Mobile Analytik Schnell verfügbare Daten durch mobile Analytik

Umweltmessungen direkt vor Ort müssen immer genau und aussagekräftig sein. Die Wissenschaftler des Leipziger Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung nutzen hierzu u.a. mobile GC/MS-Systeme sowie die energiedispersive Röntgenfluoreszenz. Mit welchen Schwierigkeiten sie bei der mobilen Analytik konfrontiert werden, erläutert Gruppenleiter Dr. Helko Borsdorf im LP-Exklusivinterview.

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Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung

LaborPraxis: Herr Dr. Borsdorf, Sie sind Leiter der Arbeitsgruppe Mobile Analytik im Department Analytik des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig. Was genau sind Ihre Aufgabengebiete?

Dr. Helko Borsdorf: Aus den generellen Aufgaben des UFZ und der interdisziplinären Herangehensweise resultiert, dass ein Großteil der von uns zu bearbeitenden Forschungsprojekte einen applikativen Charakter hat und ihr Inhalt eng mit den Arbeiten anderer Departments verknüpft ist. Wir sind für die Bereitstellung sowie für die Entwicklung von Methoden der Vor-Ort-Analytik verantwortlich, welche für die am UFZ zu bearbeitenden Aufgaben notwendig sind. Dafür verwenden wir natürlich auch unser Umweltmessfahrzeug. Beispiele für unsere derzeitigen Arbeitsgebiete sind die Bereiche der Altlastenerkundung, der Pro-zessanalytik, insbesondere der sanierungsbegleitenden Analytik, der Langzeitüberwachung von Grund- und Oberflächenwässern mit Online- und In-situ-Messtechniken sowie die Erfassung gasförmiger Emissionen. Betonen möchte ich, dass neben der Entwicklung geeigneter Messtechniken auch die optimierte Probennahme zu unseren Aufgaben gehört.

LaborPraxis: Was genau muss man unter „Vor-Ort-Analytik“ verstehen?

Dr. Borsdorf: Vor-Ort-Analytik bedeutet, dass die Analysen unmittelbar am Ort der Probennahme durchgeführt werden. Vor-Ort-Analytik, Mobile Analytik, Field-Screening oder Field-Analytical-Chemistry sind Begriffe, die für dieses Herangehen verwendet werden. Ziel der Anwendung solcher Techniken ist natürlich die schnelle Bereitstellung analytischer Daten unmittelbar am Ort der Probennahme bei einem minimierten Zeit- und Kostenaufwand. Das dazu eingesetzte analytische Instrumentarium umfasst vorrangig transportable oder handgehaltene Analysensysteme, die heute für eine Vielzahl analytischer Prinzipien verfügbar sind. Solche Systeme sind oftmals nicht so präzise und empfindlich wie Laborgeräte. Durch die unmittelbare Verknüpfung von Probennahme, Probenvorbereitung und Analytik machen sie jedoch analytische Daten schnell verfügbar. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Daten in der Regel unverfälscht durch das Proben-Handling sind.

LaborPraxis: Wo bieten diese Methoden Vorteile gegenüber der konventionellen Laboranalytik?

Dr. Borsdorf: Die Vor-Ort-Analytik bietet Vorteile, wenn Standorte mit einer heterogenen Schadstoffverteilung oder dynamische Systeme mit einer sich rasch ändernden stofflichen Zusammensetzung untersucht werden müssen. Außerdem eignen sich insbesondere Online- bzw. In-situ-Methoden zur Langzeitüberwachung beispielsweise von Stoffströmen in Anlagen oder in Gewässern. Des Weiteren gibt es Beispiele, wo die schnelle Verfügbarkeit analytischer Daten zwingend notwendig ist. Die gesamte Prozessanalytik, notwendige Analysen im Bereich der Gefahrenabwehr bei Feuerwehren oder im Zivilschutz und die schnelle medizinische Diagnostik seien exemplarisch genannt. Ich muss aber auch darauf hinweisen, dass gegenwärtig Techniken der Vor-Ort-Analytik konventionelle Labormethoden nicht ersetzen können; durch die Auswahl repräsentativer Proben am Standort auf Basis der Ergebnisse der Vor-Ort-Analytik kann die Anwendung dieser meist kostenintensiven Methoden allerdings minimiert werden. Natürlich gibt es auf der anderen Seite auch Anwendungen, z.B. im Bereich der extremen Spurenanalytik, bei denen die Durchführung einer Vor-Ort-Analytik wenig sinnvoll ist.

LaborPraxis: Welche Techniken verwenden Sie hauptsächlich?

Dr. Borsdorf: Unser Instrumentarium umfasst die mobile GC bzw. GC/MS, die Dünnschichtchromatographie, die EDRFA, photometrische Techniken, Methoden der optischen Spektroskopie und verschiedene Sensoren sowie die Techniken zur Probennahme fester, flüssiger und gasförmiger Proben, deren Anwendung je nach zu analysierender Probenmatrix und Analyten erfolgt. Weiterhin wenden wir natürlich die von uns selbst entwickelten Gerätetechniken an. Darüber hinaus arbeiten wir mit den gängigen Verfahren der Laboranalytik, die wir zur Validierung der Vor-Ort Methoden und zur Analytik repräsentativer Proben einsetzen.

LaborPraxis: Stichwort eigene Verfahren: An welchen Entwicklungen arbeiten sie derzeit?

Dr. Borsdorf: Schwerpunkt unserer gerätetechnischen Entwicklung sind im Moment In-situ-Messsonden zur Analytik organischer Kontaminationen in Wasserproben. Eine tiefentaugliche kombinierte UV/Vis-Fluoreszenzmesssonde sowie eine In-situ-Messsonde auf Basis eines Photoionisationsdetektors sind das Ergebnis dieser Arbeiten, die derzeit in Kooperation mit Geräteherstellern umgesetzt werden. Des Weiteren arbeiten wir auf dem Gebiet der Ionenmobilitätsspektrometrie mit dem Ziel der Weiterentwicklung dieser Methode für anstehende umweltanalytische Fragestellungen. Als Ergebnis unserer Arbeiten konnten wir neue Verfahren zur Online-Bestimmung leicht- und mittelflüchtiger Komponenten in Wasserproben publizieren.

LaborPraxis: Arbeiten sie hier alleine oder in Kooperationen mit anderen Instituten?

Dr. Borsdorf: Unsere laufenden Arbeiten sind in internationale Projekte, beispielsweise mit der New Mexico State University (USA), der Queen’s University Kingston (Canada) oder der Sionex Corporation in Boston (USA), und in nationale Projekte, z.B. mit der HTWK Leipzig, eingebunden. Geplante Projekte beschäftigen sich mit Online-Überwachung von Anlagen zur Biogasproduktion, der Schnellanalytik biogener Kontaminationen sowie der Entwicklung von Sensortechniken, die in Kombination mit Directpush-Techniken zur Untersuchung großflächiger Kontaminationen angewendet werden können.

LaborPraxis: Sind die Techniken der Vor-Ort-Analytik Zukunftsmethoden?

Dr. Borsdorf: Eindeutig ja. Der zunehmende Trend zur Miniaturisierung analytischer Techniken, Fortschritte in der Mikrosystemtechnik sowie neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Sensortechniken, sowohl im Bereich der Biosensoren als auch der Chemosensoren, ergeben ein riesiges Zukunftspotenzial. Nur ein Beispiel: Entsprechend den Trendberichten zur analytischen Chemie, die von der Gesellschaft Deutscher Chemiker herausgegeben werden [Nach. Chem. 54 (2006) 382], wurden allein im Jahr 2005 mehr als 600 Review-Artikel über Sensor-Techniken publiziert. Diese enorme Zahl zeigt, dass an den Forschungseinrichtungen weltweit an der Entwicklung einfacher und schneller Analysenverfahren gearbeitet wird. Ich bin sicher, dass die Methoden der Vor-Ort-Analytik in den nächsten Jahren auf vielen Gebieten eine zur Laboranalytik gleichwertige Bedeutung erlangen werden. Wir können mit unseren Arbeiten einen wesentlichen Beitrag dazu leisten. Dies gilt sowohl im Bereich neuer gerätetechnischer Entwicklungen als auch mit unserer Expertise bei der Anwendung von Vor-Ort-Techniken im Bereich der Umweltanalytik.

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