Printausgabe als PDF - GIT

D 30 121 E
55. Jahrgang
September 2011
9
Schwerpunkt Lebensmittel
Umwelt, Wasser, Energie
Partikelmesstechnik
Mikroskopie & Imaging
Sonderteil Life Sciences
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Falcon ist eine eingetragene Marke von Becton, Dickinson and Co., USA. Eppendorf und Eppendorf Thermomixer sind eingetragene
Marken der Eppendorf AG, Deutschland. Eppendorf Advantage, Thermomixer comfort und ThermoStat plus sind Marken Eppendorf AG,
Deutschland. Alle Rechte vorbehalten, einschließlich der Grafiken und Abbildungen. © Copyright 2011 by Eppendorf AG.
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Editorial
Der Mittelstand:
Rückgrat der Deutschen Gesellschaft
Neben der Funktion der spina dorsalis als Träger
und Stütze des Körpers ist hier auch im übertragenen Sinne, der Ausdruck persönlicher Stärke,
Standhaftigkeit und Unbeirrbarkeit gemeint.
Mittelständische Unternehmen und Unternehmer tragen und stützen unsere Gesellschaft.
99,7 % der Unternehmen, die in Deutschland zur Umsatzsteuer beitragen, sind mittelständisch (unter 500 Angestellte) und werden
zumeist von Ihren Gründern oder Eigentümern
geführt. Sie beschäftigen knapp 66 % der steuerpflichtigen Arbeitnehmer in Deutschland und
bieten über 80 % der Ausbildungsstellen an. Sie
erwirtschaften damit 37,5 % der Umsätze unserer Volkswirtschaft.
Gerade im Mittelstand prägen Menschen,
diejenigen die die Unternehmen gründen und
führen, das Gebaren eines Unternehmens.
Menschen, die mit ihrem Namen für das Verhalten der Firma eintreten und diese Verantwortung annehmen. Die Verantwortung für
die Angestellten und ihr Wohlergehen, für die
Ausbildung des Nachwuchses, die Verantwortung gegenüber ihren Geschäftspartnern. Auch
wenn nicht alle Unternehmer dieser Pflicht in
gleichem Maße gerecht werden, belegen die
oben aufgeführten Zahlen, dass diese Unternehmer einen wesentlichen Beitrag für die Gesellschaft leisten.
Abb. unten:
„Familie“ Knauer
Abb. 1: Herbert und Roswitha Knauer
Ich bin froh, dass ich in meinem Beruf viele
Menschen treffe, die als Unternehmer ihren Beitrag an der Entwicklung unserer Wirtschaft leisten. Es ist schön zu sehen, dass auch heute noch
Menschen trotz schwieriger Bedingungen, zum
Beispiel bei der Mobilisierung von Investitionskapital, mit enormem Engagement Unternehmen gründen, zum Erfolg führen und diesen mit
ihren Angestellten und ihrer Gemeinde teilen.
An dieser Stelle möchte ich allen Unternehmern und Unternehmen danken, die sich für un-
sere Gesellschaft engagieren, denn sie alle tragen dazu bei, unsere Gesellschaft zu verbessern
und Positives daran zu bewahren.
Einer dieser beispielhaften Unternehmer
ist Herr Dr. Ing. Herbert Knauer, der dieses Jahr
seinen 80. Geburtstag feiert. Er gründete sein
Unternehmen „Wissenschaftliche Gerätebau Dr.
Ing. Herbert Knauer“ im Jahr 1962, im Alter von
31 Jahren in Berlin, wo man seine Konstruktionen baute und vertrieb. Hierzu zählte ein Gerät,
das Temperaturunterschiede von 1/1000°C messen konnte. Für die damalige Zeit war das spektakulär. Seither erweiterte Knauer sein Portfolio
mit vielen weiteren Innovationen.
Heute beschäftigt die Firma ungefähr 100
Angestellte am Standort Berlin, welchen Knauer
trotz besserer Bedingungen anderswo im Inland
oder Ausland als Hauptsitz behält. Die Auszeichnungen, die Knauer für familien- und arbeitnehmerfreundliches Arbeiten und soziales Engagement in Berlin erhielt, trägt das Management
mit gleichem Stolz wie die Vielzahl an Preisen
für technische Innovationen.
Seit 1996 führt nun Alexandra Knauer als
Geschäftsführerin das Familienunternehmen
sicher in die Zukunft. Wir wünschen allzeit ein
beschwerdefreies Rückgrat.
Lieber Herr Dr. Knauer, das GIT Team wünscht
alles Gute zum 80. Geburtstag!!!
Dr. Arne Kusserow
Chefredakteur
GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 571
Inhalt
EDITORIAL
Der Mittelstand: Rückgrat der
Deutschen Gesellschaft
DR. A. KUSSEROW
571
MAGAZIN
Quo vadis, Biotech?
574
Karriereperspektiven entdecken
576
6. Conference über Ionenanalyse
(CIA-2011)
576
577
Langenauer Wasserforum
578
Seminar „Energiedispersive
Röntgenfluoreszenzanalyse“
579
Wie Hinkelsteine ins Rollen kommen
580
GDCh –Seminare
582
News
582
599
CHROMATOGRAPHIE
Schnelle Analyse von Hopfen-Bitterstoffen
DR. D. HANSEN
602
ELEMENT- UND
SPURENANALYTIK
Vom Dünger bis zur Batterie
Die Voltammetrie als eine einfache Analysentechnik für Elektrolyte und salzhaltige Proben
METROHM
604
M. SC. I. KRANZIOCH ET AL.
590
TEMPERIERTECHNIK
Prozessthermostate für professionelle
externe Temperierung
Weiter Temperaturbereich und schnelle Temperaturwechsel
DR. M. SEIPEL
591
608
Klimabedingte Ausbreitung tropischer
Krankheiten
Kombinierte Wirkung von Klimawandels und
Globalisierung auf Vektoren und Pathogene
PROF. DR. C. BEIERKUHNLEIN ET AL.
612
592
Kleine Blasen mit riesigen Effekten
Kavitationsphänomene und ihre
Anwendungsmöglichkeiten
628
EINRICHTUNG
Gefahrstofflagerung in der
Lebensmittelindustrie
Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen
632
ASECOS
PROBENVORBEREITUNG
Automatisierung in der Probenvorbereitung
Neue Spritzpumpe für die Präparation von
flüssigen Proben
HAMILTON BONADUZ
634
PARTIKELMESSTECHNIK
Dynamische Bildanalyse übertrifft
Laserstreuung
Bei Nachweiswahrscheinlichkeit und Auflösung
J. WESTERMANN
636
640
614
SONDERTEIL LIFE SCIENCES
H. BRECHT
Neue Forschungsgebiete in der
Lebensmittelverfahrenstechnik
Fraktionierung und Stabilisierung von sensitiven
funktionellen Stoffen für Lebensmittel
CHEMISCHE VERFAHREN
PROF. J. THOMPSON
Biokraftstoff
Energieträger der Zukunft?
SCHWERPUNKT
LEBENSMITTEL
625
Aerosol-Albedometer
Ein Instrument zur Messung von Aerosolen
Kleiner Gewinn, großer Schaden
Die Ökobilanz von Kleinwasserkraftanlagen
DR. A. KUSSEROW
Stabil und verlässlich
Rheometer für die Qualitätskontrolle oder
High-End Forschung
PROF. DR. B. ONDRUSCHKA ET AL.
Mikrobieller Abbau
Massentransfer im System Schadstoff Wasser - Sediment
Kältethermostate mit natürlichen
Kältemitteln
24 Varianten zur Reduzierung des
Treibhauseffektes
572 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
H. STRASS
RHEOLOGIE UND
VISKOSIMETRIE
DR. A. KUTTER
UMWELT, WASSER, ENERGIE
TITELSTORY
PROF. DR.-ING. U. KULOZIK ET AL. Bier im Labor
Qualitätskontrolle eines Lebensmittels
mit über 8.000 Inhaltsstoffen
UHPLC-Säulen für die Analytik von Bier
Ausschreibung des internationalen
Bionic-Awards 2012 gestartet (VDI)
Dr. M. Seipel
Wieviel Weizen enthält Dinkel?
Untersuchungen zum Nachweis von Weizenanteilen in Dinkelprodukten
PROF. DR. P. KÖHLER ET AL.
596
618
Klein, schnell und präzise
Elektrochemische Biochips erobern den
Point-of-Care Bereich
MIKROSKOPIE & IMAGING
DR. A. WARSINKE
644
Membrantransporter im Fokus
Mit Förster-Resonanz-Energie-Transfer
biologische Maschinen bei der Arbeit verfolgen
Prof. Dr. M. Börsch
620
Showcase Nikon
646
Labormarkt
647
Index / Impressum
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Events
M aga z in
Quo vadis, Biotech?
Branchen Get-together in Hannover
Vom 11. bis zum 13. Oktober trifft
sich die Biotechbranche Deutschlands
und Europas in Hannover, denn dann
öffnet die Biotechnica 2011 ihre Pforten, um technische Innovationen im
Biotechnologiesektor der Öffentlichkeit und den Spezialisten des Marktes zu präsentieren.
Die Branche gestern
Trotz der Tatsache, dass sich die Biotech-Branche
in der Krise gut geschlagen hat und nur in Einzelfällen negative Zahlen geschrieben wurden,
ist das Ausbleiben von starken Zuwachszahlen
in den Bilanzen der Unternehmen in den vergangenen Jahren Anlass genug gewesen, Investitionen zurückzuschrauben. Bei den kleineren BioHightech-Unternehmen ist die Finanzdecke
traditionell dünn und man ist gezwungen zu
sparen. Fremdkapital zu akquirieren, war nach
der Krise extrem schwer.
Die großen Biotech-Unternehmen sind mit
der Chemie- oder Pharmazeutik Branche aufs
Engste verknüpft. Daher waren die Konzerne,
die am stärksten moderne biotechnologische
Produktionsverfahren einsetzen, hier beson574 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
ders diejenigen, die auch Massenprodukte oder
Grundstoffe dafür herstellen, von der Krise stärker betroffen, auch wenn ihre Bio-Sparten im
Vergleich zum Gesamtgeschäft meist gut dastanden.
Die Branche heute
Die Gesamtzahlen im Jahr 2011 waren, sowohl
in der Biotech-, wie auch in der Chemiebranche,
gut bis sehr gut. Die Zukunftsaussichten sind
noch besser. Ernst & Young beurteilt die Biotechnologiebranche, gerade in Deutschland, als
stärksten Wachstumssektor neben der Automobilindustrie. Die Stimmung ist ausgezeichnet und
es wird wieder investiert.
Im Jahr 2010 konnten die 400 Biotech-Unternehmen mit Stammsitz in Deutschland ihren Umsatz um 7 % auf 1,06 Mrd. € steigern. Die Ausgaben für Forschung und Entwicklung stiegen im
Vergleich zu 2009 um 4 % auf 809 Mio. €. Das
wirkt sich auch positiv auf die Produktentwicklung aus. Insgesamt ist beispielsweise die Zahl
der Wirkstoffe in der Medikamentenentwicklung
bei den deutschen Biotech-Unternehmen um
2 % auf 344 gestiegen.
Gemessen an der Höhe der Investitionen hat
sich die Finanzierungssituation der deutschen
Biotech-Branche im Jahr 2010 nach zwei Krisenjahren signifikant verbessert. Im Jahr 2007
waren noch 456 Mio. € in die Branche geflossen,
2008 war die Eigenkapitalfinanzierung dann zunächst um 45 % und 2009 um weitere 46 % eingebrochen. 2010 brachte hingegen eine deutliche Trendwende. Mit 421 Mio. € an Eigenkapital
flossen rund 200 % mehr als im Vorjahr in die
Branche. Damit hat die Finanzierung inzwischen wieder etwa 90 % des Vorkrisenniveaus
erreicht. Am meisten investierten Risikokapitalgeber in die deutsche Biotech-Branche. 279 Mio.
€ (244 % mehr als im Vorjahr) flossen in nicht
gelistete Biotechnologie-Unternehmen. Börsennotierte Gesellschaften konnten 143 Mio. € an
zusätzlichem Kapital aufnehmen, ein Plus von
immerhin 164 % gegenüber 2009.
Trotz der insgesamt sehr erfreulichen Zahlen leidet die Branche aber nach wie vor unter
erheblichen Finanzierungsproblemen. Für die
Branche bleibt somit die Finanzierung eine der
Kernherausforderungen der kommenden Jahre
(Ernst&Young).
Die Branche morgen
Immer mehr Produkte werden biotechnologisch
hergestellt und eine große Anzahl neuer und bes-
Events
M aga
z in
M aga
z in
Flying high in
Business and
Research
serer Materialien und technologischer Lösungen
werden entwickelt. In Anlehnung an die „Industrialisierung“ stehen wir am Beginn der „Bionisierung“ unserer Gesellschaft. Wie im Falle der
Industrialisierung werden auch hier die Auswirkungen die gesamte Gesellschaft verändern.
Die Biotechnologie wird als Quelle nachhaltiger Ressourcen schonender Verfahren und neuer
Produkte für die Industrie immer wichtiger. Dies
gilt insbesondere für die Chemiebranche, aber
auch für andere produzierende Gewerbe wie
beispielsweise die Nahrungsmittel-, Textil- oder
Papierindustrie.
Biotechnica
Diesen Trend in der industriellen Produktion begleiten die neue Sonderschau und das Forum „Industrielle Biotechnologie” auf der diesjährigen
Biotechnica. Dort werden neue, konkrete Beispiele für den Einsatz biotechnologischer Verfahren in
der industriellen Produktion präsentiert.
An Bedeutung gewinnt auch, gerade angesichts großen Investitionsbedarfs, die Zusammenarbeit, sowohl Partnerschaften zwischen
Universitäten und Industrie, wie auch Kooperationen zwischen Unternehmen. Der Staat muss
das Ganze auch noch fördern. Alle europäischen
Nationen, die im Wettbewerb als attraktiver
Standort mit Deutschland stehen, haben große
Förderungsprogramme für F&E Investitionen der
Unternehmen aufgelegt.
Networking ist daher ebenfalls ein zentrales Thema der diesjährigen Veranstaltung. Die
neue BioServices Plattform greift den Trend in
der Biotechnologie- und Pharmabranche hin
zu Partnerschaften und Outsourcing auf und
bietet den Unternehmen einen Rahmen für die
Anbahnung von Kontakten und Aufträgen. Die
begleitende BioServices Konferenz am 11. und
12. Oktober 2011 richtet sich an internationale
Dienstleister, Partner suchende Firmen und Wissenschaftler.
Die Konferenz PEGS Europe, die wichtigste
Tagung zum Thema Proteinengineering, unterstreicht die Bedeutung der Biotechnica nicht
nur als Messe, sondern auch als Konferenzplattform.
Ein Team aus wissenschaftlichen Experten
hat vor Beginn der europäischen Leitmesse für
Biotechnologie und Life Sciences die von den
Ausstellern eingereichten Produktinformationen auf ihren „Innovationswert“ überprüft und
redaktionell überarbeitet. Unter dem Stichwort
„Produkte und Innovationen“ steht ab sofort
eine Datenbank mit Neuheiten und Produkten
der ausstellenden Unternehmen unter www.
biotechnica.de/de/informationen-fuer/presse/
news/produkte-und-innovationen zum Download bereit.
GIT Labor-Fachzeitschrift in Hannover
Der GIT-VERLAG pflegt Kooperationen mit den
einzelnen Tagungen seit vielen Jahren. Wir fördern beispielsweise PEGS Europe und Sie finden
Ihre persönliche GIT Labor-Fachzeitschrift in
der Konferenztasche dieser Veranstaltung. Die
Schwerpunktthemen der Konferenzen wie Lebensmitteltechnologie und -analytik können Sie
zudem in dieser Ausgabe wiederfinden
Wir freuen uns darauf, Sie auf unserem Stand
F70 auf der Biotechnica begrüßen zu dürfen. Neben unseren Publikationen finden Sie dort auch
Ansprechpartner für Ihre Fragen und die Redakteure unserer Zeitschriften.
Biotechnological
Innovation in Food
Anlaufpunkte für das Thema Lebensmittelbiotechnologie sind das
Fachsymposium „Biotechnological
Innovation in Food” und die neue
Sonderschau in Halle 9.
Die Themen:
„ Lebensmittelanalytik:
Allergene, Toxine, Genetische
Veränderungen
„ Prozesstechnologie: Fermentation,
Konzentrierung, Reinigung
Weitere Informationen unter
www.biotechnica.de/foodbiotechnology_d
Europas Branchentreff Nr.1 für
Biotechnologie und Life Sciences
Auf Wiedersehen auf der Biotechnica 2011.
Dr. Arne Kusserow
Speichern Sie das Datum
in Ihrem Smartphone Kalender.
biotechnica.de
Events
M aga z in
Karriereperspektiven entdecken
jobvector career day
Am 13.10.2011 finden Fach- und
Führungskräfte in Halle 9 der Biotechnica in Hannover die „KarriereInsel“. Auf dem Recruiting Event
für Naturwissenschaftler, Ingenieure und Techniker, können Bewerber
Jobchancen und Karriereperspektiven entdecken.
Auf dem Karrieretag haben
die Bewerber die Möglichkeit, mit
zahlreichen Unternehmen der Science-Branche wie BASF, Eppendorf,
Qiagen oder Thermo Fisher Scientific direkt in Kontakt zu kommen.
Hier erfahren Jobsuchende aus erster Hand, welche Voraussetzungen
und Qualifikationen die beteiligten
Firmen sich von Bewerbern wünschen und wie die Einstiegs- und
Entwicklungsmöglichkeiten in den
Unternehmen aussehen. Neben persönlichen Gesprächen mit Personal-
verantwortlichen bietet der career
day interessierten Bewerbern ein
umfangreiches Vortragsprogramm.
Unternehmen wie Miltenyi oder
octopharma geben Bewerbungstipps und informieren über Berufsperspektiven.
Darüber hinaus gibt es ein von
Shimadzu geführtes LIVE-Bewerbungsgespräch, anhand dessen
wichtige Aspekte eines Bewerbungsgesprächs analysiert werden. Zusätzlich haben Bewerber die Möglichkeit
zu einem kostenlosen Bewerbungsmappencheck. An der „jobvectorJobwall“ können sich Bewerber auch
direkt über aktuelle Stellenangebote
der Branche und speziell der beteiligten Unternehmen informieren.
Weitere Infos
im QR Code für Ihr
Smartphone.
Mehr Informationen unter:
www.jobvector.de/hannover
6. Conference über Ionenanalyse (CIA-2011)
Das Forum für Ionenanalyse im deutschsprachigen Raum
Die CIA 2011 findet vom 26.-28.
September 2011 an der Technischen Universität Berlin statt.
Mit mehr als 30 Vorträgen,
über 40 Posterpräsentationen und
der Teilnahme von 10 Ausstellern
knüpft die diesjährige CIA an die
erfolgreichen Veranstaltungen der
Vorjahre an. Ein Blick in das aktuelle Tagungsprogramm spiegelt die
Intention der CIA, der Vielfalt der
Ionenanalyse in methodischer und
applikativer Hinsicht Rechnung zu
576 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
tragen, in eindrucksvoller Weise
wider. Neben sehr interessanten
wissenschaftlichen Neuigkeiten und
methodischen Fortschritten berichten Anwender der unterschiedlichen
Methoden der Ionenanalyse auch
über ihre Erfahrungen in der Praxis.
Die unverminderte Bedeutung der
Ionenanalyse zeigt sich auch in der
Vielfalt der Applikationsfelder von
der Umweltanalytik über die Lebensmittelanalytik bis hin zum LifeScience Bereich.
Hersteller von Geräten zur Ionenanalyse und damit zusammenhängenden Produkten sind anwesend
und bieten den Teilnehmern die
Möglichkeit, sich mit Ansprechpartnern über instrumentelle Neuigkeiten sowie über Ihre Applikationsabsichten oder analytischen Probleme
auszutauschen.
Dr. Wolfgang Frenzel, Chairman
der CIA-2011 ist sich ziemlich sicher,
dass die Teilnehmer interessante
und ihre Arbeit positiv beeinflussende Kontakte knüpfen können.
Insofern bekommt der Slogan „Berlin ist eine Reise wert“ durch den
Besuch der Veranstaltung eine noch
verstärkte Bedeutung.
Für Schnellentschlossene ist die
Teilnahme noch möglich. GIT-Leser
können sich noch bis zum Beginn
der Tagung (und auch Vorort) anmelden, ohne dass die erhöhte
Tagungsgebühr erhoben wird.
Es besteht bei Interesse auch die
Möglichkeit des Erwerbs von Tageskarten.
Ausführliche Informationen zur
Veranstaltung sind auf der Homepage unter www.cia-conference.
com abrufbar. Dort findet man das
gesamte Vortragsprogramm sowie
eine Liste der Posterpräsentationen.
Die CIA wird in Medienkooperation mit GIT durchgeführt.
Weitere Infos
im QR Code für Ihr
Smartphone.
▶ ▶K ontakt
Dr. Wolfgang Frenzel
TU Berlin, Institut für Technischen
Umweltschutz
[email protected]
www.cia-conference.com
Events
M aga z in
Life Sciences im Verein
Deutscher Ingenieure (VDI)
Ausschreibung des Bionic-Awards 2012 gestartet
„Elefantenrüssel“ –
Quelle: Festo AG & Co. KG
Die Ausschreibung ist international. Nachwuchswissenschaftler können ihre Arbeiten in
englischer Sprache bis zum 29. Februar 2012 bei
der VDI-Gesellschaft Technologies of Life Sciences (TLS) einreichen. Weitere Informationen erhalten Sie unter www.vdi.de/bionic2012 oer per
E-Mail: [email protected].
Spannende Verbindung
auf der Biotechnica 2011
Bereits zum dritten Mal vergeben der Verein
Deutscher Ingenieure (VDI) und die Deutsche
Bundesstiftung Umwelt (DBU) den internationalen Bionic-Award. Der von der SchauenburgStiftung mit 10.000 € dotierte Preis richtet sich
an den Forscher-Nachwuchs. Die Arbeit wird
dabei maßgeblich von den Bionik-Kompetenznetzen Biokon und Biokon international getragen.
Ausgezeichnet wird eine herausragende Arbeit, z. B. in Form einer bionischen Produktentwicklung oder einer Dissertation/Habilitation,
die in den letzten zwei Jahren vor dem Einreichungstermin fertig gestellt wurde. Teilnehmen
können sowohl Einzelpersonen als auch Teams.
Den oder die Preisträger ermittelt eine international zusammengesetzte Jury, in der neben
Vertretern des VDI und dem Stifter Mitglieder
der Bionik-Netzwerke vertreten sind.
Die Leitmesse der europäischen Biotech-Branche
„Biotechnica 2011“ findet in diesem Jahr vom
11. bis 13. Oktober in Hannover statt. Die VDITLS ist wieder dabei und präsentiert Spannendes
aus der Verbindung zwischen Biotechnologie
und Bionik: Vliesstoffe, welche aus biotechnologisch erzeugten Spinnenseidenbiopolymeren
hergestellt sind und wie sie in bionische Anwendungen umgesetzt werden können. Erfahren Sie
mehr an unserem Ausstellungsstand D73.
Treffpunkt für Verfahrenstechniker
und Biotechnologen
In Berlin findet vom 25. bis 29. September 2011
der erste „European Congress of Applied Biotechnology“ gemeinsam mit dem achten „European Congress of Chemical Engineering“ statt.
Chiraaal?
Euroline
2 Eurocel HPLC-Säulen
„Chiral – ist wie linke und rechte Hand, sagt Papa!“ Papa sagt auch:
KNAUER Eurocel HPLC-Säulen für Enantioseparationen haben nicht nur
sehr starke chirale Selektoren, sondern ermöglichen durch eine hohe Lösungsmittelflexibilität die Anpassung der chiralen Selektivität über einen
weiten Bereich, egal ob Sie im NP-, RP- oder polar-organischen Modus
arbeiten müssen. Mit Eurocel halten Sie rechts und links auseinander.
www.knauer.net
Die VDI-TLS ist dabei und präsentiert ihre
vielfältigen Aktivitäten rund um die Biotechnologie. Wir freuen uns auf Ihren Besuch am Ausstellungsstand J15.
Der VDI ist mit heute mehr als 140.000 persönlichen Mitgliedern einer der größten technisch-wissenschaftlichen Vereine Europas. Die
VDI-TLS ist auf diesem Gebiet die zentrale Informationsplattform des VDI. Weitere Informationen finden Sie im Internet unter www.vdi.
de/tls oder bei der VDI-Gesellschaft Technologies of Life Sciences (TLS), E-Mail: [email protected].
Weitere Infos im QR Code
für Ihr Smartphone.
▶ ▶K ontakt
Dr. Heike Beismann
Verein Deutscher Ingenieure (VDI)
Düsseldorf
Tel.: 0211/6214-314
Fax: 0211/6214-177
[email protected]
www.vdi.de/tls
Events
M aga z in
Langenauer Wasserforum
Fachtagung zur modernen Spurenanalytik am 7. und 8.11.2011 im Wasserwerk Langenau
Das Langenauer Wasserforum (LWF)
findet in diesem Jahr bereits zum 8.
Mal statt. Diese erfreuliche Tatsache
nehmen wir zum Anlass, um auf die
Erfahrungen und die Entwicklungen
im Bereich der Analytik von organischen Spurenstoffen seit dem 1. LWF
im Jahr 2004 zurückzublicken. In diesem kurzen Artikel möchten wir Ihnen
einige Hintergründe zum LWF und zu
seiner Geschichte vorstellen und die
Schwerpunkte der letzten Jahre hervorheben.
Angeregte Diskussionen zwischen einigen
schwäbischen Wasserchemikern über die Möglichkeiten der modernen Spurenanalytik, insbesondere der anreicherungsfreien Bestimmung organischer Spurenstoffe in Wasser
mittels LC-MS/MS, gaben im Frühjahr 2004 die
entscheidenden Impulse zur Schaffung einer
neuen fachlichen Diskussionsplattform, die in
Form des 1. LWF durch die Landeswasserversorgung erstmals realisiert werden konnte. Unter dem Leitthema „HPLC-MS in der Wasserund Umweltanalytik“ fanden das erste Forum
und alle Weiteren auf dem Gelände des Wasserwerks Langenau mit seinem Betriebs- und
Forschungslaboratorium statt. Die örtlichen
Gegebenheiten wie die Aufbereitungsanlagen
im Wasserwerk und das große, modern ausgestattete Laboratorium, deren Besichtigung jedes Jahr einen festen Programmpunkt darstellt,
bilden einen idealen Rahmen für diese auf die
Wasseranalytik spezialisierte Veranstaltung.
Die Landeswasserversorgung ist eine der größten und traditionsreichsten Fernwasserversorgungen Deutschlands und steht für die zuverlässige und sichere Trinkwasserversorgung von
rund 250 Städten und Gemeinden – darunter
die Städte Aalen, Ellwangen, Esslingen, Göppingen, Ludwigsburg, Schwäbisch Gmünd,
Stuttgart und Ulm – mit einer jährlichen Abgabe von rund 90 Mio m3 Trinkwasser bester
Qualität.
578 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Programm
Die Hersteller von Analyseninstrumenten waren
seit Beginn des LWF an dessen Gestaltung beteiligt und unterstützten regelmäßig eine Diskussionsplattform zu technischen Entwicklungen auf
dem Gebiet der Massenspektrometrie und deren
Anwendung.
Da beim ersten LWF rund 90 diskussionsfreudige Teilnehmer fast die damals vorbereiteten Räumlichkeiten sprengten, wurden bereits zum anschließenden Forum geeignete Maßnahmen getroffen,
um der großen Nachfrage gerecht zu werden. Seitdem kamen regelmäßig mehr als 200 Teilnehmer
zur Veranstaltung. Ihnen konnte jedes Jahr ein vielfältiges Programm während des LWF geboten werden, wobei seit den Anfängen das zentrale Thema
die Bestimmung organischer Spurenstoffe in Wasser und anderen Umweltmatrizes ist. Im Zentrum
stehen Kopplungstechniken zwischen chromatographischen und massenspektrometrischen Systemen, insbesondere LC-MS- und GC-MS-Verfahren
aber auch beispielsweise die HPTLC-MS.
Nicht unerwähnt sollen zudem die Fragestellungen der Ionen- und Schwermetallanalytik bleiben. Besonders hervorheben möchten wir, dass
die Auswertung und die Interpretation der gewonnenen Daten immer wiederkehrende
Schwerpunkte darstellen, da der Einbezug von
rechtlichen Aspekten, von Qualitätssicherungsmaßnahmen und von statistischen Methoden
seit jeher eine wichtige Rolle spielt. Das LWF
gliedert sich in das wissenschaftliche Hauptprogramm, den Workshop mit Firmenpräsentationen zu aktuellen Themen, die Posterausstellung
und die Ausstellung der Herstellerfirmen.
Einladung
Auch dieses Jahr freuen wir uns, wieder zahlreiche
Gäste am 7. und 8. 11. begrüßen zu dürfen. Wir laden Sie recht herzlich dazu ein, sich während des 8.
LWF über Erfahrungen und Entwicklungen der Spurenanalytik auszutauschen. Seien Sie mit uns weiterhin den Spurenstoffen auf der Spur!
Das Anmeldeformular sowie weitere Informationen können im Internet abgerufen werden:
www.lw-online.de/lw-termine.html
Weitere Infos im QR Code
für Ihr Smartphone.
▶ ▶K ontakt
Dr. Walter Weber
Zweckverband Landeswasserversorgung
Wasserwerk Langenau
Betriebs- und Forschungslaboratorium
Tel.: 07345/9638-2260
[email protected]
Events
M aga z in
Energiedispersive Röntgenfluoreszenzanalyse
Übersichtsanalysen, Screenings und Quantifizierung unbekannter Proben
© Heino Pattschull / Fotolia
Krefeld (13.09.), Frankfurt (14.09.), München
(15.09), Leipzig (20.09.), Berlin (21.09) und in
Hamburg (22.09.)
Reproduzierbare und präzise Messergebnisse hängen wesentlich von einer guten Probenvorbereitung ab. Wie das funktioniert, erfahren
Sie beim kostenlosen Anwenderseminar „Von
der Probenvorbereitung bis zur Röntgenfluoreszenzanalyse“, das Spectro gemeinsam mit den
Aufbereitungsspezialisten von Retsch in Krefeld
(13.09.), Frankfurt (14.09.) und München (15.09.)
veranstalten.
Im Rahmen der ganztägigen Veranstaltung zeigen Ihnen die Experten von Retsch und Spectro:
▪▪ Wie die Anforderungen an die Probenvorbereitung bei der EDRFA aussehen und wie Sie
diesen mit Labormühlen am besten gerecht
werden.
▪▪ Wie ein optimaler Pressling für die EDRFA
hergestellt wird und welche Pressen und
Werkzeuge für seine Herstellung benötigt
werden.
▪▪ Welche nationalen und internationalen
Normen den Einsatz der EDRFA vorschreiben
und welche Bedeutung sie für den praktischen Einsatz der RFA im Labor haben.
▪▪ Welche Optionen Ihnen die RFA bei der Untersuchung von Pulverproben und Presstabletten bietet und wie sich die Probeneigenschaften auf das Analyseergebnis auswirken.
Im Anschluss an die Fachvorträge werden Sie zudem die Gelegenheit haben, zusammen mit un-
seren Experten Proben zu vermahlen, Tabletten
zu pressen und zu analysieren. Bringen Sie dafür
unbedingt Proben aus Ihrem Labor mit!
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 579
Innovation
M aga z in
Phasen eines Innovationsprozesses
Es besteht kein Zweifel, die Welt ist in Bewegung. Die Kraft der Erneuerung
beflügelt die Wirtschaft und treibt Sie voran. Es gibt Branchen, wie die Pharma- und Medizinalhersteller und große Teile der Lebensmittelindustrie, die
ohne von Forschung gespeiste Produktentwicklung keinen adäquaten Produktumsatz generieren können. Doch wie vollzieht sich der allgemeine Ablauf, eine Neuerung zu gestalten, um daraus Nutzen ziehen zu können?
Theoretisch müssen drei Phasen eines Innovationsprozesses durchschritten
werden. Aus einer Impulsphase, die aus einer Idee zu einer Erfindung führt,
erwächst die Protektionsphase zur Sicherung der Idee und letztlich eine Bewertungsphase zur Überprüfung der Gültigkeit und Tauglichkeit. Denn erst
eine reale Nutzung adelt die Invention zur Innovation.
Der Stein des Anstoßes
Im göttlichen Schöpfungsakt stand am Anfang
das Wort, bei allen anderen steht bei einer jeden
Idee erst einmal ein Problem. Um den verflucht
schweren Hinkelstein von A nach B zu transportieren muss ein Zaubertrank oder zumindest ein
stabiler Karren her. Für den Impuls einer Idee
braucht es immer einen Stein des Anstoßes, um
sich dann mit einer Lösung als weiser Stein zu
offenbaren. Etymologisch kann man bereits im
Wort „Idee“ selbst das Göttlich-Schöpferische
„in deo“ erkennen. Ein Problem gibt uns den
äußeren Reiz, kreativ nach Lösungsmöglichkeiten zu suchen. Für eine Innovation müssen wir
jedoch über diesen extrinsischen Impuls hinaus
aus innerer Wissbegier das Problem erklären
und lösen wollen. Denn viele Steine gilt es aus
dem Weg zu räumen. Die Problemlösung erwächst aus einem intensiven Lernprozess heraus, aus Beobachten und Ableiten von bekanntem Wissen. Der konditioniert-sabbernde Hund
von Iwan P. Pawlow oder die behavioristischen
580 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Tauben von Frederic Skinner sind durch ihren extrinsischen Lernantrieb zwar zur Problemlösung
jedoch nicht zur Innovation befähigt. Hierzu
braucht es die Kraft der Umstrukturierung und
der Neukonstruktion. Kersten Reich spricht hier
in diesem Zusammenhang von entdecken, kritisieren und erfinden von Welt. Die Fähigkeit zur
Strukturierung und Konstruktion wird eher den
Primaten und letztlich uns selbst zugeschrieben.
Dies wissend fragen wir uns, wie es um Tiere mit
einem einfachen Strickleiter-Nervensystem steht.
Das Volk der gemeinen Wanderameise folgt bei
ihren Wanderungen der chemischen Duftspur eines Leittieres. Doch was passiert, wenn diese der
letzen Ameise des Trosses hinterher läuft? Eine
Innovation muss also weit aus dem bekannten
Terrain heraus schreiten. Es ist eine Frage der erfinderischen Höhe. Den Umsatz eines Unternehmens mit Nachahmerprodukten zu sichern
scheint verlockend, aber nur eine fundierte Neuschöpfung jenseits der ausgetretenen Pfade
kann wirklich nachhaltig wirken. Fördergeldpolitik, Erfolgsverpflichtungen und Zulassungslegis-
lativen machen es nicht nur akademisch Forschenden schwer, der etablierten Duftspur
zementierter Wissensetablierung zu entkommen.
Erfindergeist entgleist zum risikoscheuen Widerkäuen von Bekanntem. Überall lauern scheinbar
unumstößliche Dogmen und vermeintliche Vorgaben, innovationsfeindliche, süße Denkfallen
die uns sicher allen schon begegnet sind. Ein
Zeichenrätsel fordert uns zum Beispiel auf, neun
quadratisch angeordnete Punkte mit vier geraden Linien aneinanderhängend zu verbinden.
Beschränkt man sich im Lösungsversuch auf den
suggestiv, quadratischen Raum der Punktanordnung und geht nicht kühn darüber hinaus wird
man zu keiner Lösung gelangen. Auch den eigenen Blickwinkel zu ändern kann helfen. Vexierbilder, die beim Drehen ihre Geschichte neu erzählen, Portraits, die je nach Betrachtungsweise
das Geschlecht oder Alter ändern, führen uns in
verblüffender Weise vor Augen, welchen Erkenntnisgewinn eine Änderung der Perspektive
bieten kann.
Den Stein ins Rollen bringen
Nach der Impulsphase gilt es nun die Gültigkeit
der Erfindung zu gewichten. Eine Möglichkeit ist
eine theoretische Überprüfung. Aristoteles bediente sich in der Scholastik des sogenannten
Syllogismus, eine logische Verknüpfung einer
ersten Behauptung mit einer zweiten, um daraus
eine allgemeingültige Aussage schließen zu können. Die Behauptung, kein Rechteck ist ein Kreis,
und alle Quadrate sind Rechtecke, folgerte er logisch zwingend, dass kein Quadrat ein Kreis ist.
Dieser Logismus ist jedoch begrenzt und führt
schnell ins Absurde. Behaupten wir, alle Quadrate sind Vierecke, und kein Trapez ist ein Quadrat,
© Andreas / Fotolia.com
Wie Hinkelsteine ins Rollen kommen
können wir sicher nicht folgern,
dass ein Trapez kein Viereck ist?
Der streitbare, griechische Philosoph Epimenides schließlich ließ
solcherlei Ableitungen in sein berühmtes Paradoxon gipfeln indem
er verkündete:“ Ich als Kreter sage,
dass alle Kreter lügen.“ Sagen
dann alle Kreter die Wahrheit? Diesen Widersinn bewegt das Gemüt.
Erörterungen hierzu finden wir bereits bei Paulus im Neuen Testament bis hin zur mathematischen
Logik von Bertrand Russel von
1908. Wirklich zu lösen ist es nicht.
Selbst die theoretische Physik
kommt nicht ganz ohne Experimente aus. Dem Dogma, die Erde sei
eine Scheibe, kam man letztendlich
nur mit einer Magellan´schen Weltumsegelung bei. Die Beobachtung
von versinkenden Schiffen am Horizont, ohne dass diese untergingen war unzureichend. Heisenberg
kämpfte seinerzeit um die objektive Wahrheit in der Wissenschaft.
Jede Untersuchung verändere das
Objekt, so der Atomphysiker. Die
Gültigkeit einer Invention muss
sich final in der Einbindung in den
Wissenskontext der Welt beweisen.
In dem berühmten Gleichnis
Buddhas „Die blinden Männer und
der Elefant“ versuchen Gelehrte
ohne Sehen zu können einen Elefanten durch ertasten zu erkennen.
Jeder untersucht getrennt vom anderen ein Körperteil. In den Berichten beschränkt sich jeder auf sein
Detail ohne sich mit den anderen
auszutauschen, was das Erfassen
des Gesamtobjektes unmöglich
macht. Eine scheinbar absolute
Wahrheit abgeleitet von unvollständigen Teilwahrheiten kann zu
keiner allgemeingültige Aussage
führen. Nur ein zusammengeführter Rüssel, Pinselschwanz und teppichgroße Ohren ergeben das Bild
eines Elefanten.
Englischen abgelöst. Papier-Asservate werden durch Silico-Speichermedien mit fraglicher Halbwertszeit
ersetzt. Erfindungen werden gemacht, gehen jedoch auch wieder
ungenutzt verloren. Das VoynichManuskript zum Beispiel, benannt
nach seinem Entdecker, ist ein
Schriftstück, dessen genaues Alter,
Herkunft und Autor unbekannt sind,
ist in einer unbekannten, bestechend perfekt geführten Schrift geschrieben. Farbige Abbildungen erinnern an botanische, anatomische
und astronomische Zusammenhänge. Das Manuskript befindet sich
seit 1969 im Bestand der Universitätsbibliothek in Yale. Selbst britische Entschlüsselungsexperten des
zweiten Weltkrieges, welche sich
seinerzeit mit dem Enigma-Shiffriercode deutscher U-Boot Kommandeure beschäftigten, scheiterten bis
heute. So sind auch wir per Internetforum eingeladen uns an diesem
Rätsel zu versuchen. Wem nützt
schließlich ein schönes Buch das
niemand lesen kann? Auf der anderen Seite bewegen sich Galileos hölzerne Flugapparate, säuberlich auf
Pergament in unsere Zeit überliefert
und detailgetreu rekonstruiert, bis
heute nicht durch die Luft. Die gemachte Erfindung muss sich also im
Alltag beweisen.
In der finalen Bewertungsphase
transformiert eine Invention erst
nach bestandener Nutzungsprüfung zur Innovation. Jetzt muss
der Zaubertrank halten was die
Verpackung verspricht. Wie markttauglich sind die Wirkung, das
Aussehen und der Geschmack insbesondere unter Konkurrenzdruck?
Alchemisten sahen im Stein der
Weisen ein Elixier allumfassender
Lösungen, die alles verbindende
fünfte Essenz. Für jeden beherzten Erfinder ist jede Innovation ein
kleines Stückchen davon.
Der Stein der Weisen
Eine verständliche Niederschrift der
gewonnenen Erkenntnisse ist zur
Sicherung der Idee und Invention
unabdingbar und somit zentraler
Bestandteil der Protektionsphase.
Vereinbarte Terminologien sollen
eine allgemeine Fachverständlichkeit gewährleisten. Doch die Regeln
wissenschaftlicher Publikationen
und Patentierungen unterliegen ihrer jeweiligen Zeit und wandeln sich
entsprechend. Einst dominante Gelehrtensprachen wie Griechisch, Latein und Deutsch wurden von der
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 581
© zven0 / Fot
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GDCh -Seminare
Nachrichten
M aga z in
LIMS-Forum 2011
Biofilme
Schaden, Nutzung und Charakterisierung (591/11)
7. November 2011, Frankfurt am Main
Struktur und Funktion von Biofilmen, Charakterisierung von Biofilmen,
Biofouling und Biokorrosion, Online Monitoring und Desinfektionsstrategien
Leitung: Prof. Dr. rer. nat. Harald Horn
Nachhaltigkeitsbewertungen
Ökoeffizienz-Analyse und Seebalance (159/11)
8. November 2011, Frankfurt am Main
Die ganzheitliche Bewertung von Produkten und Verfahren für Forschung
und Entwicklung, Produktion und Marketing und das Kennenlernen der
Messmethoden zur Nachhaltigkeitsbewertung.
Leitung: Dr. Peter Saling
Hochleistungs-Dünnschicht-ChromatographieMassenspektrometrie (HPTLC-MS)
In Zusammenarbeit mit der Universität Hohenheim (335/11)
15. November 2011, Stuttgart
Das Potenzial der HPTLC erkennen, aktuelle Kopplungen der HPTLC
kennenlernen und erkennen, wie Hyphenations (Kopplungen) in der HPTLC
die Analytik effizient unterstützen.
Leitung: Prof. Dr. Gertrud Morlock
Selektive Oxidationsreaktionen
Katalytische selektive Oxygenierung organischer
Verbindungen (014/11)
17.–18. November 2011, Frankfurt am Main
Der Kurs soll den aktuellen Stand der Forschung auf dem Gebiet vermitteln.
Besonderes Augenmerk wird auf den Einsatz von Wasserstoffperoxid und
Sauerstoff und enentioselektive Transformationen gelegt.
Leitung: Prof. Dr. Albrecht Berkessel
Technische Schutzrechte
Teil I, Einführung in das Patentrecht für
Chemiker und Biologen (908/11)
21.–24. November 2011, Würzburg
Der Kurs vermittelt einen Überblick über die technischen Schutzrechte und
fördert das Verständnis für dieses wichtige Rechtsgebiet. Der Schwerpunkt
liegt dabei auf dem Patentrecht, aber auch Fragen des Technologietransfers
werden behandelt.
Leitung: Dr. Andreas Bieberbach
▶ ▶ A nmeldung / I nformationen
Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (GDCh)
Fortbildung
Fankfurt am Main
Tel.: 069/7917-364/-291
Fax: 069/7917-475
[email protected]
www.gdch.de/fortbildung2011
582 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Produktivitätsreserven in Laboratorien lassen sich durch eine zielgerichtete
Erfassung der Laborprozesse erkennen und vielfach durch einen geschickten Einsatz modernster IT-Systeme auch tatsächlich schaffen. Welche Möglichkeiten hierbei neueste Technologien von Labor-IT und LIMS bieten, erfahren Sie im diesjährigen LIMS-Forum vom 8. bis 9. November 2011 in
Bonn. Hier können Sie sich über die LIM-Systeme der vertretenen Aussteller
informieren, hilfreiche Tools und smarte Lösungen z. B. zur Integration bzw.
Harmonisierung der Prozesse kennenlernen und von Erfahrungsberichten
aus Pharma und Chemie profitieren. In diesem Jahr werden unter anderem
folgende Tehmen erörtert: Aktueller Stand der Technik • Dialog mit Experten, Anwendern und Anbietern • Einsatzmöglichkeiten, Kosten und Nutzen
• Tipps zur Auswahl und Implementierung • Anwendererfahrungen aus
LIMSProjekten • IT-Validierung • Archivierung • Aktuelle LIMS-Marktübersicht • Absehbare Trends.
www.lims-forum.de
www.klinkner.de
Die Suche nach dem ältesten
Reinswassersystem Deutschlands
Reinstwasser ist in Laboren das am häufigsten eingesetzte Reagenz. Es sorgt für unverfälschte Ergebnisse und schützt empfindliche Analysegeräte vor Schäden. Labore,
deren Reinstwassergerät in die Jahre gekommen ist, können jetzt mit der Purelab
flex ein anwenderfreundliches System gewinnen. Unter dem Motto „Frisch starten
und gewinnen“ sucht ELGA LabWater bis
Ende Oktober die ältesten Reinstwassergeräte Deutschlands. Jeder
Teilnehmer erhält ein Fachbuch für Laborwasseraufbereitung und kann
mit etwas Glück eine neue Purelab flex oder einen Miele Stand-Kaffeevollautomaten CM 5100 für sein Labor gewinnen: Einfach unter www.
elgalabwater.com/gewinnspiel für die Verlosung anmelden und ein
Foto des aktuellen Reinstwassersystems hochladen oder mailen.
www.elgalabwater.de/gewinnspiel
Hosting-Partnerschaft für Laboranalysedaten
TUI InfoTec und HM-Software haben eine Hosting-Partnerschaft für Laboranalysedaten beschlossen. TUI InfoTec betreibt künftig für HM-Software das Internetportal I-Monitoring, über das die Kunden des LIMSSpezialisten ihre Laboranalysedaten in die Qualitätsdatenbanken
übertragen. Im Rahmen der Partnerschaft übernimmt TUI InfoTec für
Kunden der HM-Software auf Wunsch auch das Hosting der jeweiligen
Qualitätsdatenbank sowie anderer Anwendungen. Darüber hinaus unterstützen die Hannoveraner bei der Beratung der Kunden hinsichtlich
der Hosting-Services.
www.tui-infotec.com
www.hm-software.de
M aga z in
Intelligent
Destillieren
Interessiert? Videos unter
www.heidolph.de
Nachrichten
M aga z in
messtec drives Automation ist online
Ab sofort können sich Leser, die sich für Automatisierungstechnik interessieren, auf md-automation.de über alles rund um Messen, Steuern,
Antreiben und Prüfen informieren. Die übersichtliche und einfach zu bedienende Seite bietet schnellen Überblick über neue Produkte, News,
Applikations-Storys und Webcasts aus der Welt der Automatisierung. Redaktionell aufbereitet erfährt der Leser gezielt Neuigkeiten aus der Branche. Dazu zählen auch Events wie Messen oder Kongresse, eine Job-Börse und der Buyers Guide, in dem Firmen sich und ihre Kompetenzen
vorstellen. Zu der Seite gehören ebenfalls ein Blog, wo die Redaktion
Meinungen zu akutellen Themen schreibt, sowie ein Twitter Account. Leser haben zudem die Möglichkeit, sich über ein RSS-Feed und einen
Newsletter auf dem Laufenden zu halten.
www.md-automation.de
Multiferroisches
Material entwickelt
Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung der
Ruhr-Universität Bochum hat
ein neues, bei Raumtemperatur
multiferroisches Material entwickelt und damit erstmals einen Weg gefunden, Magnetismus durch elektrische Felder
schon bei „normaler“ Temperatur zu steuern. Mit den jetzt
entdeckten MaterialeigenschafPrinzip des Probenaufbaus.
ten von Barium-Titan-Oxid
Quelle: Ruhr Universität Bochum
(BaTiO3) lassen sich zukünftig
Bauelemente wie Datenspeicher und logische Schalter entwerfen, die
mit elektrischen anstatt mit magnetischen Feldern kontrollierbar sind.
Ein großer Vorteil für die Industrie, denn elektrische Felder sind technisch viel einfacher und billiger herzustellen als magnetische Felder.
Multiferroische Materialien sind sowohl durch magnetische als auch
durch elektrische Felder beeinflussbar. Ein solches multiferroisches Material stellten die Forscher her, indem sie ultradünne ferromagnetische
Eisenschichten auf ferroelektrische Barium-Titan-Oxid-Schichten aufdampften. Dabei konnten sie feststellen, dass das sonst nicht magnetische ferroelektrische Material an der Grenzfläche zwischen den beiden
Schichten ferromagnetisch wird. Diesen Grenzflächenmagnetismus wiesen die Wissenschaftler mit Hilfe des sogenannten „magnetischen Röntgendichroismus“ nach. Dabei wird die Polarisation der Röntgenstrahlen
durch Magnetismus beeinflusst, ganz ähnlich dem Faraday-Effekt aus
der Optik. Der magnetische Röntgendichroismus hat den Vorteil, dass er
auf jedes einzelne Element in dem untersuchten Material angewandt
werden kann. Mit dieser Methode konnte das Forscherteam zeigen, dass
alle drei Elemente in dem ferroelektrischen Material an der Grenzfläche
zu Eisen ferromagnetisch reagieren, obwohl diese Atome sonst nicht
magnetisch sind.
Originalliteratur:
S. Valencia et al.: “Interface-induced room-temperature multiferroicity in
BaTiO3“. Nature Materials, aktuell.ruhr-uni-bochum.de/
Küvetten
584 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Blutgefäße drucken
Forscher vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik
(Fraunhofer IGB) entwickeln künstliche Blutgefäße, wobei sie die im Rapid
Prototyping etablierte 3-D-Drucktechnik und die in der Polymerwissenschaft
entwickelte Multiphotonenpolymerisation kombinieren. Der 3-D-Inkjet-Drucker kann sehr schnell dreidimensionale Körper aus den verschiedensten Materialien erzeugen. Er trägt das Material in Schichten auf, nur an bestimmten
Stellen werden diese Lagen chemisch verbunden. Damit entstehen bereits
Mikrostrukturen, für die feinen Strukturen von Kapillargefäßen ist die 3-DDrucktechnik jedoch immer noch zu ungenau. Daher kombinierten die Forscher diese Technik mit der Multiphotonenpolymerisation. Kurze, intensive
Laserpulse treffen dabei das Material und regen die Moleküle so stark an,
dass diese miteinander reagieren und sich zu längeren Ketten verbinden. Das
Material polymerisiert und wird fest, es bleibt aber so elastisch wie natürliche Materialien. Diese Reaktion lässt sich derart gezielt steuern, dass der
Aufbau von feinsten Strukturen nach einem dreidimensionalen Bauplan
möglich ist. Zur erfolgreichen Herstellung dreidimensionaler elastischer Körper braucht es noch das richtige Material. Deshalb haben die Forscher spezielle Tinten entwickelt, denn die Drucktechnik fordert sehr spezifische Eigenschaften. Die späteren Blutgefäße müssen flexibel und elastisch sein und mit
dem natürlichen Gewebe interagieren. Dafür werden die synthetischen Röhrchen nachträglich biofunktionalisiert, so dass lebende Körperzellen an ihnen
andocken können. Nur wenn es gelingt, eine komplette Schicht lebender Zellen anzusiedeln, kann das Gefäß so arbeiten wie seine natürlichen Vorbilder
und die Nährstoffe an ihr Ziel dirigieren.
www.fraunhofer.de
Körber-Preis 2011: Preisträger ist Stefan Hell
Am Mittwoch, 7. September überreichte die Körber-Stiftung den mit 750.000 €
dotierten Körber-Preis für die Europäische Wissenschaft 2011 an Prof. Dr. Dr.
h.c. Stefan W. Hell. Der Göttinger Physiker Stefan Hell konstruierte hochauflösende Lichtmikroskope, die um ein Vielfaches schärfer sehen können, als es
bislang möglich schien. Bislang galt die von Ernst Abbe schon 1873 formulierte Untergrenze von 200 Nanometern. Den neuen Einblick in die Nanowelt
jenseits dieser Grenze wissen insbesondere Biologen und Physiologen zu
schätzen, da sich lebende Zellen oder Gewebe nur mit Lichtmikroskopen beobachten lassen. So gelang es Hirnforschern 2008 mit der neuen Auflösung
von nur noch einigen Dutzend Nanometern erstmals, die Bewegungen winziger Synapsenbestandteile in lebenden Nervenzellen sichtbar zu machen. Die
Technik eröffnet auch vielversprechende Perspektiven für die Weiterentwicklung optischer Speichermedien. Stefan Hell ist seit 2002 Direktor am Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie. Geboren 1962 im rumänischen Banat, studierte er Physik an der Universität Heidelberg, wo er auch
promovierte. Nach Forschungsstationen am EMBL in Heidelberg, an den Universitäten Turku und Oxford leitet er heute neben seiner Tätigkeit in Göttingen eine Abteilung am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg.
www.koerber-preis.de
www.laseranalytik.de
Hohlkathodenlampen
Nachrichten
M aga z in
Deutscher Zukunftspreis 2011: Die Nominierten
Für den „Deutschen Zukunftspreis 2011 - Preis des Bundespräsidenten für
Technik und Innovation“ wurden drei Projekte für die Endrunde nominiert,
die sich mit Zukunftsthemen wie Mobilität, Energiegewinnung, Umwelt- und
Ressourcenschonung befassen: Photovoltaik-Module: Hansjörg Lerchenmüller, Dr. rer. nat. Andreas W. Bett und Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch mit ihrem
Projekt „Geballtes Sonnenlicht - effizient genutzt“. Die Nominierten konnten
die Energiegewinnung aus Sonnenlicht durch Solarzellen deutlich effizienter
und billiger, und damit konkurrenzfähig zu anderen Stromerzeugungstechnologien, machen. Sie kombinierten dazu drei winzige, übereinander gestapelte
Solarzellen aus unterschiedlichen Materialien miteinander und schufen darauf aufbauend marktfähige Fotovoltaik-Module. Organische Elektronik: Prof.
Dr. rer. nat. Karl Leo, Dr. rer. nat. Jan Blochwitz-Nimoth und Dr. rer. nat. Martin
Pfeiffer wurden mit ihrem Projekt „Organische Elektronik - mehr Licht und
Energie aus hauchdünnen Molekülschichten“ nominiert. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, organische Halbleiter für den Einsatz in verschiedensten
Produkten „fit“ zu machen, indem
sie das Prinzip der Dotierung von
Siliziumhalbleitern auf organische
Halbleiter übertrugen. Damit schufen sie die Basis für innovative Anwendungen von Displays, Beleuchtung und Fotovoltaik, die bislang
undenkbar waren. Intelligente Fahrerassistenzsysteme: Dr.-Ing. Uwe
Franke, Dr. rer. nat. Stefan Gehrig
und Dr.-Ing. Clemens Rabe von der
Daimler AG, Sindelfingen wurden
mit ihrem Projekt „6D-Vision - Gefahren schneller erkennen als der
Mensch“ nominiert. Sie haben eine
Technologie entwickelt, die neue
Möglichkeiten zur Unterstützung
der Autofahrer in intelligenten Fahrerassistenzsystemen ermöglicht.
Ziel ist es, die Zahl der Toten und
Verletzten im Straßenverkehr weiter
drastisch zu senken. Die Entscheidung der Jury fällt am 14. Dezember. Bundespräsident Wulff übergibt
dem Siegerteam den Deutschen Zukunftspreis 2011 in der anschließenden festlichen Preisverleihung.
www.deutscher-zukunftspreis.de
Mikrospinne
Noch ist es Science Fiction, aber vielleicht in absehbarer Zukunft Realität:
Nanoroboter, die im Körper Tumorzellen zerstören und Verstopfungen aus
unseren Arterien kratzen oder mikroskopisch kleine „Fabriken“, in denen
Nanomaschinen winzige Strukturen für miniaturisierte Bauteile herstellen.
Nanomotoren könnten Pharmaka rascher zu bestimmten Zielorganen
transportieren oder Analytmoleküle durch die winzigen Kanäle von Diagnostiksystemen im Mikrochipformat lotsen. Ayusman Sen und seine Mitarbeiter von der Pennsylvania State University (USA) beschreiben in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun einen neuen Typ Mikromotor, der durch
eine Polymerisationsreaktion angetrieben wird und wie eine Mikrospinne
feine Fäden hinterlässt.
Originalliteratur:
R. A. Pavlick et al.: A Polymerization-Powered Motor. Angewandte Chemie
(2011).
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 585
Nachrichten
M aga z in
Zahl der Habilitationen sinkt
Mikrofluidik:
einfache Herstellung mehrphasiger Emulsionstropfen
Forscher von der Harvard University (Cambridge, USA) haben ein neues Mikrofluidik-Verfahren für die einfache Herstellung mehrphasiger Emulsionstropfen
und mehrwandiger Polymerkapseln entwickelt. Durch ein ausgeklügeltes mikrofluidisches System, das aus mehreren wasserabweisend und wasseranziehend beschichteten Glaskapillaren besteht, gelingt es den Forschern, entgegengesetzt gerichtete Flüssigkeitsströme aus nicht mischbaren Flüssigkeiten
(Öl und Wasser) trickreich aufeinanderprallen zu lassen. Dabei bilden sich winzige Tröpfchen, die in die Öffnung eines Auffanggefäßes wandern und die die
Phasengrenzen zwischen den Flüssigkeiten gekonnt aufbrechen, sodass je
nach Aufbau des Systems drei- oder vierschichtige Emulsionstropfen entstehen. Mit diesem Verfahren lassen sich erstmals auf einfache Weise und in nur
einem einzigen Schritt einheitlich aufgebaute, einheitlich große mehrschalige
Emulsionstropfen in großer Zahl erzeugen.
Laut statistischem Bundesamt ist die Zahl der Habilitationen in Deutschland
2010 um -4 % gegenüber Vorjahr und sogar um -24 % gegenüber dem Höchststand im Jahr 2002 weiter gesunken. Insgesamt haben 1.755 Wissenschaftler/
innen im Jahr 2010 ihre Habilitation an deutschen Hochschulen erfolgreich
abgeschlossen. Diese Entwicklung dürfte teilweise auf die Einführung der Juniorprofessur zurückzuführen sein, die einen alternativen Qualifizierungsweg
zum traditionellen Habilitationsverfahren darstellt. Während es 2002 lediglich
102 Juniorprofessuren gab, wurden 2009 bereits 994 Juniorprofessuren gezählt. Die Gesamtzahl der hauptberuflichen Professorinnen und Professoren
stieg im gleichen Zeitraum um 6 % von 37.861 auf 40.165. Wie in den Jahren
zuvor, wurden die meisten Habilitationsverfahren 2010 in der Fächergruppe
Humanmedizin / Gesundheitswissenschaften (867) abgeschlossen. Darauf
folgten die Fächergruppen Sprach- und Kulturwissenschaften (318), Mathematik, Naturwissenschaften (295) sowie Rechts-, Wirtschafts- und Sozialwissenschaften (139). Der Frauenanteil bei den Habilitationen lag 2010 erstmals
bei rund 25 %. Damit stieg er um einen Prozentpunkt gegenüber dem Vorjahr.
In den Sprach- und Kulturwissenschaften war, trotz eines Rückganges um vier
Prozentpunkte im Vergleich zum Vorjahr, ein Frauenanteil von knapp 37 % zu
verzeichnen. In den Fächergruppen Rechts-, Wirtschafts- und Sozialwissenschaften sowie Mathematik, Naturwissenschaften stieg die Quote um fast
sechs Prozentpunkte auf knapp 27 % beziehungsweise 20 %. In der Humanmedizin wurden fast 22 % aller Habilitationsschriften von Frauen verfasst, was
einer Zunahme von gut einem Prozentpunkt entsprach.
www.destatis.de
Robert Yates
Robert Yates übernahm ab 1. September 2011 die Spartenleitung von
Merck Millipore. Merck Millipore (EMD Millipore) ist die Life-Science-Sparte
von Merck mit Hauptsitz in Billerica, Massachusetts (USA) und einem Jahresumsatz von 1,7 Mrd € in 2010. Sie entstand durch die Übernahme der
Millipore Corporation im Juli 2010 und wurde seitdem von Bernd Reckmann, Mitglied der Geschäftsleitung von Merck und verantwortlich für den
Unternehmensbereich Chemie mit den beiden Sparten Merck Millipore und
Performance Materials, in Personalunion geführt.
www.merck.de
Küvetten
586 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Originalliteratur:
Kim S. H. und Weitz D. A.: One-Step Emulsification of Multiple Concentric
Shells with Capillary Microfluidic Devices; Angewandte Chemie (2011)
Neue Therapieoptionen in der Allergologie?
Fusionsproteine mit Flagellin könnten neue Therapieoptionen in der Allergologie eröffnen. Dr. Stefan Schülke vom Paul-Ehrlich-Institut in Langen ist
es gelungen, mit einem Fusionsprotein aus dem Bakterienprotein Flagellin
und dem Hühnereiweiß Ovalbumin bei Mäusen die Entstehung einer Lebensmittelallergie gegen Hühnereiweiß zu verhindern. Auch erste Ansätze,
das Fusionsprotein zur Behandlung einer bestehenden Allergie einzusetzen,
verliefen erfolgversprechend. Ein solches Modell hat hohe praktische Relevanz, denn bis heute gibt es keine etablierte Therapie gegen Lebensmittelallergien. Obwohl sie lebensbedrohlich sein können, ist die Vermeidung
des Allergieauslösers bisher das „Mittel der Wahl“.
Originalliteratur:
Schülke S. et al.: A fusion protein of flagellin and ovalbumin suppresses the
TH2 response and prevents murine intestinal allergy; J. Allergy Clin. Immunol. (2011) published online 29 August 2011, www.pei.de
Spinnenseide für die Zellkultur
Im Rahmen ihrer Doktorarbeit hat Hanna Wendt hat an der Medizinischen
Hochschule Hannover (MHH) künstliche Haut auf Spinnenseide gezüchtet,
ein interessanter Ansatz, um zukünftig chronische Wunden und Verbrennungen heilen zu können. Spinnenseide ist sehr stark, trotzdem dehnbar und
wird vom menschlichen Körper toleriert. Somit ist sie besser geeignet als andere Materialien, die bisher zur Züchtung künstlicher Haut untersucht worden sind. Bei den verwendeten Spinnen handelt es sich um Nephila spp. Um
die Tiere „melken“ zu können, nutzen die Wissenschaftlerinnen den Haltefaden der Spinnen, dessen Produktion die Tiere nicht kontrollieren können. So
können sie den von den Tieren produzierten Seidenfaden durch leichtes Ziehen auf einen Edelstahlrahmen von einem Quadratzentimeter Größe aufspulen, wobei eine Fläche aus kleinen Maschen entsteht. In zehn bis 15 Minuten
Melkzeit pro Spinne gewinnen sie einen Strang von bis zu 400 m Länge.
Hautzellen, die Hanna Wendt auf diese Maschen aufgetragen und mit Nährstoffen, Wärme und Luft versorgt hat, wuchsen zu zwei übereinanderliegenden gewebeähnlichen Hautschichten heran: Keratinozyten bildeten eine Epidermis, die äußerste Hautschicht, Fibroblasten die darunterliegende Dermis.
Im Tierversuch müsste sich nun zeigen, wie gut dieser Ersatz anwächst. Um
Spinnenseide in der Klinik einsetzen zu können, müsste sie synthetisch hergestellt werden, damit sie in ausreichendem Maße vorhanden ist.
www.mh-hannover.de
www.laseranalytik.de
Hohlkathodenlampen
M aga z in
Nachrichten
M aga z in
Bei der Kooperationsbereitschaft ticken Männer
und Frauen unterschiedlich
Ob ein Mensch ein kollegialer und kooperativer Typ ist, wird von seinen Genen beeinflusst. Das haben Wissenschaftler um Vanessa Mertins und Jobst
Meyer der Universität Trier bei einer neuen Studie herausgefunden. Dabei
sind sie auf eine weitere überraschende Entdeckung gestoßen: Eine Variante
des gleichen Gens steuert das Verhalten von Männern und Frauen gegensätzlich. Frauen sind demnach eher bereit, einen Beitrag zur Gemeinschaft
zu leisten, wenn sie eine weniger aktive Variante des MAOA-Gens aufweisen. Bei Männern ist es genau umgekehrt. Die Forscher folgern daraus: Evolutionäre Mechanismen sind für diese Entwicklung verantwortlich. Über die
Hintergründe lässt sich jedoch nur spekulieren. Die Studie wurde in einer
Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des Instituts für Arbeitsrecht und Arbeitsbeziehungen in der Europäischen Gemeinschaft (IAAEG) sowie der Abteilung für Verhaltensgenetik an der Universität Trier durchgeführt.
Originalliteratur:
V. Mertins et al.: Genetic Susceptibility for Individual Cooperation Preferences: The Role of Monoamine Oxidase A Gene (MAOA) in the Voluntary Provision of Public Goods. PLoS One. 2011;6(6):e20959. Epub 2011 Jun 16.
www.uni-trier.de
Shanghai Ranking 2011
Nur 6 deutsche Universitäten sind unter den Top 100 des 2011 Academic
Ranking of World Universities (ARWU, „Shanghai-Ranking 2011“), das die
chinesische Jiao Tong University jährlich erstellt. Basis der Auswertung sind
u.a. die Zahl der wissenschaftlichen Veröffentlichungen in Science, Nature
und anderen renommierten Fachzeitschriften sowie die Anzahl der Nobelpreisträger, die die Universitäten hervorgebracht haben. Die Top 10 werden
wie immer dominiert von den großen US-Unis und -Instituten:
1. Harvard University (USA)
2.Stanford University (USA)
3.Massachusetts Institute of Technology MIT (USA)
4.University of California, Berkeley (USA)
5.University of Cambridge (UK)
6. California Institute of Technology Caltech (USA)
7.Princeton University (USA)
8. Columbia University (USA)
9.University of Chicago (USA)
10.University of Oxford (UK)
Bestplatzierte kontinental-europäische Universität ist die ETH Zürich, die
es auf Platz 23 des Shanghai-Rankings und sogar auf Platz 5 im Fach
Chemie schaffte.
Deutsche Universitäten unter den Top 100 sind:
• TU München (Platz 47)
• Universität München (Platz 54)
• Universität Heidelberg (Platz 62)
• Universität Göttingen (Platz 86)
• Universität Bonn (PLatz 94)
• Universität Frankfurt (Platz 100)
www.shanghairanking.com
„Frauen, die forschen“ –
Ausstellung an der Universität Tübingen
Frauen, die forschen, sind nicht nur in Deutschland noch in der Minderheit. Die
bekannte Fotografin Bettina Flitner porträtierte Naturwissenschaftlerinnen, die
in wissenschaftlichen Spitzenfunktionen arbeiten. Die Fotoausstellung „Frauen,
die forschen“ ist in Tübingen vom Mittwoch, dem 14. September, bis zum Freitag, dem 11. November, im Foyer des Hörsaalzentrums, Auf der Morgenstelle
16, zu sehen. Sie ist Teil eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projektes des FrauenMediaTurm und wird in Tübingen in
Kooperation mit dem Museum der Universität MUT gezeigt. Der auslösende
Impuls zur Ausstellung liegt länger zurück: Als die Tübinger Forscherin Christiane Nüsslein-Volhard 1995 den Nobelpreis für Medizin erhielt, konnte keine
Presseagentur ein Foto von ihr liefern. Letztlich fragte man direkt bei der Preisträgerin an und erhielt ein privates Foto, es zeigt Professor Nüsslein-Volhard in
ihrem Garten. 13 Jahre später stand Bettina Flitner in diesem Garten und bat
die renommierte Biologin, sich in ihrem Seerosenteich ablichten zu lassen.
www.uni-tuebingen.de
Voraussetzungen für nanotechnologische Entwicklungen
Nanotechnologie, die Schlüsseltechnologie des 21, Jahrhunderts. So wird
sie allerorts genannt. Gepriesen als Chance für die Menschheit, kritisiert als
unberechenbare neue Technik, definiert als Herausforderung von Experten.
Wie geht eine aufgeklärte Gesellschaft mit einer so kontrovers diskutierten
Technologie um? Der saarländische Verein NanoBioNet, dem mehr als 100
Unternehmen und Institute des Nanobereichs angehören, nimmt sich dieser Thematik an und beschäftigt sich auf der 2. Saarbrücker Konferenz „Size
Matters“ (21. und 22. September 2011) intensiv mit dem Thema „Nanotechnologie: Verbesserung des Menschen?“ Über die Frage, wie eine intelligente Gesellschaft mit der Herausforderung unseres Jahrhunderts umgehen könnte, spricht dort Prof. Dr. Christoph Hubig, vom Institut für
Philosophie in Darmstadt.
www.nanobionet.de
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588 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Golf spielen verändert graue Hirnsubstanz
WASSER
ANALYTIK
Die eingezeichneten Regionen zeigen die Hirngebiete, die bei der visuomotorischen Verarbeitung eine wichtige Rolle spielen. Quelle: Universität Zürich
Auch das Gehirn von 40- bis 60-Jährigen ist noch sehr anpassungs- und lernfähig, wie eine neue Studie eines Forschungsteams um Prof. Lutz Jäncke zeigt.
Die Forschenden der Universität Zürich konnten nachweisen, dass ein 40-stündiges Golftraining das Zusammenspiel von Auge und Hand verbessert. Überraschenderweise hängt die Veränderung in der grauen Hirnsubstanz stark von
der Trainingsintensität ab. Golfer, die das Training in relativ kurzer Zeit absolvierten, erreichten tendenziell die Platzreife schneller. Die neue Studie von
Prof. Lutz Jäncke und Ladina Bezzola erforscht, wie sich ein anspruchsvolles
motorisches Training, das Golftraining, auf die Gehirnanatomie auswirkt. Untersucht wurden elf Golfanfängerinnen und -anfänger im Alter zwischen 40
und 60 Jahren und eine gleichgrosse Kontrollgruppe. Die Golferinnen und Golfer trainierten unter Anleitung professioneller Instruktoren oder allein im Sinne
einer Freizeitaktivität. Vor und nach den 40 Golftrainingsstunden wurden verschiedene neuroanatomische Parameter mittels der Magnetresonanztomographie (MRT) gemessen. So konnten Veränderungen in der grauen Hirnsubstanz erforscht werden, die durch das motorische Golftraining verursacht
wurden. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass ein 40-stündiges Golftraining bei Personen im mittleren Erwachsenenalter deutliche strukturelle Veränderungen in der grauen Hirnsubstanz hervorruft. Die Kontrollgruppe, die keine
neue Fertigkeit geübt hat, zeigt dagegen keine neuroanatomischen Veränderungen zwischen den beiden Messzeitpunkten. Insbesondere in Gehirnarealen, die sowohl beim Erlernen von motorischen Fertigkeiten als auch bei der
visuomotorischen Verarbeitung, dem Zusammenspiel von Auge und Motorik,
eine wichtige Funktion übernehmen, wuchs das Volumen der grauen Hirnsubstanz als Folge des Trainings.
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Bezzola L. et al.: Training-Induced Neural Plasticity in Golf Novices, in: The
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Titelstory
Kältethermostate mit natürlichen Kältemitteln
24 Varianten zur Reduzierung des Treibhauseffektes
Seit Anfang 2011 stehen Lauda ECO Silver und Gold Kältethermostate mit natürlichen Kältemitteln zur Verfügung. Natürliche Kältemittel haben im Vergleich
zu den üblicherweise verwendeten Fluorkohlenwasserstoffen ein weitaus
geringeres Treibhauspotenzial. Damit können Anwender im Sinne des Klimaschutzes einen Beitrag zur Reduzierung des direkten Treibhauseffektes leisten.
Wie auch schon bei den ECO Thermostaten mit
herkömmlichen Kältemitteln, steht dem Anwender
eine große Modellauswahl zur Verfügung. Varianten mit dem Kontrollkopf Silver bis 150 °C sind mit
einem monochromen LCD Display ausgestattet.
Der Kontrollkopf Gold besitzt ein farbiges TFTDisplay und einen Arbeitstemperaturbereich bis
200 °C. Eine Mini-USB-Schnittstelle ist bei beiden
Kontrollköpfen serienmäßig enthalten, zusätzliche
Schnittstellen sind als Module verfügbar.
Alle Modelle sind als luft- und wassergekühlte Versionen erhältlich. Die insgesamt 24 Kältethermostate mit natürlichen Kältemitteln sind
zu einem nur geringen Mehrpreis erhältlich. Die
Thermostate unterscheiden sich äußerlich nicht
von den Geräten mit herkömmlichen Kältemitteln. Auch die Leistungsdaten sind identisch. Die
Kältethermostate arbeiten im Bereich von -50
590 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
bis 200 °C und bieten Bäder von 4 bis 20 Liter.
Die Kälteleistungen betragen 180, 200, 300 und
700 W bei 20 °C. Die leistungsstärksten Geräte
mit 700 W sind mit dem bereits von der Proline
bekannten SmartCool System ausgestattet. Das
ermöglicht eine deutliche Energieeinsparung, da
nur die tatsächlich benötigte und nicht die maximale Kälteleistung bereitgestellt wird. Das Lüftungsgitter der Kältegeräte ist ohne Werkzeug zur
leichten Reinigung des Verflüssigers abnehmbar.
Bei allen Kältethermostaten sind Baddeckel und
Pumpenset serienmäßig enthalten.
Als Kältemittel wird Propan (R290) verwendet. Da Propan brennbar ist, haben die
Entwickler bei Lauda besonderen Wert auf die
Sicherheitsaspekte gelegt. Der Kältekreislauf ist
hermetisch geschlossen und dauerhaft dicht.
Dadurch wird das Risiko einer Leckage auf ein
Kältethermostat
ECO RE 620 GN
Minimum reduziert. Eine Bildung explosionsfähiger Gemische ist nicht möglich, da sich der Lüfter bei eingeschaltetem Gerät im Dauerbetrieb
befindet. Alle relevanten Bauteile mit möglichen
Zündquellen sind innerhalb des Thermostaten
geschützt. Es ist daher keine Auslagerung der
Elektronik an die Außenseite des Gerätes notwendig.
Temperiertechnik
Prozessthermostate für
professionelle externe Temperierung
Weiter Temperaturbereich und schnelle Temperaturwechsel
Lauda Integral XT Prozessthermostate begründen mit ihren hohen
Heiz-, Kühl- und Pumpenleistungen
eine neue Dimension der Temperierung in der Prozesstechnik von -90
bis 300 °C. Das Grundprinzip besteht
aus einem Umwälzthermostaten mit
sehr kleinem internen Volumen und
nicht durchströmtem Ausdehnungsgefäß.
Das thermisch aktive Wärmeträgermedium kommt
im Integral XT nicht direkt mit der Umgebungsluft
in Kontakt. Für den Volumenausgleich bei Temperaturänderungen sorgt das thermisch entkoppelte
Ausdehnungsgefäß. Dieses Funktionsprinzip hat
für den Anwender zahlreiche Vorteile:
▪▪ Bei tiefen Temperaturen wird das Einkondensieren von Luftfeuchtigkeit minimiert
▪▪ Die Geruchsbelästigung bei hohen Temperaturen wird reduziert
▪▪ Durch geringe Verdampfung und Oxidation
sind lange Standzeiten der Temperierflüssigkeit gewährleistet
▪▪ Ohne Medienwechsel ist der Betrieb über
einen Temperaturbereich von -50 bis 220 °C
realisierbar
▪▪ Ein Arbeiten über dem Brennpunkt der Temperierflüssigkeit ist zulässig, wenn dieser
hinreichend hoch über der Temperatur im Ausdehnungsgefäß liegt (nach DIN EN 61010-1
mindestens 25 K)
Dies alles vereinfacht den Temperierprozess und
schlägt sich in deutlich reduzierten Betriebskosten nieder.
Integral XT Prozessthermostate eignen sich insbesondere für die externe Temperierung von Reaktoren, Miniplants und von Kalorimetern sowie für
Temperaturstresstests und -simulationen. Überall,
wo schnelle Temperaturänderungen sowie hohe
Kälte- und Heizleistungen gefordert sind, kommen
die Prozessthermostate zum Einsatz.
Die während des Betriebs abnehmbare Fernbedieneinheit Command mit Grafik-LCD ermöglicht eine einfache und intuitive Bedienung und
schnelle Einstellungsänderungen. Durch die in der
Fernbedieneinheit integrierte Software für adaptive Regelung kann eine automatische Anpassung
Prozessthermostat Integral XT 750 mit Glasreaktor
der Regelparameter vorgenommen werden. Dies
erspart das zeitaufwändige manuelle ermitteln
der Parameter. Die leistungsstarke Variopumpe ist
in acht Stufen regelbar und liefert einen maximalen Druck von 2,9 bar und einen Förderstrom von
bis zu 45 L/min. Durch magnetische Kopplung von
Pumpe und Elektromotor werden Dichtungsprobleme ausgeschlossen. Neben der serienmäßig in
der Command enthaltenen RS-232-/485-Schnittstelle bieten die Integral XT Thermostate zwei
weitere Einschubplätze für Schnittstellenmodule.
Die Integral XT-Reihe deckt weite Leistungsund Arbeitstemperaturbereiche ab. Thermostate
für den Tiefkältebereich erreichen eine Minimaltemperatur von -90 °C. Hochtemperaturthermostate können für Temperaturen bis zu 300 °C eingesetzt werden. Die Kälteleistungen (bei 20 °C)
erstrecken sich von 1,5 kW bis zu 18,5 kW. Für ein
schnelles Aufheizen sind die Geräte mit Heizungen
ausgestattet, die zwischen 3,5 und 16 kW Heizleistung liefern. In den beschriebenen Temperaturund Leistungsklassen sind die Kältemaschinen der
Prozessthermostate luft- oder wassergekühlt.
Die Lauda Integral XT Prozessthermostate
wurden 2006 in den Markt eingeführt. Seit die-
ser Zeit wird die Modellpalette stetig erweitert.
Im Jahre 2011 wurde die Gerätelinie um drei
weitere Thermostate ergänzt. Innerhalb der Gerätelinie Integral ist der XT 280 das erste luftgekühlte Gerät für besonders hohe Leistungsanforderungen im Tiefkältebereich bis -80 °C. Der
Prozessthermostat arbeitet von -80 bis 200 °C.
Mit einer Kälteleistung von 1,5 kW, bei 20 °C,
und 4 kW Heizleistung sind schnelle Temperaturänderungen bei externen Anwendungen
möglich. Mit Kälteleistungen von 5 kW bzw. 5,4
kW ergänzen die Modelle Integral XT 550 und
XT 550 W die Geräteklasse für den Temperaturbereich zwischen -50 und 200 °C.
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Produktmanager Temperiergeräte
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 591
Lebensmittel
S chwerpunkt
Neue Forschungsgebiete
in der Lebensmittelverfahrenstechnik
Fraktionierung und Stabilisierung von sensitiven funktionellen Stoffen für Lebensmittel
Das Interesse der Verbraucher an qualitativ hochwertigen Lebensmitteln
mit gesundheitlichem Zusatznutzen wird zunehmend größer. Die moderne
Lebensmittelverfahrenstechnik beschäftigt sich deshalb mit den verschiedenen Methoden der Aufreinigung von funktionellen Lebensmittelinhaltsstoffen wie Molkenproteine oder bioaktive Peptide. Die Isolierung dieser
Moleküle erfolgt im industriellen Maßstab mittels Membrantrenntrenntechnik oder chromatographischen Verfahren. Neben der Aufreinigung
spielt die Stabilisierung von funktionellen Inhaltsstoffen wie funktionellen
Mikroorganismen mit positivem Effekt auf die Darmgesundheit (Probiotika) eine bedeutende Rolle. Die Forschungsansätze werden nachfolgend an
zwei Beispielen erläutert.
22 Prof. Dr.-Ing. U. Kulozik,
Lehrstuhlleiter, TU München
In breiten Bevölkerungsschichten hat das Interesse der Verbraucher an qualitativ hochwertigen
Lebensmitteln mit ernährungsphysiologisch
günstigen Eigenschaften in den letzten Jahren
stark zugenommen. Die Forschung in der Lebensmittelverfahrenstechnik liefert einen wertvollen Beitrag zu einer Verbesserung der Herstellungsprozesse im Bezug auf Minimierung des
Prozessimpacts „Minimal Processing“ und Gewinnung wertgebender Lebensmittelkomponenten mit gesundheitlichem Nutzen. Dadurch wird
die Herstellung von sicheren, gesunden und
qualitativ hochwertigen Lebensmitteln auf eine
immer breitere wissenschaftliche Basis gestellt
und das Vertrauen der Verbraucher in die Lebensmittelqualität bestärkt.
In diesem Zusammenhang erlangen sogenannte funktionelle Lebensmittel eine immer
größere Bedeutung. Die gesundheitsfördernden
Produkteigenschaften werden durch den Zusatz
bestimmter Fettsäuren, Milchsäurebakterien,
Proteinkomponenten oder pflanzlichen Wirkstoffen zu herkömmlichen Lebensmitteln wie
Joghurt oder Margarine erreicht. Die zugesetzten funktionellen Komponenten müssen dazu
in ausreichender Menge, zu einem wirtschaftlichen Preis und in aktiver Form vorliegen. Da die
funktionellen Komponenten häufig aus einem
komplexen Substanzgemisch stammen (wie z.B.
Glykomacropeptid aus der Milch), bedarf es geeigneter Aufreinigungsprozesse zur Isolierung.
Dazu sind Fraktionierungstechniken wie Membrantrenn- und chromatographische Verfahren
nötig, um die wirksamen Komponenten in möglichst reiner Form und mit einer hohen Ausbeute
zu gewinnen. Häufig weisen die funktionellen
Komponenten eine geringe Stabilität im Prozess und im Produkt auf, die durch eine Reihe
von Stressfaktoren wie hoher Sauerstoffgehalt,
niedriger pH Wert, hohe Scherkräfte oder Dehyd592 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
rierung hervorgerufen werden. Dies führt zu teilweise erheblichen Aktivitätsverlusten. Deshalb
richtet sich der Forschungsfokus einerseits auf
die Isolierung und Fraktionierung wertgebender
Inhaltsstoffe und die Stabilität während des Prozesses, andererseits auf die Aufrechterhaltung
der Aktivität im Produkt sowie während der
Lagerung. Beispielsweise dient die Mikroverkapselung von funktionellen Stoffen wie probiotische Bakterien oder pflanzliche Antioxidantien dazu, die Aktivität während der Lagerung
aufrechtzuerhalten sowie vor schädlichen Produkteinflüssen zu schützen. Nachfolgend sind
zwei Beispiele aus der aktuellen Forschung am
Lehrstuhl für Lebensmittelverfahrenstechnik und
22 Dr.-Ing. Petra Först,
Leiterin der Arbeitsgruppe Bioprozesstechnik,
TU München
Abb. 1: Prozessschema zur Herstellung von transglutaminase-indzuierten Natriumcaseinat-Mikrokapseln
mit Hilfe der Emulsionstechnik
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Lebensmittel
S chwerpunkt
Abb. 2: Mikroskopische Aufnahmen der transglutaminase-indzuierten Natriumcaseinat-Mikrokapseln mit L. paracasei (F19). Links: Lichtmikroskopische Aufnahme. Rechts: Elektronenmikroskopische Aufnahme. Pfeile: eingebettete Zellen. Abbildung rechts aus [3].
Molkereitechnologie dargestellt, die sich mit der
Isolierung und der Stabilisierung von funktionellen Komponenten befassen.
Mikroverkapselung und Trocknung von
Probiotika und Starterkulturen
Probiotische Bakterien werden zugesetzt, um
die Darmgesundheit und das Immunsystem positiv zu beeinflussen. Da eine hohe Lebendkeimzahl beim Verzehr eine wichtige Voraussetzung
für die probiotische Wirksamkeit darstellt, ist
eine Stabilisierung der Probiotika von großer Bedeutung. Die Mikroverkapselung dient dazu, die
Probiotika vor widrigen Umwelteinflüssen während des Prozesses und der Lagerung zu schützen und die Wechselwirkungen zwischen Probiotika und Produktmatrix zu verringern. Eine
herkömmliche Form der Verkapselung ist die
Vertropfung oder Emulgierung einer Alginatlösung, welcher die Probiotika zugesetzt sind, in
eine Calciumchloridlösung zur Verfestigung der
Kapseln [1]. Da die Alginatverkapselung eine
Reihe von Nachteilen wie mangelnde Barrierefunktion, niedrige Beladung, zu große Kapseln
und unzureichende Verdaubarkeit mit sich bringt,
sind neue Verkapselungskonzepte gefragt.
Ein neues Konzept ist die Verkapselung von
Probiotika in enzymatisch-induzierten Milchproteinhydrogelen auf der Basis von Transglutaminase
[2], welche in Abbildung 1 dargestellt ist. Aufgrund
der Verwendung von Milchproteinen als Verkapselungsmaterial sind diese Kapseln vor allem für
den Einsatz in Milchprodukten geeignet. Für die
Verkapselung werden die probiotischen Bakterien in einer Natriumcaseinatlösung suspendiert
und diese Suspension in Öl emulgiert. Nach Abschluss der enzymatischen Reaktion während des
Emulgierprozesses sind die Kapseln verfestigt und
können abgetrennt und anschließend weiterverarbeitet werden. Abbildung 2 zeigt mikroskopische
Aufnahmen der Mikrokapseln. Es konnte gezeigt
werden, dass die Verkapselung einen Schutz vor
widrigen Umgebungsbedingungen wie niedrige
pH Werte im Produkt, Lagerung im trockenen Zustand sowie Inkubation in Magensaft (in-vitro) bieten kann [2,3]. In Abbildung 3 wird z.B. das durch
eine Verkapselung verbesserte Überleben von Bifidobacterium lactis nach Inkubation in simuliertem
Magensaft (pH 2,5, in-vitro) deutlich. Um einen
Abb. 3 Prozentuale Überlebensrate von Bifidobacterium Bb12 nach Inkubation in simuliertem Magensaft bei pH 2,5 (mittlere Kapselgröße ca. 150 μm).
594 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
tatsächlichen Schutz der Verkapselung nachzuweisen, muss vor allem die Freisetzung sowie die probiotische Wirkung nach dem Durchtritt durch den
Gastro-Intestinaltrakt betrachtet werden. Die probiotische Wirkung und Freisetzung ist Gegenstand
laufender Forschungsarbeiten in Kooperation mit
Ernährungswissenschaftlern. Neben der Verkapselung wird in der Arbeitsgruppe Bioprozesstechnik
auch die Trocknung zur Langzeitstabilisierung von
Starterkulturen und Probiotika untersucht [4,5].
Zum einen wird das Verhalten mikrobieller Kulturen im Gefriertrocknungsprozess [6], aber auch
alternative Trocknungsverfahren wie die Niedertemperatur- oder Mikrowellen-Vakuumtrocknung
erforscht [7,8]. Neben den Auswirkungen des
Trocknungsprozesses auf die biologische Aktivität
werden auch die Mechanismen untersucht, wie
die Bakterien durch Interaktion mit der Verkapselungsmatrix geschützt werden.
Molekulare Vorgänge in Deckschichten
auf Mikrofiltrationsmembranen
Die Forschungsarbeiten zur Isolierung und Aufreinigung der sensitiven Inhaltsstoffe befassen
sich vor allem mit Grundlagen der CrossflowMembranfiltration (Mikro- sowie Ultrafiltration),
die zur Fraktionierung von Proteinen unterschiedlicher Größe angewandt werden. Die crossflowMembranfiltration findet für zahlreiche Trennprozesse der Lebensmitteltechnologie und
Bioprozesstechnik Anwendung; z.B. für die Trennung von Caseinen und Molkenproteinen in der
Milch. Da bei der Crossflow-Filtration von Proteingemischen Deckschichteigenschaften wie Dicke, Porosität, Permeabilität und Kompressibilität
eine entscheidende Rolle für das Permeationsverhalten der einzelnen Fraktionen spielen, ist es
nötig, die molekularen Vorgänge und strukturelle
Grenzflächenvorgänge auf der Membranoberfläche in Abhängigkeit von den Prozessparametern
zu studieren. Bei der Mikrofiltration von Milch
konnten die Interaktionen der Caseine an der
Deckschicht, die für den Deckschichtwiderstand
und die Permeation von Molkenproteinen maßgebend sind, auf der Basis eines erweiterten
DLVO Modells erklärt werden [9].
Lebensmittel
S chwerpunkt
Flying high in
Business and
Research
Abb. 4: GISAXS- Streubilder von Caseinoberflächen als Funktion des Neigungswinkels αf und des azimutalen Streuwinkels Ψ. a) Casein-Mizellen auf glatten Siliziumoberflächen, b) Casein-Mizellen auf porösen Mikro-Sieben
Um die mikrostrukturellen Vorgänge von Caseinen an der Membran besser verstehen zu können, kommen zusätzlich Röntgenstreumethoden
und statische sowie dynamische Lichstreumethoden zum Einsatz [10]. Mittels Röntgenstreuung
unter streifendem Einfall (GISAXS) soll die molekulare Struktur der Casein-Deckschicht während
der Mikrofiltration in-situ untersucht werden.
Erste Forschungsergebnisse wurden im Rahmen
eines genehmigten long-term proposals am Synchrotron-Röntgenstrahlungslabor HasyLab am
DESY, Hamburg erzielt. Die Messungen haben gezeigt, dass für die in-situ GISAXS Untersuchungen
neuartige Silikon-Nitrid Membranen (Mikro-Siebe)
eingesetzt werden können. Abbildung 4 zeigt typische GISAXS-Streubilder von Casein-Oberflächen.
Dabei wird die Intensität der Streustrahlung (hier
in verschiedenen Farben: blau-gering, orangemoderat, weiß-hoch) als Funktion des Neigungswinkels αf der ausfallenden Streustrahlung relativ
zur Oberfläche und des azimutalen Streuwinkels
Ψ dargestellt. Abbildung 4a zeigt das erhaltene
Streubild eines Caseinfilms, der auf einer glatten
Silizium-Einkristall-Oberfläche aufgetragen wurde. Diesem gegenübergestellt ist das Streubild einer Caseinschicht, die auf ein poröses Mikro-Sieb
auf-filtriert wurde. Es ist zu sehen, dass sich das
Streubild in horizontaler Richtung verschmälert,
während es sich in vertikaler Richtung verlängert.
Das Streubild gibt einen Hinweis darauf, dass sich
die kugelförmigen Caseinmizellen während der
Filtration verformen.
Anwendungsbereiche der Crossflow-Membranfiltration sind neben der Trennung von Caseinen und Molkenproteinen auch die Separation
der einzelnen Molkenproteinfraktionen sowie
Gewinnung von minoren wertegebenden Proteinkomponenten wie Caseinomakropeptid. Neben dem Einsatz von Crossflow-Membranverfahren zur Fraktionierung von Proteinen wird
auch die Anwendung von Membranadsorbern
zur Fraktionierung von Proteinkomponenten
ähnlichen Molekulargewichts untersucht [11].
Literatur
[1] Heidebach Th. et al.: Crit. Rev. Food Sci Nutrition,
accepted
[2] Heidebach Th. et al.: Int. Dairy J., 19 77–84 (2009)
[3] Heidebach Th et al.: J. of Food Eng. 98, 309–316
(2010)
[4]Santivarankna C. et al.: J. Appl. Microbiology 102,
748–756 (2007)
[5]Santivarangkna C. et al.: Biotechnol. Progr. 23,
302–315 (2007)
[6] Aschenbrenner M. et al.: Drying Technol. 29(4),
461–471 (2011)
[7] Först P. und Kulozik U.:. Food and Bioproc. Technol.,
10.1007/s11947-011-0560-4
[8] Bauer S.A.W. et al.: J. Biotechnology, doi: 10.1016/j.
jbiotec.2011.06.010
[9] Kühnl W. et al.: J. Membrane Sci. 352, 107–115
(2010)
[10] Gebhardt R. et al.: Colloids Surf. B: Biointerfaces
doi:10.1016/j.colsurfb.2011.06.038 (2011)
[11] Kreuß M. und Kulozik U.: J. Chromatography
12[50], 8771–8777 (2009)
Keywords:
Probiotika, Mikrofiltration, Fraktionierung von
Proteinen, Deckschicht
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Lebensmittel
S chwerpunkt
Wieviel Weizen enthält Dinkel?
Untersuchungen zum Nachweis von Weizenanteilen in Dinkelprodukten
Da ωb-Gliadine nur in Weizen und nicht in Dinkel vorkommen, wurde auf der
Grundlage eines Peptids aus ωb-Gliadinen eine LC-MS-Stabilisotopenverdünnungsanalyse zur Quantifizierung von Weizen in Dinkelprodukten entwickelt. Als Alternative kann der Weizengehalt auch durch eine direkte HPLCBestimmung enthaltener ωb-Gliadine ermittelt werden. Beide Methoden
sind in der Lage, Weizenanteile bis unter 5 % nachzuweisen.
22 Annette König,
Deutsche Forschungsanstalt
für Lebensmittelchemie
Einleitung
In den letzten 20 Jahren erlebt Dinkel als
„ursprüngliches Getreide“ eine bemerkenswerte
Renaissance. Dinkelprodukte werden als
schmackhaft, gut bekömmlich und bei Weizenallergie als besser verträglich bezeichnet, weshalb
sie sich zunehmender Beliebtheit erfreuen. Der
Handel lobt daher Dinkelprodukte besonders
aus, und der Kunde nimmt im Vergleich zu
gleichartigen Weizen- und Roggenprodukten
teilweise deutlich höhere Preise in Kauf. Da Weizenmehl einerseits wesentlich preiswerter und
andererseits besser backfähig als Dinkelmehl ist,
besteht ein Anreiz, Weizenmehl mit Dinkelmehl
zu mischen, was offenbar nicht selten vorkommt
[1,2]. Daher sind Hersteller von Dinkelprodukten
und die Lebensmittelüberwachung aus Gründen
der Qualitätssicherung und des Verbraucherschutzes an Methoden zum Nachweis von Weizenanteilen in Dinkelprodukten interessiert.
Nach den Leitsätzen für Brot und Kleingebäck
596 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
dürfen Dinkelbrote und -brötchen maximal 10 %
andere Getreidearten enthalten [3]. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Entwicklung von
Methoden, die die quantitative Bestimmung von
Weizenanteilen in Dinkelprodukten auf Proteinbasis erlauben.
Material und Methoden
ωb-Gliadine, die nur in Weizen, nicht aber in
Dinkel vorkommen, wurden genutzt, um mittels
RP-HPLC den Weizengehalt von Dinkelmehlen
zu bestimmen. Die Methode beinhaltet die Extraktion der ωb-Gliadine mit 15 % (v/v) 1-Propanol unter reduzierenden Bedingungen, die Trennung des Extraktes durch RP-HLPC und die
Detektion bei 210 nm. Die Kalibrierung erfolgte
mit einer international anerkannten Gliadinreferenz, dem sog. PWG-Gliadin [4]. Zur Ermittlung
des Weizengehaltes auf Peptidbasis wurde eine
Stabilisotopenverdünnungsanalyse auf der Basis
des Peptids QQYPQQQPSGSDVISIC (unmarkiert
bzw. [13C2]-Glycin, [13C5], [15N] Valin markiert;
Massendifferenz 8 amu) aus ωb-Gliadinen entwickelt. Die Messung erfolgte an einem ESIMassenspektrometer mit Ionenfalle im Multiple
Reaction Monitoring (MRM) Modus. Die erarbeiteten Methoden wurden validiert und an Modellmischungen erprobt. Als Probenmaterial
dienten 39 Dinkelmehle und 11 Dinkelprodukte
aus dem Handel sowie 5 im Backlabor hergestellte Dinkelbrote.
Ergebnisse und Diskussion
HPLC-Methode auf Proteinbasis
Als weizentypische Proteine wurde die Fraktion
der ωb-Gliadine mittels RP-HPLC und SDS-PAGE
identifiziert (D-Typ der LMW-Gluteninuntereinheiten). Diese weisen aufgrund einer Punktmutation im Gegensatz zu den strukturell sehr ähnlichen ω5-Gliadinen einen Cysteinrest auf und
kommen daher in der Gluteninfraktion vor. Eine
Lebensmittel
S chwerpunkt
Quantifizierung des Weizenanteils in Dinkelmehlen mittels HPLC auf Basis der ωb-Gliadine war
möglich (Tabelle 1) und zeigte gute Ergebnisse.
Aufgrund fehlender Spezifität war diese Methode allerdings nur bei unverarbeiteten Mehlen
anwendbar.
LC-MS-Methode auf Peptidbasis
Um auch verarbeitete Dinkelprodukte analysieren zu können, war eine spezifischere Methode
erforderlich. Dazu wurden die mittels einer modifizierten Osborne-Fraktionierung [5] angereicherten ωb-Gliadine von Weizen durch präparative HPLC isoliert und mit Chymotrypsin partiell
hydrolysiert. Entstandene Cysteinpeptide wurden spezifisch mittels kovalenter Chromatographie an Thiopropylsepharose angereichert, mittels HPLC isoliert und ihre Aminosäuresequenz
durch Edman-Abbau und LC-MS aufgeklärt. Eines der isolierten Cysteinpeptide (Aminsosäuresequenz QQYPQQQPSGSDVISIC) diente als
Grundlage zur Entwicklung einer LC-MS-Stabilisotopenverdünnungsanalyse zum Nachweis
von Weizenanteilen in Dinkelprodukten.
Bei der Untersuchung von Mehl wurde das
stabilisotopenmarkierte Peptid (interner Standard) der Probe zugegeben und die Gluteninfraktion, in der die ωb-Gliadine enthalten waren, mit Chymotrypsin partiell hydrolysiert. Das
Partialhydrolysat enthielt sowohl den internen
Solutions
for Science
Abb. 1: Weizengehalte verschiedener Dinkelmehle aus dem Handel, bestimmt mittels LC-MS.
Standard als auch das zu quantifizierende weizenspezifische Peptid (Analyt). Das Verhältnis
von Analyt zu Standard wurde über eine LC-MSMS-Analyse bestimmt. Aufgrund der gleichen
Struktur von Analyt und internem Standard
wurden Aufarbeitungsfehler minimiert, da sich
Analyt und interner Standard während der Aufarbeitung chemisch und physikalisch gleich verhielten. Die Methode wurde mit Weizen-Dinkel-
Mischungen mit Weizengehalten zwischen 0
und 100 % kalibriert und ermöglichte die quantitative Bestimmung von Weizenbeimischungen
in handelsüblichen Dinkelmehlen bis zu einem
Weizenanteil von unter 5 %.
Bei Dinkelbroten und Dinkelprodukten wurde die Aufarbeitung wegen der komplexeren
Zusammensetzung der Proben modifiziert. Die
Proteine wurden mittels modifizierter Osborne-
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 597
Lebensmittel
S chwerpunkt
Tabelle 1: Weizengehalte dreier Dinkelmehle.
Vergleich der Methode auf Proteinbasis (HPLC)
mit der Stabilisotopenverdünnungsanalyse auf
Peptidbasis (LC-MS).
Dinkelmehl
Weizengehalt (%)
bestimmt mittels
HPLC
LC-MS
1
11,5 ± 0,3
11,7 ± 1,1
2
11,8 ± 1,4
9,5 ± 1,0
3
12,8 ± 0,4
10,7 ± 0,5
Tabelle 2: Weizengehalte von fünf ModellDinkelbroten mit definierten Zusätzen an
Weizen, bestimmt mittels LC-MS.
Abb. 2: Weizengehalte verschiedener Dinkelprodukte aus dem Handel, bestimmt mittels LC-MS.
Fraktionierung [5] aus den gefriergetrockneten
und vermahlenen Broten extrahiert. Die wasser- und alkohollöslichen Fraktionen (Albumine/Globuline, Gliadine) wurden verworfen. Zu
der Fraktion der Glutenine wurde der interne
Standard gegeben und das Proteingemisch mittels chymotryptischem Verdau und LC-MS wie
beschrieben weiter verarbeitet. Zur Erstellung
einer Kalibriergeraden wurden Dinkelbrote mit
definierten Weizengehalten von 0 – 100 % hergestellt, aufgearbeitet und analysiert.
Weizengehalt von Dinkelmehlen
Die Ergebnisse der vergleichenden Untersuchung
von drei Dinkelmehlproben aus dem Handel mit
der HPLC und der LC-MS-Methode sind in Tabelle 1 dargestellt. Bei diesen Proben war vermutet
worden, dass sie evtl. Weizen enthalten würden,
und dies wurde durch die Analysen bestätigt.
Beide Methoden waren in der Lage, eine Weizenbeimischung zu detektieren und lieferten
vergleichbare Werte mit relativen Standardabweichungen von unter 12 %. Die Analyse von
weiteren 39 Dinkelmehlen aus dem Handel mit
der LC-MS-Methode zeigte, dass Dinkelmehl
durchaus in größerem Umfang mit Weizen „verunreinigt“ sein kann. 8 von 39 Mehlproben
enthielten mehr als 10 % Weizen (Abb. 1).
Weizengehalt von Modell-Dinkelbroten
Fünf Testbrote mit verschiedenen Weizenanteilen wurden hergestellt, verschlüsselt und analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Die Wiederfindungen lagen in einem Bereich von
90 – 150 %, wobei in der Mehrzahl der Fälle zu
hohe Werte für den Weizengehalt ermittelt wurden. Die Standardabweichungen waren höher
als bei der Analyse der Mehle, was zeigt, dass
die Methode bei verarbeiteten Dinkelprodukten
noch der Verbesserung bedarf.
598 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Weizengehalt von Dinkelprodukten
In Deutschland sind vor allem technologische
Weizenbeimischungen zu Dinkelbackwaren
von Bedeutung. Laut den Leitsätzen für Brot
und Kleingebäck (2005) wird Dinkelbrot aus
mindestens 90 % Dinkelerzeugnissen hergestellt. Der Zusatz von Weizenkleber zur Mehlverbesserung ist jedoch unbegrenzt möglich,
da dieser nicht als Getreidemahlerzeugnis gilt
und bei der Berechnung unberücksichtigt
bleibt. 11 Proben aus dem Handel wurden untersucht; bei diesen wurde auf dem Etikett
speziell auf die Verwendung von Dinkel hingewiesen. Die Ergebnisse der Analysen sind in
Abbildung 2 dargestellt. Einige der Proben
wiesen sehr hohe Weizengehalte auf, woraus
geschlossen werden konnte, dass entweder
Weizenkleber als technologisches Hilfsmittel
verwendet worden war, oder dass dem Dinkelmehl zur Verbesserung der Backfähigkeit Weizenmehl beigemischt worden war. Wurde der
ermittelte Weizengehalt mit dem auf der Verpackung angegebenen Dinkelgehalt (soweit
vorhanden) verglichen, so ergab sich bei einem
Produkt, dass nur Weizen aber kein Dinkel enthalten war.
Brot
tatsächlicher
Weizengehalt (%)
ermittelter
Weizengehalt (%)
A
10,5
11,0 ± 1,6
B
13,0
17,0 ± 1,3
C
8,0
12,0 ± 2,7
D
3,0
5,0 ± 0,3
E
26,0
24,0 ± 1,8
[3] Leitsätze für Brot und Kleingebäck vom 19.10.1993,
zuletzt geändert am 19.09.2005 (B Anz. Nr. 184
vom 28.09.2005, GMBI. Nr. 55, S. 1125)
[4] Van Eckert R et al.: Journal of Cereal Science 43,
331–341 (2006)
[5] Wieser H. et al.: Cereal Chemistry 75, 644–650
(1998)
Autoren
Annette König, Doktorandin, Katharina Wozny,
Studentin, Anita Schuster, Studentin,
Dr. Herbert Wieser, wiss. Mitarbeiter, Prof. Dr.
Peter Köhler, Deutsche Forschungsanstalt für
Lebensmittelchemie
Danksagung
Das Forschungsvorhaben (AiF 15619N) wurde
im „Programm zur Förderung der Industriellen
Gemeinschaftsforschung (IGF)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (via
AiF) über den Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V. (FEI) gefördert.
Literatur
[1] von Büren M.: Genetic Resources and Crop Evolution 48, 205-220 (2001)
[2] von Büren M.: Stadler, M.; Lüthy, J.: European Food
Research and Technology 212, 234–239 (2001)
Keywords:
Dinkel, Weizen, ω-Gliadine, LC-Massenspektrometrie
▶ ▶K ontakt
Prof. Dr. Peter Köhler
Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie
Freising
Tel.: 08161/712928
Fax: 08161 712970
[email protected]
Lebensmittel
S chwerpunkt
Bier Im Labor
Qualitätskontrolle eines Lebensmittels mit
über 8.000 Inhaltsstoffen
Seit über 8.000 Jahren ist Bier ein wichtiges Lebensmittel
für die Menschen. Nach Wasser und Tee ist es heute weltweit das meistgetrunkene Getränk. Deshalb ist die per-
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azz
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a.d
toli
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manente Überwachung der Inhaltsstoffe und die hygienische Qualität dieses Lebensmittels in einem zertifizierten
Labor oberstes Gebot.
Was ist Bier?
Wie beim Wein wird auch beim Bier
der Alkohol durch die Vergärung von
Zucker durch Hefen erzeugt. In süßen Früchten liegt genügend Zucker
in einer von den Hefen direkt nutzbaren Form vor. Beim Bier wird jedoch der Zucker durch einen aufwändigen technischen Aufschluss
von Stärke aus Getreide geliefert.
Zunächst lässt man die Gerste, den
Lieferanten der Stärke, keimen. Diese
Keimung wird durch die Darrung unterbrochen. Anschließend wird das
Getreide grob zerkleinert und erhitzt.
Für den vollständigen Aufschluss
müssen mehrere Temperierschritte
durchlaufen werden, bei denen sowohl die Temperatur selbst, als auch
die Dauer, einen Einfluss auf das Ergebnis haben. Ein Getreide-Wasserbrei kann jedoch auch spontan durch
wilde Hefe aus der Luft gären. Dies
geschieht zum Beispiel bei der Gewinnung von Sauerteig zur Brotherstellung. Angesichts der Beliebtheit
dieses Getränkes kann man vermuten, dass es ebenso wie festes Brot
auch dieses „flüssige Brot“ seit kurz
nach der Erfindung des Ackerbaus
gibt. Vielleicht kennt man daher
auch nicht eindeutige die Herkunft
des Wortes „Bier“.
Bier wird durch das Erhitzen
der Bierwürze keimfrei. Das war im
Mittelalter, vor allem in den Städten
unter katastrophalen hygienischen
Verhältnissen, ein großer Vorteil gegenüber Wasser. Das früher hergestellte, obergärige Bier gärt bei etwa
15 °C bis 22 °C. Es war trotz des
Alkoholgehaltes nicht lange haltbar.
Seit der Einführung von Kühlhäusern
konnte Bier auch bei niedrigeren
Temperaturen gebraut und gelagert
werden, was die Herstellung und
Lagerung des heute so beliebten untergärigen Bier erst ermöglichte. Untergäriges Bier ist zwar seit dem 15.
Jahrhundert bekannt, konnte aber
wegen der fehlenden Kühlmöglichkeiten nur im Winter gebraut werden. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts
gibt es das moderne untergärige
Lagerbier, das bei etwa bei 8 °C bis
14 °C vergärt. Heute können allerdings auch obergärige Biere für längere Zeit haltbar gemacht werden.
Reinheitsgebot
Das Norddeutsche Bier war ein Exportschlager, weil die Städte und
Zünfte auf gute Qualität achteten.
Das Städtebündnis der Hanse verdankt einen Teil seines Reichtums
dieser guten Bierqualität. Bayern
war als Erbe der Römer bis etwa zum
Dreißigjährigen Krieg Weinland.
Bier war eine norddeutsche Angelegenheit. So gab es in Hamburg zur
Hansezeit etwa 600 Brauereien. Die
bayrischen Herrscher bezogen ihr
Bier aus der Hansestadt Einbeck,
wo Bier nur mit Hopfen gebraut
wurde. Zur Eigenversorgung des
bayrischen Hofs wurde dann 1589
das Hofbräuhaus gegründet. Erst
nach der Einführung des bayrischen
Reinheitsgebots wurde der Wein in
Bayern (Ausnahme Unterfranken)
langsam vom Bier verdrängt.
Das bayerische Bier war damals
von minderer Qualität. In Norddeutschland war Bier im Mittelalter ‚bürgerliche Nahrung‘. Nach
bürgerlichem Recht wurde die Bierqualität von den Stadtverwaltungen und Zünften kontrolliert.
GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 599
Lebensmittel
S chwerpunkt
Als Volksnahrungs- und Zahlungsmittel stand
Bier auch anderswo von Anfang an unter der
Überwachung durch die jeweiligen Herrschenden. Das älteste deutsche Stadtrecht, verliehen
am 21. Juni 1156 von Kaiser Friedrich Barbarossa an die Stadt Augsburg, enthält in der Rechtsverordnung auch einen Eintrag über die Bierqualität und Bestrafung bei Minderqualität oder
Mindermaß. Schlechtes Einschenken, wie oft
auf dem Oktoberfest gerügt, gab es also schon
vor der Gründung der Stadt München (laut einer Augsburger Urkunde: im Jahr 1158). Weitere Reinheitsgebote gab es in Weimar 1348 (nur
Hopfen und Malz), in Nürnberg 1393 oder in
Weißensee 1434 (nur Wasser, Hopfen und Malz).
In Regensburg wurde schon 1447 das Bier vom
Stadtarzt amtlich untersucht.
Schon vor dem Reinheitsgebot im Jahre 1491
ließ die Stadt München im Sommer dreimal und
im Winter zweimal wöchentlich das Bier von
Vertrauenspersonen prüfen. Nach der Wiedervereinigung von Ober- und Niederbayern wurden
die niederbayrische Brauvorschriften durch die
bayerischen Herzöge und Brüder Wilhelm IV. und
Ludwig X. in Ingolstadt, etwas verändert, auch
auf Oberbayern ausgedehnt. Darin wurden die Inhaltsstoffe und die Preise für das Bier festgelegt.
Im Flächenstaat Bayern galt das Reinheitsgebot
für das ganze Herzogtum und erhielt damit eine
geografisch größere Verbreitung. Das bayrische
Reinheitsgebot war vermutlich das zeitlich letzte. Es war in dieser Form nur kurz gültig. Schon
1551 und 1616 wurden weitere Zutaten erlaubt.
Ab 1548 wurde auch Weizenbier wieder erlaubt.
Ende 1861 wurde dann das strengere Gebot (nur
Gerstenmalz und Hopfen) wiederbelebt. Württemberg übernahm das Reinheitsgebot erst im
Jahr 1900. Seit 1987 ist nach einer Entscheidung
des Europäischen Gerichtshofs die strenge Form
des Reinheitsgebots als Handelshemmnis verboten. Ab 1996 ist Bier nach dem sogenannten
Reinheitsgebot als ‚Traditionelles Lebensmittel‘
in der EU geschützt. Die Bezeichnung als das
weltweit älteste, noch geltende, Lebensmittelgesetz kann so nicht aufrecht erhalten werden.
Es wird aber sehr stark als Marketinginstrument
eingesetzt.
In den meisten Ländern wird Bier immer
noch aus qualitativ gutem Wasser, Gerstenmalz,
Hopfen und Hefe gebraut. Gewisse Auflösungserscheinungen lassen sich aber nicht übersehen.
So werden auch in vielen Europäischen Ländern
mittlerweile verschiedene Zusätze regelmäßig
verwendet. Allen voran Konservierungsmittel und in diesem Zuge Stabilisatoren um den
Schaum zu halten. Beides dient dazu ein Produkt länger lagern und verkaufen zu können.
Der Qualität des Produktes dient das nicht.
Die amerikanische Coors-Brauerei in Golden,
Colorado, gegründet 1873 von Adolph Kuhrs aus
Dortmund, bezeichnet sich als die größte Einzelbraustätte weltweit. Das Coors-Bier hat in den
USA einen gewissen Kultstatus. Bei einer Brauereibesichtigung habe ich erfahren, dass für dieses Bier ein signifikanter Anteil von Mais zugemischt wird, nach dem Motto: „es kommt ja nur
auf die Stärke an“. Allerdings sollte man wissen,
600 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
dass es in den USA fast nur noch gentechnisch
veränderten Mais gibt. In Deutschland würde so
ein Bier vermutlich abgelehnt werden.
Geschichte und Kultur des Bieres
Bier ist mehr als nur ein Nahrungsmittel. Es ist
eines der ältesten Lebensmittel überhaupt. Nach
der Erfindung des Getreideanbaus wurde das
Getreide wegen der besseren Bekömmlichkeit
zermahlen, mit Wasser verrührt und als Brei gegessen. In der heißen Sonne des Nahen Ostens
verursachte wilde Hefe manchmal eine Gärung.
Je nach der Menge des vorher zugefügten Wassers und der Dauer entstand dann eben Bier
oder Brot. Das Bier wurde also vermutlich vor
etwa 8.000 Jahren im Zweistromland (Mesopotamien zwischen Euphrat und Tigris) erstmals
hergestellt. Bei den Sumerern wird Bier schon
vor etwa 5.000 Jahren in Keilschrift-Urkunden
erwähnt. Auch die Pharaonen tranken schon vor
5.000 Jahren täglich Bier aus vergorenem Gerstenbrotteig. Es wurde aber nach Ägypten auch
eine Auswahl aus ungefähr 70 Biersorten aus
Babylon importiert. In China und Europa gibt es
Bier vermutlich ebenfalls seit über 5.000 Jahren.
Das älteste Bier aus Gerstenmalz wurde durch
chemische Analyse auf die Zeit 3.400 bis 3.000
vor unserer Zeitrechnung datiert.
Bier galt als eine Erfindung von Göttinnen
(Ninkasi bei den Sumerern) oder Göttern. Später
wurden auch Heilige bemüht. Daher erhielten
die Gottheiten früher oft große Mengen Bier als
Opfergaben vielleicht doch eher für die Priester?
In Mesopotamien wurde es als Lohn ausbezahlt
und Brauer waren vom Kriegsdienst befreit. Der
Codex Hammurabi (1.770 vor unserer Zeitrechnung) bezeugt bereits die Bedeutung des Bieres
für die Menschen, er enthielt Bierpreisfestlegungen, und die Regelung des Mindestgehalts an
Stammwürze. Viele Regelungen dieses Codex
beschäftigen sich mit medizinischen Aspekten,
Bier wurde auch damals schon als Medizin genutzt.
Hopfen wird 820 in den Dokumenten des
Klosters St. Gallen und 822 in den Urkunden
des Klosters von Corvey an der Weser erwähnt.
Bier war im Kloster als Lebensmittel während
der Fastenzeit sehr wichtig. Über die Klosterbrauereien wurde die Nutzung von Hopfen in
der Bierherstellung verbreitet. Der Hopfen wirkt
durch seine Bitterstoffe beim Brauen von Bier
bakterizid und erhöht somit die Haltbarkeit.
Außerhalb der Klöster war Bier brauen für den
Hausgebrauch im Mittelalter meist Frauenarbeit.
Kräuter, Wurzeln und aus heutiger Sicht zum Teil
sehr gesundheitsschädliche Stoffe wurden dem
Bier beigemischt.
In allen Zeiten war Bier für die städtischen
oder landesherrlichen Behörden eine kräftig
sprudelnde Steuerquelle. Herzog Lantfried von
Schwaben erhob ab 719 Bier als Steuer von
seinen Untertanen. Herzog Maximilian I. von
Bayern konnte mit den Umsätzen des Hofbräuhauses einen großen Teil seiner Kosten des
Dreißigjährigen Krieges finanzieren.
In Europa zieht sich, bedingt durch Klima und
Boden sowie durch den Anbau von Gerste und
Hopfen, ein Biergürtel schräg durch das mittlere
Europa von Tschechien über Deutschland, Belgien, Niederlande und England bis nach Irland.
Üblicherweise ist der Bierkonsum pro Kopf der
Bevölkerung in Tschechien am höchsten. Danach
folgen Deutschland, Österreich und Irland.
Heutige brautechnische Analysen
Vorschriften
Seit 1990 haftet der Lebensmittelhersteller laut
Produkthaftungsgesetz, ungeachtet des Verschuldens, für Schäden, die sein Erzeugnis verursacht.
Um den Anforderungen der Kunden gerecht zu
werden, hat sich die Implementierung eines QMSystems und dessen regelmäßige Auditierung
durchgesetzt. Brauereien lassen sich meist nach
DIN ISO 9001 oder nach IFS zertifizieren.
IFS
Der IFS ist eine europäische Spezifikation für Einzelhändler und Großhändler, die alle die Sicherheit
ihrer eigenen Produkte garantieren müssen. Der
IFS, auf Basis der Norm DIN EN ISO 9001:2008,
hilft dabei dass alle gesetzlichen Nahrungsmittelsicherheitsvoraussetzungen erfüllt und dokumentiert werden. Der IFS (aktuell ist Version 5) ist ein
standardisiertes Beurteilungssystem zur Auditierung aller Lebensmittel produzierenden Firmen.
Die Lebensmittelbetriebe werden von unabhängigen Zertifizierungsstellen regelmäßig auf Einhaltung der IFS-Kriterien überprüft.
Die fünf Teile der IFS-Kriterien umfassen
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
Abb. 1: Labormessplatz für Bier
Bildquelle: H. Strass
Unternehmensverantwortung
Qualitätsmanagementsystem
Ressourcenmanagement
Herstellungsprozess
Messungen, Analysen, Verbesserungen
mit insgesamt 251 Anforderungen, von denen,
die für einen Betrieb relevanten überprüft werden.
Lebensmittel
S chwerpunkt
Der Auditor legt anhand der Ergebnisse der
Bewertung fest, ob das auditierte Unternehmen
ein Basiszertifikat, ein Zertifikat auf höherem Niveau oder kein Zertifikat erhält. Außerdem gibt
es zehn KO-Kriterien.
MEBAK
Die Analysenverschriften für die Brauereien sind
in den Vorschriften der MEBAK (Mitteleuropäische Brautechnische Analysenkommission) zusammengetragen.
Geräte
Im Brauereilabor wird eine größere Anzahl von
Laborgeräten eingesetzt. Dazu gehören beispielsweise im Bereich Chemisch-technischer-Analysen
ein Gaschromatograph, Kohlensäure- und Sauerstoffmessgeräte, Photometer, Trübungsmessung,
Refraktometer, Ph/Leitwertmessgerät sowie als
wichtigstes Gerät ein Bieranalyse-Messplatz mit
Dichtemessgerät (Biegeschwinger)
Im Bereich Mikrobiologie sind dies neben einer Membranfilterstation Kühl- und Brutschränke sowie ein Autoklav.
Natürlich werden nicht alle bisher entdeckten etwa 8.000 Inhaltsstoffe im Bier überprüft.
Zum Vergleich: Wein hat etwa doppelt soviel Alkoholgehalt, aber ‚nur‘ etwa 1200 Inhaltsstoffe.
Für die sensorische Bestimmung des Bieres ist
der Mensch unersetzlich. Mit Geräten kann man
IV. Reinigungs- und Desinfektionsmittel
wohl viele oder alle Inhaltsstoffe einzeln bestimmen, jedoch nicht die sensorische Wirkung des
fertigen Produktes. Zu den Routineuntersuchungen gehören hauptsächlich:
▪▪ Titrationen
▪▪ Photometrische Analysen
I. Rohstoffe
Bier-Labormessgerät
▪▪ Malzanalysen (Friablimeterwert, Wassergehalt, Handboniterung usw.)
▪▪ Wasseranalyen (Härte, p- und m-Wert, pH,
Leitwert, Mikrobiologie)
Die wichtigsten Parameter werden meist mit dem
„Alcolyzer Plus“ von Anton Paar bestimmt. Dies
ist ein hochgenaues Messsystem bestehend aus
einem Dichtemessgerät, dem Messmodul Alcolyzer und dem Probenwechsler. Die patentierte NIRMessmethode des Alcolyzer eliminiert den Einfluss von anderen Probenbestandteilen auf die
Alkoholmessung. Damit werden der Alkoholgehalt, die Stammwürze, der wirkliche Extrakt, die
Vergärungsgrad, der Kaloriengehalt und die Farbe
sowie der pH-Wert bestimmt. Dazu werden nur
50 mL Probe und eine Zeit von vier Minuten benötigt. Die Messdaten werden direkt ins LIMSSystem übertragen und weiterverarbeitet.
II. Würze und Bier
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
Stammwürze (Biersteuerrelevant)
Alkoholgehalt
Bitterstoffe (Hopfenanteil)
Farbe
Extrakt scheinbar und wirklich
Vergärungsgrad
pH-Wert
Schaumstabilität
Gärungsnebenprodukte
Kohlensäure- und Sauerstoffgehalt
mikrobiologische Parameter
III. Alkoholfreie Getränke
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
Brix (Zuckergehalt)
Säuregehalt / Titer
Kohlensäuregehalt
Mikrobiologie
DICKHÄUTER
▶ ▶K ontakt
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Chromatographie
Schnelle Analyse von Hopfen-Bitterstoffen
UHPLC-Säulen für die Analytik von Bier
Im vorliegenden Artikel wird eine
schnelle Methode zur Bestimmung
der iso-α-Säuren aus Hopfen vorgestellt. Die Methode beschreibt die
Vorteile der Verwendung neuartiger
Core-Shell UHPLC-Säulen für die
Analytik von Bier.
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Einleitung
Die Iso-α-Säuren aus Hopfen sind verantwortlich
für den bitteren Geschmack von Bier. Sie entstehen während des Brauens durch Isomerisierung
der α-Säuren (Humulone) des Hopfens zu den
entsprechenden iso-α-Säuren beim Erhitzen der
Würze. Die gebildeten iso-α-Säuren liegen in der
Mischung in zwei isomeren Formen vor, der jeweiligen cis- und trans-Form. Die Menge der gebildeten iso-α-Säuren hängt von einigen Faktoren ab. Zu diesen Faktoren gehören die Hopfenart,
wie und wie lange der Hopfen bereits gelagert
wurde, wie lange die Würze gekocht wird und
welchen pH-Wert sie hat. Daher ist es wichtig
den Gehalt zu überwachen, um einen einheitlichen Geschmack und eine gleichbleibende Qualität sicherzustellen. Die Bestimmung der iso-αSäuren erfolgt in der Regel mittels HPLC.
Zusätzlich zu den α-Säuren enthält Hopfen auch
noch α-Säuren (Lupulone), die in ihren löslichen
iso-Formen ebenfalls zum bitteren Geschmack
des Bieres beitragen. Sie tun dies jedoch zu einem wesentlich geringeren Teil und sind in der
vorgestellten Methode nicht berücksichtigt.
Durchführung
Alle Trennungen, bis auf die gezeigte Kundenanwendung, wurden auf einem Agilent 1100 HPLCSystem, das mit einer quaternären Pumpe, einem
602 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
automatischen Probengeber und einem UV Detektor mit variabler Wellenlängeneinstellung
ausgerüstet war, durchgeführt.
Die verwendeten Reagenzien und Lösemittel
hatten HPLC-Qualität oder Analytische Qualität.
Methanol und Wasser in HPLC-Qualität wurden
von Honeywell, Burdick & Jackson bezogen.
Die Bierproben wurden 30 Minuten bei
Raumtemperatur gerührt, um sie zu entgasen.
Die chromatographische Trennung wurde mit
einer Kinetex 2,6 µm C18 Säule in den Dimensionen 100 x 4,6 mm durchgeführt. Die Detektion
der iso-α-Säuren erfolgte bei 270 nm.
Alle sechs der am häufigsten bestimmten
iso-α-Säuren werden in einem weniger als siebenminütigem Lauf getrennt. Isocohumulon,
Isohumulon und Isoadhumulon bilden sich durch
Oxidation aus natürlichen, in Hopfen vorkommenden α-Säuren. Bei Tetrahydroisocohumulon,
Tetrahydroisohumulon und Tetrahydroisoadhumulon handelt es sich um spezielle, reduzierte
Formen der entsprechenden iso-α-Säuren, die
stabil gegenüber photolytischem Abbau sind
(Abb. 1).
Abbildung 2 zeigt eine Gegenüberstellung der
Chromatogramme der Trennung von Bierproben
auf verschiedenen Säulen. Das Kunden-Chromatogramm einer Brauerei aus den USA (Abb. 2a)
wurde unter Verwendung einer traditionellen, mit
vollporösem 5 µm C18-modifiziertem Kieselgel
gepackten Säule gemessen. Die Laufzeit betrug
vierzehn Minuten. Die Peakform und –breite war
in diesem Fall nicht optimal. Die Trennung auf einer Kinetex 2,6 µm C18 100 x 4,6 mm Säule dau-
Abb. 1: Trennung der iso-α-Säuren und Tetrahydroiso-α-Säuren auf einer Kinetex 2,6 µm C18 100 x 4,6
mm Säule. Laufmittelbedingungen: isokratisch, Methanol/Wasser/Phosphorsäure (75:24:1), Flussrate
1,4 ml/min, 45 °C. UV-Detektion bei 270 nm. Signalzuordnung: 1. Isocohumulon, 2. Isohumulon, 3. Isoadhumulon, 4. trans-Tetrahydroisocohumulon, 5. cis-Tetrahydroisocohumulon, 6. Tetrahydroisohumulon, 7. Tetrahydroisoadhumulon
Chromatographie
erte im Vergleich nur sieben Minuten (Abb. 2b).
Die hohe Trennleistung der Kinetex Säule erlaubte auch die Trennung der cis- und trans-Isomeren
von Tetrahydroisocohumulon.
Zusammenfassung
Im Brauereiwesen hat man bei der Analyse der
iso-α-Säuren traditionell auf HPLC-Säulen, die
mit vollporösen Trennmaterialien gepackt waren, zurückgegriffen. Umstellen dieser Methoden
auf den Einsatz von Kinetex 2,6 µm Core-Shell
Säulen führt zu einer deutlich besseren chromatographischen Auflösung bei gleichzeitig stark
verkürzten Laufzeiten.
▶ ▶K ontakt
Abb. 2a: Trennung Miller Genuine Draft Beer auf einer 150 x 4,6 mm Säule gepackt mit vollporösem 5
µm C18 Material (Kundenanwendung)
Abb. 2b: Trennung Miller Genuine Draft Beer auf einer Kinetex 2,6 µm C18 100 x 4,6 mm Säule
Laufmittelbedingungen: isokratisch, Methanol/Wasser/Phosphorsäure (75:24:1), Flussrate 1,4 ml/min,
22 °C. UV-Detektion bei 270 nm. Signalzuordnung: 1. trans-Tetrahydroisocohumulon, 2. cis-Tetrahydroisocohumulon, 3. Tetrahydroisohumulon, 4. Tetrahydroisoadhumulon
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 603
Element-und Spurenanalytik
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Vom Dünger bis zur Batterie
Die Voltammetrie als eine einfache Analysentechnik für Elektrolyte und salzhaltige Proben
Chemische Verbindungen in Form von Salzen und deren Lösungen finden in
der Industrie einen weiten Einsatzbereich. Sei es in Form eines galvanischen
Bades innerhalb eines Beschichtungsprozesses oder in Form von Elektrolyten
in Batterien. Dieser Artikel beschreibt die voltammetrische Spurenanalytik
als eine einfache und kostengünstige Analysenmethode für Metalle und Moleküle mit elektrochemisch aktiven Gruppen in Salzen oder salzhaltigen Proben. Eine Probenverdünnung, Extraktion oder Aufschluss sind dabei nur selten notwendig.
Einleitung
Im Bereich der instrumentellen Analytik sind in
den letzten Jahrzehnten unzählige Analysenmethoden entstanden und weiterentwickelt worden. Dennoch ist eine Analysentechnik nicht auf
jede Probenmatrix problemlos anwendbar. Teilweise kann eine Analysentechnik gar nicht oder
nur mit sehr hohem Aufwand eingesetzt werden.
In der Regel sind entsprechend aufwändige Probenvorbereitungsschritte notwendig, um die
Analyse durchführen zu können. Dabei können
Blindwerte entstehen oder die geforderten
Nachweis- und Bestimmungsgrenzen nicht mehr
eingehalten werden. Im Folgenden wird die
Voltammetrie als Analysenmethode im Bereich
604 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
der Spurenanalytik erläutert. Sie basiert auf
elektrochemischen Vorgängen, die gerade für
die Analyse von Salzen und salzhaltigen Proben
hervorragend geeignet ist. Einzelne Anwendungsgebiete werden an Beispielen vorgestellt.
Die Analysenmethode Voltammetrie
Die Voltammetrie ist ein analytisches Verfahren,
dem Strom-Spannungs-Messungen an elektrochemischen Zellen zugrunde liegen. Dabei wird
an einer Elektrode in Bezug auf eine Referenzelektrode eine Spannungsrampe appliziert. Als
analytisches Signal wird der Faradaysche Strom
ausgewertet, der bei der Reduktion bzw. Oxidation des Analyten fließt. Der Analyt kann ein
Anion, ein Kation oder eine elektrochemisch
aktive Gruppe eines Moleküls sein. Bei den
heute verwendeten Methoden (z. B. Differential
Puls Voltammetrie – DP) sind die Stromsignale
peakförmig und zur Analytkonzentration proportional. Die Lage des Peakmaximums auf der
Spannungsachse ist für jedes Element bzw. Verbindung und deren Oxidationsstufe charakteristisch und ermöglicht so die Identifikation des
Analyten. Die Konzentrationsermittlung erfolgt
über Standardaddition oder über eine zuvor ermittelte Kalibrierkurve.
Zur Steigerung der Selektivität wird die zu
untersuchende Probe mit einem der Applikation
angepassten Elektrolyten versetzt, der entsprechende Komplexbildner, Puffer und weitere Leitsalze enthält.
Cadmium in mineralischem
Phosphatdünger
Über mineralische Phosphor-Düngung wird
Cadmium in landwirtschaftliche Böden eingetragen. Dadurch gelangt dieses über das Trinkwasser und Lebensmittel wie Gemüse und Getreide in den menschlichen Körper [1]. Die
Analyse der entsprechenden Phosphatdünger
auf Cadmium und die Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzwerte ist daher zwingend
notwendig.
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Element-und Spurenanalytik
Abb.1: Simultane Bestimmung von Zink, Cadmium, Blei und Kupfer mit 3 Standardadditionen
Methode
Methode
Methode
Cadmium wird mittels Anodischer Stripping
Voltammetrie (ASV) an der hängenden Quecksilbertropfelektrode (HMDE) vermessen. Dabei wird
die Düngerprobe in Wasser gelöst, mit Elektrolyt
(1ml Essigsäure/ Natriumacetat Puffer) versetzt
und das Cadmium in einem Anreicherungsschritt
als Amalgam bei einer Spannung von -800 mV
(vers. Ag/AgCl 3 mol/L KCl) in der Elektrode abgeschieden. In einem anschließenden anodischen
Ablöseschritt (ASV) wird das Cadmiumamalgam
oxidiert. Dabei bildet sich ein Peak aus, dessen
Peakmaximum bei -600 mV liegt. Die Anreicherungszeit wird dem Konzentrationsbereich des
Cadmiums angepasst. Die Nachweisgrenze von
Cadmium liegt bei 50 ng/L in der Messlösung.
Iodid ist voltammetrisch inaktiv, deshalb wird es
mittels Natriumhypochlorit zu voltammetrisch aktivem Iodat oxidiert. Der Überschuss des Oxidationsmittels Natriumhypochlorit wird anschließend
mit Natriumsulfit vernichtet. Eventuell vorhandene
störende Schwermetalle werden mit Hilfe von
EDTA komplexiert. Das gebildete Iodat wird mittels differentieller Pulstechnik an der hängenden
Quecksilbertropfelektrode (HMDE) bestimmt. Dabei werden 10 ml der vorbereiteten Lösung in das
Messgefäß gegeben und die Spannung von -0,7 V
bis -1,3 V abgefahren. Die Konzentrationsermittlung erfolgt über Standardaddition, wobei die
Nachweisgrenze bei 2,5 µg/L und die Bestimmungsgrenze bei ­­10 µg/L in der Sole liegt [2].
Bismut wird mittels ASV in einem salzsauren Elektrolyten bestimmt. Zur Analyse wird nur ein Milliliter Nickelbad benötigt. In einem Anreicherungsschritt über 30 Sek wird Bismut bei einer
Spannung von ­­– 0,2 V­ an der hängenden Quecksilbertropfelektrode (HMDE) reduziert. Das Metall
löst sich dabei im Quecksilber. Im darauf folgenden Schritt wird das gelöste Metall mittels anodischer Polarisation (Anodic Stripping) wieder von
der Elektrode entfernt, was ein deutliches Signal
bei -0,05 V ergibt [3].
Herstellung von Grundchemikalien
Galvanische Bäder
Bestimmung von Iodid in Sole für die
Chloralkalielektrolyse
Stabilisatoren in stromlosen Nickelbädern
Lithiumeisenphosphat dient in Lithium-Ionen-Akkumulatoren als Kathodenmaterial. Dabei ist der
quantitative Anteil an Eisen in der Oxidationsstufe +II von Interesse, da Verunreinigungen durch
Fe(III) in LiFePO4 die elektrochemischen Eigenschaften des Akkumulators beeinflussen [4].
Durch die Verwendung von Natriumpyrophosphat als Elektrolytösung kann sowohl Fe(II)
als auch Fe(III) polarographisch simultan bestimmt werden [5].
Zur Probenvorbereitung wird das Lithiumeisenphosphat mit 25 Vol % Schwefelsäure versetzt
und bei 80 °C für 15 min erhitzt. Nach dem Abkühlen wird die Probe filtriert.
Je nach Konzentrationsverhältnis sind für die
Analyse nur wenige µl des Filtrates notwendig.
Chlor ist einer der wichtigsten Ausgangstoffe der
Industrie. Bei der Chloralkalielektrolyse werden
drei Verfahren eingesetzt, wobei das Membranverfahren das am häufigsten eingesetzte Verfahren
ist. Eine Besonderheit des Membranverfahrens ist
die extrem hohe Anforderung an die Solereinheit.
Ein wichtiger Parameter der überwacht wird, ist
die Iodid-Konzentration, da Iodid im Prozess oxidiert wird. Die gebildeten Reaktionsprodukte (u.a.
Paraperiodate) bilden schwer lösliche Niederschläge auf und innerhalb der Membran. Diese verringern die Lebensdauer der Membran deutlich.
606 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
In den letzten Jahren wurden in zahlreichen Ländern Grenzwerte definiert, die den maximal zulässigen Gehalt von Gefahrenstoffen in Unterhaltungselektronikprodukten angeben. Dies gilt
namentlich für Blei und Bleiverbindungen. Sie werden bei galvanischen Prozessen als Badstabilistoren eingesetzt und können somit in Beschichtungen mit eingebaut werden. Mittlerweile wurden
alternative Stabilisatoren wie Antimon, Bismut und
Iodat als Bleiersatz eingeführt, die alle mittels
Voltammetrie bestimmbar sind. Die nachfolgende
Methode beschreibt die Bestimmung von Bismut
als Stabilisator in einem stromlosen Nickelbad.
Batterien
Quantifizierung von Eisenspezies in Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Akkumulatoren
Diese werden in den zuvor entlüfteten Elektrolyten gegeben, um
eine mögliche Oxidation von Fe(II)
zu Fe(III) zu verhindern.
Die Speziationsanalytik wird an
der tropfenden Quecksilberelektrode (DME) durchgeführt. Dabei
wird mittels Differentieller Pulstechnik der Stromverlauf zwischen
-1300 mV und 0 V aufgenommen.
Fe(II) gibt bei -250 mV und Fe(III)
bei -830 mV ein voltammetrisches
Signal. Die Quantifizierung erfolgt
über Standardaddition, wobei die
Bestimmungsgrenzen der Simultanbestimmung für Fe(II) und Fe(III)
bei 40 mg / L liegen.
Solarzellen
Indiumbestimmung in Elektrolyten für CIS Dünnschichtsolarzellen
Die Absorberschicht bei CISDünnschichtsolarzellen besteht
aus einer Legierung zwischen den
Metallen Kupfer, Indium und Selen. Diese Halbleiterstruktur wird
bisher durch teure und energieintensive Prozesse (Hochtemperatur- und Vakuumprozesse) erzeugt. Neuerdings wird versucht
diese Struktur über nasschemische Prozesse zu generieren [6].
Dabei werden die Metalle als Metallsalze in Lösung gebracht und
elektrochemisch auf einem Trägermaterial abgeschieden. Die
Hauptkomponenten des Elektrolyten (Kupfer, Indium und Selen)
sind voltammetrisch analysierbar.
Folgende Methode beschreibt die
Bestimmung von Indium als
Hauptkomponente in einem galvanischen Bad.
Aufgrund der hohen Analytkonzentration im galvanischen Bad,
werden für die Indiumbestimmung
nur 25 µl Probe benötigt. Diese
werden unverdünnt in 10 ml eines
Natriumdihydrogenphosphat-Puffers gegeben, 5 Minuten entlüftet
und anschließend mit der tropfenden Quecksilberelektrode (DME)
vermessen. Das Polarogramm wird
dabei von -400 mV bis -750 mV
aufgenommen. Indium bildet dabei
bei -570 mV ein voltammetrisches
Signal [7].
Die Konzentrationsermittlung
erfolgt durch Standardaddition.
Typische Indium-Gehalte liegen
im Bereich 300 – 600 mg/L.
Fazit
Die Voltammetrie ist eine sehr flexibel einsetzbare Messtechnik und
findet in den verschiedensten
Branchen ihren Einsatz. Speziell
die Fähigkeit Oxidationsstufen
von Ionen bestimmen zu können
(Speziation), macht sie in der elektrochemischen Forschung zu einem interessanten Werkzeug. Die
Voltammetrie besticht durch hohe
Selektivität und Empfindlichkeit
und kann mühelos für Proben mit
hoher Salzkonzentration eingesetzt werden.
Literatur
[1] Cadmium in food Scientific opinion
of the Panel on Contaminants in the
Food Chain (Question No EFSAQ-2007-138 2009).
[2]Metrohm Application Work
AW-CH4-0492-022009 Determination of iodide in brine 2009
[3]Metrohm Application Work AWDE4-0223-102009 Bestimmung von
Bismut in einem chemischen Nickel
Elektrolyten, 2009
[4]XiuQin O. et al.: Institute of Power
Source & Ecomaterials Science,
Hebei University of Technology,
300130, Tianjin, China: Effect of
Fe(III) impurity on the electrochemical performance of LiFePO4 prepared by hydrothermal process
[5]Metrohm Application Work AW
DE4-0218-102008 Bestimmung von
Fe(II) und Fe(III) in Lithiumeisenphosphat F. Mögenburg 2008
[6] http://idw-online.de/pages/de/
news323754
[7]Metrohm Applikation Work AW
DE4-0130-022003
Bestimmung von Ga, In, Cu und
Se(IV) in Elektrolytlösungen, Dr. Nirmaier 2003
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 607
Umwelt, Wasser Energie
Mikrobieller Abbau
Massentransfer im System Schadstoff - Wasser - Sediment
Der mikrobiologische Abbau von Schadstoffen in der aquatischen Umwelt wird wesentlich von den vorherrschenden
Redoxbedingungen und Stoffaustauschprozessen (Bioverfügbarkeit) beeinflusst. In einem neuen Vorhaben befasst
sich das Technologiezentrum Wasser (TZW) mit den mikrobiellen Umsetzungsprozessen unter dynamischen Bedingungen, wie sie im Gebiet des Drei- Schluchten- Damms (Three Gorges Dam/ TGD) am Yangtze zu erwarten sind. Insbesondere molekularbiologische Methoden (PCR, Polymerase Chain Reaction, sowie DGGE, Denaturierende Gradienten
Gel-Elektrophorese) werden für ein gezieltes Monitoring eingesetzt und weiterentwickelt. Der Fokus der Untersuchungen liegt zunächst auf dem Abbau der halogenierten Substanzen, die als Leitsubstanzen zum Verständnis der
Stoffaustauschprozesse zwischen Sediment und Wasserkörper und der mikrobiellen Umsetzungsprozesse dienen. Ziel
ist ein erweitertes Prozessverständnis und die Erfassung der Umsatzdynamik.
Konzeptionelles Modell
Der Yangtze im Bereich des Drei-SchluchtenStaudamms ist, wie weltweit viele Oberflächengewässer, durch den Eintrag von verschiedenartigen Schadstoffen mit hoher Umweltrelevanz
sowie einem hohen Gehalt an sedimentierbaren
Trübstoffen in den Zuflüssen gekennzeichnet [1].
Bei der Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit
im Reservoir ist eine Sedimentation von Feststoffen in der Füllphase, und damit eine Verlagerung der Partikel von den aeroben Bereichen in
die tieferen anaeroben Bereiche zu erwarten.
Während der Abflussphase wird durch die erhöhte Turbulenz eine Resuspendierung der Partikel begünstigt. Daher können sich periodisch
wechselnde Gehalte an Partikeln / Feststoffen
und wechselnde Milieubedingungen im Wasserkörper und Sediment ergeben, die signifikante
Auswirkungen auf den Schadstoffhaushalt und
die mikrobiellen Abbauprozesse haben (Abb. 1).
Hydrophobe Schadstoffe wie chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW), z. B. Pentachlorphenol
608 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Abb. 1: Konzeptionelles Modell von Massentransfer und Abbauprozessen während der Sedimentation
und Resuspension bei erhöhter Turbulenz
Umwelt, Wasser Energie
© Drei-Schluchten-Damm, Sandouping, Hubei Province, China. © Nowozin
(PCP) sorbieren stark am Sediment und werden
deshalb mit diesem verfrachtet. Während hochchlorierte Verbindungen bevorzugt anaerob reduktiv abgebaut werden, werden die niedriger
chlorierten Abbauprodukte oder Kohlenwasserstoffe besser unter aeroben Bedingungen verwertet [2]. Besonderes Interesse gilt dabei der
Dynamik des Systems bei wechselnden FeststoffGehalten und Redoxbedingungen.
Aufgrund ihrer zum Teil toxischen und krebserregenden Eigenschaften und ihrer weiten Verbreitung sind halogenierte Kohlenwasserstoffe
(HKW) höchst relevante Umweltschadstoffe, die
in den Untersuchungen als Leitsubstanzen verwendet werden.
Biologischer Abbau von HKW
Bei der reduktiven Dechlorierung via Halorespiration werden höher chlorierte Kohlenwasserstoffe
wie Tetrachlorethen (PCE) und Trichlorethen (TCE)
über die Zwischenprodukte cis-Dichlorethen (cDCE)
und Vinylchlorid (VC) bis zum dehalogenierten
Endprodukt Ethen abgebaut [3]. Je mehr Chlorato-
me das Molekül enthält, desto leichter verläuft eine
reduktive Dechlorierung. Dabei erfolgt der initiale
mikrobiologische Angriff in der Regel unter anaerob-reduktiven Bedingungen. Je weniger Chloratome an das Ethenmolekül gebunden sind, desto
leichter ist eine oxidative Dechlorierung unter aeroben Bedingungen möglich. Dabei werden die
Schadstoffe mineralisiert und als Endprodukte entstehen Kohlenstoffdioxid, Chlorid und Wasser. Beim
anaeroben Abbau mittels Halorespiration oder CoMetabolismus werden Wasserstoff oder Acetat als
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Umwelt, Wasser Energie
der Fermentation komplexer organischer Substrate
hervorgehen [2]. Bei der Halorespiration ist es den
abbauenden Bakterien möglich, Energie aus dem
Schadstoffabbau zu gewinnen (Abb. 2).
Der Wechsel zwischen anaeroben und aeroben Bereichen kann somit einen vollständigen
Abbau fördern [4]. Im dynamischen System ist
allerdings auch eine hemmende Wirkung denkbar, wenn Sauerstoff toxisch auf die strikt anaeroben Mikroorganismen wirkt.
Am TZW liegen fundierte Erfahrungen über
den mikrobiologischen Abbau von chlorierten
Ethenen vor [2,5,6]. Die Mikroorganismen Dehalobacter sp., Desulfuromonas sp., Desulfomonile tiedjei, Desulfitobacterium sp. und Dehalococcoides sp. sind bekannt dafür, chlorierte
Ethene abzubauen. Allerdings kann nur Dehalococcoides sp. den ganzen Abbauweg vom PCE
zum Ethen durchführen [3]. Einige Stämme der
Dehalococcoides sp. können chlorierte Benzole
und chlorierte Phenole abbauen, z. B. Dehalococcoides sp. Stamm CBDB1 und Dehalococcoides ethenogenes Stamm 195 [7,8]. Werden die
dechlorierenden Mikroorganismen an einem
Standort nachgewiesen, ist dies ein Hinweis
auf das Potential zur anaeroben Dechlorierung.
Ein innovativer Ansatz in der Umwelttechnik ist
die Anwendung von molekularbiologischen Methoden zum schnellen Nachweis schadstoffabbauender Mikroorganismen wie z. B. die oben
genannten dechlorierenden Mikroorganismen
und spezifischer Enzyme wie z. B. Tetrachlorethen Dehalogenase (pceA), Trichlorethen Dehalogenase (tceA) und Vinylchlorid Dehalogenase
(vcrA, bvcA). Ein wesentlicher Vorteil molekularbiologischer Methoden liegt in der Konservierbarkeit von Proben, sowie dem geringen Zeitbedarf für Analysen und der dadurch möglichen
hohen Probenzahl. Zu den molekularbiologi-
schen Methoden zählen PCR, real-time PCR, Reverse Transkriptase PCR (RT-PCR) (Abb. 3) und
Fingerprinting mittels DGGE. Bei der PCR wird
eine qualitative Aussage über das Vorhandensein von Nukleinsäuren der Mikroorganismen
getroffen, mit Hilfe der real-time PCR ist zusätzlich eine quantitative Aussage möglich. Werden
die abbauspezifischen Enzyme mittels RT-PCR
ermittelt, lässt sich nicht nur die Anwesenheit,
sondern auch die Aktivität der Mikroorganismen
nachweisen. Der spezifische Nachweis schadstoffabbauender Enzyme erfordert eine Charakterisierung der mRNA, für das jeweilige schadstoffabbauende
Enzym.
Dafür
werden
enzymspezifische Primer eingesetzt, die den gezielten Nachweis des jeweiligen Enzyms mittels
PCR ermöglichen.
Bei einer RT-PCR wird mit Hilfe spezifischer
Primer und der Reversen Transkriptase, der zur
mRNA komplementäre DNA Strang synthetisiert.
Der mRNA Strang wird durch das Enzym RNAse
zersetzt, der neu synthetisierte DNA-Doppelstrang bleibt erhalten (Abb. 3(B)). Zum Nachweis der spezifischen DNA-Sequenz wird eine
PCR durchgeführt, bei der mit Hilfe spezifischer
Oligonukleotid-Primerpaare, den Nukleotiden
ATP, GTP, CTP, TTP und einer DNA Polymerase
gezielt DNA-Abschnitte millionenfach kopiert
werden (Abb. 3(A)). Die DNA-Kopien lassen
sich als Banden auf einem Agarosegel sichtbar
machen. Bei einer PCR mit einem enzym-spezifischen Primerpaar entsteht nur dann ein Amplifikationsprodukt definierter Länge, wenn DNA für
das gesuchte Enzym in der Probe vorliegt.
Schwerpunkte der Untersuchungen
Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden
die molekularbiologischen Methoden zum
Nachweis von spezifischen Mikroorganismen
und funktionellen Genen zunächst weiterentwickelt und nachfolgend zur Untersuchung der
mikrobiologischen Abbauprozesse eingesetzt.
Die Schwerpunkte dabei sind:
▪▪ Analytisches Screening mit einem Schwerpunkt auf chlorierten Verbindungen
▪▪ Weiterentwicklung und Anwendung molekularbiologischer Methoden
▪▪ Nachweis und Quantifizierung von Bakterien
mittels PCR
▪▪ Nachweis der Abbauaktivität anhand der
mRNA
▪▪ Fingerprinting mit DGGE zur Populationsanalyse
▪▪ Experimentelle Untersuchungen zum anaeroben Abbau chlorierter Verbindungen (Modellsubstanzen Chlorethene und z. B. PCP)
▪▪ Erfassung der Dynamik der Abbauprozesse
für chlorierte Verbindungen mit dem Schwerpunkt auf anaeroben Prozessen
▪▪ Vergleich der Dynamik aerober Prozesse anhand von z. B. Dioxygenasen
▪▪ Dynamik der mikrobiologischen Population
(CKW-Verwerter, anaerobe / aerobe Mikroorganismen) bei wechselnden Milieubedingungen
▪▪ Massentransfer und Abbau von Schadstoffen
als Funktion der Sedimentassoziation
Die Anwendung analytischer und innovativer
molekularbiologischer Techniken ermöglicht
vertiefte Erkenntnisse über die Dynamik der
Stoffaustausch- und Abbauprozesse im Wasser / Sediment-System. Daraus abgeleitet können die Auswirkungen zukünftiger Eingriffe
beurteilt und gegebenenfalls Maßnahmen zur
gezielten Beeinflussung der Prozesse ergriffen
werden.
Abb. 2: Anaerobe und aerobe Prozesse beim Abbau halogenierter
Schadstoffe am Beispiel der Chlorethene; Tetrachlorethen (PCE), Trichlorethen (TCE), cis-Dichlorethen
(cDCE), Vinylchlorid (VC), Polyaromatische Kohlenstoffe (PAK)
610 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Umwelt, Wasser Energie
Danksagung
Die Autoren danken dem BMBF (Förderkennzeichen 02WT1130) für die finanzielle Förderung des
Vorhabens.
Literatur
[1] Wilken R.D. et al.: GIT Laborfachzeitschrift 55(6),
388–391 (2011)
[2]Schmidt K.R. und Tiehm A.: Water Sci Techn. 58(5),
1137–1145 (2008)
[3]Mattes T.E. et al.: FEMS Microbiol Rev 34, 445–475
(2010)
[4] Tiehm A. und Schmidt K.R.: Current Opinion in Biotechnology 22(3), 415–421 (2011)
[5]Schmidt K.R. et al.: Chemosphere 78(5), 527–32
(2010)
[6] Zhao H.P. et al.: Water Research 44(7), 2276–2282
(2010)
[7] Adrian L. et al.: Environ Sci Technol. 1;41(7),
2318–23.(2007)
[8] Fennell D.E. et al.: Environ Sci Technol. 1;38(7),
2075–81 (2004)
Autoren
M. Sc. Irene Kranzioch, Dipl.-Ing (FH) Claudia
Stoll, Dr. Andreas Tiehm
▶ ▶K ontakt
Dr. Andreas Tiehm
Abteilung Umweltbiotechnologie & Altlasten
Technologiezentrum Wasser (TZW)
Karlsruhe
[email protected]
Abb. 3: Reaktionsschema einer DNA Synthese aus mRNA und der darauffolgenden PCR.
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t nach
Akkreditier 025
17
DIN EN ISO
GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 611
Umwelt, Wasser, Energie
Klimabedingte Ausbreitung
tropischer Krankheiten
Kombinierte Wirkung von Klimawandels
und Globalisierung auf Vektoren und Pathogene
Abb. 1: Die Tigermücke (Aedes albopictus) wurde
bisher in Deutschland nur durch Eierfunde nachgewiesen. Es ist aber zu erwarten, dass die hier
im Labor dokumentierte faszinierende Szene des
Schlupfes eines adulten Tieres aus einer Larve an
der Wasseroberfläche in naher Zukunft auch in
deutschen Gewässern Realität sein wird.
Der Klimawandel fördert die Ausbreitung von Arten, die als Träger und Überträger von Krankheitserregern wirken. Werden zusätzlich die thermischen Ansprüche von Pathogenen erfüllt, dann kann es durch die unabsichtliche Einführung von Vektoren (z. B. Moskitos) durch den Warentransport und deren
diffusive Ausbreitung in Kombination mit einreisenden Personen, die unerkannt an einer Tropenkrankheit leiden, künftig zur Etablierung von Krankheiten kommen, die bisher in Mitteleuropa unbedeutend oder unbekannt sind.
Szenarien und Projektionen
zum Klimawandel
Der anthropogene Klimawandel des 21. Jahrhunderts wird die Gesellschaft vor vielseitige
Anforderungen stellen. Das konkrete Ausmaß
von Klimaveränderungen ist noch ungewiss. Auf
globaler Ebene hängt dies vor allem von den
Emissionen klimawirksamer Gase ab. Der so genannte Weltklimarat, das „Intergovernmental
Panel on Climate Change“ (IPCC), erstellt als
Grundlage für Modellberechnungen Szenarien,
welche neben demographischer und industrieller Entwicklung auch technologische, ökonomische, politische und weitere gesellschaftliche
Aspekte berücksichtigt werden. Es handelt sich
dabei schlicht um verschiedene Optionen zukünftig möglicher Entwicklungen.
Mit Hilfe aufwändiger physiko-chemischer
Modellberechnungen werden klimatische Konsequenzen abgeleitet. Globale Modelle werden
dann mit regionalen Klimamodellen z. B. auf die
mitteleuropäische Skala heruntergebrochen.
Abweichungen zwischen Projektionen (nicht
Prognosen!) ergeben sich zwangsläufig für die
jeweiligen Szenarien, aber auch aufgrund unterschiedlicher Modellalgorithmen. Inzwischen verdichten sich aber die raumbezogenen Aussagen,
so dass Konsequenzen für Mensch und Umwelt
abgeleitet werden können.
Direkte und indirekte Auswirkungen
Neben direkten Beeinträchtigungen der menschlichen Gesundheit, wie sie im Jahr 2003 zu erahnen waren, als in Mitteleuropa mehrere zehntausend Menschen der Hitzewelle zum Opfer
fielen, sind die Risiken, welche sich aus indirekten Effekten des Klimawandels ergeben, zunehmend zu beachten. Allerdings sind diese schwer
612 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
einzugrenzen. Ökosystemare Reaktionen sind zu
erwarten und diese werden sich auch in einer
Beeinträchtigung ökologischer Dienstleistungen
für unsere Gesellschaft niederschlagen. Vor allem aber ist mit der Ausbreitung Wärme liebender Arten zu rechnen. Diese wiederum können,
wenn es sich um potenzielle Überträger und
Zwischenwirte für Krankheitserreger handelt, zu
einem Problem werden [1].
Als solche Vektoren und Zwischenwirte kommen neben Insekten auch Vögel und Säugetiere
in Frage [2, 3]. Von besonderer Bedeutung sind
jedoch verschiedene Insektenarten, da diese
nicht nur über mobile Stadien verfügen sondern
auch in vielen Fällen zur Massenvermehrung
befähigt sind und zudem passiv (z. B. in Containern) transportiert werden können. Einige Arten
besitzen darüber hinaus die Fähigkeit Dauerstadien (z. B. Eier) zu entwickeln, die langlebig und
sehr resistent gegenüber extremen Umweltbedingungen sind. Solche Diasporen können über
weite Strecken transportiert werden.
Der Klimawandel ermöglicht solchen Arten,
die unter historischen und aktuellen Bedingungen keine überlebensfähigen Populationen aufbauen konnten, nun eventuell die Etablierung
außerhalb ihres bisherigen Verbreitungsgebietes. Handelt es sich um Insekten, welche auch
für den Menschen problematische Pathogene
(Viren, Bakterien, Parasiten) in sich lebensfähig
halten und entsprechend beispielsweise durch
Stiche übertragen können, dann erwächst mit
deren Ausbreitung auch ein Gesundheitsproblem. Allerdings können hohe Temperaturen
auch zu einer Begrenzung von Pathogenen führen [4].
Ein Insekt mit besonders breiter Vektorkompetenz ist die Tigermücke (Aedes albopictus).
Diese ehemals in Südost-Asien beheimatete Art
ist in den letzten Jahren durch den interkonti-
nentalen Schiffstransport auf vielen Kontinenten
eingeschleppt worden [5]. Die Art ist dazu in der
Lage sich sehr rasch auch an veränderte Klimabedingungen anzupassen und ihre klimatische
Nische zu verschieben [6] (Abb. 1).
Vector-Borne Diseases
Aus dem Spektrum der sich abzeichnenden Gesundheitsgefährdungen sollen hier die Arboviren
herausgegriffen werden. Sie können sich schnell
verbreiten, es gibt in der Regel keine Impfstoffe
und auch medizinische Therapien greifen kaum
oder gar nicht.
Besonders überrascht war man in der Gegend von Ravenna als dort im Jahr 2007 eine
neue Krankheit auftrat. Innerhalb kurzer Zeit
erkrankten etwa 200 Menschen an Chikungunya-Fieber, welches aus Ostafrika, Indien,
Südostasien und von Inseln im Indischen Ozean
bekannt ist. Immer wieder kommt es dort zu
epidemieartigen Ausbrüchen. In Indien waren
2006 mehr als eine Million Menschen betroffen. Der Ausbruch in Norditalien kam zustande,
weil eine (!) infizierte Person in ein Gebiet einreiste, in dem sich die invasive Tigermücke als
effizienter Überträger vor kurzem etabliert hatte. Sowohl für das Pathogen als auch für den
Vektor waren zumindest im Sommer die Temperaturansprüche erfüllt.
Eine weitere klimasensitive Arbovirose ist
das Dengue-Fieber [7] (Abb. 2). Diese Tropenkrankheit breitet sich besonders stark aus. Mehr
als 50 Millionen Menschen gelten als infiziert
[8]. In Europa war diese Erkrankung in den letzten Jahrzehnten nur als Reisekrankheit bekannt.
Die letzte Epidemie erfolgte 1928 in Griechenland. Vektor war Aedes aegypti. In der jüngeren
Vergangenheit kam es nun zu bestätigten autochthonen Fällen in Südeuropa (Nizza, Kroatien).
Umwelt, Wasser, Energie
in einer Gesellschaft nicht erkannt werden. Modellierungen der sich durch den Klimawandel
abzeichnenden Risiken können heute hier jedoch
zur Einrichtung von Monitoring- und Frühwarnsystemen eingesetzt werden [10].
Für einige der hier angesprochenen Krankheiten besteht lediglich eine Labormeldepflicht. Klinische Meldepflichten sind teils auf
besonders schwere Verläufe (hämorrhagisches
Fieber) beschränkt. Angesichts der zunehmenden Risiken und der Notwendigkeit, Entwicklungen frühzeitig zu erkennen, ist eine
verstärkte Sensibilisierung vonnöten. Die Erfahrungen mit dem West-Nil Virus in den USA
zeigen, dass Pathogene mit allen Implikationen für das Gesundheitswesen außer Kontrolle
geraten können.
Danksagung
Die Forschung zu Auswirkungen des Klimawandels auf vektorübertragene Krankheiten am
Lehrstuhl für Biogeografie der Universität Bayreuth wurde im Rahmen der VICCI Studie unterstützt durch das Bayerische Staatsministerium
für Umwelt und Gesundheit.
Die erkrankten Personen haben sich definitiv
nicht im Ausland aufgehalten, sondern wurden
vor Ort infiziert. Das bedeutet, dass sowohl ein
kompetenter Vektor (in diesem Fall die Tigermücke, die sich in den letzten Jahren in Südeuropa
dauerhaft etablieren konnte) vorhanden sein
muss, als auch in diesem Vektor die Viren überleben und somit übertragen werden können. Es
kommen für die Übertragung aber auch andere
Aedes Arten in Frage.
In den USA zeigte die epidemieartige Etablierung des bis dahin dort unbekannten WestNil Fiebers seit 1999, dass auch eine hoch entwickelte Industrienation nicht dazu in der Lage
ist die Ausbreitung einer eingeschleppten vektorübertragenen Krankheit einzugrenzen. Es
wird angenommen, dass der Virus durch den
Flugverkehr und damit transportierte infizierte
Mücken aus Israel eingeschleppt wurde. Auch
Vögel werden befallen, dienen als Zwischenwirte [9] und können an dem Virus sterben. Ein
besonderes Problem im Zusammenhang mit
diesem Pathogen ist, dass die Krankheit von
einer Reihe von Stechmücken (u. a. der Gattungen Culex und Aedes) übertragen werden
kann. Auch für diese ursprünglich afrikanische
Krankheit gibt es keine effiziente Therapie.
Sie ist in Europa bereits etabliert (Tschechien,
Österreich).
Konsequenzen für
das Gesundheitswesen
Bisher nicht gekannte Krankheiten können schon
dadurch zu einer besonderen Gefahr werden, da
sie eventuell längere Zeit nach ihrer Etablierung
Literatur
[1] Fischer D. et al.: Nova Acta Leopoldina 112(384),
99–107 (2010a)
[2] Bairlein, F. und Metzger, B.: In: Lozán, J.L. et al.
(Hrsg.): Warnsignal Klima: Gesundheitsrisiken.
198–205 (2008)
[3] Fischer, D. et al:. Geospatial Health 5, 59–69
(2010b)
[4] Hemmer C.J. et al.: Deutsche Medizinische Wochenschrift, 132, 2583–2589 (2007)
[5]Enserink M.: A mosquito goes global. Science 320,
864–866 (2008)
[6] Fischer D. et al.: Global and Planetary Change 78,
54–64 (2011)
[7] Thomas, S.et al.: Erdkunde 65, 137–150 (2011)
[8]Stingl P.: Dtsch Ärzteblatt 102, A 1594–1595
(2005)
[9] Owen J. et al.: Ecohealth 3, 79–85 (2006)
[10] Fischer D. et al.: In Strobl, J.; Blaschke, T.; Griesebner,
G. (Hrsg.): Angewandte Geoinformatik. Wichmann,
Heidelberg, 248–257 (2010c)
▶ ▶K ontakt
Abb. 2: Modellierung der potenziellen Etablierung des potenten Vektors Aedes albopictus und der
Dengue Amplifikation in Europa für den Zeitraum 2011 bis 2040. Grundlage ist das A1B Klimaszenario
des IPCC sowie die hierauf basierenden 30-jährigen Mittelwerte modellierter Klimazeitreihen. Risikogebiete sind klar zu erkennen.
Prof. Dr. Carl Beierkuhnlein
(Inhaber des Lehrstuhls für Biogeografie)
Dominik Fischer (wiss. Mitarbeiter am
Lehrstuhl für Biogeografie)
Stephanie Thomas (wiss. Mitarbeiterin am
Lehrstuhl für Biogeografie)
Lehrstuhl für Biogeografie
Universität Bayreuth
[email protected]
GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 613
Umwelt, Wasser, Energie
Gut gemeint ist nicht gut gemacht
Die ökologischen Folgen von Kleinwasserkraftanlagen
Idyllisch plätschert das Wasser
deskleinen Flüsschens mit Namen
Gersprenz über das Sperrwehr einer
alten Mühle. Enten schwimmen auf
dem Mühlteich, die Wasseroberfläche liegt still wie ein See, Libellen
schwirren darüber. In dieser Idylle ist
die Natur noch in Ordnung, so scheint
es zumindest (Abb. 1).
Wer genauer hinschaut sieht, dass das Sperrwehr 4 m hoch ist (Abb.2). Welcher Fisch kann
diese Höhe überwinden? Trotz des hohen Wehres ist das Wasser des Mühlteiches nur noch
flach. Im meterdicken Schlick wächst kaum eine
höhere Pflanze, Sauerstoff ist Mangelware. Trotzdem blubbern im Sekundentakt an verschiedenen Stellen Blasen auf. Das sind nicht etwa Fische, es ist Faulgas, überwiegend Methan, das
aus dem Schlamm am Gewässergrund aufsteigt.
Das kleine Flüsschen Gersprenz, das den
Odenwald nach Norden entwässert und hier als
Beispiel für tausende kleine Flüsse in Deutschland stehen soll, hat viele solche Mühlwehre.
Auf den ca. 60 km Flusslauf gibt es mehr als 40
unüberwindbare Querverbauungen. Das macht
die Gersprenz zu einem durchschnittlichen deutschen „Fließ“-Gewässer. Die meisten dieser
Sperrwerke dienen heute der Stromerzeugung,
die gewonnene Energiemenge ist jedoch verschwindend gering. Sie liegt per Definition unter 10 MW, in der Regel noch deutlich darunter.
Der Anteil dieser Kleinwasserkraftanlagen am
Gesamtstromertrag lag bei der letzten Analyse
des Bundesamtes für Umwelt, Naturschutz und
Reaktorsicherheit unter 1%, obwohl diese Kraftwerke über 95% der für wandernde Organismen
unüberwindbaren Sperrwerke darstellen. Seit
der Analyse hat sich die Anzahl der Sperrwerke
aufgrund politischer und wirtschaftlicher Förderungsmaßnamen erhöht. Der Anteil den sie
614 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Abb. 1: Mühlteich
am Gesamtstromertrag haben, jedoch kaum.
Die Verfasser der Analyse raten ausdrücklich
von Neubauten ab, da der Aufwand in keinem
vernünftigen Verhältnis zum möglichen Ertrag
steht. Die zerstörerischen Auswirkungen für das
Gewässer sind jedoch gravierend.
Der Name Gersprenz leitet sich angeblich
aus dem Althochdeutschen ab und heißt frei
übersetzt „spritziges Wasser“. Nachvollziehen
kann man diese Namengebung nicht, wenn man
sich das Gewässer heute anschaut. Es handelt
sich nicht mehr um ein Fließgewässer, sondern
um eine Reihe von Stauteichen mit kurzen Strömungsabschnitten.
Oft wird vom Laien angenommen, dass der
wesentliche Aspekt bei der Durchgängigkeit
von Fließgewässern der Fischaufstieg ist, das ist
aber nur die halbe Wahrheit. Sicherlich ist es für
einen erwachsenen Lachs wichtig sein Laichgewässer, nämlich den Oberlauf eines Flusses, zu
erreichen. Wenn seinem Nachwuchs aber die
Rückkehr ins Meer unmöglich ist, nützt ein reibungsloser Aufstieg des Lachses nichts. Flüsse
müssen in beide Richtungen durchgängig sein,
um Wanderfischen eine geeignete Heimat zu
sein. Leider sind die Bedürfnisse für den Aufstieg
von Fischen aber völlig anders als die für den
Abstieg. Auch eine Vielzahl von Kleinlebewesen,
welche wiederum als Nahrungsgrundlage für
Fische dienen, sind auf solche Wanderungen angewiesen. Im Grunde befindet sich die gesamte
tierische Lebensgemeinschaft eines Fließgewäs-
Umwelt, Wasser, Energie
sers in einer ständigen Aufwärtsbewegung. Das
ist notwendig um das Abschwemmen durch die
Strömung, welches besonders bei Hochwasser
stattfindet, zu kompensieren.
Da die Technik von Kleinwasserkraftwerken
einfach, und der Stromertrag gering ist, rentiert
sich der Bau von Fischtreppen oder Schutzeinrichtungen gegen den Tod von Tieren in den
Turbinen meist nicht. Durch die angewendete
Technik werden zudem viele dieser Anlagen im
sog. „Schwallbetrieb“ bewirtschaftet. Das heißt,
der Betreiber lässt den Mühlteich voll laufen und
öffnet dann den Zugang zur Turbine. Das gesamte Wasser fließt hindurch, bis der Teich wieder
leer ist. Welche Folgen die Passage durch ein
scharfkantiges, schnell rotierendes Flügelrad für
die Wasserbewohner hat, kann man sich leicht
vorstellen. Das ist einer der Gründe warum
unterhalb eines solchen Sperrwerkes oft viele
Raubfische leben. Die Nahrung wird ihnen in
mundgerechten Stücken serviert.
Beim Abstieg orientieren sich Fische nach
der Menge des Wassers, sie folgen also dem
Gerinne das das meiste Wasser führt. Bei den
meisten kleinen Wasserkraftanlagen ist das
der Weg durch die Turbine (Abb.3). Bei den Abstiegshilfen ebenso wie bei den Aufstiegshilfen
zeigen erst neueste Forschungsergebnisse auf,
warum die alten Anlagen nicht angenommen
Abb. 2:
Stauwehr
Abb. 3: Turbinenauslauf
SPECTROBLUE
Revolutionäre
ICP-OES-Technologie
perfektioniert
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 615
Umwelt, Wasser, Energie
a)
Abb. 5 a: Hauptgerinne mit
sehr geringer Strömung und
Volumen
b)
Abb. 4: Fischaufstiegshilfe Geesthacht
Copyright Vattenfall
Abb. 5 b: Volumenstrom durch die Turbine
werden. Der Rechen vor dem Turbineneinlauf,
der Treibgut und eben auch Fische von den
Turbinen fern halten soll, muss die Fische mit
der Hauptströmung nach oben und von dort in
ein Umgehungsgerinne leiten. Nur sehr wenige
Abstiegsanlagen in Deutschland erfüllen diese
basalen Bedürfnisse.
Die Qualität eines Fließgewässers als Lebensraum hängt wesentlich vom Material und
der Struktur des Gewässergrundes ab. Eine
kräftige Strömung reißt alle Staubpartikel mit
sich. Demzufolge findet man am Grunde eines reißenden Gebirgsbachs nur große Steine
und Felsen. Weiter unten im Tal fließt der Fluss
dann langsamer, nun kann sich auch Sand
am Grund ablagern. Vor dem Stauwehr einer
Mühle lagert sich auch das feinste Sediment
ab, die Folge ist Schlammbildung. Schlamm
ist kein geeigneter Lebensraum für die Tiere
eines Fließgewässers. Abgesehen von einigen
Fischarten, die sonst nur in Teichen leben, sind
diese Bereiche ökologisch tot. Leider hat der
Schlamm auch fatale Folgen für die darunter
liegenden Gewässerabschnitte. Zum Einen wird
er bei Hochwasser oder beim Ablassen des gestauten Wassers im Schwallbetrieb mitgerissen
und setzt dann gröbere Sedimente unterhalb
des Wehres zu, zum Anderen gelangen giftige
Substanzen ins Wasser, die das Leben unterhalb stark beeinträchtigen.
Abb. 6: Ablauf zur Fischtreppe
616 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Umwelt, Wasser, Energie
Im Grunde beschädigt schon ein
einziges Sperrwerk im Verlauf eines
Flüsschens den gesamten darüber
liegenden Bereich. Den größten
Teil des darunter liegenden Laufes
leider ebenso. Die Einrichtung von
Auf- und Abstiegshilfen für die Lebensgemeinschaften ist so aufwendig, dass sich damit die Verstromung bei kleineren Anlagen nicht
lohnt. Zudem funktionieren die
bislang entwickelten Fischauf- und
Abstiegshilfen nicht. Nur ein kleiner
Teil der wandernden Fische nimmt
diese künstlichen Wege. Das liegt
daran, dass diese falsch konstruiert
wurden. Früher nahm man an, dass
der Einstieg in eine Fischtreppe von
unten außerhalb der Turbulenzen
der Staustufe sein müsse, damit
sich die Fische orientieren können.
Kürzlich wurde gezeigt, dass das
Gegenteil der Fall ist. Ein weit vor
dem Hindernis liegender Abzweig
erscheint dem aufsteigenden Fisch
als seitlich einmündender Bach, als
Sackgasse, denn der Fisch versucht
sein Laichgewässer im Flussoberlauf zu erreichen. Die erste nach
diesen Erkenntnissen errichtete
Fischaufstiegsanlage der Welt in
Geesthacht (Abb. 4), belegt seit
seiner Inbetriebnahme im August
2010 eindrucksvoll, wie schlecht
die älteren Einrichtungen funktionieren. Nach 12 Monaten Betrieb
liegt die Anzahl der registrierten
Fische, die die Anlage benutzen,
um Faktor 10 über den Werten der
alten Anlage. Allerdings belegt diese Anlage auch den Aufwand, der
unabdingbar für die Funktion eines
solchen Bauwerkes ist.
In unserem Beispiel Gersprenz
ist um das dargestellte Stauwehr
sogar eine Fischtreppe mit großem
finanziellem Aufwand gebaut worden. Leider wird sie von Fischen
nicht benutzt. Als Aufstiegshilfe
funktioniert sie nicht, da ihr unterer Einlauf in die Gersprenz rund
10 km unterhalb der Staumauer
liegt und sie daher von den Fischen
als Sackgasse wahrgenommen
wird. Als Abstiegshilfe funktioniert
sie nicht, da die Wassermenge
die durch das Umgehungsgerinne
fließt, um ein Vielfaches niedriger
ist als im Hauptgerinne (Abb.5)
und es wegen des zu geringen
Volumenstroms nicht aufgefunden
wird (Abb.6).
So sympathisch der Gedanke
an diese angeblich risikolose Technologie zur Energiegewinnung ist,
die Kleinwasserkraftwerke können
keinen nennenswerten Beitrag zur
Lösung der Energiegewinnungsproblematik liefern. Der Bau von
Neuanlagen ist kaum möglich, da
die Gefälle der Gewässer durch die
bereits bestehenden Anlagen bereits energetisch nahezu vollständig ausgebeutet werden.
Auch die Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie (WRR) der EU,
zu der sich Deutschland verpflichtet
hat, lässt sich schon bei den bisher
vorhandenen
Querverbauungen
der kleineren Fließgewässer kaum
realisieren. Die WRR hat nämlich
auch die ökologische Wirkung der
Strukturen des Gewässergrunds
zum Bewertungskriterium.
Die Gersprenz kann, auch in
diesem Falle als Beispiel für viele
Fließgewässer Deutschlands, ohne
den Rückbau bereits bestehender
Querverbauungen die Zielvorgabe
„Gewässergüteklasse II“ eigentlich
nicht erreichen.
Bitte schauen sie beim nächsten
Mal, wenn sie die „Idylle“ an einer
Kleinmühle sehen, genauer hin.
Außer den Libellen und den Enten
auf der Wasseroberfläche werden
Sie dort kaum Tiere oder Pflanzen
im Wasser finden. Zwischen Ende
Oktober und Januar können Sie dagegen wunderschöne Bachforellen
bei ihrem verzweifelten Versuch
beobachten, von unterhalb her ein
4 m hohes Bauwerk mit einem einzigen Sprung zu überwinden. Wenn
Sie genügend Zeit mitbringen, sehen vielleicht sogar den ein oder
anderen Fisch, der des schafft, über
das Hindernis zu springen.
Dr. Arne Kusserow
Chefredakteur
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 617
Umwelt, Energie, Wasser
Biokraftstoff
Energieträger der Zukunft?
Biokraftstoffe wie Biodiesel, Pflanzenöl, Ethanol, Biomethan oder die synthetischen Biomass-to-Liquid (BtL)-Kraftstoffe sind in aller Munde. Sie sind derzeit die einzige erneuerbare Alternative im Mobilitätssektor und tragen bereits heute mit 6,1 % zum Kraftstoffverbrauch in Deutschland bei.
Dennoch kamen Biokraftstoffe in den vergangenen Monaten und Jahren auch immer wieder in
den Ruf ein sozial- und umweltverträgliches Dilemma zu erzeugen. So wurden etwa in Entwicklungsländern große Flächen gerodet und für
Biosprit-Monokulturen aus Zuckerrohr und ähnlichem genutzt und somit ohne Absicht gleichzeitig im Wettbewerb zur Lebensmittelproduktion zu stehen. Diese bekannte Problematik führte
dann unweigerlich zur Entwicklung von Klimaund Sozialverträglicheren Nutzung der Biokraftstoffe zweiter Generation.
Die nächste Generation
Die heute bereits gängigen Biokraftstoffe der ersten Generation werden ausschließlich aus öl- bzw.
stärke- oder zuckerhaltigen Pflanzenbestandteilen
hergestellt, beispielsweise Biodiesel aus Rapsöl
oder Bioethanol aus Stärke oder Zucker. Bei der
Herstellung von Biokraftstoffen der zweiten Generation hingegen werden nicht die stärke- bzw.
ölhaltigen, sondern nur die zellulosehaltigen Bestandteile der Pflanze genutzt. Auf diese Weise
erhält man mehr Treibstoff durch die höhere energetische Ausbeute. Zudem konkurriert der Treibstoff nicht mit Nahrungs- oder Futtermitteln, weil
die stärkehaltigen Pflanzenbestandteile, wie zum
Beispiel das Maiskorn, weiterhin für die Nahrungsmittelproduktion verwendet werden können. Biokraftstoffe der zweiten Generation sind
zudem klimafreundlicher als Treibstoffe aus fossilen Energieträgern wie Erdöl oder Erdgas, weil die
Pflanze während des Wachstums der Atmosphäre
exakt die Menge des Klimagases Kohledioxid entzieht, die später beim Verbrennen in Motoren
wieder freisetzt wird.
Bioethanol wird mittels Biokatalyse (Fermentation) und Bioprozesstechnik hergestellt
und gewonnen. Um allerdings solche ausgereiften Bioprozesstechnikanlagen zu betreiben
bedarf es in der Regel doch noch einer Vorbereitung der lignozellulosehaltigen Reststoffe. So
spielt nicht alleine der Zerkleinerungsgrad (Partikelgröße) wegen der verbauten Anlagenteile
wie Ventilen und der eingebauten Mess- und
Regeltechnik eine Rolle, sondern, was noch viel
wichtiger erscheint, die durch die Zerkleinerung
geschaffene hohe Oberfläche und die damit
verbundene Verweil – und Fermentationszeit
in dem Biofermenter. Hierdurch nämlich wird
den eingesetzten Mikroorganismen
und Enzymen die Möglichkeit gegeben Zeit- und Ressourcen sparend eine höchstmögliche Anlageneffektivität zu erzielen.
Probenvorbereitung
Zur Zerkleinerung der pflanzlichen
Reststoffe werden dann in vielen
Technikums- und Pilotanlagen
Schneidmühlen aus dem Hause
Fritsch eingesetzt. Hier speziell die Universal-Schneidmühle
Pulvertisette 19 in Kombination mit
der Probenabsaugung (Zyklon).
Vorteile dieses Systems ist die
618 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
einfache Handhabung während des Reinigens
und des Schneidwerkzeugwechsel.
Ganz entscheidend für die Produktion von
Bioethanol ist die zu erreichende Endpartikelgröße. Hier ist es möglich, ausreichend hohe
Mengen an Biomasse mit Korngrößenverteilung von bis zu kleiner 250 µm herzustellen,
die anschließend ohne Probleme in die Fermentationsanlagen überführt werden können. Das
Erreichen der geforderten Endfeinheiten hängt
im Wesentlichen von der Art des Rohstoffes
sowie von den reglementierenden Maschinenfaktoren (Siebeinsätze / Zerkleinerungsprinzip)
ab. So wird unweigerlich die freie Siebdurchgangsfläche, bei eingesetzten 100 µm Sieben,
um ein Vielfaches gegenüber Standardsieben
verringert, was eine extrem hohe physikalische
Belastung des Probenmaterials mit sich bringt.
Diese physikalische Belastung macht sich dann
in der Regel durch Wärmeentwicklung im Gerät
sowie einer Durchsatzverringerung bemerkbar.
All diese Problemstellungen können dank des
gerichteten hohen Volumenluftstroms des Zyklons von 2800 L / min umgangen werden. Weiterhin verringert die Probenabsaugung durch
den Einsatz eines Polyestervorfilters mit der
Trenngrenze von 5 µm und einem sogenannten
HEPA- Feinstaubfilter (High-Efficiency-Particulate-Filter) mit Trenngrenze von 0,3 µm die
Staubbelastung am Arbeitsplatz.
▶ ▶K ontakt
Dipl.-Ing. (FH) Holger Brecht,
Anwendungsberater
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Mikroskopie & Imaging
Membrantransporter im Fokus
Mit Förster-Resonanz-Energie-Transfer biologische Maschinen bei der Arbeit verfolgen
22 Prof. Dr. Michael Börsch,
Leiter der AG Mikroskopie-Methodik,
Universitätsklinikum Jena
(Foto: M. Szabo / UKJ)
Biologische Nanomaschinen können
im konfokalen Fluoreszenzmikroskop einzeln bei der Arbeit beobachtet werden. Geschwindigkeit, Direktionalität und Schrittweite von
Rotationsmotoren wie der FoF1-ATP
Synthase werden über die interne
Abstandsmessungen zwischen spezifisch angebrachten Farbstoffmolekülen verfolgt, basierend auf dem
Förster-Resonanz-Energie-Transfer
(FRET). Eine elektrokinetische Falle
kann die Brown‘sche Bewegung in
Lösung unterdrücken und genau ein
Membranenzym im Fokus halten.
620 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Einleitung
Biologische Motoren und Membrantransporter
sind faszinierende Nanomaschinen in den
Zellen, die durch die Hydrolyse von AdenosinTriphosphat (ATP) als universeller Energiewährung angetrieben werden, oder durch
Ionengradienten über die Membran. Während
auf Carnot-Maschinen beruhende Automotoren im besten Fall mit Wirkungsgraden deutlich unter 40 % arbeiten, sind biologische Rotationsmotoren wie die FoF1-ATP Synthase in
der Lage, die gesamte chemisch gespeicherte
Energie in mechanische Bewegung umzusetzen [1]. Was sind die Prinzipien dieser mensch-
licher Ingenieurskunst so überlegenen Nanomaschinen, die sich selbst zusammenbauen
und in der lebenden Zelle nach Bedarf geschaffen werden?
Um die Arbeitsweise zu verstehen, benötigen wir eine nicht-invasive Beobachtungsmethode, die uns über die Bewegungen der Motorkomponenten auf deren Größenskala, d.h.
im Bereich von 1 bis 10 nm, berichtet. Da die
Motoren nicht in eine einzige Ausgangskonformation gebracht werden können, sind wir
daran interessiert, einen vollständigen Motorzyklus zu verfolgen. Wir beginnen zu irgendeinem Zeitpunkt die Beobachtung und setzen sie
solange fort, bis der Zyklus erneut bei dieser
Präzision ist Vertrauenssache
«Bei Fragen zu den Geräten oder auch zu applikativen Problemen sind uns die Mitarbeitenden
von Metrohm noch nie eine Antwort schuldig
geblieben. Das ist der Grund, weshalb wir diese
Geräte unseren Niederlassungen und auch
unseren Kunden weltweit empfehlen.»
Bernd Lindemeier, Atotech
Bernd Lindemeier untersucht Wirkstoffe
von Additiven für die nasschemische OberÆ«BGDMUDQDCDKTMF $Q RBG«SYS CHD %KDWHAHKHS«S CDQ "522XRSDLD UNM ,DSQNGL
2HDFDADMHGLCDMUNKKDM9TFQHEE@TECHD
DKDJSQNBGDLHRBGDM TMC HMRSQTLDMSDKKDM
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U¼KKHF EQDH FDRS@KSDM J@MM 6HQ VHDCDQTL RBG«SYDM +HMCDLDHDQR FQNRRD $QE@GQTMF 2DHMD MQDFTMFDM ÆHDRRDM HM CHD
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Mikroskopie & Imaging
Abb. 1: Modell der FoF1-ATP Synthase mit protonengetriebenem Rotationsmotor. (a) Angetrieben durch einen Protonengradienten und ein elektrisches Potential rotieren die blau (c-Untereinheiten), hellblau (γ) und lila (ε) gekennzeichneten Rotor-Komponenten, um in den Bindungstaschen zwischen den gelben
und roten Untereinheiten ATP zu synthetisieren. (b) Für den Rotationsnachweis werden an einer rotierenden Untereinheit ein Farbstoff (grüner Punkt) und
an einer statischen Untereinheit (roter Punkt) ein zweiter angebracht. (c) Durch Rotation ändert sich der Abstand zwischen den Farbstoffen. Die Distanzen
werden je nach Effizienz des Förster-Resonanz-Energie-Transfers (FRET) als „H“ (high FRET), „M“ (medium FRET), oder „L“ (low FRET) bezeichnet. Aus deren
Abfolge kann die Drehrichtung ermittelt werden: der blaue Pfeil entspricht ATP-Hydrolyse, der rote ATP-Synthese.
Abb. 2: Konfokale Einzelmolekül-FRET Messungen der FoF1-ATP Synthase. (a) Eine einzelne, FRET-markierte FoF1-ATP Synthase ist ein Lipidvesikel eingebaut
und diffundiert durch den Laserfokus - hier mit zwei verschiedenen Lasern, um beide Fluorophore getrennt nachzuweisen. Dabei wird eine hohe Photonenzahl detektiert. (b) und (c): Die Einzelmolekül-FRET-Signale bestehen aus der Fluoreszenzintensitätspur des Donor-Farbstoffs (grün) und des Akzeptor-Farbstoffs (rot). Deren relative Verhältnisse werden für die Berechnung der FRET-Effizienz (blau, obere Spur) benutzt. Trotz Rauschens ist eine schrittweise Änderung und eine eindeutige Abfolge der FRET Stufen erkennbar: HML entspricht ATP-Hydrolyse und LMH ATP-Synthese[8].
Konformation angekommen ist. Für das Verständnis der Motoren sind Anzahl, Richtung
und Geschwindigkeit der verschiedenen Teilschritte wesentlich, und falls die biologischen
Maschinen durch Störungen im Ablauf Krankheiten verursachen, führt die Identifizierung
des jeweiligen Teilschritts möglicherweise zur
Entwicklung effizienter Medikamente.
Einzelmolekül-FRET:
perfekte Orts- und Zeitauflösung für
Konformationsänderungen
Die Beobachtung einzelner Moleküle hat vor
mehr als 20 Jahren mit einer Absorptionsmes622 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
sung des Farbstoffmoleküls Pentacene in einem
Kristall aus p-Terphenyl begonnen [2]. Diese Methode des Einzelmolekülnachweises wurde kurz
danach vom Fluoreszenznachweis eines einzelnen Fluorophors in einem Gastkristall abgelöst,
und damit die Tür zur heutigen Einzelmoleküldetektion bei Raumtemperatur und in wäßrigen
Lösungen oder lebenden Zellen aufgestoßen. Die
Abstandsmessung zweier verschiedener Fluorophore an einer einzelne Desoxyribonukleinsäure
(DNA) von Taekjip Ha und anderen [3] im Jahr
1996 kann als Startpunkt eines Revivals der von
Theodor Förster 1946 formulierten Theorie [4] eines Resonanz-Energie-Transfers (FRET) gesehen
werden. Heute werden beispielsweise Abstands-
änderungen in einzelnen DNA-bearbeitenden Proteinmaschinen und
Prozesse der Proteinfaltung mit
Einzelmolekül-FRET verfolgt.
Als Postdoc am PhysikalischChemischen Institut von Peter Gräber (Universität Freiburg) konnte
ich im September 1997 die Pioniere der Einzelmoleküldetektion auf
dem „3rd single-molecule spectroscopy workshop“ in Berlin kennen
lernen; dabei entstand die Idee
zur Untersuchung des Rotationsmotors FoF1-ATP Synthase mittels
FRET, um die Drehrichtungen des
Motors für die entgegengesetzten
chemischen Reaktionen der ATPHydrolyse und ATP-Synthese nachzuweisen (Abb. 1).
FoF1-ATP Synthase: ein Rotationsdoppelmotor mit ATP
oder Protonenantrieb
Im selben Jahr veröffentlichten Hiroyuki Noji und Kollegen in der Zeitschrift Nature [5] den direkten experimentellen
Nachweis, daß
einzelne F1-ATPasen (d.h. Fragmente des Gesamtenzyms) eine rotierende zentrale Untereinheit γ besitzen, die durch ATP-Hydrolyse
angetrieben wird. Der videomikroskopische Film mit unidirektional
drehenden fluoreszenzmarkierten
Mikrometer-langen Aktinfilamenten
als Zeiger der γ Rotation markiert
den Durchbruch in eine neue Ära
der Bioenergetik: die einzelnen Teilschritte des Motors - ATP-Bindung,
Bindungspaltung, Freisetzung der
Produkte ADP und Phosphat - konnten jeweils Drehwinkeln zugeordnet
werden.
Wie aber funktioniert dieser Teilmotor im Gesamtenzym
FoF1-ATP Synthase, und worin
unterscheidet sich die Protonengetriebene ATP-Synthese von der
ATP-Hydrolyse? Mit Hilfe von
Einzelmolekül-FRET wollten wir
in Zusammenarbeit mit Claus A.
M. Seidel (Universität Düsseldorf)
zunächst die Drehrichtung bestimmen. Dazu wurden zwei Farbstoffe
spezifisch an genetisch eingeführte Cysteine angebracht, und deren
Abstand kontinuierlich gemessen.
Bei Rotation der γ-Untereinheit
traten drei unterscheidbare FRETEffizienzen auf. Die unidirektionale
Sequenz erlaubte die Entschlüsselung der Drehrichtung bei ATPHydrolyse [6]. Nach Erzeugung
eines Protonen-Gradienten über
die Lipidmembran der 150 nm
kleinen Vesikel konnte auch ATPSynthese beobachtet werden - mit
der umgekehrten unidirektionalen
Sequenz der FRET-Effizienzen [7]
(Abb. 2).
Daß die drei verschiedenen
FRET-Effizienzen tatsächlich den
drei möglichen Orientierungen der
γ-Untereinheit entsprachen, wurde
aus der mittleren Verweilzeit geschlossen, die ATP anhängig war
und genau der mittleren Hydrolyserate entsprach. Inhibitoren verlangsamten die schrittweise Rotation,
und Zugabe von ADP statt ATP
führte zu konstanten FRET-Effizienzen und nicht zu den sequentiellen
FRET-Effizienzänderungen. So konnten wir auch die Schrittweite des
Protonengetriebenen Fo-Motors der
ATP Synthase in 10 Einzelschritten
nachweisen [8].
GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 623
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624 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Abb. 3: Prinzip und Aufbau des „ABELtrap“ für stabile Einzelmolekül-FRET
Messungen in Lösung. (a) Die Brown‘sche Molekularbewegung wird in der
PDMS Struktur auf zwei Dimensionen eingeschränkt. Mit Hilfe von feedbackgesteuerten elektrischen Feldern wird das Enzym im Fokus des Lasers für die
FRET Messung gehalten. (b) Die flache TRAP-Region ist kreuzförmig, und die
Elektroden befinden sich in den deutlich höheren Reservoirs - hier in hellblau
gezeichnet [10].
Neue Entwicklungen: vom
ABELtrap zurück in die
lebende Zelle
Wir nutzen ein selbstgebautes konfokales Mikroskop mit ortsfestem
Fokus für die Einzelmolekül-FRETMessungen von frei diffundierenden
Membranproteinen, um Artefakte einer Oberflächenimmobilisierung zu
vermeiden. Der Nachteil der Methode ist jedoch die kurze Beobachtungszeit von 30 bis maximal
1000 Millisekunden aufgrund der
Brown‘schen Molekularbewegung
durch den Laserfokus. Daher bauen
wir eine neuartige elektrokinetische
Falle auf, die von Adam Cohen und
W. E. Moerner in Stanford entwickelt
wurde. Der ABELtrap [9] („anti Brownian electrokinetic trap“) ist eine mikrofluidische Struktur aus Polydimethylsiloxan mit weniger als einem
Mikrometer Höhe, in der mit Hilfe
von vier Elektroden und einem optischen Feedback ein Lipidvesikel für
mehr als 10 Sekunden an einem Ort
festgehalten werden kann und FRETMessungen erlaubt, bis die einzelnen
Farbstoffe geblichen sind [10] (Abb.
3). Zukünftige FRET-Untersuchungen
der Dynamik einzelner biologischer
Motoren und Membrantransporter
in lebenden Zellen werden zeigen,
ob die bisherigen künstlichen Lipidvesikel (Lipidzusammensetzung, extrem niedrige Membranproteinkonzentrationen, unkontrollierte
Membranpotentiale) uns zwar erste
Verständnisse und faszinierende Einblicke in die Funktionsweise einzelner biologischer Maschinen erlaubt
haben, aber wir jetzt deren ursprüngliche biologische Umgebung ebenfalls in den Fokus bringen müssen.
Literatur
[1] Yoshida M. et al.: Nat Rev Mol Cell
Biol 2, 669 (2001)
[2]Moerner W. E. et al.: Phys Rev Lett
62, 2535 (1989)
[3] Ha T. et al.: Proc Natl Acad Sci U S A
93, 6264 (1996)
[4] Förster T.: Naturwissenschaften 33,
166 (1946)
[5] Noji, H. et al.: Nature 386, 299
(1997)
[6] Börsch M. et al.: FEBS Lett 527, 147
(2002)
[7] Diez M. et al.: Nat Struct Mol Biol
11, 135 (2004)
[8] Düser M. G. et al.: Embo J 28, 2689
(2009)
[9] Cohen A. E. et al.: Proc Natl Acad
Sci U S A 103, 4362 (2006)
[10] Börsch M. et al.: Chemphyschem 12,
542 (2011)
Keywords:
Biologische Nanomaschinen, Einzelmoleküldetektion, Förster-ResonanzEnergie-Transfer FRET, ABELtrap
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Prof. Dr. Michael Börsch
Universitätsklinikum Jena
Friedrich Schiller Universität Jena
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Rheologie und Viskosimetrie
Stabil und verlässlich
Rheometer für die Qualitätskontrolle oder High-End Forschung
© Mila Zinkova
22 Dr. Alexander Kutter,
Produkt Manager Rheometer,
Anton Paar
Abb. 1 Die dritte MCR Generation
Die dritte Generation der Modular
Modular
Compact Rheometer (MCR) von
Anton Paar bietet eine Vielzahl von
Möglichkeiten für die zukunftssichere
Rheometrie. Ob in der RoutineQualitätskontrolle oder High-End
Forschung & Entwicklung, Nutzer
können die Geschwindigkeit und
Präzision des dynamischen EC-Motors,
die einfache und intuitive Bedienung
und zahlreiche patentierte Funktionen nutzen. Auch außerhalb der klassischen Rotations- und Oszillationsrheologie hat die Serie mit ihren
zahlreichen Messkammern Vorzüge.
Aufbauend auf ihrem modularen Konzept sind
die Rheometer vollständig abwärtskompatibel
zu den vorherigen Generationen und sorgt
dafür, dass bereits erworbene Messsysteme
weiter verwendet werden können. Die intuitive
Software und patentierte Features wie der Toolmaster, das automatische Messsystemerkennungs und ‑konfigurationssystem, bilden die
Basis für schnelle und einfache Wechsel der
Messsysteme, egal ob von Kegel-Platte- (coneplate CP) oder Platte-Platte- (PP) Messsysteme
auf Zylinder oder zu Sondermesszellen.
Kompakt
Die Rheometer werden für die Praxis entwickelt
und gebaut, mit allen Komponenten in einem Gerät, die problemlos auf einem Standard-Labortisch
Platz finden. Das patentierte TruGap System misst
in PP oder CP-Konfiguration aktiv den Messspalt
unabhängig davon, ob Sie das Messsystem zur
Reinigung auskuppeln oder Temperaturversuche
über weite Bereiche fahren und sorgt dafür, dass
Sie nur einmal am Tag einen Nullpunktabgleich
durchführen müssen. Aufbauend darauf dient die
neu eingeführte T-Ready Funktion zur Kontrolle
der tatsächlichen Probentemperatur. Nach der
Einstellung des thermischen Gleichgewichts startet die Messung automatisch.
Rheometer
Die dritte Generation wurde in allen Details verbessert und weiter an die Bedürfnisse der Kunden angepasst. Optimiert wurden der luftgelagerte EC-Synchronmotor, die hochdynamische
TruRate Motorsteuerung zur schnellen und präzisen Einregelung der Scherrate, der patentierte,
im Luftlager integrierte und damit immer verfügbare Normalkraftsensor, die EchtzeitpositiGIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 625
Rheologie und Viskosimetrie
Abb. 2 Temperaturgradienten in einem Platte-Platte-Messspalt ohne (links) und mit (rechts) aktiver Temperaturregelung mittels Peltierhaube, welche für
Messungen unterhalb von Raumtemperatur benötigt und empfohlen wird. Für die Messungen wurden vier Thermosensoren in den Messspalt eingebracht,
jeweils oben/unten und außen/innen. Es lässt sich erkennen, dass die Temperaturdifferenz zwischen der Umgebung und unteren Platte (eingestellte Temperatur) bei Messungen ohne Haube einen signifikanten Einfluss auf den Temperaturgradienten im Messspalt zeigt, im Gegensatz zum Fall mit Haube.
onskontrolle TruStrain zur schnellsten Einregelung von Deformationsvorgaben in Oszillation,
und das unter einer Schwingungsperiode. Die
schnellere Elektronik und zahlreiche weitere
Features sorgen für neue Messmöglichkeiten in
der Rheologie.
Innovative Temperiersysteme
Rheologen benötigen für Ihre Messungen in der
Regel vollständige und präzise Kontrolle über
einen großen Einflussfaktor, die Temperatur. Mit
einem umfassenden Angebot an innovativen
und austauschbaren Temperiersystemen, von
Platte-Platte-, Zylinder- bis hin zu Konvektionsmesskammern bieten die neuen Rheometer für
alle Messaufgaben eine Lösung.
Vier unterschiedliche Temperiermethoden
finden ihren Einsatz in der Rheometrie: Flüssig-,
Peltier-, Elektro- und Konvektionstemperierung.
In Anbetracht der spezifischen Merkmale jeder
dieser Methoden ist eine flexible Herangehensweise der Schlüssel zur Erfüllung der aktuellen
und zukünftigen Messanforderungen.
Peltier-Systeme haben eine Reihe von Vorteilen. Sie sind kompakt, leicht zu installieren und
benötigen keine zusätzliche externe Steuereinheit.
Durch die Nutzung des thermo-elektrischen Effektes können Peltiertemperierungen zum Heizen und
Kühlen, bei außerordentlich hohen Raten von bis
zu 60 K/min, eingesetzt werden. Da Peltierelemente als eine Art „Wärmepumpe“ fungieren, benötigen sie eine Gegenkühlung, in der Regel Wasser,
welche die Peltierelemente auf der probenfernen
Seite umspült und damit Wärmeenergie zum Peltier hin oder von ihm weg transportiert. Viele Temperierlösungen arbeiten an der oberen Platte / am
oberen Kegel passiv, was zu merklichen Temperaturgradienten in der Probe führen kann. Anton
Paar bietet als einziger Rheometerhersteller eine
patentierte Peltierhaube an, die aktiv heizend und
kühlend gradientenfrei den kompletten Temperaturbereich von ‑40 °C bis 200 °C bereitstellt (siehe
Abb. 2). Wichtig hierfür ist der Umstand, dass die
626 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Haube für Messungen unterhalb Raumtemperatur
auch aktiv kühlen können muss. Im Bereich der
Peltiertemperierung führt die neue Serie ein neues
Konzept in den Markt ein, die luftgekühlte Peltierplatte PTD200/Air. Der große Vorteil ist schnelles
Heizen und Kühlen von -5 °C bis 200 °C und das
ohne Thermostaten zur Bereitstellung der Gegenkühlung. Vor allem im Bereich der Qualitätssicherung spart diese Herangehensweise Laborplatz.
Vor allem im Bereich der Polymerrheologie
sind Temperaturen bis zu 400 °C notwendig. Die
High-Performance-Konvektionskammern (Convection Temperature Device CTD) bieten Vorteile
wie hohe Temperaturen, schnelles Aufheizen und
Kühlen und eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb eines großen Probenvolumens.
Die Betriebstemperatur der CTD-Systeme reicht
von ‑150 °C bis zu 1.000 °C. Auch Temperaturen
bis zu 1600 °C lassen sich mit den neuen eigenständigen Furnance Rheometer Systemen (FRS)
erreichen, was vor allem im Bereich der Glas-,
Keramik- und Metallschmelzen notwendig ist.
Eine weitere Innovation ist die peltiertemperierte CTD180 (Abb. 3). Ein Vorteil des Gerätes
liegt darin, dass ein zusätzlicher externer Kühler
für den Betrieb unter Raumtemperatur nicht notwendig ist. So werden die Vorteile von Konvektionskammern und Peltiersystemen vereint. Dazu
gehören der große Probenraum, zum Beispiel
für Festkörpereinspannvorrichtungen oder Dehnungsmesswerkzeuge, bei gleichzeitiger Möglichkeit von Kühlrampen und Messungen unterhalb
von Raumtemperatur, und das ohne Verwendung
von Chillern oder flüssigem Stickstoff. Somit entfallen die Betriebskosten für die Messung mit
Flüssigstickstoff oder bei schnellen Abkühlraten.
Zusammenfassung
Mit der Einführung der dritten Generation der
MCR Serie liefert Anton Paar neben der Verbesserung der Gerätespezifikationen Neuheiten, die Ihnen einen rheologischen Vorsprung bei Ihren
Messungen liefert. Dazu zählen die Neuerungen
Abb. 3: Die erste peltiertemperierte Konvektionskammer CTD180. Durch das Temperierprinzip
lassen sich ohne Chiller oder flüssigen Stickstoff
Kühlrampen und Messungen unterhalb von
Raumtemperatur realisieren.
in der Regelungstechnik durch Echtzeitspositionskontrolle bei Oszillationsversuchen TruStrain, dem
probenunabhängigen, schnell adaptierenden
Regler in Rotationsversuchen TruRate, der patentierten aktiven Messspaltmessung TruGap und
der damit einhergehenden Möglichkeit der automatischen Bestimmung des Erreichens der gewünschten Probentemperatur. Zusätzlich erhalten
Sie mit den neuen Temperiersystemen PTD200 / Air
und CTD180 mehr Flexibilität in der Gestaltung
Ihres Messplatzes und –profils.
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alle Temperiersysteme arbeiten schnell, effizient,
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Chemische Verfahren
Kleine Blasen mit riesigen Effekten
Kavitationsphänomene und ihre Anwendungsmöglichkeiten
Kavitation beschreibt das Phänomen der Bildung, des Wachstums und des implosiven Kollapses kleinster gas- oder dampfgefüllter Blasen in Flüssigkeiten
bei Umgebungstemperaturen [1]. Durch den Kollaps werden sehr hohe Temperaturen, Drücke sowie Scherkräfte freigesetzt, die chemische und physikalische Effekte induzieren. Im Rahmen Ihrer Forschungs- und Entwicklungstätigkeit untersucht die Arbeitsgruppe „Kavitation“ des Instituts für Technische
Chemie und Umweltchemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena verschiedene
kavitationsbasierte Anwendungen und versucht das Verhalten der kleinen
Blasen aufzuklären.
Einleitung
Kavitäten (von lat. cavitus – Hohlraum) sind gasoder dampfgefüllte Gasblasen mit Durchmessern
im Bereich von einigen µm. Sie entstehen aufgrund hoher Druckunterschiede in Flüssigkeiten
und können auf unterschiedliche Weise generiert
werden.
Die Bildung von Kavitäten (Nukleation) ist
an sogenannte Kavitationskeime gebunden und
wird durch einen ausreichend hohen Druckunterschied im System, bei dem die Kohäsionskräfte der Flüssigkeit überschritten werden,
erreicht. Die Kavitäten schwingen entweder um
einen Gleichgewichtsradius (stabile Kavitation)
oder wachsen bis zu einem kritischen Radius
an und unterliegen einem implosiven Kollaps
(transiente Kavitation). Durch die schnelle Komprimierung der Gase beim Kollaps der Blase im
Bereich von Mikrosekunden werden enorme
Drücke und Temperaturen (mehrere 1000 K und
einige 100 atm) in den sog. hot-spots erreicht
[2]. Aufgrund dieser Bedingungen können chemische Prozesse (Hochtemperaturpyrolyse und
intermediäre Bildung von Hydroxylradikalen)
induziert werden. Des Weiteren werden durch
den Kollaps Scherkräfte freigesetzt. Findet der
Kollaps einer Kavitationsblase an einer Phasengrenzfläche statt (fest/flüssig, flüssig/flüssig) bildet sich ein sog. Mikrojet aus, der mit
Geschwindigkeiten von bis zu 400 km/h auf
die Grenzfläche trifft [3]. Die chemischen und
physikalischen Effekte können in einer Vielzahl
von Anwendungen eingesetzt werden, wie z. B.
bei der Reinigung von Geräten, zum Schweißen
von Kunststoffen, Erzeugen von Emulsionen
bzw. Suspensionen, der Abwasserbehandlung
und zur Beschleunigung chemischer Reaktionen [4].
Kavitationsblasen als Mikroreaktor für
Pyrolyse- und Oxidationsreaktionen
Durch die enorm hohen Temperaturen und
Drücke, die während des Kollapses entstehen
kann man die Kavitationsblase als Art Mikroreaktor betrachten, in denen organische Verbindungen und Kontaminanten pyrolytisch abgebaut werden können. Dient Wasser als
fluides Medium kommt es zur homolytischen
Spaltung von Wasser und zur Bildung von Hydroxylradikalen, die als sehr starkes Oxidationsmittel bekannt sind. Organische Verbindungen,
die aufgrund ihres zu geringen Dampfdruckes
und/oder einer guten Wasserlöslichkeit nicht in
die Kavitationsblase diffundieren, werden oxidativ in direkter Umgebung der kollabierten
Blase abgebaut [5].
628 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Chemische Verfahren
Generierungsarten
Kavitation kann auf unterschiedliche
Weise erzeugt werden. Ultraschall
(US-akustische Kavitation/AC) und
die gezielte Beschleunigung fluider
Medien (hydrodynamische Kavitation/HC) werden zur Erzeugung von
Mehrblasensystemen
eingesetzt
[6,7]. Während Ultraschall schon seit
Mitte des 20. Jahrhunderts intensiv
erforscht und angewendet wird, ist
die hydrodynamische Kavitation in
den letzten 20 Jahren zunehmend in
den Blickpunkt der Forscher gerückt.
Neben den verfahrenstechnischen
relevanten
Mehrblasensystemen
gibt es auch Einzelblasensysteme,
die entweder optisch oder teilcheninduziert erzeugt werden können.
Hydrodynamische Kavitation
versus akustische Kavitation
Für die ultraschallinduzierte Kavitation sprechen eine relativ gute Energieeffizienz und hohe Kollapsbedingungen. Probleme bereitet die
Vergrößerung von Ultraschallanlagen (scale-up) aufgrund der schwierigen Berechnung von akustischen
Feldern sowie der problematischen
Konstruktion großdimensionierter
Generatoren und Schwinger.
Die hydrodynamische Kavitation, die bereits vor über hundert
Jahren beschrieben wurde, ist erst
seit Beginn der achtziger Jahre für
Forscher, Entwickler und Chemiker
interessant. Dabei bietet sie im
Gegensatz zur akustischen Kavitation einen wesentlichen Vorteil
bei der Maßstabsvergrößerung,
da Strömungen in Rohrsystemen
über dimensionslose Kennzahlen
beschrieben werden können. Die
Blasendichte, welche durch die HC
erzeugt wird, ist wesentlich höher
als bei der AC, jedoch sind die Kollapsbedingungen deutlich schwächer [8]. Die Energieeffizienz ist
umstritten und wird von verschiedenen Forschergruppen kontrovers
diskutiert. Beide Verfahren haben
ihren Platz in Forschung und Technik eingenommen, doch es bleiben
viele Möglichkeiten für weitere Optimierung und Etablierung neuer
Anwendungsbereiche.
Kombination von Ozonolyse
und hydrodynamischer Kavitation
In der Vergangenheit wurden verschiedene Kombinationen von Kavitation und anderen Oxidations-
prozessen durchgeführt. Dazu
zählen US + H2O2, US + O3 und US
+ UV [9]. Um die oxidative Wirkung
der HC zu verstärken, ist es ebenfalls möglich, Oxidationsmittel wie
H2O2 oder O3 zuzusetzen. Dabei
wird im Falle des Ozons die besondere Fähigkeit der Kavitation ausgenutzt, Gase durch die Scherkräfte in einem fluiden Medium besser
zu verteilen und zu lösen. Dadurch
kann das Ozon sehr viel effizienter
genutzt werden als in anderen Reaktoren und es wird zum Teil in aktivere und stärker oxidierend wirkende Radikale umgewandelt.
Neu
Dadurch wird der Abbau organischer Kontaminationen beschleunigt und der Mineralisierungsgrad
nimmt ebenfalls zu.
Ergebnisse
In der Arbeitsgruppe um Dr. Zhilin
Wu wurde bereits eine Vielzahl von
Untersuchungen zum Thema Kavitation und Abbau umweltrelevanter organischer Kontaminationen
durchgeführt.
In Abbildung 1 sind die Energieeffizienzen bei der Behandlung
verschiedener organischer Verbin-
dungen durch akustische und hydrodynamische Kavitation dargestellt. Wie man sehen kann, weist
die HC, unabhängig vom Kontaminanten, die ungünstigere Energieeffizienz auf. Dies liegt an den
bereits erwähnten schwächeren
Kollapsbedingungen. Des Weiteren
ist zu erkennen, dass bei aromatischen Verbindungen der Abbau
langsamer ist und beide Verfahren
eine geringere Energieeffizienz
aufweisen.
Ebenfalls wurde der positive Effekt der HC auf die Ozonolyse von
Phenol untersucht.
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 629
Chemische Verfahren
In Abbildung 2 wird deutlich, wie die Abbauraten mit erhöhtem Ozonzusatz steigen. Mit einem Zusatz von 13,4 mg min-1 werden bereits
nach 7,5 min 80 % Phenol abgebaut.
In Abbildung 3 sind die Abbauraten der einzelnen Verfahren und der Hybridmethode dargestellt.
Die Hybridmethode zeigt die besten Ergebnisse,
weiterhin ist ein synergetischer Effekt erkennbar.
In Abbildung 4 sind die Konzentrationen von
Ozon im Restgas gegen die Zeit aufgetragen.
Diese Nutzungsrate gibt an, wie effektiv das
Ozon bei der Oxiation von Phenol verbraucht
wird. Wird Ozon über einen Blasenreaktor in
der Reaktor eingetragen steigt die Ozonkonzentration bereits nach 2 min stark an. Bei der
Hybridmethode wird das Ozon bis 15 min fast
vollständig für die Reaktion verbraucht, erst danach steigt die Konzentration aufgrund des fast
vollständigen Abbaus von Phenol lansam an.
Fazit
Durch die physikalischen und chemischen Effekte, die durch Kavitation induziert werden, ist
es möglich organische Verunreinigungen in
wässrigen Lösungen abzubauen. Dabei zeigt
sich, dass die AC der HC überlegen, eine Vergrößerung der Anlagen aber nur schwer möglich und sehr teuer ist. Um die HC wirtschaftlich
zu betreiben, wurde eine Hybridmethode entwickelt. Dabei wurde Ozon in die Apparatur
eingeleitet und somit wesentlich effektiver genutzt als in üblichen Blasenreaktoren. Dadurch
lassen sich auch mit HC sehr gute Ergebnisse
und gute Energieeffizienzen erzielen. Es besteht jedoch noch großer Forschungsbedarf,
besonders bei der Entwicklung verschiedener
Anwendungen als auch bei der Optimierung
der anlagenspezifischen Parameter.
Abb. 1: Energieeffizienzen der hydrodynamischen (HC) und akustischen Kavitation (US/AC) beim Abbau
verschiedener organischer Verbindungen, Bedingungen: 800 ml, 0,2 mM, 20 °C; 1 h
HC: 101 und 23,3 kPa vor bzw. nach Restriktion; US: 850 kHz, 40 W akustische Leistung.
(α-ClT: α-Chlortoluen, ClB- Chlorbenzen, BrB- Brombenzen, α-BrT- α-Bromtoluen, CHCl3- Chloroform,
CCl4- Tetrachlorkohlenstoff) [vgl. 2]
Abb. 2: Abbaurate von Phenol durch hydrodynamische Kavitation in Abhängigkeit von verschiedenen
Ozonkonzentrationen, Bedingungen: 800 ml, 1 mM Phenollsg., 30 min, 20 °C, 0,67 L/min-1 Ozongas, 101
und 23,3 kPa vor bzw. nach Restriktion [vgl 10]
630 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Chemische Verfahren
Literatur
Abb. 3: Abbauraten der Einzelmethoden und der Kombination von HC und Ozonierung, Bedingungen:
800 ml, 1 mM Phenollsg., 3,2 mg/min-1 Ozon, 20 °C, (HC/O3+HC: 101 und 23,3 kPa vor bzw. nach Restriktion) [vgl. 10]
[1]Suslick K. S.: Cavitation, Kirk-Othmer Encyclopedia
of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New
York, 4. Ed., Vol. 26, 517 (1998)
[2] Wu Z. et al.: Green Chem. 11, 1026 (2009)
[3] Crum, L. A.: Proc. Ultrasonics Symposium 1, 1 (1982)
[4]Mason T. J. und Lorimer J. P.: Applied Sonochemistry,
Wiley-VCH, Weinheim, 2002
[5] Wu Z. und Ondruschka B.: J. Phys. Chem. A 109,
6521 (2005)
[6] Lauterborn W.: Cavitation and Inhomogenities in
underwater acoustics, Springer, Berlin, 1980
[7] Gogate P. R.: J.Environ. Man. 85, 801 (2007)
[8] Arrojo S. et al.: Ultrason. Sonochem. 14, 343
(2007)
[9] Gogate P. R. und Pandit, A. B.: Adv. Environ. Res. 8,
553 (2004)
[10] Wu, Z. et al.: J. Hazard. Mater. 190, 375 (2011)
Autoren
Marcus Franke: Diplom Chemiker/Umweltchemiker,
Doktorand/wissenschaftlicher Mitarbeiter,
Dr. Zhi-Lin Wu: wissenschaftlicher Mitarbeiter,
Arbeitsgruppenleiter
Prof. Dr. Bernd Ondruschka: Institutsleiter, FriedrichSchiller-Universität Jena
▶ ▶K ontakt
Abb. 4: Ozonkonzentration im Restgas mit Blasenreaktor und mit hydrodynamischer Kavitation, Bedingungen: 800 ml, 1 mM Phenollsg., 3,2 mg/min-1 Ozon, 20 °C, (HC: 101 und 23,3 kPa vor bzw. nach
Restriktion) [vgl. 10]
Marcus Franke
Prof. Dr. Bernd Ondruschka
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 631
Einrichtung
Gefahrstofflagerung
in der Lebensmittelindustrie
Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen
Die Oettinger Brauerei gilt als eine der erfolgreichsten Privatbrauereien
Deutschlands. Dies verdankt das Unternehmen seiner Effizienz und nicht zuletzt seinen hohen Qualitätsansprüchen und -standards. Hierzu gehört auch
das Unternehmens-Konzept zur Gefahrstofflagerung, bei der man sowohl auf
bestmögliche Sicherheit für Mitarbeiter und Umwelt als auch effiziente
Lösungen setzt.
Wo Lebensmittel produziert werden, hat Hygiene
und Sauberkeit eine hohe Priorität. Zum Einen
fordert der Gesetzgeber umfangreiche Maßnahmen, zum Beispiel in der LebensmittelhygieneVerordnung. Zum Anderen ist ein umfassendes
Hygiene-Konzept auch Garant für die Qualität
und den guten Ruf eines Betriebes und damit für
die Zufriedenheit der Kunden.
CiP-Verfahren
© Okea Fotolia.com
632 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
In der Privatbrauerei werden streng gesetzeskonform unter anderem Tanks, Abfüll- und Produktionsanlagen regelmäßig kontrolliert gereinigt. Die
Anlagensäuberung beispielsweise geschieht nach
dem CiP-Verfahren: Cleaning in Place. Dabei
durchfließen die Reinigungsmittel die Edelstahlrohre und weitere Bestandteile der Anlagen. Eine
Demontage ist nicht notwendig. Um möglichst
gründlich zu säubern werden vielfältige Mittel
eingesetzt, z. B. zur Entfernung von organischen
Rückständen und zur Desinfektion alkalische Mittel sowie verschiedene Säuren und Laugen. Nachgespült wird mit Reinstwasser. Auf Grund der
Größe der Produktionsanlagen, immerhin werden in
der Oettinger Braustätte
Mönchen-Gladbach jährlich rund 2,1 Mio. Hektoliter Bier produziert, werden
enorme Mengen an Reinigungs- und Desinfektionsmitteln benötigt. Es kommen also verschiedene
Gefahrstoffe in größeren
Mengen zum Einsatz. Und
das bedeutet auch eine
große Herausforderung für
die richtige Gefahrstofflagerung. Da die Stoffe im
täglichen Arbeitsprozess
regelmäßig eingesetzt
werden, muss diese nicht
nur sicher sondern auch
effizient sein.
Professionelle Lagerkonzeption
Um dabei auf dem aktuellen Stand der Technik
die optimale Lösung zu haben, passt Oettinger
sein Konzept regelmäßig an. Hier ist zwar vieles möglich, was aber wirklich das passende
Konzept für das Unternehmen ist, wurde gemeinsam mit externer Fachberatung der Firma
Envibow aus Lohmar entwickelt. Ausschlaggebend für die Wahl war die jahrelange Projekterfahrung und das praxiserprobte Knowhow des Experten rund um das Thema
Gefahrstofflagerung und die Zusammenarbeit
mit Produzenten hochwertiger Sicherheitsschränke. Bei der Innenlagerung ist Dreh- und
Angelpunkt eines guten Gefahrstofflagerkonzepts die Ausrichtung auf die Situation vor Ort
und an den gesetzlichen Anforderungen und
das am besten bei optimaler Platzausnutzung.
Leisten kann das dann nur ein Hersteller wie
Asecos, der mit verschiedensten Modulen auf
die verschiedenen Bedürfnisse von Kunden
eingehen kann.
Einrichtung
DatenManagement
Labor - Handel - Produktion
HM-LIMS
Laborverwaltungssystem
HM-QDS
Qualitätsdatensystem
HM-RDM
Rohdatenmanagement
HM-OMS
Auftragsmanagement
...damit Sie mit
Ihren Labordaten
nicht baden gehen!
HM-CRM
Zu Beginn der Konzeption
wurde die Situation vor Ort aufs
Genauste beleuchtet. Neben der
Besichtigung der Örtlichkeiten
wurde in dieser Phase ebenfalls
die Feststellung und Gefährdungsklassifizierung der benötigten
Gefahrstoffe sowie deren Mengen
erfasst. Jeder Stoff, ob auf alkalischer oder saurer Basis, der bei der
Reinigung oder Desinfizierung in
der Brauerei zum Einsatz kommt,
wurde dabei einzeln beurteilt und
eingestuft. Im nächsten Schritt
wurde überprüft, welche gesetzlichen Anforderungen an die Sicherheit an den verschiedenen
Lagerstätten jeweils umgesetzt
werden müssen. Was darf mit welchem Stoff gelagert werden, welche Sicherheitsabstände müssen
dabei eingehalten werden, welche
Mengen dürfen wo gelagert werden und viele weitere Fragen werden dabei beantwortet. So entstand nach und nach ein rundes
Konzept, das eine effiziente sowie
gleichzeitig gesetzeskonforme Lösung hervorbrachte.
möglichen sie den direkten Zugriff
auf die benötigten Chemikalien
direkt am Arbeitsplatz. Für das
Oettinger-Projekt setzte Envibow
einen Typ 90 Fass-Schrank nach
EN 14470-1 von Asecos ein. Dieser ermöglicht die Lagerung von
besonders großen Gebinden. Zusätzlich können jedoch auch verschiedene kleinere Gebinde auf
einem integrierten Fachboden sicher untergebracht werden. Die
großen Mengen an Gefahrstoffen,
die für die Reinigung benötigt
werden, mussten bei der Konzeptentwicklung nochmals differenziert betrachtet werden. Hierfür
wurden großflächige Lager eingerichtet. Die Aufbewahrung der
Mittel erfolgt dabei in Gefahrstoffcontainern, die große Mengen fassen. Getrennte Abschnitte
gewährleisten die Konformität mit
den Zusammenlagerungsvorschriften der Gefahrstoffverordnung
(GefStoffV) und sind an die jeweiligen Eigenschaften des gelagerten Gefahrstoffes angepasst.
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Proben und in Gegenwart von DMSO
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im Vergleich zur SPR-Technologie
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ka/kd-rates) in 96- und 384-well Mikrotiterplatten
Ein optimales Ergebnis
Die praktische Umsetzung der zuvor konzipierten Theorie sah an
den verschiedenen Gefahrstofflagerstätten unterschiedliche Ansätze vor. Im Analyselabor wird
beispielsweise seither ein Sicherheitsschrank genutzt. Sobald es
die zu lagernden Mengen zulassen, empfiehlt sich der Einsatz von
Sicherheitsschränken. Diese bieten
heute neben hoher Sicherheit
auch Flexibilität, zum Beispiel
durch bedarfsgerechte Größen
oder Ausstattung. Außerdem er-
Kundenmanagement
▶ ▶K ontakt
Asecos GmbH
Gründau
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 633
Probenvorbereitung
Automatisierung in der Probenvorbereitung
Neue Spritzenpumpe für die Präparation von flüssigen Proben
Halbautomatische Diluter-DispenserSysteme optimieren die Probenvorbereitung, indem sie die Präzision
der Volumenmessung steigern und
die Laborkosten senken. Hamilton
stellt mit dem Microlab 600 eine
neue Spritzenpumpe vor, die speziell
für die Präparation von flüssigen
Proben aller Art konzipiert wurde
und sich auch für Labore mit kleinen
Durchsätzen lohnt.
634 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
In der Routineanalytik sowie in Forschung und
Entwicklung, etwa beim Screening neuer Wirkstoffe, müssen immer mehr Proben so kostengünstig wie möglich analysiert werden, um im
Wettbewerb bestehen zu können. Der Trend zur
Automatisierung ist daher ungebrochen und hat
längst auch den ersten Schritt einer chemischen
Analyse erfasst: die Probenvorbereitung. Beim
Abmessen der Volumina, beim Verdünnen und
dem Zufügen interner Standards ist hochpräzises und schnelles Arbeiten gefragt.
Vor allem bei hohen Probendurchsätzen
sorgt eine teilautomatisierte Probenpräparation
mit Diluter-Dispenser-Geräten für eine höhere
Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. Viele gro-
ße Analysenlabore setzen daher beim Liquid
Handling auf Tischgeräte, die Flüssigkeiten auf
Knopfdruck verdünnen und dosieren. Auch immer mehr kleine Labore erkennen die Vorteile
der Teilautomatisierung.
Zweifelsfreie Daten in der Forensik
Eine automatisierte Probenvorbereitung ist beispielsweise in der Forensik von großem Wert, da
die Ansprüche an die Genauigkeit der Messergebnisse hier besonders hoch sind. Damit die
Ergebnisse vor Gericht nicht angezweifelt werden können, ist eine verfolgbare Sicherheitskette
von der Probenentnahme bis zum Analysenergebnis zwingend erforderlich. Die teilautomatisierte Probenvorbereitung ist dabei ein wichtiges Bindeglied in dieser Kette.
Auch in der Metallanalytik im Bergbau bieten automatische Dosiersysteme mehrere Vorteile. Die stark saure Probe, die man nach dem
Säureaufschluss des Gesteins erhält, muss verdünnt werden, um die Metallgehalte anschließend spektroskopisch bestimmen zu können.
Dieser Verdünnungsschritt sollte so präzise
und reproduzierbar wie möglich erfolgen, da
der gemessene Metallgehalt letztendlich über
die Profitabilität des Erzabbaus entscheidet.
Ein inertes und gegen starke Säuren und andere aggressive Chemikalien hochbeständiges
flüssigkeitsleitendes System macht sich dort
doppelt bezahlt. Zum Einen verringert sich das
Risiko der Einschleppung von Metallkontaminationen deutlich, da die Probe auf Knopfdruck direkt ins Probengefäß überführt und
anschließend dort verdünnt wird. Zum Anderen
reduziert die halbautomatische Vorgehensweise die Exposition des Laborpersonals mit ätzenden Chemikalien.
Bei der Analytik von viskosen Flüssigkeiten
wie Rohöl oder Schmierölen, die sich mit herkömmlichen Pipetten nur ungenau abmessen
lassen, erhöht das im neuen Gerät genutzte
Prinzip der positiven Volumenverdrängung die
Genauigkeit, wodurch eine hochpräzise Dosierung von viskosen Ölen und anderen problematischen Flüssigkeiten ermöglicht wird.
Auch alle anderen Anwendungen in der allgemeinen Analytik, bei denen flüssige Proben
dosiert, verdünnt oder titriert werden müssen,
lassen sich durch den Einsatz automatisierter
Diluter-Dispenser-Pumpen effektiver gestalten.
Aufgrund seiner hohen Präzision und Qualität
gehören zu den Einsatzgebieten, des in drei
verschiedenen Standard-Produktvarianten erhältlichen Geräts, zum Beispiel auch die Umweltanalytik sowie die Bestimmung der Alkoholkonzentration bei der Bier- und Weinherstellung.
Standardisierung
Die automatisierte Probenpräparation trägt der zunehmenden Forderung nach standardisierten Laborprozessen Rechnung. Da die
Kalibrierungen der Geräte auf Standards des National Institute of
Standards and Technology (NIST)
rückführbar sind, vereinfacht sich
die Qualifikation gemäß EPA-,
GMP- oder FDA-Bestimmungen.
Durch die Automatisierung der Abläufe verringern sich außerdem die
Ergebnisunterschiede, die durch die
verschiedenen Arbeitsweisen der
Laboranten an herkömmlichen Systemen entstehen.
Dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Spritzenpumpen und der steigenden Nachfrage
können automatische Probenpräparationsgeräte zu immer attraktiveren Preisen angeboten werden.
Außerdem haben sie deutlich an
Bedienerfreundlichkeit gewonnen,
sodass die Umstellung von der manuellen auf die teilautomatisierte
Probenvorbereitung immer leichter fällt. Der Microlab 600 verfügt
über eine einfach zu bedienende
Benutzeroberfläche mit einem farbigen Touchscreen, der Ventile und
Spritzenposition in Echtzeit abbildet. Konfiguration, Befehlsmenü
und die Wahl der Einstellungen
sind intuitiv und mit verständlichen Symbolen gekennzeichnet.
Alle Einstellungen, Methoden und
Verdünnungsreihen lassen sich auf
einer
2-Gigabyte-Speicherkarte
speichern und somit immer wieder
abrufen. Vor allem bei häufig wiederkehrenden Routinevorbereitungen spart das viel Zeit.
Außerdem sind die patentierten
„Bubble Free Prime“-Spritzen so
konstruiert, dass Totvolumen in den
Spritzen und Ventilen vermieden
wird. Da so das Primen während
des Wechsels von Medien äußerst
schnell erfolgt, sinken Zeitaufwand
und Lösemittelverbrauch und damit
auch die Analysenkosten je Probe.
Anreiz durch Austauschaktion
Die Vorgänger-Geräte arbeiten
zwar vielfach noch einwandfrei,
seit 2004 sind aber für die Microlab 1000-Serie keine Ersatzteile
mehr erhältlich. Ein Umstieg ist
schon deshalb ratsam. Außerdem
wurde der Spritzenantrieb optimiert, sodass die Auflösung jetzt
höher ist und kleinere Probenvolumina programmiert werden können. Neu sind auch die Universalventile. Sie werden sowohl zum
Dispensieren als auch zum Verdünnen eingesetzt, während der Vorgänger noch anwendungsspezifische Ventilblöcke benötigte. Damit
kann man jetzt noch schneller von
einer Anwendung zur nächsten
wechseln.
Wer bereits mit einem Vorgänger Gerät arbeitet und jetzt von der
Effizienzsteigerung und den weiteren Vorteilen des Microlab 600
profitieren möchte, sollte sich den
Austauschrabatt sichern. Allen, die
bis Ende Oktober von einem Vorgängermodell der Serien 1000 oder
500 umsteigen, gewährt Hamilton
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genügen als Nachweis.
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Partikelmesstechnik
Dynamische Bildanalyse übertrifft Laserstreuung
Bei Nachweiswahrscheinlichkeit und Auflösung
Übersicht über das technische Prinzip
Für die Analyse von Korngrößenverteilungen im Bereich von 1 µm bis 1 mm
hat sich die Laserbeugung als Routinemessverfahren in der Qualitätssicherung
weltweit etabliert. Moderne Laserbeugungsgeräte überzeugen durch kurze
Messzeiten, einfache Bedienbarkeit und reproduzierbare Ergebnisse, haben allerdings auch einige entscheidende Nachteile. Eine absolute Größenmessung
ist trotz Kalibrierung und Validierung der Geräte nicht möglich. Verschiedene
Ringversuche haben gezeigt, dass die Ergebnisse nicht nur sehr deutlich vom
Hersteller und Typ des Gerätes abhängen, sondern teilweise auch von der eingesetzten Software- und Gerätegeneration.
Weitere Einschränkungen des Laserstreuungsverfahrens sind die unbefriedigende Nachweiswahrscheinlichkeit für kleine Volumenanteile (Über- oder
Unterkorn) von ca. 2–3 %, sowie die schlechte Auflösung für Partikel im Bereich einiger 100 µm bis
mm. Obwohl Laserstreulichtgeräte Partikel von
wenigen 10 nm detektieren können, stehen für den
Bereich > 100 µm nur wenige Messkanäle zur Verfügung. Die Auflösung der Laseranalyse ist hier
vergleichsweise schlecht, da mit zunehmender Partikelgröße die Beugungswinkel immer kleiner werden. Mehrmodale Verteilungen lassen sich mit dieser groben Einteilung nicht präzise messen, selbst
Partikel mit einigen 100 µm Größenunterschied
werden in dieselbe Messklasse eingeordnet.
636 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Das komplexe, indirekte Messverfahren der
Laserbeugung mit der komplizierten mathematischen Auswertung der Ergebnisse ist für viele
Anwender eine „Black Box“. Die Auswahl der
optimalen Parameter für die Auswertung erfordert
viel Erfahrung, außerdem sind für die Interpretation der Ergebnisse oft Vorkenntnisse über die
Beschaffenheit der Probe notwendig. Falsche Annahmen und Parameter führen zu reproduzierbaren, aber falschen Messergebnissen. Die statische
Streulichtanalyse ist ein schnelles, in der Durchführung oft einfaches, in der Auswertung jedoch anspruchsvolles Verfahren. Für viele Anwendungen
ist eine Messmethode wünschenswert, die die
Eigenschaften der Partikel unmittelbar erfasst, z. B.
durch ein Foto des Partikels, und nicht über Umwege berechnet.
Mit der Mthode der dymanischen Bildanalyse
(DBA) ist solch ein direktes, intuitiv verständliches
Messverfahren jetzt auch für feine Pulver ab 1 µm
verfügbar. DBA übertrifft die Laserbeugung beim
Auflösungsvermögen und der Nachweisempfindlichkeit um den Faktor 10.
Die Dynamische Bildanalyse war bislang nur
für trockene, rieselfähige Pulver und Granulate in
einem Größenbereich >30 µm etabliert. Dank modernster Computer- und Kameratechnik können
nun auch feinere Partikel scharf abgebildet und
in Echtzeit ausgewertet werden. Dabei wird eine
Auswertegeschwindigkeit von 275 Bildern pro Sekunde erreicht.
Auch im Messbereich ab 1 µm bietet das Verfahren „Bildanalyse“ klare Vorteile: Durch die
direkte Abbildung der Partikel mit hochauflösenden Kameras kann ihre Größe und Form präzise
bestimmt werden, und das über mehrere Größenordnungen hinweg und mit deutlich höherer Auflösung als bei der Laserbeugung.
Sichere Bestimmung von Überkorn
Die Laserstreuung erfasst ein Partikelkollektiv, das
Streusignal ist immer eine Mittelung über viele Partikel. Kleine Mengen an Über- oder Unterkorn verursachen nur eine minimale Änderung des Streulichtmusters und können daher nicht zuverlässig
Partikelmesstechnik
detektiert werden. Je nach Probenmaterial gilt ein Volumenanteil von
ca. 2–3 % als absolute Nachweisgrenze. Die Bildverarbeitung wertet
hingegen einzelne Partikel aus und
detektiert, je nach Betriebsart, jedes
Partikel der Probe. Einige wenige Partikel in der Probe reichen für einen
sicheren Nachweis aus, auch wenn
diese nur weniger als 0,1 % der Probenmenge entsprechen. Mit Laserbeugung ist es nicht möglich, diesen
feinen Unterschied zwischen den
Proben zu erfassen. Dies eröffnet Anwendern völlig neue Perspektiven in
der Charakterisierung disperser Materialien und eine verbesserte Qualität in der Produktionsüberwachung.
Präzisere Partikelgrößenmessung dank Formerkennung
Die Laserbeugung nimmt vereinfachend alle Partikel als rund an. Die
reale, von Kugeln abweichende Partikelform ändert zwar das Streulichtmuster, diese Änderung kann jedoch
von der Software nicht eindeutig auf
eine bestimmte Form- und Größenverteilung zurückgerechnet werden.
Die reale Länge und Breite der Partikel können nicht erkannt oder unterschieden werden, und gehen vermischt in die Berechnung der
„Partikelgröße“ ein. Die Partikelgrößenverteilung wird daher oft breiter
berechnet, als sie tatsächlich ist und
mit schlechterer Auflösung.
Wenn man hingegen mit der
Dynamischen Bildverarbeitung die
Partikel analysiert kann man Länge,
Breite und Äquivalentduchmesser
getrennt bestimmen (Abb. 2). Man
kann also aus einer Messung mehrere Größenverteilungen erhalten,
je nachdem welche Größendefinition betrachtet wird.
Die Abweichungen zwischen der
realen Partikelform und der idealisierten Kugelform, die die Laserbeugung zugrunde legt, werden in
Abbildung 2 und 3 deutlich. Kugeln
haben ein Breiten-zu-Längen Verhältnis (b/l) von 1. Fast alle Partikel
in dieser Probe haben hingegen ein
b/l-Verhältnis <0,9, sind also deutlich unrund. Die Messung der Kornform mit der Dynamischen Bildanalyse führt somit zu einem besseren
Verständnis der realen Partikelgröße
der Probe.
Genau wie bei der Laserstreuung müssen natürlich auch bei
der Dynamischen Bildverarbeitung die Partikel im Messfenster
vereinzelt werden, damit diese
als individuelle Partikel vermessen
werden können. Agglomerate oder
zusammenhaftende Partikelgruppen täuschen größere Partikel vor.
Bei beiden Messmethoden werden daher die Partikel in einem
Druckluftstrahl dispergiert, oder
alternativ in einer Flüssigkeit. Die
Parameter der Dispergierung müssen so einstellbar sein, dass stark
agglomerierende Partikelgruppen
aufgebrochen werden, ohne dabei
die Primärpartikel zu zerstören. Die
Dynamische Bildverarbeitung gibt
zusätzlich Auskunft darüber, wie
gut und effektiv diese Dispergierungen arbeiten, weil die PartikelProjektionen als Bilder jederzeit
verfügbar sind.
Für Partikel kleiner als 1 µm
bleibt die Laserlichtstreuung nach
wie vor konkurrenzlos. Die Bildanalyse mit sichtbarem Licht stößt hier
an Ihre physikalische Grenze: Sobald die Teilchengröße ungefähr der
Wellenlänge des Lichts entspricht,
lassen sich die Partikel nicht mehr
scharf abbilden.
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Abb. 1: Messung einer Mischung von PMMA Microbeads mit verschiedenen
Größen: 2,5 µm, 5 µm, 10 µm und 12 µm. Im Gegensatz zur Laserbeugung
kann die Bildanalyse auch nah beieinanderliegende Partikelgrößen präzise
unterscheiden, wie hier 10 µm und 12 µm.
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 637
Partikelmesstechnik
Zusammenfassung
Die Dynamische Bildverarbeitung ist seit kurzem im Messbereich ab 1 µm aufwärts verfügbar, der bislang der Laserbeugung vorbehalten
war. Das neue Verfahren bietet auch hier die
Vorteile, die es bereits bei gröberen Partikeln
bewiesen hat: sichere Erkennung von Überkorn, hohe Auflösung und gute Reproduzierbarkeit der Korngrößenverteilungen, Informationen über die Kornform, sowie einfaches
Handling, kurze Messzeiten und intuitives
Messprinzip. Diese Vorteile sind dank verbesserter Kameratechnik und optimierter Auswertealgorithmen jetzt auch routinemäßig nutzbar. Die Dynamische Bildverarbeitung wird
daher zunehmend als Ersatz für das indirekte
Verfahren Laserbeugung beziehungsweise
komplementär zur der konventionellen Mikroskopie eingesetzt.
Abb. 2: Schematische Darstellung der Länge xL, der Breite xB und des Durchmessers xA.
Mit dem Camsizer XT von Retsch ist seit kurzem ein direktes, intuitives Messverfahren zur
Bestimmung der Partikelgröße und-form verfügbar, mit dem sich auch agglomerierende
Pulver ab 1µm Partikelgröße vermessen lassen. Das Messprinzip beruht auf der Methode
der Dynamischen Bildanalyse und übertrifft
die Laserbeugung beim Auflösungsvermögen
und bei der Nachweiswahrscheinlichkeit um
mehr als den Faktor 10.
Das Messprinzip der Digitalen
Dynamischen Bildanalyse
Bei der Dynamischen Bildverarbeitung bewegen sich die Partikel mit Hilfe von Schwerkraft,
Druckluft oder Flüssigkeitsströmung durch ein
Messfenster. Dabei werden sie von der einen
Seite mit einer Lichtquelle beleuchtet, und von
der anderen Seite mit einer Kamera abgebildet. Die Software wertet dann die Schattenprojektionen der Partikel aus, um die Korngrößenverteilung aller Partikel der Probe in kurzer
Zeit zu bestimmen. In Echtzeit werden dabei
pro Bild einige hundert Partikel ausgewertet,
bei mehr als 275 Bildern pro Sekunde (Aufmacherbild).
Der maximale dynamische Messbereich,
also der Unterschied zwischen dem kleinsten und dem größten detektierbaren Partikel,
kann durch den Einsatz von 2 aufeinander
abgestimmten Kameras entscheidend erweitert werden. Eine Kamera erfasst dabei mit
hoher Auflösung in einem kleinen Messfenster bevorzugt die kleinen Partikel. Die andere
Kamera arbeitet mit niedrigerer Auflösung,
erfasst dafür aber ein großes Messfenster mit
vielen, größeren Partikeln gleichzeitig und ermöglicht so eine schnelle Messung mit guter
Statistik.
▶ ▶K ontakt
Abb. 3: Die digitale Bildverarbeitung ermittelt die Größenverteilung anhand der Partikelbreite (xB rot),
dem Äquivalentdurchmesser (xA blau) und der Partikellänge (xL grün). Das Ergebnis der Laserbeugung
ist die orangefarbene Kurve. Die Ergebnisse der Bildverarbeitung sind detaillierter, besser aufgelöst.
Durch Siebung und Mikroskopie lässt sich die Richtigkeit der Bildverarbeitung eindrucksvoll bestätigen.
638 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
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Partikelmesstechnik
Aerosol-Albedometer
Ein Instrument zur Messung von Aerosolen
Atmosphärische Partikel (Aerosole) vermindern die Sicht und sollen das Klima
durch Streuung und Absorption von Solarstrahlung hoch in der Atmosphäre
beeinflussen. Streuung durch Aerosole führt zur Zunahme der planetarischen
Albedo (Reflexstrahlung), wobei die Lichtabsorption zur Erwärmung der
Atmosphäre führen kann. In der vorliegenden Arbeit wird ein Instrument zur
gleichzeitigen Messung von Aerosolstreuung, Extinktion und Albedo dargestellt. Es wird angenommen, dass diese Methode sowohl in Feld- als auch in
Laborstudien zur Aerosol-Optik Anwendung finden kann.
Hintergrund und Grundlagen
Die Abschwächung eines monochromatischen
Lichtstrahls durch eine Aerosolwolke kann durch
das Lambert-Beersche Gesetz modellhaft dargestellt werden:
(1)
wobei bext der Extinktionskoeffizient (wir verwenden hier Mm-1 -Einheiten) und z die Weglänge ist. Der Extinktionskoeffizient wiederum ist
die Summe aus Streuung und Absorptionskoeffizienten, und die Albedo der Einfachstreuung (ω)
ist das Verhältnis zwischen den Streuungs- und
Extinktionseffekten:
(2)
(3)
Die Beeinträchtigung der lokalen Sichtweite und
der Nettoklimaeffekt des Aerosols ist von einer
Reihe von Faktoren wie beispielsweise dem
Aerosolstreuungskoeffizienten (bscat), dem Extinktionskoeffizienten (bext) und der Albedo der
Einfachstreuung (ω) abhängig. Die genaue Messung dieser Variablen sowohl bei laborerzeugten
Aerosol-Nachbildungen als auch bei echten Umgebungsaerosolen ist daher von beträchtlichem
Interesse.
Üblicherweise wurden Streuung und Extinktion getrennt voneinander mittels Nephelometrie und Transmissometrie (Messungen
von optischem Verlust / Extinktion über längere Strecken) gemessen. Ein großer Fortschritt
wurde 2001 erzielt, als Smith und Atkinson die
Cavity-Ring-Down-Spektroskopie (CRDS) auf
Aerosolextinktionsmessungen anwendeten [1].
CRDS bietet die erforderliche Sensitivität für die
Messung innerhalb eines tragbaren, kompakten
Instrumentenpakets. In ähnlicher Weise hat das
Interesse an der Integration von Ulbricht-Kugel(reziproker) Nephelometrie seitens verschiede640 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
ner Gruppen [2, 3] zu einer verbesserten Geräteleistung geführt. Kein Nephelometer kann Licht
gleichmäßig über alle Winkel einfangen. Dies
führt zu einer Winkelabstumpfung. Bei kommerziellen Geräten liegt der Abstumpfungswinkel
häufig bei 5-15o. Der wichtigste technische Vorteil der Ulbricht-Kugel-Nephelometrie besteht
darin, dass dieser Winkel auf < 5o reduziert werden kann. Zusätzlich wird gestreutes Licht über
einen soliden Winkel von fast 4π Steradianten
eingefangen, ein Aspekt, der zur Verbesserung
der Nachweisgrenzen beitragen kann. Das Albedometer baut direkt auf diesen Ansätzen auf,
indem es die technischen Vorteile von CRDS mit
der Ulbricht-Kugel-Nephelometrie kombiniert.
Funktion des Geräts
Abbildung 1 illustriert den Versuchsaufbau, der
dem in unseren technischen Arbeiten ursprünglich dargestellten Aufbau ähnlich ist [4,5]. Umgebungsluft wird entweder durch den AerosolEinlass oder durch einen Luftfilter angesaugt.
Der Filter kann Partikel aus der Probe filtern,
was zu einer spektroskopischen Leerstelle führt.
Danach wird die Probe entweder durch den Innenraum eines Kugelnephelometers oder durch
eine transparente Röhre innerhalb der Kugel
gesaugt. Der Albedometer verwendet CRDS mit
einem frequenzgedoppelten Nd:YAG-Laser zur
Extinktionsmessung bei 532 nm. Bei CRDS wird
die Lichtabschwächungsrate gemessen, wenn
ein kurzer Lichtimpuls in einem zwischen zwei
hochreflektiven Spiegeln (R > 0,999) geformten optischen Resonator kreist. Nach Einfall
des Lichts in den Resonator wird der Strahl
ausgeschaltet. Daraufhin fällt die Lichtintensität mit der Zeit (erste Ordnung) mit einer Zeitkonstante τ exponentiell ab. Die Zeitkonstante
τ ist die Zeit, die die Intensität braucht, um auf
1 / e des Originalwertes abzufallen. Da die Spiegelreflektivität festgelegt ist, führt nur Lichtabsorption und Streuung durch die zwischen den
Spiegeln platzierte Probe zu einer Änderung
▲ Bild von den Rauchschwaden eines Großflächenbrandes, die südlich von Quebec über die
großen Seen und den Nordosten der Vereinigten
Staaten treiben. Das Bild wurde mit einem Bildgebungsradiospektrometer mittlerer Auflösung
(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)) am 7. Juli 2002 vom TERRA-Satelliten aufgenommen. Bei visueller Untersuchung
sieht die Rauchfahne ganz anders aus als der übrige Dunst oder die Wolken. Dieser Unterschied
könnte auf einem Unterschied in der Albedo der
Einfachstreuung beruhen. Das Bild wurde freundlicherweise von Jesse Allen vom NASA Earth
Observatory zur Verfügung gestellt.
GPC/SEC
der optischen Verlustrate und einer dementsprechenden Veränderung von τ. Die HohlraumZeitkonstante (τ) kann dann mit dem
Probenextinktionskoeffizienten durch die in
Abbildung 1 gezeigte Gleichung verbunden
werden, wenn die Spiegelreflexivität (R), der
Abstand zwischen den Spiegeln (L) und die
vom Licht benötigte Zeit für eine „Rundreise“
durch die Zelle (tr) bekannt sind. Die Auswirkungen von Partikeln und absorbierenden Gase
kann zu einer Veränderung von τ führen. Experimentell wird die Wirkung von Gasen durch
den Einsatz gefilterter Luft als spektroskopische Leerstelle subtrahiert. Man findet bei unserem System häufig Abklingzeiten im Bereich
von 25 – 35 µs, wodurch Detektionsgrenzen
von bext < 1 Mm-1 erreicht werden. In der Versuchsanordnung werden Umgebungsdruck und
Temperatur zusätzlich am Messzellenausgang
überwacht. Dies ermöglicht die Berücksichtigung von Korrekturen bei der Rayleigh-Streuung aufgrund von Veränderungen der Luftdichte. Daher wird die relative Feuchtigkeit der
Probe ebenfalls aufgezeichnet, da sich bekanntlich die optischen Eigenschaften des Aerosols in Abhängigkeit von der relativen Feuchtigkeit ändern.
Gleichzeitig misst das Gerät in einem zweiten
Kanal das vom reflektierenden Strahl gestreute
Licht mit einem Ulbricht-Kugel-Nephelometer
und einer zweiten Photomultiplierröhre. Das Innere der von uns verwendeten 30,5 cm-Kugel ist
mit einem diffus reflektierenden Lambertschen
Material beschichtet (ebenfalls in Abbildung 1
dargestellt) mit R > 0.95 für die sichtbare Region.
Das Streukanalsignal zeigt ebenfalls einen zeitlichen exponentiellen Abfall. Für die quantitative
Analyse wird das Streukanaldetektorsignal (Iscat)
zum CRDS-Kanaldetektorsignal (ICRDS) an allen
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Abb. 1: Illustration des Albedometers. Der Extinktionskoeffizient wird durch Bestimmung von τ, der
CRDS Zellzeitkonstanten, gemessen. Der Streuungskoeffizient wird durch Messung der Streuungslichtintensität auf einem zweiten unabhängigen Kanal durch den Streuungs-Photomultiplier bestimmt.
Das Foto zeigt das Innere einer Hälfte des Kugel-Nephelometers. Zu sehen sind die transparente Röhre,
diffuses Reflexionsmaterial, der Interferenzfilter sowie der bogenförmige Lichtdämpfer.
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Abb. 2: Sicht auf die San Gabriel Mountains am
8. Juni 2010 von Pasadena (Kalifornien) aus. Die
Fotos wurden in einem Abstand von ca. 6 Stunden aufgenommen. Die Einfügungen zeigen optische Daten, die etwa zur selben Zeit mit dem Albedometer aufgenommen wurden. Die hellgrüne
Spur stellt die CRDS-Daten dar (ICRDS), und die
schwarze Spur sind die Streuungskanalmesswerte (Iscat). Mit zunehmendem Dunst ist ein deutlicher Anstieg des Iscat / ICRDS-Verhältnisses (rote
Spur) zu sehen. Ein Abfall der Hohlraum-Zeitkonstante (τ) ist für den dickeren Dunst zu beobachten. Die Berge liegen in einer Entfernung von ungefähr 8 km.
bracht. Strawa et al. [6] haben nachgewiesen,
dass dieses Verhältnis durch eine Konstante
K’, die die Effizienz der Lichtansammlung, der
elektronischen Gewinne des Detektors usw.
berücksichtigt, linear proportional zum Streukoeffizienten (bscat) ist. Das Iscat / ICRDS -Verhältnis wird dann für viele Punkte gemittelt, und
diese Messung wird durch Kalibrierung mit
Gasen mit bekanntem Rayleigh-Streukoeffizienten (häufig werden CO2 und R-134a verwendet) zum Streukoeffizienten ins Verhältnis
gesetzt. In der ersten Aufbaugeneration füllten
Aerosole die Kugel. Die zweite Generation
642 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
von Instrumenten enthält das Aerosol in einer
transparenten Glasröhre zur Verringerung des
Probenvolumens und der Reaktionszeit des
Instruments. Die Differentialreflektion von der
Glasröhre kann die Lichtkollektionseffizienz als
Funktion des Streuwinkels beeinflussen.
Abbildung 2 zeigt Fotos und CRDS-Messungen, Streukanalwellenformen und Iscat /
ICRDS-Verhältnisse für Umgebungsaerosole, die
in Pasadena (Kalifornien) aus Proben erfasst
wurden. Die Fotos und Daten wurden in einem
Abstand von etwa 6 Stunden aufgenommen
und zeigen deutlich die Veränderung der Ae-
rosolbelastung im beobachteten Zeitraum. Für
die Zahl links betrug der gemessene PM2.5 Aerosolextinktionskoeffizient 60 – 65 Mm-1. Das
viel verschwommenere Foto rechts zeigt einen
Zeitraum, in dem der PM2.5 Aerosolextinktionskoeffizient ungefähr 160 Mm-1 betrug. Bei Betrachtung der Datenspuren sieht man deutlich
die Veränderung der relativen Größe der CRDS
und der Streukanalsignale. Das Iscat / ICRDSVerhältnis erhöht sich von 1,5 auf 3,3 mit vermehrter Aerosolbelastung. Eine Verringerung
der Abklingzeitkonstante (τ) von 16,6 auf 11.2
µs ist ebenfalls anhand der Daten abzulesen.
Partikelmesstechnik
Potenzielle technische Vorteile und Probendaten
Es gibt eine Reihe anerkannter Vorteile dieser Messplattform. Erstens
werden Streuungs- und Extinktionsmessungen gleichzeitig an genau demselben Probenvolumen
vorgenommen. Dies trägt dazu bei,
Messunsicherheiten aufgrund mehrerer verschiedener Instrumente mit
völlig unterschiedlichen Aerosolproben auszuschließen. Aerosolpartikel
können manchmal in Rohrsystemen, die verschiedene Instrumente
miteinander verbinden, verlorengehen. Außerdem können große Unterschiede in den Messvolumina zu
Ungenauigkeiten und / oder Fehlern
bei der Darstellung der Albedo führen. Die Verwendung von UlbrichtKugel-Konstruktionen
verringert
den Abstumpfungswinkel auf
durchschnittlich ungefähr 3o. Dies
erhöht die Brechung von gestreutem Licht das eingefangen wird. Ein
anderes einzigartiges Merkmal dieser Anordnung ist die Tatsache, dass
die Streuungsmessung während der
CRDS-Transiente durchgeführt wird,
während der Strahl zwischen den
Spiegeln zirkuliert. Da die effektive
„Zeitkonstante” der Ulbricht-Kugel
selbst nur im Nanosekunden-Bereich liegt, wird jegliches Laserstreulicht, das während des Initialimpulses in die Kugel eingebracht
wird, schnell abgeschwächt / beseitigt. Der CRDS-Strahl zirkuliert noch
etliche Mikrosekunden weiter, und
da die Streumessung während dieser Zeit vorgenommen wird, findet
man nur Licht, das vom Resonanzstrahl gestreut wird. Dadurch wird
sichergestellt, dass die Messung
frei von den Effekten des Laserlichts
ist, das von den Wänden oder den
Oberflächen der Kugel abgelenkt
und gestreut wird.
Schlussfolgerung
Das Aerosol-Albedometer bietet
gleichzeitige Gesamtmessungen
optischer Streuung und Extinktion
von Umgebungsaerosolen. Man
geht davon aus, dass diese Plattform bei der Durchführung von
stationären Umgebungsmessungen oder Messungen an Bord eines Flugzeugs von Nutzen sein
kann. Die hochsensitive und
schnelle Reaktionszeit des Instruments kann zu einem besseren
Verständnis der Auswirkungen
von Aerosolen auf den Strahlungstransport in der Erdatmosphäre beitragen. Zukünftige Entwicklungen werden sich auf die
weitere Reduktion von Gerätegröße und Winkelabstumpfung
konzentrieren. Zusätzlich könnten
noch Messungswellenlängen dazukommen.
Literatur
[1]Smith J.D. and Atkinson D.B.: Analyst, 126, 1216 (2001)
[2] Varma R. et al.: Optics Lett. 28,
1007–1009 (2003)
[3] Fukagawa S. et al.: Applied Optics
44, 3520–3526 (2005)
[4] Thompson J.E. et al.: Optics Express 16(3), 2191–2205 (2008)
[5] Dial K.D. et al.: Anal. Chem. ASAP,
DOI:10.1021/ac100617j.
[6]Strawa A.W. et al.: J. Atmos. Ocean.
Technol. 20, 454–465 (2003)
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Prof. Jonathan Thompson
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 643
Diagnostik
L ife sciences
Klein, schnell und präzise:
Elektrochemische Biochips erobern den Point-of-Care-Bereich
22 Dr. habil. Axel Warsinke,
iPOC Forschergruppe,
Universität Potsdam
Für den immer wichtiger werdenden Point-of-Care-Bereich (engl. Point-ofCare Testing: POCT) werden an die Diagnostikahersteller sehr hohe Erwartungen gestellt. Einerseits sollen die Testsysteme einfach zu bedienen sein,
dann sollen sie innerhalb von wenigen Minuten das Testergebnis anzeigen,
und schließlich sollen die Ergebnisse genauso exakt sein wie die Ergebnisse,
die mit Standardverfahren erhalten werden.
Die Natur stellt dem Bioanalytiker hierfür ausgeklügelte molekulare Erkennungselemente in
Form von Nukleinsäuren, Rezeptoren, Antikörpern, Enzymen und ganze Zellen zur Verfügung, die ihm beim gezielten Aufspüren des
gesuchten Analyten in der zu untersuchende
Probe behilflich sind. Einerseits gelingt es
durch die Schlüssel-Schloss-ähnliche Passfähigkeit zwischen dem Analyten und dem Erkennungselement in Anwesenheit von vielen
644 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
anderen Molekülen nur eine einzige Molekülstruktur (Analytmolekül) aufzuspüren (zu binden), andererseits zieht der Prozess der molekularen Erkennung ein biochemisches Signal
nach sich, das es dem Bioanalytiker erlaubt,
die Bindung relativ einfach nachzuweisen. Dies
kann zum Beispiel über optische, elektrochemische, massesensitive oder thermische Verfahren erfolgen. Ein bekanntes Beispiel für
POCT-Geräte mit optischer Anzeige sind Test-
Diagnostik
L ife S ciences
Funktionsprinzip von
elektro­chemischen
Biosensoren
Ein Weg, um nicht nur Ja/Nein
Aussagen zu erhalten, sondern
um die Konzentration eines Analyten genau und einfach bestimmen zu können, besteht darin,
das Erkennungsmolekül auf einen
hochsensitiven elektrochemischen
Sensor zu fixieren und die Bindung des Analyten über eine Stromänderung anzeigen zu lassen.
Auf eine bei den optischen Verfahren zunächst notwendige Umwandlung des biochemischen in
ein optisches Signal und dann
erst in ein elektrisches Signal
kann dabei verzichtet werden. Zu-
dem können für die Herstellung
von elektrochemischen Sensoren
Produktionsverfahren aus der Mikroelektronik adaptiert werden.
In hohen Stückzahlen hergestellt,
sinken die Produktionskosten für
solche Sensoren dann auf ein
paar Cent.
Die meisten elektrochemischen
Biochips finden im Rahmen des Diabetesmanagements Anwendung.
Mehr als 5 % der Weltbevölkerung
leiden bereits jetzt unter Diabetes,
und täglich kommen neue Fälle
dazu. So werden heute ca. 85 %
des Biosensormarktes durch Biosensoren für die Blutzuckerbestimmung gestellt.
Für die elektrochemische Blutzuckersensoren kommen vor allem zwei Transduktionsprinzipien
zur Anwendung: 1. das mediatorfreie oder 2. das mediatorgestützte Prinzip.
Mediatorfreie
Enzym­sensoren
Der erste Typ arbeitet mit dem Enzym Glucoseoxidase, das auf einem
Platinsensor immobilisiert ist. Das
Enzym wandelt sehr spezifisch Glucose (Blutzucker) unter Sauerstoffverbrauch zu Gluconolacton und
Wasserstoffperoxid um. Das Wasserstoffperoxid wird an einem Platinsensor oxidiert. Der dabei fließende Strom wird gemessen und
ist in einem bestimmten Bereich
direkt proportional zur Glucosekonzentration. Diese Art der Messung findet z. B. im Glukometer Pro
(siehe Abb.) der Firma BST Bio Sensor Technology Anwendung. Das
besondere an diesem Gerät besteht
darin, dass mit einem Sensor viele
Messungen durchgeführt werden
können. Neben einer erheblichen
Kostenreduktion ist dadurch eine
sehr genaue Kalibrierung und
Nachkalibrierung des Sensors möglich, die bei diesem Gerät automatisch erfolgt.
Mediatorgestützte
Enzym­sensoren
Elektrochemischer Chip der iPOC Gruppe, mit
11 kreisförmig angeordneten Goldsensorspots.
Der zweite Typ von Enzymsensoren
nutzt das mediatorgestützte Prinzip in sogenannten Einwegsensorstreifen. Hier können aufgrund der
Einmalmessungen nur Batchkalibrierungen durchgeführt werden.
Neben der Glucoseoxidase wird
beim mediatorgestützten Prinzip
oft auch Glucosedehydrogenase
verwendet. Der Mediator stellt eine
redoxaktive organische Verbindung
dar, die in der Lage ist, Elektronen
zwischen dem aktiven Zentrum des
Enzyms und dem elektrochemischen Sensor zu transportieren. Der
Mediator kann in dem Enzymsensor in freier oder in immobilisierter
Form (z. B. als Redox­polymer) vorliegen. So enthält der FreeStyleSensor der Firma Abbott neben einer Glucosedehydrogenase ein
Redoxpolymer mit einem Osmiumkomplex als Mediator. Nur 0,3 µl
Blut sind für die Blutzuckerbestimmung notwendig, eine Menge, die
sich nahezu schmerzfrei aus dem
Unterarm entnehmen lässt. Ein
ähnliches Prinzip wird von Abbott
bereits im Free Style Navigator für
die kontinuierliche in vivo-Blutzuckerbestimmung am Oberarm angeboten. Mit dem Sensor können
innerhalb der maximalen Messzeit
von fünf Tagen ca. 7.000 Messungen durchgeführt werden.
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Diagnostik
L ife sciences
Was für die elektrochemische Blutzuckerbestimmung im POCT-Bereich heute bereits Realität ist, ist für die DNA- und Proteinanalytik
gegenwärtig noch Vision. Neben der Einschätzung, ob ein Akutfall, z. B. in Form eines Herzinfarktes oder Schlaganfalles, vorliegt, wird die
zeitnahe Diagnose einer bestimmten Krankheit
oder die zu erwartende Reaktion eines Patienten auf ein Medikament immer wichtiger. Es
werden einfache Testsysteme benötigt, die im
Notfallwagen, in der Arztpraxis, am Krankenbett oder vom Patienten selbst angewendet
werden können. Erste elektrochemische POCTGeräte für die Proteinbestimmung im Blut sind
bereits auf dem Markt. Die Firma Abbott hat
bereits vor einigen Jahren ein POCT-Gerät für
die professionelle Anwendung mit dem Namen
iStat auf den Markt gebracht, bei dem ein elektrochemischer Antikörperchip im Kassettenformat die Bestimmung von Markerproteinen
erlaubt. Für die Diagnose von Herzinsuffizienz
wird seit wenigen Monaten ein elektrochemischer Antikörperchip im Teststreifenformat von
der Firma Alere unter dem Namen Heart Check
vertrieben, mit dem es zum ersten Mal möglich ist, mit nur 15 µl Blut aus der Fingerbeere
die Analyse im Rahmen einer Patientenselbstkontrolle durchzuführen. Das dabei nachzuweisende Protein wird ähnlich wie bei einem
Enzymimmunoassay durch zwei Antikörper gebunden, wobei ein Antikörper mit dem Enzym
Peroxidase markiert ist. Das Produkt der Peroxidasereaktion wird schließlich sensorisch an
einem Kohlenstoffsensor nachgewiesen.
An der Universität Potsdam werden in der
vom BMBF geförderten iPOC-Forschergruppe
(iPOC: Integrierte Proteinchips für die Point-ofCare-Diagnostik) neuartige elektrochemische
Biochips entwickelt, die die parallele hochsensitive Bestimmung von 1–10 Proteinen in Blutmengen unter 10 µl Blut erlauben sollen. Dazu
wird interdisziplinär an Kernproblemen wie der
gezielten Expression und Modifikation von Proteinen, waschfreien Immunoassayformate, Immobilisierung, Miniaturisierung von Fluidiksystemen und der Chipinte­gration gearbeitet. Die
iPOC-Plattform wird zunächst für den Nachweis
von Proteinen aus den Bereichen Herz-Kreislaufund Diabeteserkrankungen entwickelt, sollte
sich später aber auch für die Diagnose anderer
Krankheiten eignen. Mit den im iPOC-Projekt
hergestellten Chips (11 kreisförmig angeordnete
Goldelektroden mit je 0,5 mm im Durchmesser;
im Zentrum: 1 Referenzelektrode und 1 Gegenelektrode) (siehe Abb.) konnten bereits erste
elektrochemische Messungen parallel durchgeführt werden.
▶ ▶K ontakt
www.bio.uni-potsdam.de/nachwuchsgruppen/ipoc
Showcase
See the Research Microscopy Evolution
Nikon nennt es die Evolution der aufrechten Forschungsmikroskope: Abgeleitet von der hoch-modularen Stratum-Architektur von Nikon’s erfolgreichem Inversen Mikroskop „Ti“ kommen zur Biotechnica 2011 die Mikroskope Ni-U (Manuell, teil-motorisierbar) und Ni-E (Z-Motor, modular- bis
voll-motorisierbar) auf den Markt.
In drei Kernpunkten zusammengefasst, erweitert die Serie „Ni“ die Anwendungsmöglichkeiten aufrechter Forschungsmikroskope in der biomedizinischen Forschung:
▶„Application Building System“ mit hoch-modularer Ausbaufähigkeit: für die Erzielung
der optimalen Mikroskop-Konfiguration bei individuellen Anwenderanforderungen.
▶Spitzen-Optik, repräsentiert durch Nikon’s neue Plan-Apo Objektive „Lambda, λ“: ihre
neue „Nano Crystal Coat“-Beschichtung ermöglicht gestochen scharfe Bilder, in denen
die Fluoreszenzsignale von Blau bis Nah-IR aus derselben Fokusebene kommen. Das
erhöht die Aussagekraft von Mehrfach-Fluoreszenzexperimenten.
▶High-Speed Motorisierung: für den glatten Ablauf komplexer Imaging-Sequenzen
- auch mit Nikon’s Confocals „C2“ und „A1“ – mit gemeinsamer Nikon Imaging
Software „NIS-Elements“.
Praktische Details erhöhen die Ergonomie und einfache Bedienbarkeit des Ni-Systems: Mit
dem beliebig auf dem Labortisch positionierbaren Ergo Touch Pad „L3“ ist das Mikroskop
schnell und treffsicher eingestellt, seine Parameter sind sicher unter Kontrolle. Ein quadrokularer Ergo-Tubus mit motorisierter Lichtwegweisung schickt auf „Touch“ das Bild zur
gewünschten Kamera, zum Confocal oder zu den Augen.
[email protected]
www.nikoninstruments.eu
646 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Die Modularität der Ni-Serie geht so weit, dass auf Basis des Ni-E auch ein hoch-stabiles Mikroskop mit Objektiv-Fokussierung („fixed stage“) mit Multi-Photonenmikroskopie für „Deep Imaging“ z.B. in der Neurobiologie gebaut werden kann.
Labormarkt
Licht in die Echtzeit-FRAP
Olympus stellt sein Cellfrap-Modul für
das Lebendzell-Bildaufnahme- und
Manipulationssystem Xcellence vor,
das Techniken wie FRAP (Fluorescence
Recovery After Photobleaching), iFRAP
(inverses FRAP), FLIP (Fluorescence
Loss In Photobleaching) und FLAP (Fluorescence Loss After Photobleaching)
ermöglicht. Das System eignet sich
außerdem für komplexere Verfahren wie Fotokonversion, Fotoaktivierung, Pattern Bleaching, Laserschneiden und
Laser-Trapping. Das Modul verfügt über ein spezielles Lasersystem und einen eigenen Strahlengang, wodurch simultane Bildgebung und Fotomanipulation möglich sind. Diese anspruchsvollen Techniken sind über die intuitiv zu
bedienende Benutzeroberfläche der Software einfach zu steuern. Das Modul wird über einen separaten Strahlengang in das Mikroskop eingefügt und kann zwei getrennte Laserlinien oder einen Laser-Combiner aufnehmen.
Olympus Deutschland GmbH
2TGRCTCVKXG
%JTQOCVQITCRJ[
5[UVGO
Tel: 040/23773-4312, [email protected], www.olympus.de
Digital-Refraktometer „denkt mit“ beim Probenhandling
A und O für genaue und reproduzierbare Messungen mit
einem Refraktometer sind ein sauberes Messprisma und
eine gute Probenauftragung. „Smart Measure“, die neueste Erfindung von Rudolph Research Analytical, unterstützt Sie dabei. Smart Measure prüft automatisch, ob
vor der Probenauftragung das Prisma völlig sauber ist,
ob ausreichend Probe aufgetragen ist und ob die Ergebnisse von Kalibriermessungen plausibel sind, ob Bläschen
auf dem Prisma die Messung stören, wie sie z. B. bei kohlensäurehaltigen Getränkeproben auftreten können. Das
J457 nutzt das bewährte Prinzip der beidseitigen elektronischen Temperierung. Dabei umschließt der Deckel die
Probe berührungslos. Das Prisma sitzt fugenlos in der flachen Probenmulde, was die rückstandslose Entfernung
von Proben erleichtert. Der weite Messbereich von 1,26 bis 1,72 schließt auch Substanzen mit extrem niedrigem
Brechungsindex wie Sevofluran ein. Die Messtemperatur können Sie zwischen 10 °C und mindestens 100 °C
einstellen. Sie tragen die Probe auf, drücken die Start-Taste und los geht‘s: Das J457 prüft die Probenauftragung
und die Temperatur, mißt mit einer Präzision von ±0.00002 den Brechungsindex und zeigt das Ergebnis in der von
Ihnen gewählten Skala an. Das Messprotokoll können Sie an handelsübliche Bürodrucker oder Computer senden.
Standards wie USP, Phar. Eu., 21 CFR Part 11, GLP/GMP, ASTM ... sind selbstverständlich. Eine Kalibrierflüssigkeit
mit Zertifikat ist im Zubehör enthalten.
TEC++ Dr. Volker Schmidt GmbH
Tel.: 06154/623050, [email protected], www.tecplusplus.de
r %QORCEVCPF
LC/MS-Analyse bei der Medikamentenentwicklung
Shimadzu hat seine Nexera MP UHPLC
als Front-End-System für die LC/MS
vorgestellt. Sie eignet sich für LC/MSAnalysen im Zusammenhang mit pharmakokinetischen Untersuchungen oder
für die Analyse von Synthesestadien im
Verlauf der Medikamentenentwicklung.
Der SIL-30ACMP Multiplate Autosampler, der in dem System zum Einsatz
kommt, eignet sich sehr gut für LC/MS-Analysen und zeichnet sich durch die beste Reproduzierbarkeit injizierter
Mikrovolumina aus sowie durch die weltweit höchste Injektionsgeschwindigkeit und die geringste Verschleppung.
Durch die Kombination mit dem LCMS-8030 Triple-Quadrupol-Massenspektrometer oder dem LCMS-2020 SingleQuadrupol-Massenspektrometer lässt sich ein System zusammenstellen, das Mehrfachproben schnell und mit hoher
Genauigkeit analysiert.
Shimadzu Deutschland GmbH
Tel.: 0203/7687231, [email protected], www.shimazdu.de
OQFWNCTU[UVGO
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HQTCNNWPKVU
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HQTCNNWPKVU
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*KNRGTVUVTC»GC
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Labormarkt
UV/VIS-Spektralphotometer
Weiße PCR-Produkte
VWR bietet drei neue Modelle
von Einstrahl-VIS- und -UV/VIS
Spektralphotometern an – jedes
mit einem Ready-to-use-Paket
inklusive Küvetten aus Glas und
Quarzglas (nur UV-Modelle). Das
V-1200 Spektralphotometer ist
ein VIS-Basismodell mit einem
robusten Gehäuse. Das Gerät
ist besonders geeignet für Lehrzwecke und die einfache tägliche Qualitätskontrolle. Beide UV-Modelle bieten eine
Vielzahl an Zubehör – darunter einen automatischen 8-fach Küvettenwechsler, Sipper
(mit oder ohne Temperaturregelung) sowie thermostatisierbare Küvettenhalter. Die
Software ist inbegriffen. Der interne Speicher kann 200 Datensätze und 200 Standardkurven speichern – praktisch zum Überprüfen und Neuladen. Das vorjustierte
Design erleichtert den Lampenwechsel. Außerdem gibt es ein großes Probenfach, das
Küvetten mit einer Pfadlänge von 5-100 mm und optionale Halter sowie elektronische thermostatisierbare Küvettenhalter, Sipper und mehr aufnehmen kann.
Brand erweitert seine Palette an
besonders dünnwandigen Einmalprodukten um eine weiße
PCR-Linie (8er-Strips und Platten
mit 24, 48, 96 und 384 wells).
Sie ist auf die Anforderungen bei
der quantitativen Real-Time-PCR
(qPCR) zugeschnitten. Die weißen
PCR-Strips und -Platten ermöglichen deutlich bessere Ergebnisse
bei der Auswertung der Fluoreszenzsignale und damit bei der
Quantifizierung der gebildeten
DNA. Sie sind insbesondere für den Einsatz im Roche LightCycler 480 geeignet. Mit
Titandioxid (TiO2) gleichmäßig weiß eingefärbt, haben sie eine glatte Oberfläche für
eine optimale Reflexion des Fluoreszenzsignals. Sie sind universell in nahezu allen
gängigen Thermocyclern einsetzbar. Extradünne, gleichmäßige Wandstärken sorgen
für einen optimalen Wärmetransfer und kurze Zykluszeiten. Die Produkte sind unter
modernsten Reinraumbedingungen hergestellt und DNase-, DNA- und RNase-frei.
VWR International GmbH
Tel.: 06151/3927-0, [email protected], www.vwr.com
Brand GmbH & Co. KG
Tel.: 09342/808-0, [email protected], www.brand.de
Gefahrstoff – Wissen aus erster Hand
Asecos hat eine neu bearbeitete Broschüre vorgestellt, in dem die wichtigsten Fragen zu Gefahrstoffen beantwortet werden: Was bedeuten
welche Gefahrstoffsymbole? Wie muss was gelagert werden? Welche gesetzlichen Vorgaben gibt
es, die beachtet werden müssen? Das 70-seitige
Nachschlagewerk bietet praxisorientiert und verständlich aufbereitet den aktuellen Wissensstand.
Dabei wird beschrieben, wie entzündbaren Flüssigkeiten, oxidierende Stoffe, Säuren/Laugen und
Druckgasflaschen gelagert werden sollten. Zusätzlich werden die relevanten Gesetze,
Verordnungen und Regeln dargestellt. Nutzer finden auch Tipps für den richtigen
Umgang mit den einzelnen Stoffklassen sowie zur Entsorgung.
Asecos GmbH
Tel.: 06051/9220-785, [email protected], www.asecos.com
Isolierung frei zirkulierender DNA
Chemagen stellt sein Magnetic Separation Module I vor:
Die Isolierung frei zirkulierender DNA aus Plasma gewinnt
in der Medizin immer mehr an
Bedeutung. So ist es möglich,
Darmkrebs anhand des Methylierungsstatus des Biomarkers Septin9 zu erkennen. Des
Weiteren kann zur Pränataldiagnostik die fötale DNA aus maternalem Plasma isoliert werden. Neueste Erkenntnisse zeigen, dass, bevor ein transplantiertes Organ abgestoßen wird, ein Anstieg an
frei zirkulierender DNA des Spenders im Blut des Transplantierten zu beobachten ist.
Diese Methoden benötigen ein sehr sensitives Isolierungsverfahren, um die zellfreie
DNA aus 1– 4 ml Plasma zu extrahieren. Das vorgestellte Produkt ermöglicht eine
verlässliche Isolierung aus bis zu 24 Proben.
Chemagen AG
Direkte Feststoffanalyse in der AAS
Tel: 02401/805500, [email protected], www.chemagen.com
Analytik Jena stellt das High-Resolution Continuum Source-Atomabsorptionsspektrumeter für Graphitrohrtechnik ContrAA 600 aus
seiner AAS-Serie vor. Feste Proben
wie Pulver, Granulate und Fasern,
aber auch pastöse Materialien wie
Cremes, Schlämme oder viskose
Öle können meist ohne jegliche
Probenvorbereitung direkt im Graphitrohr analysiert werden. Mit dem SSA 600, einem vollautomatischen Probengeber
für die Feststofftechnik, werden viele Anwendungen in der Lebensmittelanalytik, der
Umweltanalytik, der Kosmetik und der Pharmazie und insbesondere in der Materialanalyse, der Metallurgie oder der Elektronik besonders einfach. Selbst die Bestimmung
von Spurenelementen erfolgt meist völlig störungsfrei. Kleinste Konzentrationen lassen
sich ohne das Verdünnen der Probe zuverlässig bestimmen. Die Vorteile in Kombination
mit der analytischen Performance des HR-CS AAS ContrAA 600: Simultane Untergrundkorrektur; schnelle, einfache und effiziente Analyse der Originalprobe; präzise Messergebnisse; höchste Empfindlichkeit und einfacher Routineeinsatz.
Die Firma Lauda Dr. Wobser
stellt seine Thermostate „Lauda
Alpha“ vor. Sie decken einen
Großteil aller Basisanwendungen im Temperaturbereich von
-25 bis 85 °C ab. Alle Geräte
verfügen über eine Drei-Tasten-Bedienung mit großer und
klar lesbarerer LED-Anzeige.
Die Thermostate sind für den
Betrieb mit nicht brennbaren
Flüssigkeiten (Wasser, Wasser/
Glykol) und sowohl für interne als auch externe Temperieraufgaben geeignet. Eine
Ein-Punkt-Kalibrierung der Thermostate lässt sich durch den Anwender durchführen.
Analytik Jena AG
Lauda Dr. Wobser GmbH & Co. KG
Tel.: 03641/7770, [email protected], www.analytik-jena.de
Tel.: 09343/503-0, [email protected], www.lauda.de
648 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Wärme- und Kältethermostate
Labormarkt
Handbuch Distanceelemente, Schutzelemente
Im Handbuch Thomaplast-IV präsentiert Reichelt Chemietechnik ein klassisches Programm für den Maschinen- und
Apparatebau sowie für die Konstruktions- und Fertigungstechnik. Die Produktgruppe umfasst Unterlegscheiben, Dichtringe, Isolierhülsen, Distancehülsen, Abstandsbolzen und
Isolierstützer aus unterschiedlichen Werkstoffen sowie Kabelbinder. In einem weiteren Kapitel dieses Handbuchs werden Lamellenstopfen, Verschlussstopfen sowie Schutzkappen
vorgestellt, wobei als Besonderheit die Rubrik der Hochtemperatur-Stopfen-, und Kappen zu nennen ist. Hier stehen die
Werkstoffe PVC, EPDM und Silikon zur Verfügung, wobei
Temperaturbelastungen je nach Werkstoff bis 280°C permanent möglich sind. Die Produkte werden bedarfsbezogen in
kleinen Packungseinheiten angeboten. Mindermengenzuschläge werden nicht erhoben. Das Handbuch kann kostenlos per Mail angefordert werden unter: [email protected]
oder per Fax unter 06221-312510.
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Reichelt Chemietechnik GmbH & Co.
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Kristallisation von Membranproteinen
Für Kristallisationsexperimente mit Membranproteinen entwickelte Zinsser Analytic das automatische System ProCrys Meso
Plus das nun erhältlich ist. Stark viskose Proteine werden ab 20
nl Volumen präzise auf Trägerplatten abgesetzt. Per Laservermessung wird die Abgabeposition eines Proteintropfens in allen
drei Dimensionen bestimmt. Ein zusätzlicher Oberflächensensor
tastet die Proteinplatte ab und korrigiert die Abgabepositionen
bei Unebenheiten oder schiefer Vorlage der Platte. Screens ab
0,5 µl werden positionsgenau und dank integrierter Level Detektion kontaminationsfrei über den Proteintropfen dosiert. Das
System ist leicht in robotergesteuerte Lagersysteme integrierbar
und komplett eingehaust, um Kontamination durch Staub zu
verhindern. Die integrierte Luftbefeuchtungsanlage mindert das
Verdampfen der Screeninglösungen.
Zinsser Analytic GmbH
Tel.: 069/789106-0, [email protected],
Wasseraktivitätswerte in fünf Minuten
Das Decagon Aqualab 4TE erlaubt es Nahrungsmittelherstellern und -verarbeitern Wasseraktivitätswerte in Laborqualität auf der Produktionsstraße, in
der Aufbereitungsanlage und in den Lagereinrichtungen zu messen, überall da, wo die Nutzer die Sicherheit und Qualität der Produkte und Zutaten
überprüfen müssen. Die Messung der Wasseraktivität kann in weniger als fünf Minuten und mit einer
Genauigkeit von +/-0,003 aw ausgeführt werden.
Die Wasseraktivität ist temperaturabhängig und die
interne Temperaturkontrolle des Gerätes erlaubt
eine Nutzern eine Messtemperatur von 15 ˚C bis 50
˚C einzustellen. So kann das Gerät überall genutzt werden, sogar außerhalb einer temperaturgeregelten
Einrichtung. 7,5 ml der Produktprobe werden in einen Wegwerfbecher gelegt, durch einen Probekammerdeckel versiegelt, und die endgültigen Werte werden dann auf dem integrierten Display angezeigt. Das
Messgerät nutzt die Taupunktspiegeltechnologie, um schnell und präzise Messungen der Wasseraktivität
zu erhalten. Daten über Zeit, Datum und Nutzer bei jeder Messung der Wasseraktivität, und hat eine
Kapazität für 8000 sichere Datenpunkte werden gespeichert. Die Nutzerkalibrierung ist ein einfacher
und intuitiver Prozess, die auch im Datenspeicher des Gerätes aufgenommen wird.
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GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011 • 649
Labormarkt
Optische Lösungen
pH-Messung im Labor
Die Hellma Gruppe bietet optische Lösungen aus Glas, Quarz und Kalziumfluorid – wesentliche Schlüsselkomponenten von Analyseinstrumenten,
Anlagen und Maschinen. Das Produktportfolio reicht vom Rohmaterial
über Einzelkomponenten bis hin zur
integrierten Lösungen. Die Gruppe
ist weltweit tätig, hat elf Tochtergesellschaften und arbeitet mit rund 50
Vertretungen. Produziert wird ausschließlich an den Standorten Müllheim und Jena. Zur Gruppe gehören die Unternehmen Hellma Analytics, Hellma Optics
und Hellma Materials. Tätigkeitsschwerpunkte der Hellma Analytics sind Küvetten aus
Glas und Quarz, faseroptische Sonden, Lösungen für die Mikrovolumenanalyse und
Kalibrierstandards für Spektralfotometer. Der Geschäftsbereich Optics produziert und
vermarktet Plan,- Zylinder, torische und Spezialoptiken. Hellma Materials züchtet und
vertreibt Kalziumfluorid Kristalle für den Einsatz in der Mikrolithografie.
Für einfache und präzise pH-Messungen
im Labor stellt Hanna Instruments das
Hand-pH-Meter HI 9125 vor. Das Messgerät für pH, Redox und Temperatur wurde
jetzt redesigned und in der Handhabung
optimiert. Mit seinem schlanken Gehäuse
verfügt es über ein großes Multifunktionsdisplay mit vielen Informationen und Symbolen,
die den Nutzer durch Mess- und Kalibriervorgang führen. Eine automatische Temperaturkompensation und Kalibrierung sorgen für zuverlässige Messwerte mit Laborpräzision (±0,01
pH). Mit den unterschiedlichsten pH-Elektroden
(BNC) kombinierbar ist das Gerät bei einer Vielfalt
von Anwendungen einsetzbar – etwa im Wasserund Umweltbereich oder in der Lebensmittelbranche.
Hanna Instruments GmbH
[email protected], www.hanna-de.com
Hellma GmbH & Co. KG
Tel.: 07631/182-0, www.hellma.com
Klimaschrank mit CO2-Regelung
Die beiden Membranpumpen ME 2 und ME 2C von
Vacuubrand sind in neuer technischer Ausführung als NT-Versionen erhältlich. Mit der
Nutzung der -Membrantechnologie der NTBaureihen konnte eine Leistungssteigerung
sowohl im Endvakuum als auch beim Saugvermögen erreicht werden. Der ruhige Lauf
ermöglicht den Einsatz als Arbeitsplatzpumpe.
Die optische Annäherung an die leistungsstärkeren zwei- bis vierstufigen Pumpen der
NT-Baureihe ist auf den ersten Blick erkennbar. Einfache oder parallel laufende Applikationen mit geringer Anforderung an das Endvakuum und mittlerem Gasdurchsatz
können somit optimal mit Vakuum versorgt werden. Typische Anwendungen sind die
Vakuumerzeugung am Trockenschrank, Einzelfiltrationen und Mehrfachabsaugvorrichtungen, sowie das Fördern und Evakuieren von Gasen. Mit dem optionalen Zubehör
eines Vacuu·LAN Mini-Netzwerks lassen sich unkompliziert parallele Laboranwendungen realisieren.
Der Klimaschrank mit CO2- und Feuchteregelung öffnet das Memmert-Portfolio für eine
ganze Reihe neuer Anwendungen. Die Kombination aus Temperatur, Feuchte und digitaler
CO2-Regelung macht das Modell ICH 256C zu
einem universell einsetzbaren Gerät für Prüfungen von Baustoffen oder Anwendungen in
der Zellbiologie, bei denen Temperaturen unter
Raumtemperatur notwendig sind. Der Klimaschrank deckt ohne Feuchte einen Temperaturbereich von -10 °C bis +60 °C ab, mit Feuchte
von +10 °C bis +60 °C. Die aktive Be- und
Entfeuchtung ist von 10-80 % rh einstellbar.
Die elektronische CO2-Regelung mit automatischer Nullstellung (NDIR-Messsystem)
stellt die präzise CO2-Atmosphäre von 0 bis 20 % mit einer Einstellgenauigkeit von
0,1 % sicher. Die CO2-Zufuhr erfolgt über einen Sterilfilter. Ergänzt wird die Modellreihe durch den Klimaschrank ICH 256 für Stabilitätsprüfungen in der Pharmazie sowie den ICH 256L mit einer Beleuchtungseinheit.
Vacuubrand GmbH & Co. KG
Memmert GmbH & Co. KG
Tel.: 09342/808-5550, [email protected], www.vacuubrand.com
Tel.: 09122/925-131, [email protected], www.memmert.com
Einstufige Vakuumpumpen
Camera Link Kameras mit CMOSIS Sensoren - 340 Bilder/s
Die Basler ace Camera-Link Kameras
arbeiten mit den neuen 5.5x5.5 µm
CMOSIS-Sensoren, die sich durch
hohe Empfindlichkeit und herausragende Bildqualität auszeichnen.
Die 2 Megapixel (2048x1088 Pixel,
2/3“ Sensor) acA2000-340k liefert
340 Vollbilder/s und die 4 Megapixel (2048x2048 Pixel, 1“ Sensor)
acA2040-180k schafft 180 Vollbilder/s. Mit Global Shutter und CL-Schnittstelle eignen
sie sich für Anwendungen mit hohem Durchsatz. Trigger- oder Flash-Support über separate IO-Anschlüsse und optionale PoCL Funktionalität reduzieren den InstallationsAufwand auf ein Minimum. Die Kameras (29 x 29 mm) besitzen ein kostenoptimiertes
Design, das bis jetzt von keiner Kamera mit derart hohem Datendurchsatz erreicht
wurde. Basler gibt diese Kostenvorteile weiter – die Kameras gibt es ab 1.090 € / Stück.
Rollen-Spezialketten
Vision 2011: Halle 4/Stand 4C15
Das Einsatzgebiet der Thomadrive
Rollenketten von Reichelt Chemietechnik liegt im Maschinenbau sowie
der Prozess-, Verfahrens- und Chemietechnik. Auch in der Biotechnologie und der Pharmaproduktion kommt diese Kettenspezifikation
zum Einsatz. Die Innenglieder werden aus Polycarbonat
hergestellt, wobei die Außenglieder und Bolzen aus Edelstahl 1.4305 bestehen. Die Produktvorteile: Besonders leicht
und geräuscharm; sehr sauber durch geschlossene Oberflächen am
Innenglied; hohe Korrosionsbeständigkeit; Witterungs- und Alterungsbeständigkeit; lange Lebensdauer, ohne Schmierung; Bruchkraft wesentlich höher als
bei reinen Kunststoffketten; Hauptabmessungen nach europäischem Standard DIN
8187. Das Antriebstechnik-Programm des Herstellers wird in einem Handbuch komplett dokumentiert, das kostenlos angefordert werden kann.
Rauscher GmbH
Reichelt Chemietechnik GmbH & Co.KG
Tel.: 08142/44841-0, [email protected], www.rauscher.de
Tel.: 06221/3125-0, [email protected], www.rct-online.de
650 • GIT Labor-Fachzeitschrift 09/2011
Firmenverzeichnis
2011
CASPAR & CO. LABORA GmbH
Fluororganische Verbindungen
Forschungschemikalien
Kundensynthesen
Silane und Silicone
Abzüge
Augenduschen
Laboreinrichtungen
Notduschen
Martin Christ GmbH
Gefriertrocknungsanlagen
Goodfellow GmbH
Keramiken
Polymere
Reinmetalle
JULABO Labortechnik GmbH
HELLMA GMBH & CO. KG
Kinematica AG
Faseroptische Systeme
Kalibrierstandards
Küvetten
Dispergiergeräte
Emulgiergeräte
Homogenisiergeräte
Mischer
Mühlen
Rührwerke
Schüttelgeräte
Viskosimeter
anamed elektrophorese gmbh
C + P Möbelsysteme GmbH & Co. KG
Hermle Labortechnik GmbH
Fertig-Gele
Laboreinrichtungen
Kühlzentrifugen
Zentrifugen
anthos Mikrosysteme GmbH
Luminometer
Photometer
CS-Chromatographie Service GMBH
Aqualytic®
Chromatographie-Zubehör
Hettich-Zentrifugen
DURATEC Analysentechnik GmbH
Brutschränke und Kühlbrutschränke
Tiefkühlgeräte bis –86 °C
Zentrifugen
BSB-Messung
Leitfähigkeitsmessgeräte
pH-Meter
Photometer
Redox-Messung
Sauerstoffmessgeräte
Trübungsmesser
Wasseranalysen
Deuteriumlampen
Hirschmann Laborgeräte
GmbH & Co. KG
ES-Technologien GmbH
AVESTIN Europe GmbH
Homogenisiergeräte
Hochdruck-Homogenisatoren
Fritsch Gmbh – Mahlen U. Messen
Bense GmbH
Korngrößenanalyse
Mühlen
Partikelgrößenbestimmung
Probenteiler
Siebmaschinen
Laboreinrichtungen
BFI Optilas GmbH
Bildverarbeitung
CDD-Kamerasysteme, gekühlt
Comet-DNA Analyse
Mikroskoptische, motorisiert
B-Safety Breuell Ing.Büro GmbH
Liquid-Handling
HOHENLOHER Spezialmöbelwerk
Laboreinrichtungen
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
GIT VERLAG
GKS Klima-Service GmbH & Co. KG
Laborabzugsprüfungen
Laborabzugsregelungen,
Laborabzugsüberwachungen,
Laborraum-Lüftungstechnik
Sterile Werkbänke
KNF NEUBERGER GMBH
Dosierpumpen
Pumpen
Vakuumpumpen
Knick Elektronische Messgeräte
GmbH & Co. KG
Leitfähigkeitsmessgeräte
pH-Messgeräte und Elektroden
KRÜSS GmbH
Kontaktwinkelmessgeräte
Tensiometer
LEO KÜBLER GMBH
Refraktometer
Horiba jobin Yvon gmbh
CHNOS-Elementaranalysatoren
Fluoreszenzspektrometer
ICP-Spektrometer
Mikroröntgenfluoreszenz
Monochromatoren
Prozessanalytik
Raman Spektroskopie
Spektrometer
Augenduschen
BRONKHORST High-Tech BV
Thermostate
hps Labor- und Bürositzmöbel OHG
Drehhocker
Laborstühle
Stehhilfen
L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG
Deuteriumlampen
FT-IR Spektrometerzubehör
Hohlkathodenlampen
Korngrößenanalyse
Lichtquellen für Forschung und
Entwicklung
Spektrometerzubehör UV-FTIR
Tensiometer
Peter Huber Kältemaschinenbau
GmbH
Laborbau systeme Hemling
GmbH & Co. KG
Thermostate
Laboreinrichtungen
ILA Innovative Laborarmaturen
GmbH
DIE LABORFABRIK GmbH
Laborarmaturen
Notduschen
INFOLABEL AG
Filtertechnik
ONLINE: www.GITBuyersGuide.de
ABCR GMBH & CO. KG Laboreinrichtungen
Löser MeSStechnik
Molekulargewichtsbestimmung
Osmometer
LÖWINGER GMBH
Chromatographie-Zubehör
I
Firmenverzeichnis
2011
Merck Millipore GmbH
Riebesam GmbH & Co. KG
Systec GmbH
Roland VETTER Laborbedarf OHG
Reinstwasser
Reinigungs- und
Desinfektions- Automaten
Autoklaven
Laborhilfsmittel
OKW Gehäusesysteme GmbH
Laborbecken
Labortischplatten
Gehäuse
TECAN DEUTSCHLAND GmbH
OLYMPUS Deutschland Gmbh
Mikroskopie
ÖGUSSA EdelMetalle
Platingeräte
SCHNEIDER Elektronik GmbH
Laborabzugsregelungen,
Laborabzugs­überwachungen,
Laborraum-Lüftungstechnik
PhotoMed GmbH
Fluoreszenzspektrometer
Lichtquellen
Pragmatis GMBH
Laborinformationssysteme
SHP Steriltechnik AG
Autoklaven
Sterilisatoren
Abzüge, Um-, Abluft-
VWS Deutschland GmbH / ELGA
Reinstwasser
Laborautomatisierung
Photometer
THERMO SCIENTIFIC
Fluoreszenzspektrometer
TintschL Bioenergie und
Strömungstechnik AG
Laborabzugsprüfungen
SIGMA Laborzentrifugen
PSI Grünewald GmbH & Co. KG
Systemceram GmbH & Co. KG
tritec Ges. f. Labortechnik
Abwasserneutralisation
Klima-Sonderklima
Laborzentrifugen
Zentrifugen
TKA Wasseraufbereitungssysteme
GmbH
– Part of Thermo Fisher Scientific –
Soliton GmbH
Reinstwasser
Vötsch Industrietechnik GmbH
Laboröfen
Sterilisatoren
Vakuumtrockner
WEIDNER LABORBAU GMBH
Glove-Box (CNS/Acryl)
Laboreinrichtungen
Westfalen AG
Laborgase
Monochromatoren
Raman Spektroskopie
Spektrographen
Mit der Übernahme
der Kontaktdaten in die
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II
GIT VERLAG
CASPAR & CO. LABORA GmbH
Rottstr. 19, 52068 Aachen
T: 0241/9464930 Fax: 9464913
ABZÜGE, UM-, ABLUFT-
PSI Grünewald GmbH & Co. KG
69514 Laudenbach, T:06201/71343
AUGENDUSCHEN
B-Safety Breuell Ing.Büro GmbH
Grützmühlenweg 40, 22339 Hamburg,
Tel: 040/5380921-0, Fax: 538092-84
CASPAR & CO. LABORA GmbH
Rottstr. 19, 52068 Aachen
T: 0241/9464930 Fax: 9464913
AUTOKLAVEN
SHP-Steriltechnik AG
Gustav-Ricker-Str.62
D-39120 Magdeburg
Tel. 0391/6269880, Fax: 6269881
Laboklav
Sterilisator
Systec GmbH
Postfach 1101, 35435 Wettenberg
T: 0641/982110 Fax: 9821121
Automatisierte
Probenvorbereitungssysteme
CAMPRO SCIENTIFIC GmbH
Darser Str. 2a, D-14167 Berlin
T: +49 (0)30/6290189-0
Fax: +49 (0)30/6290189-89
[email protected], www.campro.eu
BILDVERARBEITUNG
BFI Optilas GmbH, Puchheim
T: 089/8901350 Fax: 800256
BRUTSCHRÄNKE und
Kühlbrutschränke
Hettich-Zentrifugen
Föhrenstr. 12, 78532 Tuttlingen
T: 07461/7050 Fax: 705125
http://www.hettichlab.com
[email protected]
CCD-KAMERASYSTEME, GEKÜHLT
BFI Optilas GmbH, Puchheim
T: 089/8901350 Fax: 800256
CHNOS-ELEMENTARANALYSATOREN
Horiba JOBIN YVON GmbH
Hauptstr. 1, 82008 Unterhaching
T: 089/462317-0 Fax: -99
[email protected]
www.horiba.com/de/scientific
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
LÖWINGER GMBH
PF 1261, 97698 Münnerstadt
T: 09733/8140-0 Fax: 8140-20
E-mail: [email protected]
Glasröhrenverarbeitung für Laboratorien,
Pharma-, Chem. und Lebensmittel­
industrie, Mikroeinsätze
COMET-DNA ANALYSE
BFI Optilas GmbH, Puchheim
T: 089/8901350 Fax: 800256
DEUTERIUMLAMPEN
DURATEC Analysentechnik GmbH
Rheinauer Str. 4, 68766 Hockenheim
T: 06205/9450-0 FAX: 9450-33
http://www.duratec.de
L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG
www.lot-oriel.com/de
T: 06151/8806-0, [email protected]
Faseroptische Systeme
Hellma GmbH & Co. KG
PF 1163, 79371 Müllheim
T: 07631/182-0 Fax 13545
[email protected]
www.hellma-analytics.com
KNF NEUBERGER GMBH
Membranpumpen + Systeme
Alter Weg 3, 79112 Freiburg
T: 07664/5909-0 Fax: 2124
hps Labor- und Bürositzmöbel OHG
Tel. + 49 5101 852-810
www.hps.de
DURCHFLUSSMESS- UND REGELGERÄTE
BRONKHORST HIGH-TECH BV
[email protected]
www.massflowcontroller.com
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)
FERTIG-GELE
www.weidner-laboreinrichtungen.de
High-resolution melt
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
HORIBA JOBIN YVON GmbH
Hauptstr. 1, 82008 Unterhaching
T: 089/462317-0 Fax: -99
[email protected]
www.horiba.com/de/scientific
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
ltf-Labortechnik GmbH & Co. KG
T: 08382/98520 Fax: 985232
Hochdruck-Homogenisatoren
Avestin Europe GmbH
T: 0621/7245980 Fax: 5813
www.avestin.com
HOCHTEMPERATURÖFEN
Carbolite GmbH, 76698 Ubstadt
T: 07251/962286 Fax: 962285
http://www.carbolite.com
HOHLKATHODENLAMPEN
L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG
www.lot-oriel.com/de
T: 06151/8806-0, [email protected]
HOMOGENISIERGERÄTE
ES-Technologien GmbH
Tel. 07631/6323 Fax: 173992
www.es-technologien.de
Kinematica AG
T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460
HYBRIDISIERUNGSINKUBATOR
DISPENSERSYSTEME
ThermoElectron GmbH
AOX, TOC, TN- und TS-Analysatoren
T: 06103/408-1262 Fax: 408-1640
Drehhocker
GIT VERLAG
Kinematica AG
T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460
CHROMATOGRAPHIE-ZUBEHÖR
BSB-MESSUNG
AQUALYTIC®
Schleefstr. 12, 44287 Dortmund
T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750
[email protected]
www.aqualytic.de
EMULGIERGERÄTE
ABCR GmbH & Co. KG
Tel. 0721/95061-0 Fax: -80
[email protected], www.abcr.de
FT-IR SPEKTROMETERZUBEHÖR
L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG
www.lot-oriel.com/de
T: 06151/8806-0, [email protected]
forschungschemikalien
GFL Ges. für Labortechnik mbH
Schulze-Delitzsch-Str. 4
30938 Burgwedel
T: 05139/9958-0 Fax: 995821
www.GFL.de · [email protected]
ONLINE: www.GITBuyersGuide.de
ABZÜGE
2011
Stichwortverzeichnis
Weitere Produkte finden Sie unter www.pro-4-pro.com/lab
Spectro Analytical Instruments
Boschstr. 10, 47533 Kleve
T: 02821/892-0 Fax: 8922200
[email protected]
ABCR GmbH & Co. KG
Tel. 0721/95061-0 Fax: -80
[email protected], www.abcr.de
III
Stichwortverzeichnis
Weitere Produkte finden Sie unter www.pro-4-pro.com/lab
2011
ICP-Spektrometer
HORIBA JOBIN YVON GmbH
Hauptstr. 1, 82008 Unterhaching
T: 089/462317-0 Fax: -99
[email protected]
www.horiba.com/de/scientific
Hellma GmbH & Co. KG
PF 1163, 79371 Müllheim
T: 07631/182-0 Fax:07631/13546
[email protected]
www.hellma-analytics.com
LABORABZUGSPRÜFUNGEN
Kalibrierstandards
Hellma GmbH & Co. KG
PF 1163, 79371 Müllheim
T: 07631/182-0 Fax:07631/13546
[email protected]
www.hellma-analytics.com
KERAMIKEN
Goodfellow GmbH, PF 1343
61213 Bad Nauheim
T: 0800 1000 579 (freecall)
F: 0800 1000 580 (freecall)
KLIMA-SONDERKLIMA
tritec Ges. f. Labortechnik
und Umweltsimulation mbH
Hüttenstr. 8, 30165 Hannover
T: 0511/3523508 Fax: 3521715
www.tritec-klima.de/com
Klimaschränke, Räume/begehbar,
beschickbar - Kälte-Wärme-FeuchteExtrem-Licht-C02- Umweltsimulation,
Stabilitätsprüf., u.a. Sonderausstatt./
Größen nach Wunsch
GKS Klima-Service GmbH & Co. KG
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
Laborabzugsregelungen,
Labor­abzugsüberwachungen,
Laborraum-Lüftungstechnik
KORNGRÖSSENANALYSE
FRITSCH GMBH – Mahlen und Messen
Industriestraße 8, 55743 Idar-Oberstein
Tel: 06784/70-0, [email protected]
www.fritsch.de
ONLINE: www.GITBuyersGuide.de
kundensynthesen
ABCR GmbH & Co. KG
Tel. 0721/95061-0 Fax: -80
[email protected], www.abcr.de
KÜHLZENTRIFUGEN
Hermle Labortechnik GmbH
Siemensstr. 25, 78564 Wehingen
[email protected]
www.hermle-labortechnik.de
IV
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]
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
TECAN DEUTSCHLAND GmbH
T: 07951/94170 Fax: 5038
LABORBECKEN
Systemceram GmbH & Co. KG
PF 11 55, 56425 Siershahn
T: 02623/600-10 Fax: 600-790
www.systemceram.de
LABOREINRICHTUNGEN
Bense GmbH Laborbau
37181 Hardegsen
T: 05505/94520 F: 945290
[email protected]
hps Labor- und Bürositzmöbel OHG
Tel. + 49 5101 852-810
www.hps.de
LABORTISCHPLATTEN
Systemceram GmbH & Co. KG
PF 11 55, 56425 Siershahn
T: 02623/600-10 Fax: 600-790
www.systemceram.de
LABORZENTRIFUGEN
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
Westfalen AG, 48136 Münster
T: 0251/695-0, Fax: 0251/695-129
www.westfalen-ag.de
LABORGASE UND ARMATUREN;
REINSTGASINSTALLATION-SERVICE
UND SCHULUNG
LABORAUTOMATISIERUNG
L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG
www.lot-oriel.com/de
T: 06151/8806-0, [email protected]
C + P Möbelsysteme GmbH & Co. KG
Boxbachstr. 1, 35236 Breidenbach
T: 06465/919-820 Fax: -809
www.cpmoebel.de, [email protected]
LABORGASE
GKS Klima-Service GmbH & Co. KG
Max-Planck-Str. 1, 28816 Stuhr
T: 0421/56907-0 Fax: -56
[email protected], www.gks.eu
KONTAKTWINKELMESSGERÄTE
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
Laborstühle
KÜVETTEN
AIR LIQUIDE GmbH
T: 0211/6699-0 Fax: 6699-222
[email protected]
www.airliquide.de
SIGMA Laborzentrifugen
PF 1713, 37507 Osterode/Harz
T: 05522/50070, Fax: 500712
www.sigma-laborzentrifugen.de
LEITFÄHIGKEITSMESSGERÄTE
Knick, PF 370415, 14134 Berlin
Beuckestr. 22, 14163 Berlin
T: 030/80191-0, Fax: 80191-200
[email protected], www.knick.de
AQUALYTIC®
Schleefstr. 12, 44287 Dortmund
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
LABORHILFSMITTEL
ROLAND VETTER Laborbedarf OHG, PF 47
72117 Ammerbuch, T: 07073/6936
www.rvetter.de
Laborinformationssysteme
Pragmatis GmbH
T: +49 (0) 8165 999210
www.pragmatis.de
L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG
www.lot-oriel.com/de
T: 06151/8806-0, [email protected]
LIQUID-HANDLING
Hirschmann Laborgeräte GmbH & Co. KG
T: 07134/511-0 Fax: 511-90
www.hirschmannlab.de
LABORÖFEN
Carbolite GmbH, 76698 Ubstadt
T: 07251/962286 Fax: 962285
http://www.carbolite.com
LUMINOMETER
anthos Mikrosysteme GmbH, Krefeld
Tel.: 02151/37790 Fax 377929
Mikroröntgenfluoreszenz
Vötsch Industrietechnik GmbH
Umweltsimulation · Wärmetechnik
PF 11 63 · 35445 Reiskirchen
T: 06408/84-73 Fax: 84-8747
www.voetsch.info · [email protected]
HORIBA Jobin Yvon GmbH
Neuhofstr. 9, 64625 Bensheim
T: 06251/8475-0 Fax: -20
[email protected]
www.horiba.com/de/scientific
CASPAR & CO. LABORA GmbH
Rottstr. 19, 52068 Aachen
T: 0241/9464930 Fax: 9464913
GIT VERLAG
MIKROSKOPIE
OLYMPUS Deutschland GMBH
PF 104908, 20034 Hamburg
T: 040/237730 F: 230817
MIKROSKOPTISCHE, MOTORISIERT
BFI Optilas GmbH, Puchheim
T: 089/8901350 Fax: 800256
MISCHER
Kinematica AG
T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460
MOLEKULARGEWICHTSBESTIMMUNG
NOTDUSCHEN
anthos Mikrosysteme GmbH, Krefeld
Tel.: 02151/37790 Fax 377929
TECAN DEUTSCHLAND GmbH
T: 07951/94170 Fax: 5038
ILA Innovative Laborarmaturen GmbH
T: 06258/9495-0 Fax: 9495-10
info@ila-gmbh; www.ila-gmbh.de
AQUALYTIC®
Schleefstr. 12, 44287 Dortmund
T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750
[email protected]
www.aqualytic.de
OPTISCHE TAUCHSONDEN
HELLMA GMBH & CO. KG
PF 1163, 79371 Müllheim
T: 07631/182-0 F:07631/13546
[email protected]
http://www.hellma-worldwide.com
Pipettier-Roboter
ltf-Labortechnik GmbH & Co. KG
T: 08382/98520 Fax: 985232
OSMOMETER
PLATINGERÄTE
Löser Meßtechnik
Kaiserstr. 24, 13589 Berlin
T: 030/8147317-0 Fax: -1
www.loeser-osmometer.de
Löser Meßtechnik
Kaiserstr. 24, 13589 Berlin
T: 030/8147317-0 Fax: -1
www.loeser-osmometer.de
MONOCHROMATOREN
Horiba JOBIN YVON GmbH
Hauptstr. 1, 82008 Unterhaching
T: 089/462317-0 Fax: -99
[email protected]
www.horiba.com/de/scientific
Soliton GmbH, 82205 Gilching
T: 08105/7792-0 Fax: 7792-77
[email protected]
MÜHLEN
FRITSCH GMBH – Mahlen und Messen
Industriestraße 8, 55743 Idar-Oberstein
Tel: 06784/70-0, [email protected]
www.fritsch.de
Kinematica AG
T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460
2011
PHOTOMETER
CASPAR & CO. LABORA GmbH
Rottstr. 19, 52068 Aachen
T: 0241/9464930 Fax: 9464913
ÖGUSSA Edelmetalle
T: +43(1)86646-0 Fax: DW 4224
www.oegussa.at
POLYMERE
PartikelgröSSenbestimmung
FRITSCH GMBH – Mahlen und Messen
Industriestraße 8, 55743 Idar-Oberstein
Tel: 06784/70-0, [email protected]
www.fritsch.de
Goodfellow GmbH, PF 1343
61213 Bad Nauheim
T: 0800 1000 579 (freecall)
F: 0800 1000 580 (freecall)
PH-MESSGERÄTE UND ELEKTRODEN
Probenteiler
Knick, PF 370415, 14134 Berlin
Beuckestr. 22, 14163 Berlin
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Kinematica AG
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SCHÜTTELINKUBATOREN
Merck Millipore GmbH
Am Kronberger Hang 5, 65824 Schwalbach
T: 01805 045 645/ F: 01805 045 644
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Carbolite GmbH, 76698 Ubstadt
T: 07251/962286 Fax: 962285
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RÜHRWERKE
Kinematica AG
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GFL Ges. für Labortechnik mbH
Schulze-Delitzsch-Str. 4
30938 Burgwedel
T: 05139/9958-0 Fax: 995821
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ABCR GmbH & Co. KG
Tel. 0721/95061-0 Fax: -80
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T: 07251/962286 Fax: 962285
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22453 Hamburg
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Darser Str. 2a, D-14167 Berlin
T: +49 (0)30/6290189-0
Fax: +49 (0)30/6290189-89
[email protected], www.campro.eu
VAKUUMPUMPEN
HORIBA JOBIN YVON GmbH
Hauptstr. 1, 82008 Unterhaching
T: 089/462317-0 Fax: -99
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SPEKTROMETERZUBEHÖR UV-FTIR
GFL Ges. für Labortechnik mbH
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GFL Ges. für Labortechnik mbH
Schulze-Delitzsch-Str. 4
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T: 05139/9958-0 Fax: 995821
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TRÜBUNGSMESSER
Silane und Silicone
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Hettich-Zentrifugen
Föhrenstr. 12, 78532 Tuttlingen
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GKS Klima-Service GmbH & Co. KG
Max-Planck-Str. 1, 28816 Stuhr
T: 0421/56907-0 Fax: -56
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SAUERSTOFFMESSGERÄTE
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Schleefstr. 12, 44287 Dortmund
T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750
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JULABO Labortechnik GmbH
Eisenbahnstr. 45, 77960 Seelbach
T: 07823/51-0 Fax: 2491
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TIEFKÜHLGERÄTE bis –86°C
TKA
Wasseraufbereitungssysteme GmbH
– Part of Thermo Fisher Scientific –
Stockland 3, 56412 Niederelbert
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CAMPRO SCIENTIFIC GmbH
Darser Str. 2a, D-14167 Berlin
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Stehhilfen
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Lückenweg 5, 29227 Celle
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Stabile und Radio-Isotope
L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG
www.lot-oriel.com/de
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KNF NEUBERGER GMBH
Membranpumpen + Systeme
Alter Weg 3, 79112 Freiburg
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VAKUUMTROCKNER
THERMOSTATE
Peter Huber Kältemaschinenbau GmbH
Werner-von Siemens-Str. 1
77656 Offenburg-Elgersweier
T: 0781/96030 Fax: 57211
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Vötsch Industrietechnik GmbH
Umweltsimulation · Wärmetechnik
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VISKOSIMETER
WASSERDESTILLIERAPPARATE
Kinematica AG
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WASSERANALYSEN
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WASSERBÄDER
GFL Ges. für Labortechnik mbH
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GFL Ges. für Labortechnik mbH
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Hettich-Zentrifugen
Föhrenstr. 12, 78532 Tuttlingen
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SIGMA Laborzentrifugen
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Siemensstr. 25, 78564 Wehingen
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Analytik Jena Jobvector 576
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Klinkner & Partner 582
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Techn. Univers. München 592
Bio- Rad Laboratories 579
LA Laseranalytik Texas Tech University 640
Th. Geyer 643
Tritec 655
TU München
596
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612
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Univers. Klinikum Jena
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Univers. Tübingen
588
Univers. Zürich 589
Asecos Brand Fabrik für Laborgeräte Bruker Optik CEM Chemagen Biopolymer- Technologie Deutsche Messe Duran Group Eppendorf 585, 648
597, 603, 648
585
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648
574, 575, 595
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Labware 4.Umschlagsseite
Labcell
649
Latek Labortechnik 630
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Titelseite, 590, 648
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Memmert 619, 650
Merck ETG Entwicklungs- und Technologie 637
Merck Millipore SAS Fortebio 633
Metrohm Fritsch Laborgerätebau 618
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Nikon GDCh Ges. Dt. Chemiker 582
Olympus Deutschland
647
Gerstel 593
Paul- Ehrlich- Inst. 586
604, 621
588
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Hamilton Bonaduz 624, 634
Hanna Instruments 650
PSS Polymer Standards Service 641
Karl Hecht Glaswarenfabrik 631
Rauscher 650
Heidolph Instruments 583
Reichelt Chemietechnik Hellma
Hirschmann Laborgeräte HM Software
611, 650
581
582, 633
IGB Fraunhofer Inst. f. Grenzflächen- u.
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VWR International 647, 648
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582, 587
Westfalen 617
649
WGE Dr. Bures 643
Semadeni 588
WTW 609
Shimadzu 635, 647
Zinsser Analytic 649
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Retsch Beilage, 636
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55. Jahrgang 2011
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