Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME
Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME
© Fraunhofer IME | Klaus-Peter Kappest

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Element- und Elementspeziesanalytik

Das Fraunhofer IME besitzt langjährige Erfahrung in der Element- und Elementspeziesanalytik. Der Schwerpunkt liegt auf der Bestimmung von Gesamtgehalten in organischen Matrices und wässrigen Proben sowie der Speziesanalytik.

Folgende analytische Verfahren stehen hierfür zur Verfügung:

  • ICP-MS (Single-Quadrupol) und ICP-MS mit Triple-Quadrupol-Technologie (ICP-QQQ) für Bestimmungen bis in den Ultraspurenbereich; erhöhte Interferenzkontrolle im MS/MS-Betrieb (Reaktionsmodus)
  • Diverse Kopplungen für die Elementspeziesanalytik: HPLC-ICP-MS, GC-ICP-MS sowie IC-ICP-MS (alle Kopplungen auch mit ICP-QQQ)
  • ICP-OES für simultane Multielementbestimmungen
  • Atomabsorptionsspektroskopie (AAS), inkl. Kaltdampf-AAS für Quecksilber

Die Probenvorbereitung umfasst Aufschlussverfahren: Zum Beispiel Mikrowellenaufschlüsse für organische Matrices oder Extraktionen gemäß einschlägigen Normen (etwa die Behandlung von Böden mit Königswasser oder Ammoniumnitratlösung).

Zu den am Fraunhofer IME etablierten Speziesbestimmungen zählen unter anderem:

  • Methylquecksilber in biologischen Proben
  • Schwefelverbindungen in Wasser
  • Arsenverbindungen in Meeresfrüchten
  • Organozinnverbindungen in Umweltproben
  • Cyclische Methylsiloxane in Fischmuskulatur
  • Chrom(III)/Chrom(VI) in Böden
  • Weitere elementare Spezies in Wasser und anderen Umweltmatrices

Metalle und Metallverbindungen im regulatorischen Kontext (REACH)

Neben der Wasserlöslichkeit (OECD-Richtlinie 105) werden für Metalle und Metallverbindungen auch Transformation und Lösungsverhalten in wässrigen Medien gemäß OECD-Leitlinie 29 untersucht:

  • Quantifizierung von Ausmaß und Geschwindigkeit der Bildung löslicher Ionen bzw. metallhaltiger Spezies
  • Abdeckung der in der Richtlinie geforderten pH-Bereiche
  • Anwendbarkeit des T/D-Testsystems auch für metallische Nanopartikel
  • Bei Bedarf Entwicklung von spezies-spezifischer Elementanalytik (Kopplung von geeigneten Trenn- und Detektionsverfahren)

Daneben kann für Metalle und Metallverbindungen die Untersuchung der Bioverfügbarkeit (bioaccessibility) erforderlich sein. Hierzu bestimmen wir die Löslichkeit der Testsubstanzen in simulierten menschlichen Körperflüssigkeiten (z.B. Schweiß oder Magensäure).

Die elementanalytischen Untersuchungen können mit ökotoxikologischen Fragestellungen gekoppelt werden (z.B. mittels etablierter Bioliganden‑Modelle). Entsprechend den regulatorischen Erfordernissen werden Metalle und Metallverbindungen in Biokonzentrationstests (OECD-Richtlinie 305) sowie in höherstufigen ökotoxikologischen Testsystemen (z.B. in Mikrokosmen‑Studien zu Verbleib und Effekten) untersucht.
Das Methodenspektrum des Fraunhofer IME ermöglicht hierfür eine problemangepasste spezifische Analytik.

 

Ausgewählte Publikationen

Franzaring J., Haneke J., Sannino A., Radermacher G., Schweiger A.:
Effects of legacy mining on mercury concentrations in conifer needles and mushrooms in northern Palatinate, Germany.
(2024) Environmental Pollution. doi.org/10.1016/j.envpol.2024.124406

Kühr S., Meisterjahn B., Schröder N., Knopf B., Völker D., Schwirn K., Schlechtriem C.:
Testing the bioaccumulation of manufactured nanomaterials in the freshwater bivalve Corbicula fluminea using a new test method
(2020) Environmental Science: Nano. doi.org/10.1039/C9EN01112A

Radermacher G., Rüdel H., Wesch C., Böhnhardt A., Koschorreck J.:
Retrospective analysis of cyclic volatile methylsiloxanes in archived German fish samples covering a period of two decades
(2020) Science of The Total Environment. doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136011

Knopf B., Fliedner A., Radermacher G., Rüdel H., Paulus M., Pirntke U., Koschorreck J.:
Seasonal variability in metal and metalloid burdens of mussels: using data from the German Environmental Specimen Bank to evaluate implications for long‑term mussel monitoring programs
(2020) Environmental Science Europe. doi.org/10.1186/s12302-020-0289-7

Nguetseng, R., Fliedner, A., Knopf, B., Lebreton, B., Quack, M., Rüdel, H.:
Retrospective monitoring of mercury in fish from selected European freshwater and estuary sites 
(2015) Chemosphere. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2015.04.094

Kaschak, E., Knopf, B., Petersen, J.H., Bings, N.H., König, H.:
Biotic methylation of mercury by intestinal and sulfate-reducing bacteria and their potential role in mercury accumulation in the tissue of the soil-living Eisenia foetida.
(2014) Soil Biology and Biochemistry. DOI: 10.1016/j.soilbio.2013.11.004

Fliedner, A., Rüdel, H., Knopf, B., Weinfurtner, K., Paulus, M., Ricking, M., Koschorreck, J.:
Spatial and temporal trends of metals and arsenic in German freshwater compartments
(2014) Environmental Science and Pollution Research. DOI: 10.1007/s11356-013-2487-y

 

Am Fraunhofer IME erarbeitete Standardarbeitsanweisungen