Umweltanalytik
Die Fachgruppe Umweltanalytik beschäftigt sich mit der Identifizierung und Quantifizierung von organischen Substanzen sowie chemischen Elementen in verschiedensten Umweltproben und Materialien im Spurenbereich. Der Schwerpunkt liegt dabei bei der Entwicklung, Validierung und Anwendung von analytischen Methoden im Bereich Massenspektrometrie, Chromatographie sowie Elementanalyse.
Target Screening - Mit analytischen Methoden verfolgen wir bestimmte Substanzen, welche von Interesse sind – seien es z.B. Substanzen wie Duft- und Aromastoffe in Kosmetik- und Lebensmitteln, Markersubstanzen für bestimmte Materialien wie Reifenabrieb oder bedenkliche Chemikalien für die Umwelt. Die Quantifizierung von solchen organischen Verbindungen und Elementen im Spurenbereich in Materialien und Umweltproben erfordert analytisches Wissen, Erfahrung und modernste Geräte, welche wir an der ZHAW erfolgreich einsetzen.
Suspect/Non-target Screening - Zudem untersuchen wir auch Proben auf weitere organische Substanzen, von welchen man noch nicht viel weiss. Findet man sie in der Umwelt? Sind sie stabil oder bilden sie Transformationsprodukte? Die Masse jeder Verbindung kann genutzt werden, um die chemische Summenformel herauszufinden, und weitere Informationen wie Fragmente können zu einer Identifizierung führen.
Kompetenzen und Analytische Instrumente
Unsere Interessens – und Kompetenzgebiete beinhalten die Identifizierung organischer Verbindungen in komplexer Matrix wie Umweltproben. Mittels aufwändiger Probenvorbereitung wie z.B. Anreicherung durch Festphasenextraktion (Solid Phase Extraction, SPE) und anschliessender Chromatographie (Gaschromatographie, GC, oder Flüssigchromatographie, LC) gekoppelt mit Massenspektrometrie (hoch- und niederaufgelöst) können selbst kleinste Spuren nachgewiesen werden. Durch die Analyse kann zudem eine Art «Fingerabdruck» der Moleküle gewonnen werden.
Aufarbeitung von (Umwelt-)Proben
- Aufarbeitung wässriger Proben mittels Festphasenextraktion (SPE)
- Verschiedene Extraktionsmethoden - Flüssig-Flüssig-Extraktion, Soxhlet
- Präparative Flüssigchromatographie (PrepLC)
- Für flüchtige Verbindungen - Headspace, Festphasenmikroextraktion (SPME), In-Tube Extraction (ITEX), Dynamic Headspace
- Thermal Separation Probe (TSP)
- Aufschlüsse für die Elementanalytik
Erfahrung und breite Anwendung im Bereich Massenspektrometrie
- Flüssigchromatographie – Massenspektrometrie (LC-MS-Systeme)
- ELSD (Evaporative Light Scattering Detector)
- FLD (Fluorescence Detector)
- DAD (Diode Array Detector)
- RID (Refractive Index Detector)
- Flüssigchromatographie – Massenspektrometrie (LC-QTOF)
- Gaschromatographie – Massenspektrometrie (GC-MS-Systeme)
- SPME (Solidphase Micro Extraction)
- ITEX (In Tube Extraction)
- HS (Headspace)
- Automatisierte Derivatisierung (Silylierung von Fettsäuren)
- SBSE-TD (Stir Bar Sorptive Extraction with Thermal Desorption)
- Olfaktometrische Detektion (GC-O)
- TDU (thermal desorption unit)
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Gaschromatographie – hochauflösende Flugzeitmassenspektrometrie (GC-QTOF)
- TSP (Thermal Separation Probe)
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Qualitative und quantitative Bestimmung von Haupt-, Neben- und Spurenelementen in verschiedenen Materialien und Umweltproben
Applikationswissen im Bereich Elementanalytik
- Optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES)
- Atomabsorptionsspektrometrie (AAS; Continuum Source, Line Source und Hydridsystem)
- Mobiles Röntgenfluoreszenz-Instrument (ED-XRF)
- Voltammetrie (VA/CVS)
Forschungsbereiche
Industriechemikalien
Geschätzt werden jährlich über 70’000 verschiedene Chemikalien von der Industrie produziert. Dies umspannt die unterschiedlichsten Zwecke, von Agro– und Petrochemikalien, Plastik und Harze, bis zu so genannten Konsumenten-Produkten. Für eine grosse Menge an Substanzen gibt es keine Informationen über Existenz, Abbaubarkeit und Toxizität in der Umwelt.
Die Fachgruppe Umweltanalytik spürt solche Chemikalien in verschiedenen Materialien und Umweltproben auf. Die starke Vernetzung und Kooperation unserer Fachgruppe mit anderen Instituten und Fachstellen ergibt eine starke und breite Wissensbasis. Die verschiedenen Forschungsprojekte und Bachelor/Master-Arbeiten zeigen dies exemplarisch gut auf:
- Identifizierung von Reifenabrieb-Inhaltsstoffen in Wasser- und Bodenproben (mit IUNR)
- Extractables & Leachables (E&L) in verschiedenen Kunststoff-Materialien, Verpackungen, Kosmetikprodukten, Lebensmittel (mit externer Firma)
- Nachweis von kleinen organischen Säuren und Phenolen in Proben aus Biogasanlagen (mit UBIOT)
- Duftstoff-Identifizierung für die Bekämpfung von Schädlingen (mit IUNR)
- Tensid-Analytik in Waschmaschine mit geschlossenem Nährstoff- und Wasserkreislauf genannt MODO (mit IUNR)
- Abwasseranalytik flüchtiger organischer Moleküle mittels HS-GC (mit Fachgruppe Industrielle Chemie)
- Inline-Prozessanalytik in der Biotechnologie durch Massenspektrometer (mit Fachgruppe Bioprozesstechnologie und externer Firma)
Elementanalytik-Projekte
- Schwermetall- und Quecksilber-Analytik in Proben aus Hydrothermaler Karbonisierung (HTC) (mit externer Firma)
- Schwermetall-Analytik mittels ICP-OES in Abwasser von Reinigungsanlagen (mit UBIOT)
- Cadmium-Messung in Kakao-Proben (mit ILGI)
Nebst Entwicklung von Analytischen Methoden und Zusammenarbeit in Forschungsprojekte investieren wir auch Ressourcen in eine kontinuierlich verbesserte Laborinfrastruktur, welche den heutigen Bedürfnissen von sicherer und zentraler Datenablage, Remote Access und Dokumentation gerecht wird. Zudem wird die Auswertung in der Analytischen Chemie kontinuierlich weitereinwickelt.
IT-gestützte Laborinfrastruktur und Auswertung in der Analytischen Chemie
- Elektronisches Laborjournal (ELN), Projekt Digital Learning
- Automatisierte Ablage von analytischen Rohdaten auf zentralem Server
- Analytische Geräte intern buchbar für verschiedene Forschungsgruppen über webbasiertes Reservierungstool
