Forschungsschwerpunkte

1.  Umweltgeochemische Analytik natürlicher organischer Verbindungen mittels Ionenchromatographie (IC) und IC-Massenspektrometrie-Kopplung (IC-MS)

Natürliche, niedermolekulare organische Substanzen (NOS) mit hoher Polarität wie z. B. Carbonsäuren, Aminosäuren und Kohlenhydrate, sind in der Umwelt, u. a. in Böden, Sedimenten und Luftstäuben, weit verbreitet. Darüber hinaus sind sie Bestandteil von Abwässern, Abfällen und den entsprechenden technischen Behandlungsrückständen, z. B. Klärschlämmen und Deponiesickerwässern. Viele Organismen wie z. B. Pflanzen, Bodenbakterien und Pilze, sondern NOS in ihre Lebensräume ab. Diese Exsudate haben u. a. besondere Bedeutung für chemische und biologische Prozesse im durchwurzelten Bereich des Bodens (Rhizosphäre).

Aufgrund ihrer chemischen Struktur, ihrer physikalisch-chemischen Verteilungseigenschaften und ihrer pH-abhängigen Ladung eignen sich NOS für die ionenchromatographische Analyse, für die wir bestehende Methoden optimieren und anwendungsbezogen neue Methoden, insbesondere unter Nutzung der massenspektrometrischen Detektion, entwickeln.

2.  Entwicklung von HPLC und HPLC-MS-Methoden zum Nachweis organischer Schadstoffe und ihrer Transformationsprodukte

Aromatische Diamine wie para-Phenylendiamin (PPD) und para-Toluylendiamin (PTD) sind Bestandteil vieler Haar- und Hautfärbemittel (Tattoos). Diese Verbindungen sowie einige ihrer Reaktionsprodukte sind toxisch und können allergische Hauterkrankungen hervorrufen (Kontaktdermatitis). Aryldiamine sind sehr oxidationsempfindlich und unterliegen der Autooxidation. Zudem sind sie photochemisch abbaubar. Enzymatisch, z. B. in der menschlichen Haut, können sie u. a. durch Acetylierung metabolisiert werden. Mit der Entwicklung von geeigneten HPLC- und HPLC-MS-Analyseverfahren schaffen wir die Voraussetzung für eine eingehendere Untersuchung der Umwandlungsprozesse und der dabei gebildeten Transformationsprodukte.

Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt bildet der Nachweis von organischen Phosphorsäureestern, die z. B. als Flammhemmstoffe Anwendung finden, in Abwässern. Hierzu setzen wir eine Kombination aus Festphasenextraktion (SPE) und MS ein.

  • Meyer, A., Höffler, S., Fischer, K. (2016): Determination of trialkyl phosphates in wastewater by solid phase extraction–flow injection–atmospheric pressure chemical ionization–mass spectrometry. Anal. Lett. 49(6), 867-882. DOI10.1080/00032719.2015.1081918.

3. Enzymaktivitäten und ihre Bedeutung für die biologische Abwasserreinigung

Für die Entfernung organischer Bestandteile sowie von Phosphor- und Stickstoffverbindungen aus Abwässern in Kläranlagen spielen biologische Behandlungsverfahren, insbesondere das Belebungsverfahren, eine entscheidende Rolle. Für die Mikroorganismen, die den Abbau bewerkstelligen, bilden Enzyme das wichtigste Arbeitswerkzeug. Es ist daher anzunehmen, dass enge Korrelationen zwischen der Vielfalt bzw. Aktivität der in Belebtschlämmen enthaltenen Enzyme und der Effizienz der biologischen Abwasserreinigung bestehen. Um dieser Hypothese nachzugehen, analysieren wir vergleichend die Enzymprofile ("enzymatische Fingerabdrücke") verschiedener Kläranlagen, wobei wir uns auf extrazelluläre Hydrolasen konzentrieren. Dabei werden Enzymaktivitäten und -kinetiken mit photometrischen und fluorimetrischen Verfahren bestimmt.

4. Ermittlung von Einflussfaktoren des biologischen Schadstoffabbaus in Kläranlagen

Seit einigen Jahren wird polaren organischen Verbindungen wie z. B. verschiedenen Arzneistoffen, besondere Aufmerksamkeit bei der Ermittlung der Reinigungsleistung von Kläranlagen geschenkt. Eine Vielzahl von Untersuchungen hat für verschiedene Kläranlagen sehr unterschiedliche substanzspezifische Abbauleistungen ergeben. Die Gründe hierfür sind nur unzureichend bekannt.

Vor diesem Hintergrund wurden von uns mehrere Studien durchgeführt, um mögliche Zusammenhänge zwischen Belebtschlammeigenschaften, Kläranlagenbetriebsbedingungen und Abbauleistung gegenüber verschiedenen Arzneistoffen (Carbamazepin, Diclofenac, Sulfamethoxazol, Paracetamol) zu erkennen. Hierbei erwiesen sich der Anteil der aktiven heterotrophen Biomasse an der Belebtschlammmasse und das Schlammalter als bedeutende Einflussgrößen.