/98520 Fax: 985232
PLATINGERÄTE
ÖGUSSA Edelmetalle
T: +43(1)86646-0 Fax: DW 4224
www.oegussa.at
POLYMERE
VWS Deutschland GmbH / ELGA
Lückenweg 5, 29227 Celle
Tel.: 05141/803-0, Fax: 803-384
[email protected]
www.elgalabwater.de
Merck Millipore GmbH
Am Kronberger Hang 5, 65824 Schwalbach
T: 01805 045 645/ F: 01805 045 644
[email protected]
www.millipore.com/labwater
30938 Burgwedel
T: 05139/9958-0 Fax: 995821
SCHÜTTELWASSERBÄDER
TKA
61213 Bad Nauheim
T: 0800 1000 579 (freecall)
F: 0800 1000 580 (freecall)
Thermo Fisher Scientific
– Wasseraufbereitungssysteme –
Stockland 3, 56412 Niederelbert
T: 02602/106990 Fax /1069950
[email protected] · www.tka.de
Probenteiler
Tel: 06784/70-0, Fax: 06784/70-11
PUMPEN
KNF NEUBERGER GMBH
T: 07664/5909-0 Fax: 2124
RAMAN SPEKTROSKOPIE
Soliton GmbH, 82205 Gilching
T: 08105/7792-0 Fax: 7792-77
[email protected]
REDOX-MESSUNG
VI
SCHÜTTELAPPARATE
LEO KÜBLER GMBH
Thermometer-, Aräometerfabrik,
Stephanienstr. 42/44,
76133 Karlsruhe
T: 0721/22491 F: 27903
PHOTOMETER
T: 08105/7792-0 Fax: 7792-77
[email protected]
Bismarckring 39
Tel: +49(0)89/960588-0
Fax: +49(0)89/96202345
[email protected]
REFRAKTOMETER
AQUALYTIC®
T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750
[email protected]
www.aqualytic.de
ROHRÖFEN
T: 07251/962286 Fax: 962285
RÜHRWERKE
Kinematica AG
T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460
30938 Burgwedel
T: 05139/9958-0 Fax: 995821
SIEBMASCHINEN
Tel: 06784/70-0, Fax: 06784/70-11
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SAUERSTOFFMESSGERÄTE
AQUALYTIC®
T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750
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AQUALYTIC®
T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750
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ABCR GmbH & Co. KG
Tel. 0721/95061-0 Fax: -80
SPEKTROGRAPHEN
T: 08105/7792-0 Fax: 7792-77
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GIT VERLAG
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