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WIRFT LICHT AUF DAS VERBORGENE

Spektroskopische Methoden nutzen die Wechselwirkung von Licht unterschiedlicher Wellenlänge mit verschiedensten Substanzen, um diese zu analysieren. Sie zeichnen sich durch ihre Schnelligkeit und universelle Anwendbarkeit aus. Im Gegensatz zu vielen anderen Verfahren ist eine Probenaufbereitung oftmals nicht notwendig – es können sowohl homogene Flüssigkeiten wie auch Feststoffe oder heterogene Mischungen untersucht werden. In Kombination mit modernen Datenauswerteverfahren können quantitative und qualitative Analysen auch dann durchgeführt werden, wenn störende Bestandteile in der Probe vorhanden sind.Die FH am Campus Tulln hat einen besonderen Schwerpunkt im Bereich Infrarotspektroskopie. Es stehen moderne Spektrometer für das nahe und mittlere Infrarot (NIR, MIR) zur Verfügung. Untersuchungen an mikroskopisch kleinen Proben können mit einem dispersiven Raman-Mikroskop durchgeführt werden. Mit IR-Spektroskopie können so unterschiedliche Fragestellungen wie die Bestimmung des Wassergehalts in Lebensmitteln, die Ermittlung der Oktanzahl von Treibstoffen, die Identifizierung von mikroskopisch kleinen Partikeln in Polymeren oder die Aufklärung der Struktur von chemischen Verbindungen bearbeitet werden.

Ansprechperson im Bereich Spektroskopie: Dipl.-Ing. (FH) David Lilek, MSc

Forschungsthemen Projekte

BODENANALYTIK MIT INFRAROTSPEKTROSKOPISCHEN METHODEN

In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Altlastenmanagement des Instituts für Umweltbiotechnologie der Universität für Bodenkultur Wien entwickelte die FHWN Tulln innovative Methoden zur Charakterisierung und Untersuchung von Böden, die erhebliche Zeit- und Kostenreduktionen möglich macht. Die FHWN Tulln bringt in die Kooperation ihr Know-how im Bereich IR-Spektroskopie und statistischer Modellbildung sowie die erforderliche IR-Messtechnik ein.

Die Böden werden dazu nur getrocknet und gemahlen – eine aufwändige Bodenaufbereitung (wie z.B. Extraktions- oder Anreicherungsschritte) kann dabei entfallen. Die IR-Reflexionsspektren der gemahlenen Böden werden gemessen und mit Referenzdaten aus der konventionellen, chemischen Bodenanalytik korreliert. Auf diese Weise können Vorhersagemodelle entwickelt werden, deren Anwendung einen Verzicht auf konventionelle Analyseverfahren ermöglicht, da die Analytik nach Modellerstellung ausschließlich mit spektroskopischen Methoden durchgeführt werden kann.

IR-ANALYSE VON HPLC-FRAKTIONEN

Nach wie vor ist die Kopplung von Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie und IR-Spektroskopie keine Routinetechnik. Durchflusszellen zur Messung sind aufgrund der hohen Absorptionen des verwendeten Laufmittels im IR-Bereich und aufgrund der geringen Konzentrationen des Analyten nur in Spezialfällen einsetzbar.

Somit beruhen die meisten Verfahren mit Nachweisgrenzen << 1 ugAnalyt-Absolutmenge auf Verfahren, welche das Lösungsmittel entfernen und den Analyten auf einem festen Substrat abscheiden. Dieses Substrat mit aufgebrachtem Analyt wird dann in Transmission oder in diffuser Reflexion gemessen.

In einem Projektan der FH am Campus Tulln wurde versucht eine Methode zu entwickeln, welche die routinemäßige Infrarot-Messung von HPLC-Fraktionen ermöglicht. Damit kann eine wichtige, komplementäre Analysenmethode zu den am Technopol Tulln eingesetzten Routinedetektionsverfahren (MS, UV/VIS, RID, FLD) angeboten werden, um spezielle Fragestellungen wie z.B. die Identifizierung von Isomeren lösen zu können.

KALIBRATIONSTRANSFER VON NIR-PLS-MODELLEN

In Zusammenarbeit mit einem Biotechnologieunternehmen wurde untersucht, wie gut sich das chemometrische Modell für die Vorhersage des Wassergehalts eines Endprodukts von einem NIR-Gerät auf ein baugleiches, zweites Spektrometer übertragen lässt und mit welchen Fehlern zu rechnen ist. Dies ist wichtig, da nach Ende der Lebensdauer des Messgeräts nicht die gesamte Kalibrierung wiederholt werden kann.

Es zeigte sich im Laufe der Untersuchung, dass die Schwankungen im Wassergehalt des Produkts bei Messungen im Unternehmen höher sind als die Fehler, die durch die Verwendung eines anderen Spektrometers entstehen. Besonders hilfreich war die Erkenntnis, dass ein wesentlicher Teil dieser Streuungen durch ein zu großes Intervall zwischen den Hintergrundmessungen zurückzuführen ist.

Durch diese Erkenntnis konnten der Messprozess an sich verbessert und die Schwankungen reduziert werden. Die Unterschiede zwischen den Spektrometern waren im vorliegenden Fall von untergeordneter Bedeutung.

ANALYTIK VON BIODIESEL

Die Bestimmung des Biodieselanteils in Diesel/Biodieselgemischen gemäß EN 14078 kann mit IR-Spektroskopie erfolgen. Bei diesem Verfahren wird die Lichtschwächung der Probe mit unbekanntem Fettsäuremethylester(FAME)-Gehalt an einer charakteristischen Wellenlänge im Infrarotbereich gemessen und anhand einer Kalibrierkurve ausgewertet. Die Vorteile des spektroskopischen Verfahrens sind der schnelle Messvorgang (wenige Minuten) und die einfache Probenaufbereitung (ein Verdünnungsschritt ist ausreichend).

Es wurde untersucht, wie sich Biodiesel aus verschiedenen Fett- bzw. Ölquellen bei der infrarotspektrometrischen Bestimmungsmethode verhält. Die Proben wurden durch das Labor des FJ-BLT Wieselburg bereitgestellt. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Biodiesel mit fossilem Diesel in bekannten Konzentrationen gemischt und der Estergehalt der Lösungen mit der IR-Methode bestimmt. Die Kalibrierung erfolgte mit Rapsölmethylester. Es zeigte sich, dass Kokosmethylester nicht gut mit der Normmethode bestimmbar ist.

Der deutlich zu hohe Messwert beim Kokosfettmethylester wird durch die niedrige durchschnittliche Kettenlänge des Kokosfettmethylesters im Vergleich mit Rapsölmethylester (Kalibrierung) hervorgerufen. Bei allen anderen Estern wurden sehr gute Ergebnisse, unabhängig von der Herkunft des Biodiesels erhalten.

Fachhochschule Wiener Neustadt GmbH
Biotech Campus Tulln
Konrad-Lorenz-Straße 10
A-3430 Tulln
Tel.: +43 (0) 2272 82224 - 105
Fax: +43 (0) 2272 82224 - 109

E Mail: office@tulln.fhwn.ac.at

Wenn polarisierte Radiostrahlung ein kosmisches Magnetfeld durchläuft, wird die Ausrichtung der Polarisation durch einen Effekt verdreht, den man als Faraday-Rotation bezeichnet: je stärker das Magnetfeld desto größer das Ausmaß der Verdrehung. Bei den Radiostrahlungsausbrüchen von FRB121102 gehört dieser Effekt zu den stärksten, die jemals in kosmischen Radioquellen gemessen wurden. Die Forscher schließen daraus, dass die erzeugte Strahlung ein außergewöhnlich starkes Magnetfeld in dichtem kosmischem Plasma durchläuft.

„Die einzigen Quellen in unserer Milchstraße, deren polarisierte Strahlung so stark verdreht wird wie bei FRB121102, liegen im Galaktischen Zentrum und damit in einer dynamischen Region in unmittelbarer Nähe zu einem massereichen Schwarzen Loch”, sagt Daniele Michilli, Doktorand an der Universität von Amsterdam und ASTRON, dem Niederländischen Institut für Radioastronomie. Und: „Die Verdrehung der Polarisation in den Strahlungsausbrüchen könnte aber auch dadurch erklärt werden, dass sich die Quelle in einem leuchtkräftigen Nebel oder Supernovaüberrest befindet”.

Der Schlüssel zu dem neuen Resultat war der Nachweis der Strahlungsausbrüche bei höheren Radiofrequenzen als je zuvor. „Wir haben am Arecibo-Observatorium einen neuen Beobachtungsaufbau entwickelt, um dies zu ermöglichen, und unsere Kollegen vom „Breakthrough Listen”-Projekt am Green-Bank-Teleskop konnten das Ergebnis durch Beobachtungen bei sogar noch höheren Radiofrequenzen bestätigen“, sagt Andrew Seymour vom Arecibo-Observatorium. „Dazu kommt, dass Eigenschaften und Verlauf der Polarisation der von jungen energiereichen Neutronensternen in unserer Milchstraße ähneln. Das unterstützt Modelle zum Ursprung der Radioblitze in Neutronensternen”, fügt er hinzu.

Folgt: Zwerggalaxie in rund drei Milliarden Lichtjahren Entfernung

Zwerggalaxie in rund drei Milliarden Lichtjahren Entfernung

Erst vor einem Jahr hatte das Forscherteam die genaue Position von FRB121102 ermittelt und herausgefunden, dass die Strahlungsausbrüche aus einem Sternentstehungsgebiet in einer Zwerggalaxie in rund drei Milliarden Lichtjahren Entfernung kommen. Der riesige Abstand zu der Quelle zeigt, dass in jedem Strahlungsausbruch eine gewaltige Menge an Energie freigesetzt wird – in einem nur eine Millisekunde lang andauernden Radioblitz ist es die gleiche Energie, wie sie unsere Sonne an einem ganzen Tag abstrahlt.

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