ChemieXtra 4/2013 by SIGWERB GmbH

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April 2013

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scheint doch allmählich der Frühling einzukehren. Er brauchte zwar dieses Jahr – gefühlt – etwas länger als sonst, aber inzwischen spriesst es allerorten, und man bekommt Lust herauszugehen und Neues zu entdecken. Neu (im Amt) ist seit wenigen Wochen auch das Oberhaupt der katholischen Kirche, Papst Franziskus. Er vereint so viele «Neuartigkeiten» in sich (erster Lateinamerikaner etc.), dass die Journalisten Mühe hatten, sie alle zu nennen. So ist er (neu) auch gelernter Chemietechniker – wenn das kein Zeichen ist. Neues entdecken, heisst oftmals Neues lernen und primär offen sein für Neues. Es heisst auch, sich nicht nur im Berufs- oder Alltagsleben auf Erfahrung und gut gepflegten Vorurteilen auszuruhen, sondern die Dinge einmal von anderer Perspektive zu betrachten, ausgetretene Pfade zu verlassen und dem Gehirn neues Futter zu geben. Eine Möglichvon qualifizierten Berufsgruppen mit ihren berufsspezifischen Interessen

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CHEMIE

Im Bann der Bahnen seit 100 Jahren

Wenn Wasser spricht

Vor 100 Jahren entwarf Niels Bohr sein Atommodell. Von da an kreiste das Elektron auf wohl definierten Bahnen durch unsere Vorstellungswelt. Als Bohr im Jahr 1922 den Nobelpreis verliehen bekam, hatte er sein initiales Modell schon stark verfeinert. Und mit dem Aufkommen der Quantenmechanik wurde es grundlegend revidiert. In unseren Köpfen aber blieb es bestehen.

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CHEMIE

Zum Jubiläum des Bohr’schen Atommodells

Im Bann der Bahnen seit 100 Jahren Vor 100 Jahren entwarf Niels Bohr sein Atommodell. Von da an kreiste das Elektron auf wohl definierten Bahnen durch unsere Vorstellungswelt. Als Bohr im Jahr 1922 den Nobelpreis verliehen bekam, hatte er sein initiales Modell schon stark verfeinert. Und mit dem Aufkommen der Quantenmechanik wurde es grundlegend revidiert. In unseren Köpfen aber blieb es bestehen. Hilft es uns noch immer zu verstehen?

Andrina Bernhard Den Aufbau des Atoms zu verstehen – der Wunsch hat die Menschen beschäftigt, seit man sich darüber im Klaren war, dass die als «unteilbar» (griechisch átomos) benannten Teilchen in ihrem Innern doch noch eine feinere Struktur bergen. Joseph John Thomson (1856–1940), dem 1897 der Nachweis des Elektrons gelungen war, stellte sich das Atom als einen «Pudding» von Elektronen und positiven Ladungen vor. Doch 1911 bemerkten zwei Mitarbeiter von Ernest Rutherford (1871–1937), dass es bei der Streuung von Alphateilchen an Goldfolien auch zu Rückwärtsstreuung kommt. Also konnten die Goldatome in der Folie keine Pudding-Struktur haben, folgerte Rutherford, denn dann wäre das Phänomen ähnlich skurril, wie wenn eine Kanonenkugel von einem Kleenextuch zurückgeschossen würde. Stattdessen postulierte er, dass jedes Goldatom, beziehungsweise grundsätzlich jedes Atom, ei-

Bilder: Wikipedia

Das Bohr’sche Modell für das Wasserstoffatom. Der blaue Pfeil durch die möglichen Umlaufbahnen (1) deutet an, dass die zugehörige Energie mit steigender Quantenzahl n zunimmt. Der rote Pfeil (2) stellt die Strahlung dar, die emittiert wird, wenn das Elektron (grün) zu einer Bahn niedrigerer Energie wechselt.

Niels Bohr als junger Mann (Aufnahmedatum unbekannt)

nen harten, schweren Kern besitzen muss. Diesen dachte man sich fortan als positiv geladen und von einer negativen Elektronenhülle umgeben. Etwa zur gleichen Zeit haben mehrere Forscher die Idee diskutiert, ob die Atome nicht kleinen Planetensystemen gleichen und sich die Elektronen dementsprechend auf Kreisbahnen um den Kern bewegen. Ein wesentlicher Faktor passte jedoch nicht ins Bild: Elektronen sind geladene Teilchen, und somit müssten sie gemäss den Vorhersagen der Elektro-

dynamik auf einer gekrümmten Bahn Energie abstrahlen. So verlören sie mehr und mehr Energie, bis sie schliesslich in den Kern stürzten. Bei genau diesem Problem setzte Niels Bohr (1885–1962) an, denn es war gerade die Stabilität der Atome, welche diese in besonderer Weise zu charakterisieren schien. Der junge dänische Forscher hatte in Manchester die Gelegenheit, Rutherfords Experimente zur Struktur der Atome mitzuverfolgen. Es war die Zeit, in der für die 4/2013

CHEMIE

Niels Bohr mit Albert Einstein. An den Diskussionen in der Umbruchzeit von der «alten Quantentheorie» zur neuen Quantenmechanik war Bohr rege beteiligt.

verschiedenen chemischen Elemente die charakteristischen Spektrallinien ausgemes-

te n n a s es rekt i r e t in te di alle eh ra Refe er Mess d

sen wurden. Bohr war fasziniert von dem Phänomen, dass man von einer Leuchtröhre, die mit einem bestimmten Gas gefüllt ist, immer wieder Licht der gleichen Farbe bekommt, also dasselbe Spektrum mit genau den gleichen Linien. Denn ausgehend von der klassischen Newton’schen Mechanik mit ihrer strengen kausalen Determiniertheit war nicht ersichtlich, weshalb diese «Fingerabdrücke» der Substanzen selbst nach einer äusseren Störung jedes Mal wieder ihre alte Form annehmen. Wieso treten in der Natur wieder und wieder dieselben Stoffe mit den gleichen Eigenschaften auf? Wieso bilden sich die gleichen Kristalle, fügen sich dieselben chemischen Verbindungen zusammen? Auf der Suche nach einer Antwort nahm Bohr eine Entdeckung von Max Planck (1858–1947) zu Hilfe. Planck hatte erkannt, dass sich die sogenannte Schwarzkörperstrahlung – also die thermische Strahlung eines Körpers, der idealisiert gedacht jegliche elektromagnetische Strahlung vollständig absorbiert – nur dann in Übereinstimmung mit den

experimentellen Daten theoretisch beschreiben liess, wenn man einen Bruch mit der klassischen Theorie erlaubt. Denn unter der klassischen Annahme eines kontinuierlichen Energiespektrums gelangte man zu der Vorhersage, dass die Gesamtstrahlung gegen unendlich streben müsste, was im Experiment offensichtlich nicht der Fall war. Mithilfe der These, dass die Energie von im Atom gebundenen Elektronen sich nicht kontinuierlich ändert, sondern nur gewisse einzelne Werte annehmen kann, gelang Planck hingegen eine korrekte Reproduktion des experimentellen Resultats. Gemäss seiner Rechnung musste es sich bei diesen diskreten Energiewerten zudem um ganzzahlige Vielfache einer damals noch unbekannten Konstante handeln – dies war die Entdeckung des Wirkungsquantums h.

Per Quantensprung zum Atommodell Bohr bediente sich der Vorstellung vom Atom als Planetensystem und erweiterte

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CHEMIE

Das System der Perioden

Spektrallinien des Wasserstoffatoms verstehen, für die man davor zwar eine Formel, aber keine Erklärung hatte. Zum anderen konnte Bohr mit seiner Vorstellung vom sukzessiven Aufbau der Elektronenschalen um den Atomkern eine Deutung des gesamten Periodensystems vorlegen. Zuvor war die auffällige Periodizität, die in den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Elemente zutage trat, wenn man sie in der ungefähren Reihenfolge ihrer atomaren Massen ordnete, stets ein Rätsel gewesen. Wie kommt es, dass Elemente mit ganz unterschiedlichen Atommassen sich in ihrem chemischen Verhalten derart stark ähneln, dass wir sie in Gruppen wie die Alkalimetalle oder Edelgase einteilen? Nachdem man in das Bohr’sche Modell neben der ersten Quantenzahl, welche den jeweiligen stationären Zustand beziehungsweise die zugehörige Energie angab, noch eine zweite Quantenzahl eingeführt hatte, wurde eine inhärente Schalenstruktur ersichtlich: Jeder Schale konnte nur eine gewisse Zahl stationärer Zustände beziehungsweise Elektronen eines Atoms zugeseordnet werden. Allfällige weitere Zustände mussten dann auf die nächste Schale ausweichen, bis schlussendlich alle Zustände versorgt waren. So ergab sich die Periodizität in den Eigenschaften der Elemente als eine Folge der Periodizität in der Elektronenstruktur. Zum Beispiel haben alle Atome, deren äusserste Schale voll besetzt ist, eine sehr geringe chemische Reaktivität – daher wurden sie schon früh als eine eigene Gruppe wahrgenommen: die Gruppe der Edelgasatome.

Der Widerspruch folgte prompt. Besonders die Quantensprünge der Elektronen von einer Bahn zur andern erweckten grosses Missfallen. In einem Brief an Bohr formulierte Rutherford das grundsätzliche Problem: «Mir scheint, dass Du annehmen müsstest, dass das Elektron von vornherein weiss, wo es ankommen wird.» (L Rosenfeld (Hrsg.), «Niels Bohr: collected Works», Amsterdam, Bd.2, S.583 (1981)) Denn von diesem Endniveau des Elektrons hing ja der Betrag der Energiedifferenz E’-E’’ ab und somit auch die Frequenz der noch während dem Sprung ausgesandten Strahlung. Trotz einiger langanhaltender Zweifel wurde Bohrs Modell insgesamt erfolgreich angenommen: Zum einen konnte man damit die mysteriöse Gesetzmässigkeit in den

Neben den neuen Quantenzahlen erfuhr das Bohr’sche Modell in den Jahren nach seiner Einführung viele weitere Verfeinerungen durch Bohr und andere Wissenschaftler. Zum Beispiel konnte Arnold Sommerfeld (1868–1951) mit dem Modell schlussendlich sogar die Feinstruktur der Spektrallinien erklären, nachdem er die Kreisbahnen auf Ellipsen verallgemeinert hatte. Und Bohr liess zur Veranschaulichung grosse Tafeln anfertigen, welche die Elektronenbahnen für ausgewählte Atome so darstellten, wie man sie aus dem Modell hatte ableiten können. Solche Abbildungen verbreiteten sich daraufhin in populären Darstellungen der Atomphysik in ganz Europa. Darüber hinaus wurden in England

Das Periodensystem in seiner heutigen Form. Die Farbverläufe und Spaltennummerierungen deuten eine senkrechte Unterteilung in Gruppen ähnlicher chemischer Eigenschaften an. Geht man die Elemente in waagrechter Richtung der Reihe nach durch, so wechselt man periodisch von einer Gruppe zur nächsten. Mit seinem Modell gelang Bohr eine Deutung dieser bis dahin unverstandenen Periodizität.

sie um die Erkenntnisse von Planck: Er postulierte, dass sich die Elektronen nur auf ganz bestimmten Bahnen bewegen können und dabei keine Energie verlieren. Am einfachsten lässt sich Bohrs Modell am Wasserstoffatom veranschaulichen, dessen Kern nur aus einem Proton besteht und von einem einzigen Elektron umkreist wird: Für dieses Elektron gibt es gemäss dem Modell klar festgelegte «erlaubte» Zustände – sogenannte «stationäre» Zustände –, zu denen jeweils ein fi xer Bahnradius sowie ein fester Energiewert E gehören. Das Elektron kann von einer erlaubten Bahn auf eine andere wechseln, womit immer auch ein Wechsel der stationären Zustände einhergeht: Beim Übergang von einem Zustand mit der Energie E’ in einen Zustand mit niedrigerer Energie E’’ wird elektromagnetische Strahlung ausgesandt. Die Frequenz der ausgesandten Strahlung ist dabei proportional zur Energiedifferenz der beiden Zustände, E’-E’’, mit dem Planck’schen Wirkungsquantum h als Proportionalitätsfaktor. Umgekehrt kann das Atom, indem es Strahlung der entsprechenden Frequenz absorbiert, auch wieder in den höheren Zustand zurückwechseln. Dieses neue Modell präsentierte Bohr 1913 unter dem Titel «Über den Bau der Atome und Moleküle» 6

in der renommierten britischen Fachzeitschrift «Philosophical Magazine». Fundamental war die eigenwillige Art, in der Bohr klassische Elemente – die Bahnbewegung und die wellenartige Strahlung – mit neuen Ideen – den stationären Zuständen und diskreten Energiewerten – der damals frisch aufkeimenden Quantentheorie verband.

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und Deutschland dreidimensionale Modelle ausgestellt. Ihr Einfluss auf das Wissen und das allgemeine Bild vom Atom, das die Menschen im vergangenen Jahrhundert hatten, war immens.

Von der Bahn zur Wolke Im Jahr 1922 erhielt Niels Bohr «für seine Verdienste um die Erforschung der Struktur der Atome sowie der von ihnen ausgehenden Strahlung» den Nobelpreis für Physik. Wenige Jahre später veränderte sich das Atombild in der Physik nochmals deutlich – bis zu dem Punkt, wo man am liebsten ganz auf bildliche Darstellungen verzichten wollte. Mit dem Aufkommen der modernen Quantenmechanik Mitte der 1920er-Jahre wurden die Elektronen zu Wellenpaketen umgedeutet, für deren Aufenthaltsorte bloss noch Wahrscheinlichkeiten angegeben werden konnten. Wegen der Heisenbergschen Unschärferelation – die besagt, dass es unmöglich ist, für ein Teilchen sowohl seinen Aufenthaltsort als auch seinen Impuls gleichzeitig exakt zu kennen – war die Vorstellung von fixen Bahnen für das Elektron nicht mehr zulässig. An ihre Stelle rückten Verteilungen von Aufenthaltswahrscheinlichkeiten, die sich höchstens in Form von diffusen Elektronenwolken zeichnen lassen. Dennoch gibt es gewisse Fälle, in denen eine Annäherung dieser Wahrscheinlichkeitswolken durch Bohr’sche Bahnen erstaunlich gut funktioniert. Wenn man beispielsweise mit den neuen quantenmechanischen Ansätzen für das Wasserstoffatom den wahrscheinlichsten Abstand des Elektrons vom Kern berechnet, erhält man noch immer die zirka fünf milliardstel Zentimeter, die schon Bohr mit seinem Modell vorausgesagt hat – den sogenannten «Bohr’schen Radius». In ähnlicher Weise lassen sich auch hundert Jahre später viele Konzepte der Chemie immer noch leichter anhand des Bohr’schen Modells erklären, obwohl dieses aus quantenmechanischer Sicht überholt ist. So sind die Elektronenbahnen bis heute nicht aus der Grundausbildung an den Schulen verschwunden. Ob man diese hilfreichen Darstellungen noch verwenden soll, ist unter Pädagogen und Didaktikern heftig umstritten. Vielleicht täuschen sie eine falsche Anschaulichkeit vor. Und wenn man sie einmal gesehen hat, lassen sich diese klaren Bilder nur schwer wieder aus dem Kopf beseitigen. Doch schon Bohr hatte sie von Anfang an nur als Modell verstanden. Aus dem Verhalten der Atome in Experimenten hatte er eine intuitive Vorstellung von deren Struktur gewonnen, die er nun auch anderen Menschen verständlich machen wollte. Die Diskussionen, die er damit angeregt hat, haben eine ganze Generation von Physikern beschäftigt. Könnte man wirklich all diese Gedankenschritte auslassen und direkt zu stochastischen Konzepten springen? Selbst wenn es im Klassenzimmer zum didaktischen Umdenken käme: Bohrs Atommodell hat mittlerweile eine so lange Erfolgsgeschichte, dass sich die Elektronenbahnen in unseren Köpfen wohl kaum in Wahrscheinlichkeitswolken auflösen werden. Quellen K Hentschel, «Elektronenbahnen, Quantensprünge und Spektren» sowie A Schirrmacher, «Bohrsche Bahnen in Europa. Bilder und Modelle zur Vermittlung des modernen Atoms», in: C Bigg, J Hennig (Hsg.), «Atombilder. Ikonografie des Atoms in Wissenschaft und Öffentlichkeit des 20. Jahrhunderts», Wallstein (2009) GL Ingold, «Quantentheorie. Grundlagen der modernen Physik», C.H. Beck (2008) W Heisenberg, «Der Teil und das Ganze. Gespräche im Umkreis der Atomphysik», Piper (1986) 4/2013

CHEMIE

Sonnenlicht setzt Kohlendioxid aus metallorganischem Gerüst frei

Effizientere CO2-Abscheidung für Kohlekraftwerke Kohlendioxid hat entscheidenden Einfluss auf den Klimawandel. Um den CO2-Ausstoss von Kohlekraftwerken zu verringern, kann das Treibhausgas aus der Abluft abgetrennt und gelagert oder als Kohlenstoffquelle für Synthesen genutzt werden. Bisherige Verfahren benötigen noch sehr viel Energie. Australische Wissenschaftler stellen jetzt eine metallorganische Gerüstverbindung vor, an welche CO2 adsorbiert und bei Bestrahlung mit Sonnenlicht wieder freigesetzt wird.

Bilder: Matthew R. Hill

Verstrebungen aus organischen Molekülen. Über die Wahl der einzelnen Komponenten lassen sich Grösse und chemische Eigenschaften der Poren kontrollieren. In diesem Fall sind sie so ausgelegt, dass CO2 gut aufgenommen und wieder abgegeben werden kann.

Richelle Lyndon und Matthew R. Hill

Derzeitige Techniken zur Entfernung von CO2 aus der Abluft von Kraftwerken mithilfe flüssiger Amine verbrauchen enorme Mengen an Energie. Teilweise werden bis zu 30 Prozent der von einem Kraftwerk produzierten Energie für diese Reinigungsverfahren aufgewendet. Die meiste Energie wird benötigt, um das eingefangene CO2 durch Erhöhung der Temperatur oder Anlegen eines Vakuums wieder aus den Filtermaterialien freizusetzen. Das Team um Richelle Lyndon und Matthew R. Hill setzt auf die Nutzung von konzentriertem Sonnenlicht als Energiequelle für die CO2-Freisetzung. Realisieren wollen die Forscher dies mithilfe sogenannter metallorganischer Gerüstverbindungen (MOF: metal-organic framework) als CO2Adsorber. Es handelt sich dabei um gerüstartig aufgebaute Kristalle, die in ihren Poren sogenannte Gastmoleküle aufnehmen können. Die Knotenpunkte des Kristalls bestehen aus Metallionen oder -clustern, die 8

Wie die Forscher in der Zeitschrift «Angewandte Chemie» berichten, wählten sie als senkrechte beziehungsweise waagerechte Verstrebungen zwei unterschiedliche organische Moleküle. Unter ultravioletter Wie beim Auswringen eines Schwamms kann ein mit strukurveränStrahlung fluktuiert dernden lichtresponsiven Gruppen versehenes metallorganisches die räumliche Struk- Gerüst eingefangenes CO2 freigeben. Da diese Gruppen in die Struktur eingebaut sind, tritt eine Oszillation zwischen den ursprünglichen tur dieser beiden und angeregten Zuständen auf. Eine Kopplung mit der CO2-AbscheiGruppen zwischen dung bei der Energieerzeugung aus Kohle könnte zur Reduktion der zwei Formen. Durch für die Regeneration des Adsorbens benötigten Energiemenge fühdie oszillierenden Be- ren. wegungen im Gitter nehmen die anziehenden Wechselwirkun- Aus diesem Grund können sich immer nur gen zwischen den Porenoberflächen und kleine Bereiche des Gerüsts bewegen. Sodem aufgenommenen CO2 drastisch ab. mit wird ein Zusammenbruch der gesamEin Grossteil des CO2 wird wie Wasser ten Struktur verhindert. beim Auswringen eines Schwamms aus dem Gerüst «herausgepresst». Da die Git- Obwohl dieser Prozess am besten mit ultermoleküle aber fest in das Gerüst einge- travioletter Strahlung funktioniert, wird das baut sind, entstehen Spannungen, die die Gitter auch mit fokussiertem Sonnenlicht Moleküle daran hindern, rasch zwischen genügend angeregt. Die auf Licht reagieden beiden Konfigurationen zu wechseln. renden metallorganischen Gerüste sind 4/2013

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daher ein interessanter Ansatz, um CO2 energieeffizient aus Verbrennungsgasen abzutrennen. Nun muss unter anderem geklärt werden, wie gut die Abscheidung unter realen Bedingungen läuft. Quelle: Angewandte Chemie/ Wiley-VCH

Originalpublikation R Lyndon, K Konstas, BP Ladewig, PD Southon, CJ Kepert, MR Hill, «A Dynamic Photo-Switching in MetalOrganic Frameworks as a Route to Low-Energy Carbon Dioxide Capture and Release», Angew Chem, DOI: 10.1002/ ange.201206359 (2013)

Kontakt Dr. Matthew R. Hill CSIRO Division of Materials Science and Engineering, Clayton (Australia) matthew.hill@csiro.au www.csiro.au/matthewhill

Kleine Moleküle, grosser Einfluss

Experimente mit molekularen «Wäscheklammern»

Bild: Wikipedia

Mithilfe von pinzettenförmigen Molekülen – sogenannten Tweezern – können die Interaktionen zwischen Proteinen beeinflusst werden und so zum Beispiel in der Krebstherapie zur Anwendung kommen. Forscher haben jetzt herausgefunden, dass die kleinen Pinzetten bei einem bestimmten Teil des Proteins zuschnappen, wie eine Wäscheklammer hängenbleiben und diesen Teil damit ausser Gefecht setzen.

Beispiel für einen «Molecular Tweezer»: 2,4,7-Trinitrofluoren (blau) ist in einer Molekularen Wäscheklammer (rot) gebunden.

Forscher von der Universität Duisburg-Essen, vom Chemical Genomics Centre der Max-Planck-Gesellschaft in Dortmund und vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr konnten zeigen, dass «molecular tweezers» dazu geeignet sind, die Aktivitäten von Proteinen untereinander zu beeinflussen. Aus Sicht der Forscher-Teams ist das ein vielversprechender Ansatz für eine mögliche Anwendung im medizinischen Bereich, denn bislang ist nichts von eventuellen Nebenwirkungen der wasserlöslichen Tweezer bekannt. Die Wissenschaftler haben ihre kleinen Pinzetten an bestimmten Adaptorproteinen 4/2013

untersucht, die viele Prozesse im Körper beeinflussen. «Wir wollten ganz genau wissen, wie die Tweezer an den Proteinen funktionieren», erklärt Elsa Sanchez Garcia. Die Tweezer, die über eine äusserst reaktionsfreudige Innenseite verfügen, umklammern besonders gerne die Aminosäure Lysin. Das ist ein Bestandteil der Proteine, mit denen die Forscher experimentiert haben. Doch auch die Umgebung des Lysins hat einen grossen Einfluss darauf, ob die kleine «Wäscheklammer» zuschnappt oder nicht. Mithilfe von Computersimulationen haben Sanchez Garcia und ihr Kollege Kenny Bravo Rodriguez nun zeigen können, an welcher bestimmten Art von Lysin sich die Tweezer besonders gerne festsetzen und warum das so ist. «Wir können jetzt Regeln dafür aufstellen, wie sich die Tweezer verhalten», sagt Sanchez Garcia. Das ermöglicht es, ihren Einfluss auf die Proteine vorherzusagen. Obwohl sich die Wissenschaftler noch in einem sehr frühen Stadium ihrer Arbeit befinden, können ihre Erkenntnisse für die medizinische Forschung von vielfältigem Nutzen sein. Denn auch die Adaptorproteine, die die Wissenschaftler für ihre Experimente verwenden, haben bemerkenswerte Eigenschaften. So sind sie in der Lage, andere Proteine zu stabilisieren, die Zellen vor der

Bildung von Tumoren schützen. Aufgrund dieser wichtigen Funktionen in vielen biologischen Prozessen könnten die Adaptorproteine im therapeutischen Bereich gegen schwere Erkrankungen wie Krebs eine Rolle spielen. Quelle: Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr Originalpublikation D Bier et al., «Molecular tweezers modulate 14-3-3 protein-protein interactions», Nature Chemistry 5(3), 234 –239, (2013)

Kontakt Dr. Christian Ottmann Chemical Genomics Centre Dortmund Deutschland christian.ottmann@cgc.mpg.de www.cgc.mpg.de Dr. Elsa Sanchez Garcia Max-Planck-Institut für Kohlenforschung Mülheim an der Ruhr Deutschland esanchez@kofo.mpg.de www.kofo.mpg.de

CHEMIE

Ursprüngliches Tetraeder-Modell der Wasser-Molekülbindung bestätigt

Flüssiges Wasser in vierfacher Koordination

Bild: Thomas Kühne/Johannes Gutenberg-Universität

Wissenschaftler haben das ursprüngliche Modell der Molekülbindung in flüssigem Wasser bestätigt und so den Weg gebahnt, um die jahrelange wissenschaftliche Kontroverse über dessen Struktur beizulegen. Das fast 100 Jahre alte Bild war 2004 ins Wanken geraten, als eine internationale Forschergruppe experimentell festgestellt hatte, dass ein Wassermolekül jeweils nur mit zwei anderen Molekülen verbunden ist.

Modell eines Wassermoleküls: Die über die Zeit gemittelte symmetrische, vierfache Koordination ist durch Aufenthaltswahrscheinlichkeiten benachbarter Wassermoleküle gezeigt. (Sauerstoff rot, Wasserstoff weiss)

«Diese Messungen waren exzellent, aber sie zeigen nur eine Momentaufnahme», erklärt Thomas Kühne, theoretischer Chemiker an der Johannes Gutenberg-Universität. Er widerlegt die These der zweifachen Koordination anhand von Computersimulationen, die auf einer neuartigen Kombination zweier in seiner Gruppe kürzlich entwickelter Rechenmethoden beruhen. Das Ergebnis ist ein Tetraeder-Modell, das besagt, dass jedes Wassermolekül mit vier naheliegenden Molekülen sogenannte Wasserstoffbrückenbindungen eingeht.

Vierfache Koordination im zeitlichen Mittel Einige aussergewöhnliche Eigenschaften von Wasser, wie der flüssige Aggregatzu10

stand oder der hohe Siedepunkt, gehen auf diese Wasserstoffbrücken zurück. Sie entstehen aufgrund der unterschiedlichen Ladung von Sauerstoff- und Wasserstoffatomen, aus denen ein Wassermolekül besteht, und der resultierenden Dipolstruktur. Die traditionelle Sicht, die weithin akzeptiert war, ging von einer tetraedrischen Struktur von Wasser bei Raumtemperatur aus. Im Durchschnitt ist ein Wassermolekül mit den vier nächstliegenden Molekülen über zwei Donor- und zwei Akzeptorverbindungen gekoppelt. «Wir als Theoretiker haben in unseren Berechnungen im zeitlichen Mittel immer nur eine Vierfachkoordinierung beobachten können», so Kühne. So können er und sein Kollege Rustam Khaliullin nun das alte Modell bestätigen und darüber hinaus eine Erklärung für die 2004 gemessenen Zweifachbindungen liefern. Anstatt einer zweifachen Koordination, erklärt Kühne, handle es sich um eine extreme augenblickliche Asymmetrie.

Fluktuationen führen zu Asymmetrie Die vier Wasserstoffbrücken im Tetraedermodell sind hinsichtlich der Stärke sehr asymmetrisch. Dies geht auf kleine momentane Störungen in dem Wasserstoffbrücken-Netzwerk zurück, die sich in Form von extrem schnellen Fluktuationen im Bereich von 100 bis 200 Femtosekunden zeigen. Dadurch wird eine der beiden Donor- beziehungsweise Akzeptorverbindungen kurzfristig wesentlich stärker als die andere. Diese Fluktuationen heben sich jedoch exakt auf, sodass im zeitlichen Mittel von einer tetraedrischen Struktur gesprochen werden kann.

Die Messergebnisse der Röntgenabsorptionsspektroskopie-Experimente aus dem Jahre 2004 gehen auf Wassermoleküle mit hoher momentaner Asymmetrie zurück. Deshalb waren nur zwei starke Wasserstoffbrücken in einer ansonsten tetraedrischen Struktur zu sehen. «Unsere Befunde haben wichtige Folgen, weil sie dazu beitragen, die symmetrische und die asymmetrische Theorie über die Struktur von Wasser in Übereinstimmung zu bringen», schreiben die Wissenschaftler in dem Online-Magazin «Nature Communications». Sie gehen davon aus, dass die Ergebnisse auch für die Untersuchung von molekularen oder biologischen Systemen in wässriger Lösung, wie beispielsweise die Proteinfaltung, von Bedeutung sein werden. Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Originalpublikation T Kühne, R Khaliullin, «Electronic signature of the instantaneous asymmetry in the first coordination shell of liquid water», Nat Commun, DOI: 10.1038/ ncomms2459 (2013)

Kontakt Prof. Thomas D. Kühne Institut für Physikalische Chemie Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Deutschland kuehne@uni-mainz.de www.csm.uni-mainz.de/242.php

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Reversible Haftung durch supramolekulare Wechselwirkung unter Wasser

Klettverschluss aus Sandwich und Kürbis

Bild: Y Ahn, Y Jang, N Selvapalam, G Yun, K Kim: Supramolecular Velcro for Reversible Underwater Adhesion. Angewandte Chemie. 2013. DOI: 10.1002/ange.201209382. Copyright WileyVCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

Kleben feuchter Oberflächen oder gar unter Wasser ist eine grosse Herausforderung. Südkoreanische Chemiker stellen nun ein völlig neues Konzept vor: Sie erreichen eine reversible Unterwasser-Haftung durch einen supramolekularen «Klettverschluss».

Ein supramolekularer Klettverschluss mit bemerkenswerter mechanischer und chemischer Reversibilität und hervorragender Adhäsion wurde auf der Basis von multivalenten Wirt-GastAnordnungen erhalten (siehe Schema). Mit Cucurbit[7]uril (CB[7]) als Wirtspezies und Aminomethylferrocenyl (Fc) als Gastspezies funktionalisierte Siliciumoberflächen (blau) halten wegen der ausserordentlichen Affinität dieser Komponenten unter Wasser zusammen.

Reversible Haftung in aquatischer Umgebung birgt grosses Potential, insbesondere im biomedizinischen Bereich. Bisher haben Forscher vor allem versucht, natürliche «Unterwasserklebstoffe» nachzuahmen, wie etwa Haftmoleküle von Muscheln. Solche Substanzen kleben zwar gut im Nassen, allerdings lässt sich die Haftung nicht wieder aufheben. Das Team um Kimoon Kim und Youngjoo Ahn von der Pohang University of Science and Technology wählte jetzt einen Weg abseits natürlicher Vorbilder. Die grösste Herausforderung beim konventionellen Kleben unter Wasser: Die Wassermoleküle müssen zwischen Klebflächen und Klebstoff verschwinden, damit diese chemisch reagieren können. Die Wissenschaftler verwenden dagegen sogenannte Gast-Wirt-Wechselwirkungen. Zwischen wasserlöslichen Wirtsmolekülen mit einer wasserabweisenden «Tasche» und ionischen Gastmolekülen mit einem wasserabweisenden Baustein entsteht in Wasser eine sehr feste nicht-kovalente Bindung. Dabei ist das Verdrängen der Wassermole4/2013

küle sogar die treibende Kraft für die Ausbildung der Bindung. Die Forscher verwenden Curcubit[7]uril als Wirts- und Aminomethyl-Ferrocen als Gastmolekül. Cucurbit[n]urile (mit n = 5, 6, 7, 8 oder 10) sind grosse ringförmige Moleküle (Makrozyklen). Sie bestehen aus mehreren Glycoluril-Einheiten und können andere Moleküle in ihrem Hohlraum binden. Der Name leitet sich vom lateinischen Namen für Kürbis, cucurbita, ab. Ferrocene sind sogenannte Sandwichverbindungen: Zwischen zwei aromatischen KohlenstoffFünferringen ist ein Eisen-Zentralatom eingeschlossen. Das Ferrocen lagert sich sehr fest und spezifisch in einen «Kürbis» aus sieben Glycoluril-Einheiten ein. Die Wissenschaftler stellten zwei verschiedene Arten von Silikonstreifen her. An die einen wurden viele «Kürbisse» und an die anderen viele «Sandwiches» geknüpft. Kommen diese Streifen in Kontakt, binden sie analog zu einem Klettverschluss sehr fest aneinander. Eine Fläche von einem Quadratzentimeter des supramolekularen

Klettbandes hält aneinander gedrückt ein Gewicht von zwei Kilogramm in Wasser. Nach dem Trocknen an der Luft trägt es sogar vier Kilogramm. Das ist ein höherer Grad an Haftung als beispielsweise bei doppelseitigem Klebeband. Wie ein makroskopischer Klettverschluss kann auch das molekulare Pendant durch kräftiges Abreissen wieder getrennt und mehrere Male wieder verbunden werden. Die Haftung kann aber auch chemisch gelöst werden: Hypochlorit-Lösung oxidiert die Eisenatome, und die beiden Silikonstreifen halten nicht mehr zusammen. Wird der Klettverschluss daraufhin reduziert, klebt er wieder. Da die verwendeten Stoffe biologisch verträglich sind, sind Anwendungen wie beispielsweise beim Verschluss von Operationswunden oder bei der Reparatur von lebendem Gewebe möglich. Nachgemachte Muschel-Kleber sind hierfür ungeeignet, da sie starke Oxidationsmittel für die Aushärtung benötigen. Quelle: Angewandte Chemie/Wiley-VCH Originalpublikation Y Ahn, Y Jang, N Selvapalam, G Yun, K Kim, «Supramolecular Velcro for Reversible Underwater Adhesion», Angew Chem Int Ed Engl 52(11), 3140–3144 (2013)

Kontakt Prof. Kimoon Kim Center for Smart Supramolecules Pohang University of Science and Technology Koreanische Republik kkim@postech.ac.kr css.postech.ac.kr

BIOWISSENSCHAFTEN

Was Grünalgen im Dunkeln treiben, war bis anhin kaum bekannt

Zucker liefert auch Grünalgen Energie Forscher haben einen kaum bekannten Stoffwechselweg in Grünalgen (Chlamydomonas reinhardtii) entschlüsselt, der zur Wasserstoffproduktion im Dunkeln dient und auch zur Energieproduktion genutzt werden könnte. Das Besondere: Die Algen schalten dabei auf einen uralten Stoffwechselweg um, der sonst nur in Bakterien oder einzelligen Parasiten zu finden ist.

energie aber auch in die Produktion von molekularem Wasserstoff (H2) stecken.

Bild: AG Photobiotechnologie, RUB

Stress als Antrieb

Die einzellige Grünalge Chlamydomonas kann nicht nur mittels Sonnenenergie H 2 produzieren, sondern auch im Dunkeln. Jetzt haben Forscher die Kombination der verantwortlichen Proteine aufgedeckt.

Obwohl sich Forscher üblicherweise eher für die lichtgetriebene Wasserstoffsynthese begeistern, könnte dieser Mechanismus biotechnologisch relevant sein. Thomas Happe von der Ruhr-Universität Bochum meint: «Wasserstoff könnte den Menschen aus der Energiekrise helfen.» Dazu müsse man aber Stoffwechselwege und ihre Verknüpfungen als Ganzes betrachten: «Will man Grünalgen zu einer höheren Wasserstoffbildung bringen, ist es wichtig, alle Produktionswege zu verstehen.» Diese Auffassung hat Happe und seinem Team zu grösserem Verständnis eines bislang kaum untersuchten Mechanismus zur Produktion des Gases verholfen. Die neuen Erkenntnisse wurden nun im «Journal of Biological Chemistry» veröffentlicht. Einzellige Grünalgen der Art Chlamydomonas sind mikroskopisch kleine Lebewesen; zehn von ihnen passen nebeneinander auf ein menschliches Haar. In mancher Hinsicht sind die Mikroalgen höheren Pflanzen, etwa Bäumen, gar nicht so unähnlich – sie betreiben zum Beispiel auch Fotosynthese. Anders als Landpflanzen können sie Licht12

«Chlamydomonas und Co. bilden Wasserstoff aber nur unter Stress», sagt Happe. «Die Abgabe des energiereichen Gases dient sozusagen als Überlaufventil, damit überschüssige Lichtenergie nicht den empfindlichen Fotosyntheseapparat schädigt.» Chlamydomonas kann aber auch im Dunkeln Wasserstoff herstellen. Diese Tatsache ist seit Jahrzehnten bekannt; trotzdem ist die H2Synthese ohne Licht kaum untersucht, da hierbei sehr viel weniger des Gases entsteht als unter Lichteinfluss. Ausserdem ist es kompliziert, das Schlüsselenzym, die sogenannte Pyruvat-Ferredoxin-Oxidoreduktase, in grösseren Mengen zu isolieren. Happes Team stellte den Kern der Dunkelwasserstoffproduktion im Reagenzglas nach und belegte damit den zugrundliegenden Mechanismus. Um an die beteiligten Proteine zu gelangen, liessen die Forscher diese von Bakterien produzieren. Sie brachten zunächst die entsprechenden Gene der Grünalgen in das Darmbakterium Escherichia coli ein, so zum Beispiel das Gen für die Pyruvat-Ferredoxin-Oxidoreduktase. Nach dieser Bauanleitung stellte E. coli dann die Proteine her. Happes Team isolierte sie aus den Bakterienzellen und untersuchte sie wie ein Baukastensystem. Im Reagenzglas testeten die Biologen, wie verschiedene Kombinationen von Proteinen unter bestimmten Umweltbedingungen miteinander interagierten. Dabei fanden sie heraus, dass die Algen bei Stress im Dunkeln auf einen Stoffwechselweg umschalten, der sich sonst nur in Bakterien oder einzelligen Parasiten findet. «Chlamydomonas besitzt ein evolutionär

uraltes Enzym», erklärt Jens Noth. «Mithilfe von Vitamin B1 und Eisenatomen gewinnt es Energie aus dem Abbau von Zuckern.» Diese Energie nutzen dann andere Grünalgen-Enzyme, die Hydrogenasen, um Wasserstoff zu bilden. Die Einzeller schalten den Stoffwechselweg ein, wenn sie im Dunkeln plötzlich in sauerstofffreie Bedingungen geraten. Denn wie Menschen brauchen die Grünalgen Sauerstoff zum Atmen, wenn sie ihre Energie nicht aus dem Sonnenlicht schöpfen können. Die Wasserstoffbildung im Dunkeln hilft den Zellen, diese Stressbedingung zu überleben. «Mit dieser Erkenntnis haben wir nun ein weiteres Puzzlestück gefunden, um ein genaues Bild der H2-Produktion in Chlamydomonas zu erhalten», sagt Happe. «Das könnte in Zukunft helfen, auch die biotechnologisch relevante lichtabhängige H2-Bildungsrate zu erhöhen.» Quelle: Ruhr-Universität Bochum Originalpublikation J Noth, D Krawietz, A Hemschemeier, T Happe, «Pyruvate: ferredoxin oxidoreductase is coupled to light-independent hydrogen production in Chlamydomonas reinhardtii», Journal of Biological Chemistry 288(6), 4368–4377 (2013)

Kontakt Jens Noth AG Photobiotechnologie Fakultät für Biologie und Biotechnologie Ruhr-Universität Bochum, Deutschland jens.noth@rub.de www.ruhr-uni-bochum.de/pbt/

4/2013

BIOWISSENSCHAFTEN

Einsatz von Nanotechnologie in der Diagnostik und Therapie

Viren-Erkennung durch künstliche Materialien

Bild: A.Cumbo, M.Oeggerli

Die Siliziumkugeln (blau) haben einen Durchmesser von etwa 400 Nanometern. An ihre Oberfläche werden mithilfe eines neuartigen nanotechnologischen Verfahrens Viren (rosa) gebunden (Aufnahme mit dem Rasterkraft-Mikroskop).

Der wesentliche Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, dass es den Forschenden ermöglicht, mit Viren, also verhältnismässig grossen Biomolekülen, arbeiten zu können und dass nicht nur kleine Moleküle erkannt werden. Zudem ist die Virenerkennung genauer. Methoden, die kleine Moleküle erfassen können, gibt es viele – die relativ grossen Viren sind jedoch mit Nanomaterialien deutlich schwieriger nachzuweisen. Patrick Shahgaldian von der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) und sein Team haben nun eine Methode entwickelt, um Partikel herzustellen, die das Muster eines Virus auf der Oberfläche tragen. Dazu stellen die Wissenschaftler Abdrücke von natürlichen Viren in einem künstlichen Material her. Anschliessend entfernen sie die Viren. Zurück bleibt ein Abdruck, der glei4/2013

che Viren, sowohl an der Form wie auch an den chemischen Eigenschaften, erkennen und binden kann. Konkret werden zuerst Viren an eine Nanokugel aus Silizium gebunden, danach wird eine Mischung aus Kohlenstoff und Silizium (Organosilane) hinzugegeben. Diese Organosilane haben Ähnlichkeiten mit Aminosäuren, den Bausteinen der Proteine, aus denen die Virenhülle besteht. Sie bilden eine dünne Schicht um die Siliziumkugel und um die Viren, deren Dicke genau kontrolliert werden kann: Ist die gewünschte Schichtdicke erreicht, werden die Viren abgelöst – zurück bleiben die Virenabdrücke in der Oberfläche.

Viren binden an Partikel Mit der Grösse der Virenabdrücke bestimmen die Forscher, wie viele Kontaktpunkte das Material mit den Viren haben wird und wie stark der zu erkennende Virus später an den erstellten Abdruck bindet. Die spezielle Zusammensetzung der Organosilane ermöglicht etwa den selektiven Nachweis von sehr geringen Virenkonzentrationen im Wasser. Weiterführende Experimente haben gezeigt, dass die Methode auch in schmutzigen Lösungen funktioniert. Die Bindungsstellen erkennen und binden selektiv nur die von den Wissenschaftlern gewünschten Viren. Damit wurde ein wesentlicher Fortschritt in der Herstellung von künstlichen Materialien zur Erkennung und Bindung von Viren erreicht.

Originalpublikation A Cumbo, B Lorber, PF.-X. Corvini, W Meier, P Shahgaldian, «A synthetic nanomaterial for virus recognition produced by surface imprinting» Nat Commun 4(1503), (2013), doi:10.1038/ncomms2529

Kontakt Prof. Patrick Shahgaldian Hochschule für Life Sciences Fachhochschule Nordwestschweiz Muttenz, Schweiz patrick.shahgaldian@fhnw.ch www.fhnw.ch/lifesciences

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Quelle: Fachhochschule Nordwestschweiz 13

BIOWISSENSCHAFTEN

Spirulina und Algen sind vielfältig nutzbar

Mikroalgen können mehr als Sprit produzieren

Christoph Bächtle1 In den 60er Jahren startete die Massenproduktion von Spirulina. Rund 50 Tonnen pro Jahr stellten Algenzüchter damals in grossen offenen Wasserbecken her. Die Zeiten haben sich geändert: Spirulina gilt heute nicht mehr als Alge, und die Produktionsmengen haben sich vervielfacht. Spirulina fehlt, was Algen für gewöhnlich haben – der Zellkern. Deshalb wird der Mikroorganismus inzwischen den Cyanobakterien zugerechnet. Der Begriff «Alge» hält sich jedoch hartnäckig. So ist beispielsweise auf vielen Verpackungen von Spirulinaprodukten noch immer von Algen die Rede. Mittlerweile werden jedes Jahr mehr als 12 000 Tonnen Biomasse aus Spirulina hergestellt. Fast 70 Prozent davon in China, Indien und Taiwan.

Nahrungs- und Futtermittel Ursache für die Blaufärbung der Blaualgen, wie Cyanobakterien früher genannt wurden, ist Phycocyanin. Es wird als Farbstoff verwendet, zum Beispiel für Kosmetika oder Lebensmittel, aber auch für Fluoreszenzfärbungen in den Biowissenschaften. Weitere kommerziell genutzte Inhaltsstoffe sind die Eisen-Schwefel-Proteine Thioredoxin und Ferredoxin. Der Anteil an Spirulina, der für die Produktion von chemischen Verbindungen genutzt wird, ist aber verschwindend gering. Weil Spirulina in der Trockenmasse bis zu 70 Prozent Protein enthält und reich an Vitamin B12 ist, werden 97 Prozent der weltweiten Spirulinaproduktion als Gesamtbiomasse verwendet. Einsatzbereiche sind Futter, Nahrungs1

Der Autor arbeitet als Projektmanager Bioenergie bei BIOPRO Baden-Württemberg

und Nahrungsergänzungsmittel. 75 Prozent der Spirulinaprodukte werden von Menschen verzehrt. Eine Mikroalgenart, bei der ebenfalls der Löwenanteil der Produktion als Gesamtbiomasse verwendet wird, ist Chlorella. Auch aus Chlorella werden Nahrungs-, Nahrungsergänzungsmittel und Tierfutter gewonnen. Weltweit züchten Chlorellaproduzenten geschätzt rund 5 000 Tonnen pro Jahr. Im deutschen Klötze (Sachsen-Anhalt) steht eine moderne Produktionsanlage, in der Chlorella in einem modernen Photobioreaktorsystem kultiviert wird. Meistens wird Chlorella jedoch in grossen offenen Wasserbecken, sogenannten Open-PondSystemen, vermehrt. Tradition hat in der Mikroalgenproduktion offensichtlich noch immer ihren Platz.

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren Manche Mikroalgenarten können mehrfach ungesättigte Fettsäuren synthetisieren. Eine wichtige Rolle spielen Omega-3-Fettsäuren, eine besondere Gruppe von mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Für den Stoffwechsel des Menschen sind viele Omega-3-Fettsäuren essenziell, müssen also über die Nahrung zugeführt werden. Docosahexaensäure (DHA), eine Omega-3-Fettsäure mit 22 C-Atomen, wird zum Beispiel mit den Mikroalgenarten Ulkenia und Schizochytrium hergestellt. Menschen können im Stoffwechsel DHA zwar selbst synthetisieren, brauchen dafür aber Linolensäure. Die wiederum ist essenziell, und der Mensch wandelt nur einen kleinen Teil der Linolensäure in DHA um. Eine wesentliche DHAQuelle ist Seefisch. Da viele Menschen zu wenig Seefisch essen, ist es laut Ernährungsexperten ratsam, DHA über Nah-

Bild: Biopro Baden-Württemberg

Seit Jahrzehnten schon spielen Mikroalgen eine wichtige Rolle als Futtermittel oder Nahrungsergänzungsmittel. Und sie können komplexe chemische Verbindungen herstellen. Diese sogenannte stoffliche Nutzung von Mikroalgen ist bereits ein wichtiger Wirtschaftszweig. Trotzdem denkt beim Thema Algenbiotechnologie fast jeder nur an Energieträger – dabei ist noch mehr möglich.

Mittels LED-System lassen sich die Lichtsituationen in Fotobioreaktoren simulieren. Dieses System ist wichtig für die Entwicklung von Fotobioreaktoren und auch für die Forschung an den lichtabhängigen zellulären Prozessen in Algen.

rungsergänzungsmittel oder funktionalisierte Lebensmittel aufzunehmen. 94 Prozent der DHA-Produktion aus Ulkenia wird in funktionalisierten Lebensmitteln verwendet. Fünf Prozent sind für Nahrungsergänzungsmittel bestimmt, lediglich ein Prozent wird für Tierfutter genutzt. Aus Schizochytrium wird zusätzlich zu DHA die mehrfach ungesättigte C20-Fettsäure Eicosapentaensäure isoliert. Auch sie ist für Menschen essenziell. Weitere relevante mehrfach ungesättigte Fettsäuren, die aus Algen gewonnen werden, sind GammaLinolensäure und Arachidonsäure.

Carotin und Astaxanthin Farbstoffe sind weitere relevante Moleküle, die von Algen synthetisiert werden. Von Bedeutung sind zum Beispiel die Carotinoide β-Carotin und Astaxanthin. Die Alge Dunaliella salina hat in der Trockenbiomasse einen β-Carotin-Gehalt von bis zu 14 Prozent. Der Farbstoff sichert 75 Prozent des Umsatzes, den AlgenbiotechnologieUnternehmen mit Produkten aus Dunaliel4/2013

Zahl des Monats 156 679

Bild: Fraunhofer IGB

So viele anorganische Kristallstrukturen sind nach der neuesten Erhebung in der «Inorganic Crystal Structure Database» erfasst. Die kurz als ICSD bezeichnete Datensammlung wird vom Fachinformationszentrum Karlsruhe betreut. Die Grundlage der Strukturanalysen ist meistens die Beobachtung des Beugungsverhaltens von Röntgen- oder Neutronenstrahlen, die durch neue Detektoren und moderne Computer in den letzten Jahren deutlich schneller geworden ist. So haben insbesondere Flächendetektoren den Messprozess stark beschleunigt, da Reflexe aus den Beugungsexperimenten nicht mehr einzeln vermessen werden müssen. Die grössere Rechenkapazität wiederum erlaubt fortschrittliche und oft sehr aufwändige Modellrechnungen, die für die Strukturaufklärung notwendig sind. Allein in den letzten fünf Jahren wurden mehr als 25 Prozent der gesamten Strukturen erfasst. Eine beeindruckende Dynamik, wenn man bedenkt, dass die ersten Strukturen schon 1913 aufgeklärt wurden. Anhand der Informationen aus den Kristallstrukturen kann man einerseits das physikalische Verhalten, wie zum Beispiel Supraleitung, und andererseits chemische Eigenschaften, wie Bindungsverhältnisse, herleiten. (SW) Quelle: FIZ Karlsruhe la salina erzielen. Der Gesamtumsatz mit Dunaliella wird auf etwa 71 Millionen Franken geschätzt, 57 Millionen entfallen auf Nahrungsergänzungsmittel. Unter den Produkten, die aus Mikroalgen isoliert und aufbereitet werden, ist Astaxanthin eines der wertvollsten. Der rötliche Farbstoff kann zum Beispiel mit Haematococcus hergestellt werden. Obwohl der Astaxanthinmarkt vom chemisch-synthetischen Astaxanthin beherrscht wird, gibt es für das natürliche Astaxanthin Interessenten. Sie sind bereit, hohe Preise für den Naturfarbstoff zu bezahlen. Die Preisangaben für natürliches Astaxanthin aus Mikroalgen liegen im Durchschnitt im Bereich von 6 700 Franken pro Kilogramm. Haematococcus wird daher zu fast 90 Prozent für die Extraktion von Astaxanthin verwendet. Das natürliche Astaxanthin wird vor allem von denjenigen Unternehmen nachgefragt, die als Komponenten nur Naturprodukte akzeptieren. Abnehmer sind zum Beispiel Kosmetikhersteller, Nahrungsmittel- und Futterproduzenten. Etwa Die am FraunhoferInstitut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) kultivierte Alge Haematococcus pluvialis produziert den roten Farbstoff Astaxanthin.

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85 Prozent des Astaxanthins werden für Nahrungsergänzungsmittel genutzt.

Tendenz: Steigend Die stoffliche Nutzung von Mikroalgen wird nach Expertenmeinung weiter steigen. In den drei Marktsegmenten «Ernährung», «Futter», «Kosmetika» werden circa 35 000 Tonnen Algentrockenmasse verarbeitet. Mehr als 85 Prozent der Biomasse fliessen in die Anwendungsbereiche «Funktionalisierte Lebensmittel» und «Nahrungsergänzungsmittel». Beide Märkte haben jeweils ein geschätztes Umsatzvolumen von etwa 265 Millionen Franken. Für die kommenden Jahre stehen die Chancen gut, dass Mikroalgen mehr und mehr stofflich genutzt werden, obwohl auch im Energiesektor ihre Bedeutung wächst. Mikroalgen haben als Rohstofflieferant in verschiedenen Märkten ihren Platz gefunden – als Gesamtbiomasse oder als hochwertige Extrakte. Quelle: copyright BIOPRO

Kontakt Christoph Bächtle BIOPRO BadenWürttemberg GmbH Stuttgart, Deutschland baechtle@bio-pro.de www.bio-pro.de

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Wie Nanosensoren die Identifizierung einer Genmutation ermöglichen

Hautkrebs: Wem hilft welche Therapie? Das maligne Melanom gilt als die aggressivste Form von Hautkrebs. Bei der Hälfte der Erkrankungen spielt eine spezielle Genmutation eine wichtige Rolle. Da das Leben von Trägern dieser Mutation mit Medikamenten signifikant verlängert werden kann, ist es wichtig, diese zuverlässig zu identifizieren. Dazu ist jetzt an zwei Schweizer Forschungsinstituten eine neuartige Methode entwickelt worden.

fahren ist die Methode so empfindlich, dass die Erbsubstanz zu ihrer Anwendung weder vervielfältigt noch markiert werden muss.

Bilder: Universität Basel

Ausgangspunkt der Methode ist die Bindung von Molekülen an der Oberseite der Federbalken respektive die dadurch verursachte Veränderung der Oberflächenspannung. Die Federbalken (Cantilever) werden zuerst mit einer Lage von DNA-Molekülen beschichtet, welche die betroffene Mutation in RNA aus Zellen an sich binden kann. Diese Bindung verbiegt den Cantilever, was sich mithilfe eines Lasers messen lässt. Um ein Signal zu erzeugen, muss die molekulare Wechselwirkung dabei sehr nahe an der Oberfläche stattfinden.

Nanosensor: Acht je 500 Mikrometer lange Federbalken dienen dem Nachweis der Genmutation.

Jährlich erkranken in der Schweiz etwa 2100 Menschen an einem malignen Melanom, das heisst an schwarzem Hautkrebs. Dieser gehört damit zu den häufigsten Tumorerkrankungen. Während bei einer frühen Erkennung die Heilungsaussichten sehr gut sind, sinken die Überlebenschancen in späteren Stadien drastisch. In den vergangenen Jahren wurden neuartige Medikamente entwickelt, die gezielt bei Genmutationen wirken, welche massgeblich an der schnellen Vermehrung von Gewebe beteiligt sind. Im Falle des schwarzen Hautkrebses ist das sogenannte BRAF-Gen betroffen, das in seiner mutierten Form zu einem unkontrollierten Zellwachstum führt. Da aber nur etwa die Hälfte der Patienten mit malignem Melanom diese Mutation aufweist, ist es wichtig, die Patienten zu ermitteln, denen diese Therapie tatsächlich auch 16

hilft. Angesichts der Nebenwirkungen wäre es nicht angebracht, das Medikament prophylaktisch einfach allen Patienten zu verabreichen.

Diagnose mithilfe molekularer Wechselwirkung Die Forschergruppen um Christoph Gerber vom Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel und Donata Rimoldi vom Lausanner Ludwig Institute for Cancer Research haben nun eine neuartige diagnostische Methode entwickelt, bei der mit nanomechanischen Sensoren in Form von mikroskopisch kleinen Federbalken die Ribonukleinsäuren (RNA) von Krebszellen analysiert werden. Auf diese Weise lassen sich gesunde Zellen von Krebszellen unterscheiden. Im Gegensatz zu anderen Ver-

Nachweis auch von anderen Krebsarten In Experimenten konnten die Forscher zeigen, dass sie verschiedene Zellen mit der gesuchten Genmutation von solchen ohne Mutation unterscheiden können. Dabei wurde RNA von Zellkulturen getestet, die jener von Gewebeproben vergleichbar ist. Da die Forscher die Mutation in RNA aus unterschiedlichen Zelllinien nachweisen konnten, funktioniert die Methode unabhängig vom Ursprung der verwendeten Proben. François Huber vom Swiss Nanoscience Institute erklärt: «Die Technik lässt sich auch auf andere Krebsarten anwenden, die von Mutationen in einzelnen Genen abhängig sind, wie zum Beispiel gastrointestinaler Stromatumor und Lungenkrebs. Dies zeigt das breite Anwendungspotential in der Krebsdiagnostik und der personalisierten Gesundheitsfürsorge.» Quelle: Universität Basel 4/2013

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Originalpublikation F Huber, HP Lang, N Backmann, D Rimoldi, Ch Gerber, «Direct detection of a BRAF mutation in total RNA from melanoma cells using cantilever arrays», Nature Nanotech 8(2), 125–129 (2013)

Kontakt

Schematische Darstellung der Federbalken-Methode: Binden die mutierten RNA-Moleküle (grün) an die DNA-Moleküle (rot), verbiegt sich der Federbalken, was mithilfe eines Lasers gemessen werden kann.

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Magnetische Wechselwirkungen

Supraleiter mit verblüffenden Eigenschaften

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Wissenschaftler und Ingenieure träumen schon lange von einem Material, das elektrischen Strom bei Zimmertemperatur ohne Verlust leitet. Vor gut 25 Jahren fanden Forscher mit den Kuprat-Supraleitern (Supraleiter auf Kupfer-Basis) erstmals Stoffe, die bei vergleichsweise hohen Temperaturen supraleitend sind. Diese Eigenschaft hat auch eine neue Klasse von Supraleitern hervorgebracht, die erst vor wenigen Jahren entdeckt wurde: Hochtemperatur-Supraleiter auf Eisenbasis. Wissenschaftler des Paul Scherrer Instituts (PSI) in Villigen haben nun zusammen mit chinesischen und deutschen Forscherkollegen neue Erkenntnisse zu dieser Klasse von Supraleitern gewonnen. Die experimentellen Ergebnisse aus der Grundlagenforschung deuten darauf hin, dass magnetische Wechselwirkungen für das Phänomen der Hochtemperatur-Supraleitung von zentraler Bedeutung sind. Dieses Wissen könnte in Zukunft dazu beitragen, Supraleiter mit besseren technischen Eigenschaften zu entwickeln.

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Konventionelle Supraleiter brauchen sehr niedrige Temperaturen. Dann können diese Materialien Strom ohne Widerstand leiten, wodurch beispielsweise Anwendungen in medizinischen Geräten oder im Teilchenbeschleuniger möglich werden, bei denen besonders starke Magnetfelder nötig sind. In jüngerer Zeit richtet sich das Interesse der Forschung auf die HochtemperaturSupraleiter. Diese Supraleiter leiten den Strom bei erhöhten Temperaturen verlustfrei. Deshalb suchen Forscher nach neuen Materialen, die bei möglichst hohen Temperaturen supraleitend sind. 2008 wurden neuartige Hochtemperatur-Supraleiter aus Eisen entdeckt, die hauptsächlich in den Legierungen mit Eisen-Arsenid, Eisen-Phosphor und Eisen-Selenid vorkommen.

Ähnliche magnetische Eigenschaften Wissenschaftler des Paul Scherrer Instituts sind bei der Erforschung der eisenbasierten Supraleiter an der Spitze mit dabei. Die jüngsten, mithilfe der Röntgen-Spektroskopie gewonnenen Resultate tragen zu einem vertieften Verständnis dieser Supraleiter bei. Bei ihren Untersuchungen verglichen die Forscher eine supraleitende Materialprobe mit einer Probe des zugehörigen Basismaterials, das nicht supraleitend ist. Das Basismaterial – im vorliegenden Fall eine Barium-Eisen-Arsenid-Verbindung – wird supraleitend, indem man es mit einer bestimmen Menge von Kalium-Atomen versetzt. Bei diesem Einbringen von Fremdatomen wird das Basismaterial mit Löchern dotiert. Diese Lochdotierung mit Kalium führt im Material zu Stellen mit fehlenden Elektronen, was die Kristallstruktur und die elektrische Leitfähigkeit beeinflusst. Die Wissenschaftler interessierten sich insbesondere für die dynamischen magnetischen Eigenschaften von Basismaterial und Supraleiter. Dazu regten sie in den Materi-

Bild: Paul Scherrer Institut/Markus Fischer

Neue Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung geben Hinweise darauf, dass magnetische Wechselwirkungen für eisenbasierte Hochtemperatur-Supraleiter von grundlegender Bedeutung sind.

In dem dargestellten RIXS-Experiment wurden eisenbasierte Supraleiter mit Röntgenlicht aus der Swiss Light Source am Paul-Scherrer-Institut bestrahlt. Das Licht regt in der Probe eine Spinwelle an und verliert dadurch Energie. Indem man den Energieunterschied zwischen einfallendem und gestreutem Licht bestimmt, kann man Informationen über magnetische Fluktuationen gewinnen.

alproben magnetische Fluktuationen an. Mit magnetischen Fluktuationen, auch als Spinwelle oder Magnon bezeichnet, geht eine Umorientierung der benachbarten Elektronenspins einher, die sich wellenartig in der Materialprobe fortsetzt. In dem Basismaterial sind Spinwellen leicht und deutlich nachweisbar. Die Forscher wollten nun wissen, ob dies auch für die dotierten, supraleitenden Materialproben gilt. Auf den ersten Blick könnte man vermuten, dass die «Störlöcher» der Lochdotierung die Spinwellen stark dämpfen und die magnetische Ordnung der nach langer Reichweite geordneten Spins aufbrechen. Doch die PSI-Forscher gelangten zu einem anderen Befund: Die Spinwelle wurde im Supraleiter kaum gedämpft, sie liess sich fast mit derselben Intensität nachweisen wie im Basismaterial. «Wir haben gelernt, dass die ma4/2013

Bild: Scanderbeg Sauer Photography

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Die Forscher Thorsten Schmitt (links) und Kejin Zhou am RIXS Messplatz der ADRESS Strahllinie am Paul-Scherrer-Institut beim Einbringen einer Materialprobe in die Messapparatur. Hier können Materialien mit Hilfe von Röntgenstrahlung mit sehr hoher Präzision analysiert werden.

gnetischen Fluktuationen im supraleitenden Material praktisch gleich stark auftreten wie im Basismaterial. Die Lochdotierung mit Kalium führt zu keiner wesentlichen Störung der Spinwellen», fasst PSI-Forscher Thorsten Schmitt das Resultat zusammen.

Erklärungsansatz für Supraleitung Die dynamischen magnetischen Eigenschaften von Basismaterial und optimal dotiertem Supraleiter sind bei eisenbasierten Hochtemperatur-Supraleitern also sehr ähnlich. «Wir deuten diese erstaunliche Tatsache so, dass die magnetische Wechselwirkung am Übergang zur supraleiten-

den Phase beteiligt sein kann. Wir sind gerade dabei, unsere Methode noch weiter zu verbessern, um auch sehr kleine Änderungen der magnetischen Eigenschaften, die eventuell beim Übergang in die supraleitende Phase auftreten, nachweisen zu können», sagt Schmitt. Zusammen mit seinen Forscherkollegen leistet er einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung. Supraleitung entsteht nach gängiger Auffassung dadurch, dass zwei Elektronen zu einem sogenannten Cooper-Paar «zusammengeklebt» werden. Bei Hochtemperatur-Supraleitern könnte die magnetische Wechselwirkung für die Bindung der Elektronen-Paare verantwortlich sein. «Die Spinwellen sind dafür der heisseste Kandidat», verrät Schmitt.

Untersuchung mit Röntgenlicht Für ihre Untersuchungen nutzten die Forscher die ADRESS-Strahllinie der Synchrotron Lichtquelle Schweiz, eine Grossforschungsanlage am PSI, die Röntgenlicht von sehr hoher Intensität für wissenschaftliche Experimente zur Verfügung stellt. Dabei wurden die dynamischen magnetischen Eigenschaften von Basismaterial und Supraleiter mit resonant-inelastischer Röntgen-Streuung (Resonant Inelastic X-ray scattering, RIXS) untersucht. Bei dieser Spektroskopie-Methode wird das untersuchte Material mit Röntgenlicht bestrahlt. Das Röntgenlicht regt in der Probe eine Spinwelle an und verliert dadurch Energie.

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«Vergleicht man die Energie des abgelenkten mit jener des eingestrahlten Lichts, kann man aus der Differenz auf die Eigenschaften der Spinwellen schliessen», sagt Kejin Zhou, der diese Messungen am PSI durchgeführt hat. Die Forscher wollen ihr Verständnis der Hochtemperatur-Supraleiter weiter vertiefen. Dazu gehören Experimente bei verschiedenen Dotierungszuständen in jenem Grenzbereich, in dem die Eigenschaft der Supraleitung einsetzt. Geplant sind auch Untersuchungen von weiteren Klassen von eisenbasierten Supraleitern. Quelle: Paul Scherrer Institut Originalpublikation KJ Zhou et al. «Persistent high-energy spin excitations in iron pnictide superconductors», Nat Commun 4, online publiziert am 12.2.2013, DOI: 10.1038/ncomms2428

Kontakt Dr. Thorsten Schmitt Labor für Kondensierte Materie Forschungsbereich Synchrotronstrahlung und Nanotechnologie Paul Scherrer Institut Villigen,Schweiz thorsten.schmitt@psi.ch www.psi.ch/sls/adress/

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Lösungsmittel macht Katalysatoren effizienter

Wenn Wasser spricht Warum bestimmte Katalysatormaterialien effizienter arbeiten, wenn sie von Wasser anstatt von einer Gasphase umgeben sind, war bislang unklar. Ein Team von Chemikern hat nun mit Computersimulationen erste Antworten gefunden. Sie konnten zeigen, dass Wasser spezifische Ladungszustände an der Katalysatoroberfläche stabilisiert. Darüber hinaus berechneten die Forscher, wie man die Effizienz von Katalysatorsystemen ohne Wasser steigern kann, indem man Druck und Temperatur variiert.

Bild: Copyright: Matteo Farnesi Camellone, Dominik Marx

Anteile von Elektronendichten, werden zwischen fester und flüssiger Phase verschoben. Auf diese Weise stabilisiere die flüssige Phase Ladungszustände an der Goldoberfläche, spekulieren die Forscher. Die Stellen, wo das passiert, könnten die aktiven Zentren des Katalysators sein, an denen die chemischen Reaktionen effizient ablaufen. Dominik Marx, Leiter der Arbeitsgruppe, fasst die komplexen Ladungstransferprozesse zusammen: «Katalysator und Wasser sprechen quasi miteinander.» Anders als Wasser kann eine Gasphase nicht auf diese Art und Weise mit dem Katalysator «sprechen», da mit der Gasphase kein Ladungstransfer möglich ist.

Wasser-induzierter Ladungstransfer an der Grenzfläche zwischen Wasser (blau-rote Moleküle oben) und Katalysator (Metall (graue und gelbe Kugeln) plus Oxid (blau-rotes Gitter unten)): Die roten und blauen Flächen im linken bzw. rechten Bild quantifizieren die Erniedrigung bzw. Erhöhung der Elektronendichte zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Heterogene Katalyse: Wasser oder Gas als zweite Phase Bei der heterogenen Katalyse kombinieren Forscher Stoffe zweier unterschiedlicher Phasen – üblicherweise fest und gasförmig. An den dadurch entstehenden Grenzflächen laufen chemische Reaktionen schneller ab als ohne Katalysator. Die Industrie nutzt die heterogene Katalyse für viele Prozesse, zum Beispiel um Alkohole in bestimmte Aldehyde umzusetzen. Als feste Phase eignet sich etwa Titandioxid mit an der Oberfläche gebundenen Goldpartikeln. Wasser – anstelle eines Gases – als zweite Phase hat mehrere Vorteile: Umweltschädliche Substanzen, die in tra20

ditionellen Verfahren zur Oxidation der Alkohole erforderlich sind, können einfach durch Luftsauerstoff ersetzt werden. Ausserdem ist die ganze Reaktion in Wasser bereits bei moderaten Temperaturen sehr effizient.

Ladungstransfer zwischen Wasser und Katalysator Was bei der Katalyse auf molekularer Ebene passiert, haben theoretische Chemiker der Universität Bochum jetzt mit sogenannten «ab initio Molekulardynamik-Simulationen» erforscht. Das Ergebnis: Zwischen Wasser und Katalysator findet ein Ladungstransfer statt. Elektronen, genauer gesagt

Die Effizienz per Thermodynamik steigern In einer weiteren Studie untersuchte das Team um Marx einen verwandten Metall/ Oxid-Katalysator aus Kupfer und Zinkoxid, welcher der grossindustriellen Methanolsynthese dient. Wie die Computersimulationen ergaben, ist hier vor allem das Wechselspiel zwischen fester Phase und Gasphase für die Effizienz entscheidend. Je nach Druck- und Temperaturverhältnissen bindet Wasserstoff an die Katalysatoroberfläche und stabilisiert damit indirekt katalytisch aktive Zentren, die in diesem Fall aufgrund eines Elektronentransfers zwischen Oxid und Metall entstehen. «Ohne den Wasserstoff würden die Zentren, platt gesagt, gar nicht existieren», erklärt Marx. Die thermodynamischen Bedingungen in der Gasphase versetzen die Oberfläche auf diese Weise in einem bestimmten Zustand, der für die Arbeit des Katalysators besonders günstig ist. 4/2013

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Mehrwert durch Kombination Die beiden Arbeiten zeigen also, dass sich die Katalysatoreffizienz sowohl über ein Lösungsmittel als auch über die Thermodynamik – genauer: über den Druck und die Temperatur der Gasphase – steuern lässt. Obwohl hierfür völlig verschiedene Mechanismen verantwortlich sind, konnten die Forscher beide mit den gleichen Simulationsmethoden aufklären. Das macht die Ergebnisse direkt vergleichbar. In Zukunft wollen die Theoretiker mit diesen Methoden untersuchen, ob sie das Kupfer/Zink-

oxid-System noch weiter optimieren können, indem sie die Gasphase durch ein geeignetes Lösungsmittel ersetzen.

ZnO nanocatalyst via gas phase pressure», Phys Rev Lett 110(8), 086108 (2013)

Quelle: Ruhr-Universität Bochum Kontakt Originalpublikationen M Farnesi Camellone, D Marx, «On the impact of solvation on a Au/TiO2 nanocatalyst in contact with water», J Phys Chem Lett 4(3), 514–518 (2013) L Martínez-Suárez, J Frenzel, D Marx, B Meyer, «Tuning the reactivity of a Cu/

Prof. Dominik Marx Lehrstuhl für Theoretische Chemie Ruhr-Universität Bochum Bochum, Deutschland dominik.marx@rub.de www.theochem.rub.de/research/marx

Neue Einblicke in das Verhalten von Fluiden in porösem Gestein

Alles im Fluss Computertomografische Untersuchungen erlauben es erstmals, den Fluss von Öl und Wasser direkt im Gestein zu beobachten – in 3D und mit bisher unerreichter zeitlicher Auflösung. Der neue Ansatz und die daraus gewonnenen Informationen helfen besser zu verstehen, wie sich verschiedene Flüssigkeiten in porösen Materialien gegenseitig verdrängen können.

grundlegenden Vorgänge kann die ölfördernde Industrie neue Verfahren entwickeln, mit denen der Rohstoff effektiver und nachhaltiger aus vorhandenen Lagerstätten gefördert werden kann. Konventionelle Ansätze für die makroskopische Beschreibung des Fliessverhaltens mehrerer nicht miteinander mischbarer Flüssigkeiten haben viele Mängel und tragen zudem nicht zu unserem

Bilder: PSI

Erdöl und Erdgas sind in kleinen Poren im Sedimentgestein gefangen; bei konventioneller Förderung bleiben auch bei Verdrängung durch Wasser rund 50 bis 70 Prozent des Öls im Boden zurück. Die Zukunft der Öl- und Gasförderung hängt daher entscheidend davon ab, wie gut man das Verhalten von Wasser/Öl-Mischungen in Gesteinsporen versteht. Dank neuer Einblicke in die

Befüllung einer einzelnen Fels-Pore über die «Flaschenhals-Öffnung» am unteren Ende: die Startsequenz und eine Aufnahme nach 16,8 Sekunden.

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Verständnis der Vorgänge auf der Ebene einzelner Poren bei. Neue experimentelle Ergebnisse liefern nun erstmals Daten, mit denen numerische Modelle zur Beschreibung dieser Vorgänge in einzelnen Poren überprüft werden können. Die Experimente sind an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) des Paul Scherrer Instituts (PSI) durchgeführt worden. Sie nutzen ein neuartiges Computertomografieverfahren, mit dem Fliessvorgänge im Inneren von Gesteinen «life» in drei Dimensionen abgebildet werden können. In den Experimenten werden kleine Felsproben aus verschiedenen Richtungen mit intensiver Röntgenstrahlung durchleuchtet. Die gewonnenen Daten werden anschliessend zu 3D-Bildern zusammengefügt, die wiederum als Grundlage für Filmsequenzen dienen, in denen man die Vorgänge direkt verfolgen kann. Sarah Irvine, Wissenschaftlerin am PSI, hat das Experiment mitentwickelt und bei seiner Durchführung mitgewirkt: «Früher hätte man für ein einzelnes dreidimensionales Bild mit dieser Auflösung 20 Minuten oder mehr gebraucht. Mit dem Röntgenlicht aus der 21

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SLS und unserem Aufbau für ultra-schnelle Tomografie können wir einzelne Projektionen in wenigen Millisekunden erzeugen. Typischerweise erzeugt man bei einer Drehung um 180 Grad über tausend solcher Schnappschüsse, sodass die Informationen für ein 3D-Bild in wenigen Sekunden aufgenommen werden können.» Michael Kersten vom Institut für Geowissenschaften der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz erläutert dazu: «Das Wichtige an dem Experiment ist, dass wir nun sehen, wie eine Mischung unterschiedlicher Flüssigkeiten durch ein komplexes Porensystem fliesst.» Die Mainzer Forscher haben in dem Projekt vor allem zur Datenanalyse und zur Visualisierung der Ergebnisse beigetragen. So konnten die Mitglieder der Arbeitsgruppe Kersten mehr als 10 Terabyte hochaufgelöster Daten auf einen Film von einigen Minuten Dauer reduzieren, in dem die wesentlichen Vorgänge zu sehen sind. Die Resultate erhellen Aspekte des Verhaltens von Flüssigkeiten, die bislang nur ungenau ver-

Originalpublikation S Berg et al., «Real-time 3D imaging of Haines jumps in porous media flow», PNAS, 110(10), 3755–3759 (2013)

standen waren. So konnten die Forscher erstmals so genannte Haines-Sprünge unmittelbar im Gestein beobachten – plötzliche Veränderungen in der Art und Weise, wie sich eine Flüssigkeit durch poröse Materialien bewegt. Die Ergebnisse widersprechen dem bisherigen Paradigma, dass solche Veränderungen auf einzelne Poren beschränkt sind: In Wirklichkeit breiten sie sich wie eine Kaskade durch zahlreiche Poren gleichzeitig aus.

Kontakt Dr. Sarah Irvine Labor für Makromoleküle und Bioimaging Paul Scherrer Institut (PSI) Villigen, Schweiz sarah.irvine@psi.ch www.psi.ch/sls/tomcat/tomcat

Steffen Berg, Mitglied des Forschungsinstituts der Shell Global Solutions in Rijswijk (Niederlande), resümiert: «Die neuen quantitativen Daten helfen uns, Computermodelle zu entwickeln und zu validieren, mit denen die Bewegung von Flüssigkeiten in porösem Gestein beschrieben wird. Vor allem befähigen sie uns, das makroskopische Verhalten vorauszusagen und entsprechend die Technologien der Ölgewinnung zu optimieren.»

Prof. Michael Kersten Institut für Geowissenschaften Johannes GutenbergUniversität Mainz, Deutschland kersten@uni-mainz.de www.geowiss.uni-mainz.de/ 583_DEU_HTML.php

Quelle: Paul Scherrer Institut

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NEWS

Bild: MBV AG

«CLEAN! 2013»: Ein Luftüberwachungssystem gewinnt den 3. Preis

Der prämierte MAS-100 Iso NT CM. Das neuartige Kopfdesign enthält die rotierende Agarplatte.

Eine neuartige Methode für das kontinuierliche Messen von biologischer Luftbelastung in Isolatoren und Restricted Acess

Barrier Systemen (RABS), entwickelt von der Schweizer MBV AG, hat bei der Verleihung des Fraunhofer ReinheitstechnikPreises «CLEAN! 2013» den dritten Platz errungen. Das Gerät basiert auf der bewährten Plattform von MAS-100 Iso NT und erfüllt den für die Bestimmung luftgetragener Keime bestehenden Wunsch nach guter Nachweisempfindlichkeit und langen Messzeiten. Typischerweise wird die biologische Luftbelastung in einem Isolator oder RABS heutzutage mit einer Kombination aus aktiven

Messköpfen und Luftplatten gemessen. Die Empfindlichkeit der aktiven Messköpfe ist gut, aber die Messdauer ist auf ein paar wenige Minuten begrenzt. Luftplatten können demgegenüber im Stundenbereich eingesetzt werden, allerdings sind sie weniger empfindlich und in ihrer Empfindlichkeit zudem von der Partikelgrösse abhängig. Der neue MAS-100 Iso NT CM vereint nun Vorteile von beiden Messarten. Durch ein innovatives Kopfdesign, bei dem sich die Agarplatte während der Messung einmal um sich selbst

dreht, wird eine verlängerte Messzeit möglich. Die Rotation erhöht die Ausnutzung der Agaroberfläche und reduziert das Austrocknen, da eine grössere Oberfläche überströmt wird. Darüber hinaus erlaubt sie eine zeitliche Auswertung der gefundenen Kolonien: Eine Kolonie auf der 3-Uhr-Position wurde nach einem Viertel der Gesamtmesszeit gefunden.

Quelle: Fraunhofer IPA, MBV AG

Schutz vor Cyber-Bedrohungen für industrielle Umgebungen Laut dem neuesten Bericht des IT-Sicherheitsanbieters McAfee über Cyber-Bedrohungen sind Cyber-Kriminalität, «Hacktivismus» und Cyber-Kriegsführung weltweit auf dem Vormarsch. Regierungen, Grossunternehmen, kleine und mittlere Unternehmen sowie private Nutzer sind verschiedensten digitalen Bedrohungen ausgesetzt. Die heutigen Cyber-Sicherheitsbedrohungen erfordern erhöhte Wachsamkeit sowohl bei Betreibern von Prozessanlagen als auch bei Anbietern von industriellen Automatisierungssystemen, da die Sicherheit von Mensch und Umwelt auf dem Spiel steht. Die Yokogawa Electric Corporation und der Sicherheitsspezialist McAfee geben daher ihre Partnerschaftsvereinbarung zur Bereitstellung von ganzheitlichen und mehrwertschöpfenden IT-Lösungen für die Welt der industriellen Automatisierung bekannt. Mit der Partnerschaft, die Yokogawas umfangreiche Erfahrung bei der Bereitstellung von Automatisie4/2013

rungslösungen und McAfees Technologie-Kompetenz im Bereich Cyber-Sicherheit bündelt, soll digitalen Bedrohungen ein Riegel vorgeschoben werden. Insbesondere den Betreibern von Prozessanlagen sollen nahtlose Lösungen in die Hand gegeben werden, mit denen Sicherheitslücken zwischen ITSystemen, bei Lösungen verschiedener Anbieter, bei erweiterten Kommunikationskanälen (z.B. IP, drahtlose und mobile Systeme) und bei der Verwendung gängiger Betriebssysteme und Anwendungen vermieden werden können. Moderne Prozesssteuerungssysteme profitieren zweifellos von der hochentwickelten universellen Informationstechnologie, führen zu Kostensenkungen und Leistungsverbesserungen und ermöglichen die Interoperabilität mit APC, MES und anderen Systemen sowie die Einführung wichtiger neuer Funktionalitäten. Doch die Offenheit der Systeme macht moderne industrielle Steuerungssysteme auch immer anfälliger

für bösartige oder andere betriebsinterne und -externe Sicherheitsverletzungen. Auch Organisationen mit kritischen, weil hoch gefährdeten Infrastrukturen, wie z.B. Öl- und Gaspipelines, Chemieunternehmen, Kraftwerke oder Wasseraufbereitungsanlagen, müssen heute ganzheitliche Sicherheitskonzepte in den zwei miteinander verbundenen Bereichen Unternehmens-IT und industrielle Steuerungssysteme realisieren. Die Lösungen von McAfee stehen für Ausfallsicherheit, effiziente Compliance-Massnahmen und Echtzeit-Intelligenz in bedrohten und sich ständig verändernden Aufgabenfeldern. Sie bieten die Vorteile der EchtzeitSichtbarkeit und zentralisierten Verwaltung über ein- und dieselbe Plattform. Die Kombination dieser Kompetenz mit Yokogawas Fachkenntnis bildet die Grundlage für einen rundum ganzheitlichen Ansatz und ermöglicht die Bereitstellung von industriellen Automatisierungslösungen mit noch höhe-

rer Wertschöpfung. «Dank dieser Partnerschaft können wir unsere Technologie und unsere Fachkenntnis in Anlagensicherheit mit McAfees Technologie kombinieren und so die Sicherheit unserer Produkte über die gesamte Lebensdauer der Anlagen unserer Kunden hinweg verbessern und unser Angebot an Sicherheitslösungen und -dienstleistungen erweitern», erklärt Nobuaki Konishi, Vizepräsident von Yokogawas IA Systems Business Division. «Dies beinhaltet auch die Einbindung von Antiviren-Software in industrielle Steuerungssysteme, die in der Prozessindustrie eingesetzt werden». «Heutzutage setzen Unternehmen auf integrierte Sicherheitslösungen und kommen immer mehr davon ab, lediglich einzelne Komponenten abzusichern, sie wollen die Sicherheit ihres Unternehmenssystems als Ganzes begreifen und messen», so Wahab Yusoff, Vizepräsident für McAfee South Asia. Quelle: Yokogawa 23

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Klebetechnologie hat industriellen und privaten Alltag erobert

Gut geklebt hält lebenslang Im industriellen Rohrleitungsbau haben sich Klebeverbindungen für viele Anwendungen als ideal erwiesen, gerade auch für den Transport chemisch aggressiver Medien. Als führender Anbieter von Kunststoff-Rohrleitungssystemen hat Georg Fischer Piping Systems die Klebetechnologie massgeblich mitentwickelt und vorangetrieben.

Daniel Dossenbach1 Kleben gehört zu den ältesten Verbindungstechniken. Bereits in früher Vorzeit verwendete man ein Destillat aus Birkenrinde, um Pfeilspitzen zu befestigen. Seither wurden zahlreiche Materialien für die Entwicklung von Klebstoffen herangezogen. Erste Patente für Klebstoffe gab es Mitte des 18. Jahrhunderts. Im frühen 20. Jahrhundert bildete die Entwicklung synthetischer Substanzen den Grundstein für industrielle Klebstoffe. Der Durchbruch für die Klebetechnik in industriellen Anwendungen war die Herstellung von Cyanacrylat-Klebstoffen, die erstmals 1960 gelang. Heute ist die Klebetechnologie weder aus der Industrie, noch aus privaten Haushalten wegzudenken. Insgesamt finden sich heute mehr als 250 000 Klebstoffvarianten am Markt.

Hohe Anforderungen an industrielle Klebstoffe Als hochentwickelte Verbindungstechnologie kommen Klebeverfahren in höchst anspruchsvollen Bereichen zum Einsatz, so zum Beispiel in der Automobilindustrie, im Flugzeugbau oder im Rohrleitungsbau. Qualität und Sicherheit sind hier besonders im Fokus. Anfangs wurden in Autos nur Dämmstoffe und Innenverschalungen geklebt. Inzwischen werden Karosserieteile, Bremsbeläge und tragende Komponenten dauerhaft mit Klebstoffen verbunden. Im Flugzeugbau kamen Klebstoffe sogar noch früher zum Einsatz, zuerst für Holzteile, später für Komponenten aus Metall und Kunststoff – bei einigen neuen Modellen sind grosse Teile des Rumpfes und der 1 Daniel Dossenbach ist Product Manager Cemented Systems bei Georg Fischer Piping Systems in Schaffhausen

Flügel geklebt. Die Anwendungen im Flugzeugbau beweisen die hohe Widerstandsfähigkeit der Klebstoffe. Denn die Verbindungen sind Temperaturen bis weit unter den Gefrierpunkt, intensiver UV-Bestrahlung und enormen Kräften von Turbulenzen ausgesetzt.

Klebstoffe für Rohrleitungssysteme Die einfache und schnelle Installation, die tiefen Instandhaltungskosten sowie absolute Korrosions- und Inkrustationsfreiheit machen Kunststoff-Rohrleitungssysteme zu einer attraktiven Alternative zu Metallsystemen. Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyvinylchlorid (PVC)-C und PVC-U gehören dabei zu den Kunststoffen, die als klebbare Kunststoffe bezeichnet werden. Im industriellen Rohrleitungsbau muss die Verbindung zwischen Rohren und Fittings oder Armaturen nicht nur einfach und schnell zu erstellen sein, sie muss unter kritischen Anwendungsbedingungen auch absolut zuverlässig sein. Zu transportierende Medien erreichen Temperaturen zwischen minus 60 °C in Kühlanwendungen und über +70 °C bei chemischen Prozessen. Auch Drücke bis 16 bar sind keine Seltenheit. Bei der Verarbeitung von Säuren, Laugen und anderen Chemikalien muss die Klebeverbindung genauso beständig sein wie die Rohrleitungskomponenten selbst. Die zuverlässige und vollständig dichte Verbindung muss

Die Klebung – hier am Beispiel eines PVCMuffenfittings – ermöglicht eine homogene, stoffschlüssige Verbindung.

Beim Quetschtest wird die mechanische Festigkeit einer Rohr-Fitting-Verbindung geprüft. Die Klebeverbindung erreicht nahezu die Festigkeit des Rohr-, bzw. Fittingmaterials.

dabei über die gesamte Lebensdauer der Anlage gewährleistet sein, die oft 20 Jahre und länger in Betrieb ist.

Klebstoffzusammensetzung bietet hohe Stoffschlüssigkeit Der Klebevorgang mit Diffusionsklebstoff wird oft als «chemisches Schweissen» bezeichnet. Der Begriff beschreibt den Vorgang treffend, denn wie beim Schweissen wird das Material der Rohre und Fittings verflüssigt und anschliessend stoffschlüssig verbunden. Erreicht wird diese Stoffschlüssigkeit vor allem durch die Klebstoffzusammensetzung. Die von Georg Fischer (GF) Piping Systems eingesetzten Klebstoffe enthalten bis zu 20 Prozent des Rohmaterials, aus dem auch die Fittings und Rohre bestehen. Beim herkömmlichen Schweissen wird Hitze zugeführt, um den Vorgang anzustossen. Beim Kleben sorgen die Lösungsmittel des Klebstoffs für die Verflüssigung. 4/2013

ERFOLGREICHER PULVER FÖRDERN Mischanlage für verschiedene anorganische Chemikalien bei der Firma Donauchem GmbH

Über eine Milliarde erfolgreiche Verbindungen Im Jahr 1952 brachte GF die ersten PVC-Fittings auf den Markt. Bei deren Entwicklung beschäftigte man sich auch intensiv mit neuen Verbindungstechnologien. So entstand die Rezeptur, aus der später der Klebstoff Tangit hervorging. Dank seiner hohen Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und Verarbeitungsfreundlichkeit ist Tangit bis heute ein sehr erfolgreiches Produkt, das stetig optimiert wurde. 1964 ging GF Piping Systems eine Partnerschaft mit dem weltweit grössten Klebstoffhersteller Henkel ein. Gemeinsam wird bis heute aktiv an der Weiterentwicklung von Verbindungstechnologien gearbeitet. Mit der Entwicklung von klebbaren Rohrleitungssystemen stärkte GF Piping Systems seine Position als führender Anbieter von Rohrleitungssystemen und Verbindungstechnologien. Über eine Milliarde erfolgreich installierter Verbindungen belegen die Zuverlässigkeit der Klebeverfahren und das Vertrauen der Kunden in die Technologie. Diese überzeugt vor allem durch einfache Handhabung – auch auf engstem Raum – sowie hohe Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit.

Vielseitige Einsatzgebiete Zwei in Österreich realisierte Projekte illustrieren exemplarisch die Vielseitigkeit der Klebetechnologie im industriellen Rohrleitungsbau: Die Körner Chemieanlagenbau GmbH war mit der Errichtung einer Anlage zur Entfettung und Vorbehandlung von Metallteilen vor dem Verzinken beauftragt. Bei der Zinkbad-Vorbehandlung kommen neben einem Wasserbad auch Laugen und Säuren zum Einsatz, ausserdem müssen Absaugleitungen zur Rückleitung von Dämpfen an die Abluftwäscher installiert werden. Die Lösung von GF Piping Systems umfasste Rohrleitungssysteme aus PVC-U, geklebt mit Tangit, manuell betriebene Kugelhähne sowie Dienstleistungen von der Materialprüfung und Werkstoffempfehlung bis hin zu Verlegeüberwachung und Onsite-Support. PVC-U konnte in diesen aggressiven Anwendungsbedingungen durch die hohe Beständigkeit gegen Chemikalien überzeugen. Die Anlage ging 2006 in Betrieb und arbeitet bis heute ohne Beanstandungen. 4/2013

METRO P - die neue Baureihe

Die neue Kompetenz in Pulverförderung. Zuverlässige Pulverförderung ist eine echte Herausforderung für anspruchsvolle Prozesse. Mit dem METRO P meistern Sie sie. Mit dieser neuen Baureihe stellt motan-colortronic einmal mehr seine Kompetenz auf ganzer Linie unter Beweis. Ob Sie nun leicht- oder schwerrieselfähige Pulver verarbeiten, Sie fördern auf alle Fälle Ihren Erfolg – mit dem METRO P von motan-colortronic. motan-colortronic ag Neulandweg 3 CH-5502 Hunzenschwil Tel.: +41 62 889 29 29 Fax: +41 62 889 29 00 info@motan-colortronic.ch

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Welcher Kunststoff für welche Anwendung? PVC-U In industriellen Anwendungen zählt PVCU zu den am häufigsten eingesetzten Kunststoffen. GF Piping Systems gehört seit über 50 Jahren zu den führenden Herstellern von Rohrleitungssystemen aus PVC-U. Die Systeme sind von 0 °C bis 60 °C temperaturbeständig, bieten ausgezeichnete Resistenz gegenüber Chemikalien und Korrosion und sind dank einem breiten Produktsortiment universell einsetzbar. Da alle PVC-UKomponenten physiologisch unbedenklich sind, eignen sich diese Systeme auch für die Lebensmittelindustrie und die Trinkwasseraufbereitung. PVC-U ist in der Chemie- und Textilindustrie sowie im Schiffsbau weit verbreitet. PVC-C Für aggressive Umgebungen, die Anlagen höchster Sicherheit und von langer Lebensdauer erfordern, sind PVC-C Systeme besonders geeignet. Mit einer Temperaturresistenz bis 80 °C sind PVC-C Systeme auch bei höchsten Umgebungstemperaturen einsatzfähig. Wegen der

Für die Donauchem GmbH war es entscheidend, dass in der neuen, automatisierten Mischanlage für das flexible Abmischen und Herstellen verschiedener anorganischer Chemikalien nur wartungsfreundliche Rohrleitungen und Ventile mit hoher chemischer Beständigkeit eingesetzt wurden. Die Anlage arbeitet mit verschiedenen Mischungen von Säuren und Laugen bei Temperaturen zwischen +10 °C und +30 °C sowie Drücken bis 3 bar. Die Lösung von GF Piping Systems umfasste Rohre aus PE 100 mit stumpfgeschweissten Verbindungen und Rohre aus PVC-U mit Klebeverbindungen, dazu Membranventile und Kugelhähne sowie Schweissmaschinen, Klebstoffe und Reiniger. Die Anlage wurde 2010 erfolgreich errichtet.

hohen Resistenz gegenüber aggressiven Medien wie Mischsäuren, Säuren und Laugen werden die Systeme vor allem in der Chemie-, Papier- und Zellstoffindustrie, in der Haustechnik, im Schiffsbau, der Metallbehandlung und der Fertigung mikroelektronischer Bauteile eingesetzt. ABS ABS wird aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit und der hohen Schlagzähigkeit in industriellen Anwendungen im Niedrigtemperaturbereich zwischen –50 °C und +60 °C eingesetzt. Dazu gehören unter anderem Kälte- und Kühlsysteme, aber auch Anwendungen im Schiffsbau und der Wasseraufbereitung. ABS weist eine gute Beständigkeit gegenüber Wasser, wasserlöslichen Salzlösungen und den meisten verdünnten Säuren und Basen aus. Speziell für Kälteanwendungen bietet GF Piping Systems das vorisolierte COOL-FIT ABS Plus System an. Durch die Vorisolierung und die schnellere und einfachere Verlegung der Rohrleitungen können wesentliche Kosteneinsparpotenziale realisiert werden.

1) Klebstoffauftrag Der Klebstoff wird in einer gleichmässigen Schicht auf dem Fitting und dem Rohr aufgetragen.

4) Chemische Schweissung Aus dem Fitting- und Rohrmaterial entsteht zusammen mit dem Rohmaterial im Klebstoff eine homogene Verbindung.

5) Aushärtung Das Lösungsmittel verflüchtigt sich zu etwa 90 Prozent. Die restlichen 10 Prozent bleiben in der Klebung erhalten und sorgen für die Flexibilität der Verbindung. Dies sorgt auch bei mechanischen Belastungen für eine zuverlässige und dichte Verbindung. Quellen: www.tangit.de, www.klebstoffe.com

Kontakt

Der Klebeprozess Nach der Vorbereitung durch Anfasen und Reinigen folgt der Klebevorgang:

3) Anlösen und Aufquellen Die Lösungsmittel erweichen die Oberfläche und lassen das Material aufquellen.

2) Zusammenfügen Überschüssiger Klebstoff wird ausgestossen, und Hohlräume werden restlos geschlossen.

Georg Fischer Piping Systems Ltd. Daniel Dossenbach Ebnatstrasse 111 CH-8201 Schaffhausen Telefon +41 (0)52 631 3453 daniel.dossenbach@georgfischer.com www.piping.georgfischer.com

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are, n i m e S ge Vorträ e rs und Ku born La e d r ü f h bereic

SEKULAB – der Weiterbildungspartner für den Laborbereich Sekulab bietet gezielt Weiterbildungsveranstaltungen für die Bereiche Analytik, Chemie und Biologie sowie für persönliches Selbstmanagement praktische Anwendungen, aber auch für theoretische Kurse im Laborumfeld an. Das Angebot spiegelt einen grossen Bereich der täglichen Arbeit im analytischen Labor wider.

Kursprogramm Die nächsten Kurse für Weiterbildung im Labor finden wie folgt statt: 23. Mai 28. Mai 30. Mai 31. Mai 4. /5. Juni 10. Juni 11. /12. Juni 11. /12. Juni 12. /13. Juni 13. Juni 13. Juni 25./26. Juni 21./22. August 4./5. September 10.-13. September 16. September 17. September 27./28. September

Vortrag – Quality by Design in der multifaktoriellen HPLC-Methodenentwicklung Effizientes Arbeiten mit SciFinder Vortrag – Tipps und Tricks in der Filtration Grundlagen der Pharmakologie und Toxikologie Selbstmanagement Effiziente Internet-Nutzung im analytischen Labor Einführung in die Kernresonanzspektroskopie (NMR) IR Spektroskopie – Einführung und Interpretation der Spektren Säulen, Phasen-Trennoptimierung in der HPLC Messunsicherheit in der Analytik Interpretationstraining für IR Spektren Grundlagen der GC-MS Technik Einführung in die HPLC Vom Gen zum Produkt Theorie Vom Gen zum Produkt Laborphase English Protocols and Instructions in the Lab Presentation Skills in English for the Lab RT (real time) PCR

Weitere Informationen Sekulab GmbH, Daniel Christen, PF 28, 4448 Läufelfingen, Tel.: 079 330 49 66, info@sekulab.ch, www.sekulab.ch

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Prozesse ändern sich

Schnell reagieren auf veränderte Bedingungen Der flexible Probenehmer Liquistation CSF48 der Firma Endress+Hauser ist ein System, das mehr kann als sich auf die Entnahme von Proben zu beschränken. Es ermöglicht dem Betreiber, auf Ereignisse und Gegebenheiten umgehend zu reagieren und verbessert die Überprüfung von Produktionsströmen oder Abwässern.

Industriebetriebe, Chemieparks und Anlagen der Wasser- und Abwasseraufbereitung haben durch behördliche Anforderungen die Verpflichtung, ihre Abwasserströme regelmässig zu überwachen. Die Probenehmer stehen in der Regel an Zuleitungen von Kanälen, Schächten oder Gerinnen. Dabei wird meist eine mengenproportionale Probe aus dem Abwasser gezogen. Diese Standardaufgaben bewältigt der Probenehmer Liquistation CSF48 von Endress+Hauser mit wenig Aufwand, dabei ist er robust und einfach im Handling. Bereits hier bietet die Liquistation CSF48 deutliche Vorteile: ■ Intuitive Bedienung für ein komfortables Handling: Änderungen der Programme oder Ortswechsel können sehr einfach umgesetzt werden. ■ Mehrere parallele Teilprogramme können unabhängig voneinander betrieben werden: Wo früher zwei oder mehr Probenehmer eingesetzt wurden, genügt heute ein Gerät. ■ Flexible Ausstattung, einfache Handhabung und Reinigung der medienberührten Teile. ■ Anschluss von Memosens-Sensoren ermöglicht den Ausbau zur kompletten Messstation. ■ Vier unterschiedliche Gehäusevarianten in Kunststoff und Edelstahl stehen zur Auswahl: Besonders das sehr robuste Gehäuse aus dem Kunststoff Luran hat sich im anspruchsvollen Industriebetrieb bestens bewährt.

1 Frank Strübe ist Produktmanager Analysenmesstechnik bei Endress+Hauser Messtechnik in Weil am Rhein

Bilder: Endress+Hauser

Frank Strübe1

CSF48 mit Peristaltikpumpe und integrierter Probeerkennung

Daneben hat die Probenahmestation CSF48 noch mehr Potenzial. Durch die neue Druckarmatur CSA420 in Verbindung mit der Liquistation CSF48 entstehen für den Betreiber völlig neue Möglichkeiten der Probenahme. Mit der Inline-Probenahmearmatur lassen sich Proben mit definiertem Volumen von 10, 30 oder 50 ml aus Rohrleitungen mit bis zu 6 bar Druck und einer Mediumstemperatur bis maximal 50 Grad Celsius entnehmen. So kann man überall im Prozess Proben nehmen: Voraussetzung ist die Einhaltung der Prozessbedingungen und dass die Probe eine flüssige Konsistenz besitzt. Die wählbaren Probevolumina von 10 ml, 30 ml, 50 ml ermöglichen eine exakte Do-

sierung und hohe Flexibilität. Das Probeintervall der CSA420 kann mit 10 Sekunden sehr kurz gewählt werden. Dadurch lässt sich in geringen Zeitabständen eine Vielzahl von Proben aus dem Prozess entnehmen. Die Anschlussvarianten an den Prozess sind mit Triclamp 2 Zoll und DN 50 wählbar.

Probenahme auch in schwierigen Medien Anwendungsmöglichkeiten für die Probenahmearmatur CSA420 sind in allen Branchen zu finden – nicht nur bei der Entstehung und Ableitung von Abwässern. Insbesondere die Überwachung von Pro4/2013

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Druckentnahmearmatur CSA420 mit Prozessanschluss 2“ Triclamp und V2A Gehäuse für die Probenahme direkt aus dem Prozess

duktionsströmen in der chemischen Industrie, aber auch die Lebensmittel-, Grundstoffe- und Pharmaindustrie bieten hier weite Einsatzmöglichkeiten. Hinzu kommt die Möglichkeit der Probenahme schwieriger Medien wie Emulsionen, Dispersionen, Suspensionen und aus Schlammleitungen. Für anhaftende Medien kann die CSA420 mit einem Reinigungs- und Spülsystem ausgestattet werden. Ist eine Reinigung für den Betrieb notwendig, so wird in dem Probenahmeprogramm eine Spül- und Reinigungsflasche definiert. Nach der Probenahme wird das gesamte System über dem Reinigungsbehälter gespült. Dadurch werden Verschleppungen und Ablagerungen im System vermieden. Durch die Reduzierung des Wartungsaufwandes kann man Zeit und Geld sparen, zusätzlich erhöht sich die Qualität der Probenahme. Wird eine Probenahme aus einem drucklosen System benötigt, so bietet der CSF48 drei weitere Möglichkeiten zur Probenahme an: ■ Die Peristaltikpumpe (Schlauchpumpe) eignet sich für die genaue Dosierung von Proben. ■ Das Vakuumsystem bietet sich an, wenn eine grosse Dosiermenge erforderlich ist und aus Schächten, Gerinnen und Becken eine Probenahme benötigt wird. ■ Durch eine Durchflussarmatur im Sockel ermöglicht das System eine Probenahme bis zu einem Druck von weniger als 0,8 bar. Damit können beispielsweise Proben aus geschlossenen Behältern entnommen werden. Sowohl Ventile als auch Pumpen lassen sich mit dem Probenehmer schalten und starten. 4/2013

Ein neuer Bereich, der immer häufiger der Überwachung bedarf, sind Speicher-, Rückhalte- oder Havariebecken in Industrieanlagen oder in Kanalnetzen. Die Bauwerke haben einerseits die Aufgabe, eine Stossbelastung bei Regen im Kanalnetz zu dämpfen und andererseits bei einer Havarie das Ableiten von ungereinigten Abwässern zu verhindern. Hier bietet die Liquistation CSF48 neue Überwachungsmöglichkeiten. Durch die Einbindung der oft bereits installierten Messtechnik kann der CSF48 das Start- und Stoppsignal direkt über Füllstands- oder Druckmessungen erhalten. Somit kann sofort auf Ereignisse reagiert werden, und Proben können sichergestellt werden. Mit dem zusätzlichen Anschluss von Sensoren mit Memosens-Technologie wird der Probenehmer im Handumdrehen zur Messstation und kann kurzzeitige Entwicklungen sowie Belastungsstösse erfassen und sofort daraus ereignisgesteuerte parallele Probenahmeprogramme starten. Damit ist eine Reaktion auf Ereignisse in vorgeschalteten Prozessen möglich. Die Sensoren lösen Signale an das Prozessleitsystem aus, während zeitgleich durch die parallele Probenahme in eigenen zugeordneten Flaschen das Ereignis festgehalten wird. Diese stehen dann unmittelbar für eine schnelle weitere Untersuchung mit Labormethoden zur Verfügung, während in dem normalen Probenahmeprogramm beispielsweise eine 24-Stunden-Mischprobe unbeeinflusst weiterläuft.

Aktuelle Daten per Fernabfrage Da Messpunkte sich oft weit ausserhalb der Produktionsstätten befinden, bietet die Liquistation CSF48 eine Vielzahl von Möglichkeiten, die ermittelten Daten an ein bestehendes Prozessleitsystem weiterzugeben. Hier stehen die Möglichkeiten Profibus DP, ModbusTCP und Ethernet Anschluss zur Verfügung. Wenn der Probenahmeort über eine bereits bestehende Kabeltrasse zu erreichen ist, bietet sich zur Einbindung in das Leitsystem ein Profibus DP bzw. Modbus TCP System an. Wenn aber der Installationsaufwand sehr hoch oder nicht auf konventionellem Weg möglich ist, bietet die Liquistation CSF48 mit einem EthernetModul eine neue, einfache und kosten-

CSA420 aus Kunststoff PA mit DN50 Flansch ermöglicht den schnellen Anschluss an Prozess.

günstige Alternative an. Das Modul muss dabei lediglich mit einem externen Router verbunden werden, und über WLAN wird die Verbindung zwischen Probenehmer und Leitwarte aufgebaut. Dabei spielt die Distanz zwischen den Geräten keine Rolle mehr, und der Betreiber kann sogar weltweit über das Internet auf sein Probenahmegerät zugreifen. Somit kann man den Probenehmer einfach und bequem an allen gewünschten Orten programmieren, steuern und starten. Die Prozessdaten lassen sich dadurch schnell und leicht überprüfen, die Installationskosten sind gering. Wenn sich der Ort und die Anforderungen an die Beprobung ändern, können die neuen Probenahmezyklen durch eine Simulationssoftware programmiert, geprüft und gespeichert werden. Durch diese Software lassen sich im Vorfeld Fehler erkennen und rechtzeitig abstellen. Um auch Langzeitprogramme zeitnah zu testen, wurde das Simulations-Tool mit einem Zeitraffermodus versehen. Somit können auch Programme, die über einen längeren Zeitraum in Betrieb sind, zeitnah geprüft werden. All das kann bequem vom Schreibtisch aus erfolgen, wodurch Zeit gespart und ein reibungsloser Übergang zu neuen Anforderungen bei der Beprobung ermöglicht wird.

Kontakt Endress + Hauser Metso AG Kägenstrasse 2 CH-4153 Reinach Telefon +41 (0)61 715 75 09 info@ch.endress.com www.endress.com

Bild 1. Das HL-X-LAB ist ein modulares und flexibles Deckenversorgungssystem für Laborräume. Darin eingeschlossen sind alle Gewerke wie Zu- und Abluft, Beleuchtung, Elektro, Gas, Wasser oder Vakuum. Die Erschliessung der einzelnen Arbeitsplätze erfolgt mit Mediensäulen.

H. Lüdi + Co. AG, Regensdorf

Ein durchdachtes flexibles Laborkonzept Hansjürg Lüdi, Geschäftsführer der H. Lüdi + Co. AG sagt: «HL-X-LAB ist die erste vollständig integrierte Energie-, Ventilations- und Medienversorgungslösung für Laboratorien. Das frei konfigurierbare System erlaubt es, alle Medien an nahezu beliebigen Punkten abzurufen, Energie und Belüftung zu skalieren, sowie Medientypen hinzuzufügen. Es ermöglicht benutzerunabhängige Standardausrüstungen zu implementieren und bei Bedarf das Laborlayout an spezifische oder neue Anforderungen anzupassen. Die integrierte, modulare Bauweise sowie neueste Technologien führen zu einem Laborversorgungssystem, welches maximale Sicherheit und höchste Performance garantiert.»

Seit der Jahrhundertwende ist der Laborbau zunehmend nicht mehr, was er früher einmal war. Begonnen hat alles mit der 1993 bis 1998 erarbeiteten Laborvision ETH Zürich. Ab 1996 war auch die H. Lüdi + Co. AG aus Regensdorf involviert, ein auf Laborarmaturen spezialisiertes Unternehmen. Ein erstes Produkt dieser Zusammenarbeit war die 1998 vorgestellte Mediensäule Variflex, gefolgt von der Mediendecke, auf die noch einzugehen ist. Hansjürg Lüdi, Geschäftsführer des Regensdorfer Unternehmens, sagt: «Labors werden normalerweise für einen Nutzer ge30

baut. Vor allem im universitären Bereich und in der Pharmaindustrie kann sich die Planung eines Gebäudes über Jahre hinwegziehen. Und damit ist oft bereits vor dem oder beim Bezug der Labors alles überholt. Gründe können sein: andere Arbeitsgruppen, andere Geräte, andere Aufgabenstellungen und vieles mehr. Dies gilt insbesondere auch für Umnutzungen: Biologen brauchen viel Strom, Analytiker brauchen Spezialgase, Nasschemiker brauchen Kühlwasser, Vakuum, Gase usw.» All dies legt eine flexible, nutzerunabhängige technische Gebäudeausrüstung nahe, wie es die ETH Zürich in den fünf Fingern des Chemieinstituts HCI-Hönggerberg erst-

mals umgesetzt hat. Lüdi erinnert sich: «Wir hatten als Erstes die Aufgabenstellung, ein vollständig modulares System zu entwi-

Bild 2: Kurt Hermann

Kurt Hermann

Bild 2. Hansjürg Lüdi, Ge schäftsführer der H. Lüdi + Co. AG

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Bilder 1, 3–7: Lüdi

BERICHTE ÜBER FIRMEN

Bild 3. Vertikale und horizontale Struktur von HL-X-LAB: Im modularen System sind alle im Labor benötigten Gewerke enthalten.

ckeln, in das eine nicht benutzerspezifische Grundausrüstung im Labor gestellt werden kann, die sich an alle Bedürfnisse adaptieren lässt. In ganz Europa wurden Hersteller gesucht, die dies realisieren konnten. Alle haben abgelehnt, wir haben es gemacht.» An die Stelle von kleinräumigen Laboreinheiten treten zunehmend zusammenhängende grossräumigen Laborlandschaften, die mehrere hundert Quadratmeter gross sein können. Eine effiziente Realisierung dieser Open-Space-Laborräume gelingt nur mit einer systematischen, modularen Gesamtplanung aller technischen Gebäudeausrüstungen (TGA) auf einer 3D-CADPlattform. Die Primärziele bei der Planung von Laborräumen sind gemäss Lüdi: • Sicherheit durch Kontrolle kritischer Emissionen • Komfort durch zugfreies Lüftungssystem • Effizienz durch gezieltes, optimiertes Handling von Wärmelasten • Modularität durch Adaption verschiedener Labortypen/Raumgrössen • Flexibilität durch einfachste Nachrüstung • Nachhaltigkeit durch Reduktion von Energie und Kosten.

zu er schliessen. Lüdi sagt: «In HL-X-LAB sind 15 Jahre Erfahrung in flexibler Medienversorgung, Herstellung, Montage und Unterhalt zusammengefasst.» HL-X-LAB ist ein modulares und flexibles Deckenversorgungssystem für Laborräume. Gewerke wie Belüftung, Stromversorgung, Beleuchtung, Gas, Wasser, Vakuum sowie Kühlelemente werden an den benötigten Ort geführt; die Laborarbeitsplätze werden mit Mediensäulen erschlossen (Bild 1). In Bild 3 sind die vertikale und die horizontale Struktur von HL-X-LAB unter Einbezug von allen notwendigen Gewerken schematisch dargestellt. Alle Teile sind bis zur letzten Schraube detailliert in 3D erfasst worden. Lüdi sagt: «Wir machen keine Koordination, wir machen maschinenbauliche Konstruk tion in 3D. Unser Product Manager Clemens Aepli rechnet ein Gebäude in einem Tag. In wenigen Tagen liefert er präzise, detaillierte

Aussagen über die Kosten. Projektänderungen werden ebenfalls im 3D-CAD gemacht und damit auch die komplette Stückliste automatisch mitgezogen.» Für das Planungsteam bedeutet dies einen minimalen Koordinationsaufwand. Die zukünftigen Labors lassen sich zudem bereits in der Planungsphase virtuell besichtigen und überprüfen (Bild 4), die Zahl der Schnitt stellen reduziert sich auf eine pro Medium am Raumeintritt. Wesentliche Vorteile bietet auch die modulare Vormontage in Bodennähe. Auf Ständern werden sämtliche TGA-Gewerke parallel in Arbeitshöhe montiert (Bild 5). Das komplette Deckensystem wird anschliessend angehoben und an SchwerlastKlebeanker angedockt, die bereits in der Rohbauphase an der Decke befestigt worden sind. Nach Fertigstellung der Decke werden die Labormöbel platziert, und das Labor ist betriebsbereit.

Versorgung über die Decke Seit nunmehr gut zehn Jahren hat sich die TGA- und Labormedienversorgung über die Decke durchgesetzt. Bei Lüdi flossen die damit gemachten Erfahrungen laufend in Weiterentwicklungen ein. Die aktuelle Version, das HL-X-LAB, umfasst sämtliche Komponenten, um ein Labor energetisch 4/2013

Bild 4. Umfassende 3D-Planung und Konstruktion des gesamten Laborraums

BERICHTE ÜBER FIRMEN

Bild 5. Parallele Installation aller vorgefertigten Gewerke in Bodenhöhe

Die Zeit- und Geldersparnis bei dieser Bauweise im Vergleich zur herkömmlichen Bauweise ist offensichtlich. Mit HL-X-CUBE ist es zudem möglich, einzelne Bereiche im Labor abzutrennen (Bild 6). Die Trennwände werden am Aluminium-Tragraster befestigt. So können beispielsweise mit geringem Aufwand BioSafety-, GMO- oder Reinraumarbeitsplätze geschaffen werden.

Gutes Laborklima und schattenfreie Beleuchtung Lüdi sagt: «Wir haben die weltweit effizienteste Laborlüftung entwickelt, die im besten Fall bis zu 30 Prozent Energieeinsparungen ermöglicht.» Das HL-X-Vent genannte modulare System basiert auf umfassenden thermodynamischen Simulationen. Es ermöglicht den Luftabzug an nahe-

zu jedem Punkt im Labor und kann an geänderte Nutzeranfoderungen schnell adaptiert werden, und dies für Labors aller Grössen. Dank gleichmässig tiefen Luftgeschwindigkeiten im gesamten Laborbereich können Abzüge, Labormöbel und Geräte frei platziert werden. Ein gerichteter Frischluftvorhang mit tiefer Strömungsgeschwindigkeit verhindert Zugluft; interne Wärmelasten bis 350 W/m² lassen sich abführen. Der kontrollierte Luftaustausch führt zu geringen Schadstoffbelastungen und reduziert Querkontaminationen. Die perforierten Zuluftkanäle erstrecken sich über die gesamte Mittellänge des Labors. Darin integriert ist die Laborbeleuchtung mit Tageslichtcharakter (Bild 6). Die Kombination von energiesparenden Leuchtmitteln mit optimal lichststreuenden Materialien

Bild 7. Modulare und flexible Arbeitsplatzerschliessung durch HL-X-COLUMNS

ergibt eine diffuse, fast schattenfreie Beleuchtung. Die oberhalb des Zuluftkanals montierten Gewerke sind jederzeit gut zugänglich, wenn Änderungen in der Arbeitsplatzversorgung vorgenommen werden müssen.

Tausendfach bewährt HL-X-COLUMN ist die letzte Entwicklungsstufe der auch als «Lüdi-Säule» bekannten, tausendfach verbauten Mediensäule (Bild 7). Mit Mediensäulen werden die einzelnen Arbeitsplätze erschlossen. Sie werden in verschiedenen, auf den jeweiligen Verwendungszweck angepassten Varianten angeboten. Varianten sind beispielsweise Mediensäulen für Reinräume, Biosafety(S3–S4) oder Dokuzonen. Neben den FI-Sicherungen und den Elektrosteckdosen sind Regelkomponenten und Anschlüsse für Erdgas, Spezialgase, Kühlwasser, Vakuum sowie Kommunikation integriert, wenn sie denn gebraucht werden. Die Gas- und Wasserabgänge sind mit selbstschliessenden Kupplungen ausgerüstet. Eine Nachrüstung ist auch im Betrieb jederzeit möglich. Kontakt H. Lüdi + Co. AG Moosäckerstrasse 86 CH-8105 Regensdorf Telefon +41 (0)44 843 30 50 sales@hlag.ch www.hlag.ch

Bild 6. Mit HL-X-CUBE lassen sich einzelne Bereiche in Labors abtrennen.

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Dielektrische Spektroskopie ermittelt Fermentationsparameter

Bioprozesse besser kontrollieren Im Rahmen eines Verbundprojektes wurde am Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik (iba) im deutschen Heiligenstadt ein neuartiges, energetisch effizientes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol optimiert. Dies gelang durch den Einsatz eines Multisensorsystems, das unter anderem auf der dielektrischen Spektroskopie basiert. Eine präzise Kontrolle von Fermentationsprozessen wird dadurch möglich.

Bild: iba/Informationsdienst Wissenschaft

Höhere Produktivität durch innovative Sensorik

Detailansicht der Online-Prozessmesstechniken am Hochleistungs-Sequencing-BatchReaktor

Ausgangspunkt war die beim Projektpartner, der Hochschule Anhalt in Köthen, entwickelte Hochleistungs-Sequencing-BatchReaktor-Technologie (HSBR-Technologie). Diese ermöglicht die unsterile, quasikontinuierliche Prozessführung, eine Verkürzung der Fermentationsdauer durch einen Biomasserückhalt von circa 90 Prozent und einen kontinuierlichen Produktaustrag durch Gasstrippen. Dadurch wurde eine im Vergleich zu bisherigen Anlagen deutlich höhere Raum-Zeit-Ausbeute erreicht. 34

Die Forschungsarbeiten des iba zur Fermentations- und Messtechnik konzentrierten sich neben dem Aufbau eines 10-LiterSchlaufenreaktors auf die Entwicklung und Optimierung der Messtechnik für die prozessangepasste Fermentationssteuerung. Dabei entstand ein innovatives Multisensorsystem für die Bestimmung unterschiedlicher Fermentationsparameter. Ein Gassensor bestimmt den Kohlendioxidgehalt in der Prozessluft. Darauf aufbauend wurde eine automatische Steuerung realisiert, die prozessangepasst einen neuen Zyklus startet, sobald das Substrat aus dem aktuellen Zyklus verbraucht ist. Dadurch konnte die Produktivität des Verfahrens von ursprünglich circa vier auf über acht Gramm Bioethanol pro Liter und Stunde mehr als verdoppelt werden. Gleichzeitig verkürzte sich die lag-Phase, so dass zuletzt bis zu drei Zyklen pro Tag gefahren werden konnten. Im Vergleich zu bisherigen Werten (zwei bis drei Gramm Bioethanol pro Liter und Stunde) bedeutet dies eine Verdreifachung der Produktivität. Weiterhin wurden neue innovative OnlineProzessmesstechniken auf Basis der dielektrischen Spektroskopie angewandt. Einige können berührungslos und nichtinvasiv den Fermentationsprozess verfolgen. Sie lassen sich an andere Bioprozesse und Bioreaktoren anpassen. Ein Ultrabreitband-Mikrowellenmesssystem und ein Mikrowellen-Trockensubstanz-Sensor mit einer Patch-Antenne am Boden und einer Koaxialsonde im Messfenster dienen der Online-Bestimmung der Zellmasse und fester Medienbestandteile sowie der Hefesedimentation durch Messung der Dielektrizitätswerte im

Gigahertz-Bereich. Die Ethanolkonzentration im Kondensat wird durch eine Koaxialsonde ermittelt. Ein Impedanzspektrometer mit Multiplexer und Elektrodenarray misst die Dielektrizitätswerte im Megahertz-Bereich, um die Biomassekonzentration und die Sedimentationskinetik der Hefezellen zu bestimmen.

Musteranlage bildet Grundlage zur Massstabsvergrösserung Auf Basis statistischer und numerischer Methoden erfolgte eine Merkmalsextraktion aus den Datensätzen der Prozesskennwerte und der spektroskopischen Messwerte für den Entwurf multivarianter Regressionsmodelle. Diese wurden für den nächsten Schritt genutzt: Mit Abschluss des Projektes steht jetzt eine Musteranlage zur weiteren Testung und Massstabsvergrösserung zur Verfügung. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme entwickelte die Zeolithmembranen zur Anreicherung von Ethanol aus Fermentationsbrühen. Die anwendungspezifischen und verfahrenstechnischen Anforderungen wurden vom Industriepartner INNOVAS Innovative Energie- und Umwelttechnik GbR, erarbeitet. Quelle: Informationsdienst Wissenschaft

Kontakt Institut für Bioprozessund Analysenmesstechnik e.V. Heilbad Heiligenstadt Deutschland iba@iba-heiligenstadt.de www.iba-heiligenstadt.de

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WERKSTOFFE

Papier als günstiges Rohmaterial für elektrisch leitende Strukturen

Elektronischer Hightech-Werkstoff Papier Forscher haben aus Papier leitfähige Strukturen auf sehr einfache Weise hergestellt: Mit einem herkömmlichen Tintenstrahldrucker druckten sie einen Katalysator auf einen Papierbogen und erhitzten anschliessend das Blatt. Dabei verwandelten sich die bedruckten Bereiche in leitfähigen Graphit. Papier eignet sich als preiswerter, leichter und flexibler Ausgangsstoff für elektronische Bauteile in Alltagsgegenständen.

Unendliche Weiten auf einer Graphen-Schicht: Eines der wohl am meisten erforschten Materialien zur Zeit könnte möglicherweise auch durch katalytische Papier-Pyrolyse hergestellt werden.

Mit kostengünstigen und biegsamen Mikrochips erschliessen sich in der Elektronik Anwendungen, für die Silicium-Chips zu sperrig und teuer sind und für die die inzwischen weit verbreiteten RFID-Chips nicht genug leisten: Kleidung etwa, die Körperfunktionen kontrolliert, flexible Bildschirme oder Etiketten, die über ein Produkt mehr verraten, als sich auf die Verpackung drucken lässt.

Das TEM-Video der katalytischen Pyrolyse ist auf der Internet-Seite des Artikels zum Betrachten frei verfügbar.

Papier-Elektronik ermöglicht leitfähige Strukturen in 3D Kohlenstoff-Elektronik hingegen, die Giordano und ihre Kollegen aus Papier erzeugen, hält bei der Herstellung unter Sauerstoff-Ausschluss selbst Temperaturen von etwa 800 Grad Celsius aus. Das leichte und preiswerte Material lässt sich ausserdem denkbar einfach verarbeiten – und das sogar zu dreidimensionalen Strukturen. Die Cellulose des Papiers verwandeln die Potsdamer Forscher mit Eisennitrat als Katalysator in Graphit. «Mit einem handelsüblichen Tintenstrahldrucker tragen wir eine Lösung des Katalysators in einem fast beliebig feinen Muster auf ein Blatt auf», erklärt Stefan Glatzel. Wenn die Forscher die mit Katalysator bedruckten Bögen in einer Stickstoff-Atmosphäre nun auf 800 Grad Celsius erhitzen, setzt die Cellulose solange Wasser frei, bis nur noch reiner Kohlenstoff übrig bleibt. Während in den bedruckten Bereichen eine elektrisch leitende Mischung aus den regelmässig strukturierten Kohlenstoffblättern des Graphit und Eisencarbid entsteht, lässt die Hitze die restlichen Gebiete als Kohlenstoff ohne re-

gelmässige Struktur zurück. Diese Bereiche sind nicht leitend. Dass auf diese Weise tatsächliche präzise geformte Leiterbahnen entstehen, bewiesen die Forscher mit einem einfachen Experiment: Sie druckten den Katalysator zunächst als Muster auf ein Blatt Papier und kalzinierten es zu Graphit. Anschliessend verwendeten sie das Graphit-Muster als Kathode, die sie elektrolytisch mit Kupfer überzogen. Nur auf den Linien, die der Drucker vorgezeichnet hatte, schied sich dabei das Metall ab.

Origami-Kranich im Kupfer-Kleid Mit einem weiteren Versuch demonstrierten die Wissenschaftler, wie sich mit ihrer Methode dreidimensionale, ebenfalls leitfähige Strukturen erzeugen lassen. Dafür falteten sie einen Papierbogen zu einem Origami-Kranich, den sie mit dem Katalysator tränkten und zu Graphit umwandelten. «Die dreidimensionale Form blieb dabei vollkommen erhalten, bestand nach dem Prozess aber durch und durch aus leitfähigem Kohlenstoff», berichtet Glatzel. Das bewies er, indem er das Origami erfolgreich mit Kupfer überziehen konnte. Bild: MPI of Colloids and Interfaces/Giordano

Bild: Manchester University – Jannick Meyer

Zwar entwickeln weltweit zahlreiche Forscher erfolgreich flexible Chips, sie setzen dabei aber fast immer auf Kunststoffe als Träger und nutzen teilweise auch Polymere und andere organische Moleküle als leitfähige Komponenten. Diese Materialien sind durchweg hitzeempfindlich. «Ihre Verarbeitung lässt sich nicht in die übliche Produktion von Elektronik integrieren, weil dabei Temperaturen über 400 Grad Celsius auftreten», sagt Cristina Giordano vom MaxPlanck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, die nun eine Alternative präsentiert.

Die Proben nach der Kalzinierung: Das Muster der zuvor mit Katalysator aufgedruckten Minerva ist klar erkennbar.

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Schliesslich galt es noch zu zeigen, wie die katalytische Umsetzung funktioniert. Mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop nahmen die Forscher ein Video des Prozesses auf. Sie beobachteten auf diese Weise, dass der Katalysator in Form von Nanotröpfchen einer Eisen-Kohlenstoffschmelze durch das Papier wandert und dabei Graphit zurück lässt. Diese Erkenntnisse tragen zum Verständnis des Prozesses bei, was die Grundlage für eine genauere Steuerung der Reaktion bildet. Dies gilt nicht nur für die Produktion von PapierElektronik, sondern auch für die Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, wo Eisen bereits seit längerem als Katalysator eingesetzt wird.

Bild: MPI of Colloids and Interfaces/Giordano

WERKSTOFFE

Papierfaser nach der Kalzinierung Bild: S Glatzel, Z Schnepp, C Giordano. From Paper to Structured Carbon Electrodes by Inkjet Printing. Angew Chem IE 2013. DOI: 10.1002/anie.201207693. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

Die elektrolytische Abscheidung von Kupfer findet nur an den leitfähigen Stellen statt.

Graphen-Strukturen aus dünnem Papier? Aufbauend auf den Ergebnissen aus der Analyse des Videos werden die Forscher nun versuchen, einen Disput über den Mechanismus der Umsetzung zu beenden. Einige ihrer Fachkollegen vermuten nämlich, dass die Reaktion im festen Zustand abläuft. «Unsere Studie deutet jedoch auf die Bildung einer Schmelze, eines sogenannten Eutektikums, hin», erläutert Giordano. «Interessant ist hierbei, dass Eisen allein erst bei rund 700 Grad höheren Temperaturen schmilzt.» Warum die Mischung aus Eisen und Kohlenstoff bei relativ niedrigen Temperaturen schmilzt, untersucht das Team um Giordano nun näher. Möglicherweise lässt sich der Effekt nämlich auch an anderer Stelle nutzen. Zudem werden die Forscher weiter das Potenzial der Papier-Elektronik auslo-

ten. So wollen sie nicht nur die magnetischen Eigenschaften nutzen, die das Material dem Eisencarbid verdankt. Indem sie die Papierstärke reduzieren und den Prozess geschickt steuern, wollen sie auch Leiterbahnen aus Graphen erzeugen. Bei Graphen handelt es sich um ein einzelnes der Kohlenstoffblätter, die sich im Graphit übereinander stapeln. «Ausserdem werden wir Graphit mit anderen Materialien kombinieren», erklärt Giordano weiter. Der Tintenstrahldrucker macht es möglich. Denn aus seinen Kartuschen lassen sich ausser der Eisennitrat-Lösung auch Lösungen anderer Metallsalze oder Dispersionen, die im Wasser feinverteilte Metallpartikel enthalten, zu Papier bringen. Quelle: Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Potsdam-Golm

Originalartikel S Glatzel, Z Schnepp, C Giordano, «From Paper to Structured Carbon Electrodes by Inkjet Printing», Angew Chem IE 52(8), 2355–2358 (2013)

Kontakt Dr. Cristina Giordano Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung Potsdam-Golm, Deutschland cristina.giordano@ mpikg.mpg.de www.mpg.de/152335/ kolloid_grenzflaechen

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Bild: Stefan Hendricks, Alfred-Wegener-Institut

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Schmelztümpel auf arktischem Meereis

Unerwartet schnelle Veränderungen im Ökosystem der arktische Tiefsee

Seegurken schmausen, der Sauerstoff schwindet Riesige Mengen von Algen wachsen an der Unterseite des Meereises in der Zentralarktis: Die Eisalge Melosira arctica war im Jahr 2012 für fast die Hälfte der Primärproduktion in diesem Gebiet verantwortlich. Wenn das Eis abschmilzt, sinken diese Algen innerhalb kurzer Zeit bis auf den Meeresgrund in mehreren Tausend Metern Tiefe. Tierische Tiefseebewohner wie Seegurken und Haarsterne fressen sie; Bakterien setzen um, was übrig bleibt und zehren dabei den Sauerstoff im Meeresboden auf. Diese kurzfristige Reaktion des Tiefseeökosystems auf Änderungen an der Wasseroberfläche hat ein multidisziplinäres Forscherteam jetzt aufgeklärt.

Eisminimum 2012: Mehr als zwei Monate lang waren Wissenschaftler und Techniker aus zwölf Nationen im Spätsommer 2012 mit dem Forschungsschiff Polarstern in der Zentralarktis unterwegs. Im hohen Norden setzten sie eine Vielzahl modernster Forschungsgeräte und -methoden ein. Die übergeordnete Frage: Wie verändert sich die Arktis durch die globale Erwärmung, und wie reagiert das Ökosystem mit seinen Bewohnern darauf? «Viel schneller als bisher vermutet!» – so eine erste Antwort von Antje Boetius. Die Mikrobiologin vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) leitet die HelmholtzMax-Planck-Brückengruppe für TiefseeÖkologie und -Technologie. Ihr erster Eindruck vor Ort: «Der Meeresgrund in mehr als 4 000 Metern Tiefe war übersät von Algenklumpen, die Seegurken und Haarsterne angelockt haben.» 38

Die Algenklumpen mit einem Durchmesser von bis zu 50 Zentimetern bedeckten bis zu zehn Prozent des Meeresbodens. Aufspüren konnten die Forscher sie mit einem Ozeanboden-Beobachtungssystem namens OFOS (Ocean Floor Observation System). Brückengruppen-Mitglied Frank Wenzhöfer konnte erstmals mit Mikrosensoren in der eisbedeckten Arktis die Sauerstoffkonzentration direkt am Tiefseeboden messen, dort, wo die Algen lagen. Auch unter dem Algenbelag tobte das Leben: Bakterien hatten angefangen, die Algen zu zersetzen. Deutlich wurde dies durch einen stark verringerten Sauerstoffgehalt im Sediment unter den Algen. In benachbarten algenfreien Bereichen war der Meeresgrund bis zu einer Tiefe von 80 Zentimetern durchlüftet und enthielt kaum pflanzliche Überreste. Dort, wo die Algen abgebaut wurden, schrumpfte die belüfte-

te Zone hingegen in kurzer Zeit auf wenige Millimeter.

In der Tiefe regnet es Algen Doch woher stammen die grossen Algenmengen in der Tiefsee? Pflanzen können dort nicht wachsen, weil es kein Licht gibt. Fündig wurden die Forscher jedoch an der Unterseite der schmelzenden Eisschollen an der Oberfläche: Überall unter dem Meereis fanden sie Reste des EisalgenAufwuchses. «Man weiss seit langem, dass Kieselalgen der Art Melosira arctica unter dem Eis lange Ketten bilden können. Allerdings war dies in solchem Umfang bisher nur für Küstenregionen und altes, dickes Meereis beschrieben», so Boetius. Bereits in der Expeditionsplanung vor drei Jahren hatten die Forscher die Hypothese aufgestellt, dass diese Eisalgen unter den heuti4/2013

Bild: Stefan Hendricks, Alfred-Wegener-Institut

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Meereisphysiker Nicolaus vermisst während der Polarstern-Expedition ARK-XXVII-3 auf einer Eisscholle die Tiefe eines Schmelzwassertümpels. Forschungseisbrecher Polarstern macht an einer grossen Eisscholle fest, damit die Forschercrew das Meereis untersuchen kann.

Bild: Marcel Nicolaus/Yves Nowak, Alfred-Wegener-Institut

gen Bedingungen auch unter dem Eis der Zentralarktis schneller wachsen könnten. Und die jetzt gewonnenen Beobachtungen stützen ihre Hypothese: Die Eisalgen waren mit 45 Prozent sogar für fast die Hälfte der Primärproduktion im Zentralarktischen Becken verantwortlich. Der Rest der Primärproduktion geht auf andere Kieselalgen (Diatomeen) und Kleinstalgen (Nanoplankton) zurück, die in den oberen Schichten der Wassersäule leben. Absterbendes Phytoplankton sinkt nur sehr langsam durch die Wassersäule und wird dabei grösstenteils gefressen. Die langen, von Melosira arctica gebildeten Algenketten hingegen verklumpen und sinken schnell zum Meeresboden. So exportierten sie im Untersuchungsjahr 2012 mehr als 85 Prozent des durch Primärproduktion gebundenen Kohlenstoffs von der Wasseroberfläche in die Tiefsee. Die Forscher vermuten, dass die Algen tatsächlich noch im

Lichtes Leben unter dünnem Eis

Warum Eisalgen unter den aktuellen Bedinselben Jahr gewachsen waren, denn sie gungen unter dem arktischen Meereis derfanden in der zentralen Arktis nur mehr art schnell gedeihen können, aber dann einjähriges Eis vor, und die Algen aus den durch die Eisschmelze ihren Lebensraum Mägen der Seegurken konnten im Labor verlieren, können die Meereisphysiker vom immer noch Fotosynthese betreiben. Auch AWI erklären. Mit einer vom Hubschrauber der gute Ernährungszustand der Seegurken geschleppten elektromagnetischen Sonde belegte die hohe Nahrungsverfügbarkeit: Die russische Zoologin Antonina Rogacheva vom P.P. Shirshov Institute of Oceanology fand die Tiere grösser als bisher bekannt und mit weit entwickelten Fortpflanzungsorganen vor – ein Hinweis darauf, dass Laboranaly k der neuesten Genera on sie seit etwa zwei DIMATOC® 2100: Monaten reichlich 1- oder 2-Kanal-Analysator gefressen hatten. · Jetzt bis zu 100 Probenplätze · 5 – 40 ml Probenvolumen · Viele neue SoŌware-Features · ZeitopƟmiertes Probenmanagement · Kalibrierung aus einer Standardlösung · Kontrolle der Betriebsparameter · Erweiterbar mit TNb-Messung · www.dimatec.de

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Bild: Alfred-Wegener-Institut

Bild: Marcel Nicolaus, Alfred-Wegener-Institut

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Der Blick vom Unterwasserroboter nach oben zeigt Eisalgen, die an der Unterseite des Meereises hängen (Breite des Bildausschnitts: circa ein Meter). Die eingeblendeten Zahlen und Symbole geben die Lage des Roboters im Wasser wieder und werden vom Piloten für die Navigation benötigt.

Tiefsee galt bisher als träges System, das erst mit erheblicher zeitlicher Verzögerung von der globalen Erwärmung betroffen sei. Dass mikrobielle Abbauprozesse am abgesunkenen Material nun aber auch in der Tiefsee innerhalb nur eines Jahres anoxische Flecken entstehen lassen, alarmiert die Forscherin: «Wir wissen noch nicht, ob wir ein einmaliges Phänomen beobachtet haben oder sich das in den nächsten Jahren wiederholen wird.» Aktuelle Vorhersagen gehen davon aus, dass ein eisfreier Sommer in der Arktis innerhalb der nächsten Jahrzehnte erreicht werden könnte. Boetius und ihr Team warnen: «Wir verstehen die Funktion des arktischen Ökosystems mit seiner Biodiversität und Produktivität immer noch zu wenig, um abschätzen zu können, wie weitreichend die Veränderungen durch den schnellen Eisrückgang sind.» Quelle: AWI für Polar- und Meeresforschung

Bild: Meereisgruppe, Alfred-Wegener-Institut

und Eisbohrungen haben sie die Eisdicke bestimmt. Zusätzlich setzten sie einen Unterwasserroboter (Remotely Operated Vehicle – ROV) ein, um das Eis von unten zu betrachten und zu messen, wie viel Licht hindurchdringt. AWI-Meereisphysiker Marcel Nicolaus erläutert: «Auch zum Ende des Sommers haben wir die Algen noch direkt unter dem Meereis gefunden, und dank unserer ROV-Messungen konnten wir auch deren Menge abschätzen. Vermehrt auftretende Schmelztümpel lassen mehr Licht durch das Eis dringen und erlauben so ein schnelleres Algenwachstum.» Das dünnere und wärmere Meereis führt dann aber auch dazu, dass die Eisalgen schneller aus dem Eis ausschmelzen und absinken. «Wir konnten erstmals zeigen, dass die Erwärmung und die damit verbundenen physikalischen Veränderungen in der Arktis schnelle Reaktionen im gesamten Ökosystem bis in die Tiefsee hervorrufen», resümiert Boetius. Die

Ausdehnung des arktischen Meereises (in Weiss und Grau): Im September 2012 erreichte sie mit nur noch 3,41 Mio. km2 den geringsten Wert seit Beginn der Satellitenaufzeichnungen im Jahr 1973 – 18 Prozent weniger als beim vormaligen Meereisminimum (eingezeichnet in Gelb) im Jahr 2007.

Forschungseisbrecher Polarstern hat auf der Expedition von Tromsø durch die Arktis bis nach Bremerhaven etwa 12 000 Kilometer zurückgelegt.

Originalpublikationen A Boetius et al., «Export of algal biomass from the melting Arctic sea ice», Science Express, doi: 10.1126/science.1231346 (2013) M Nicolaus, C Katlein, J Maslanik, S Hendricks, «Changes in Arctic sea ice result in increasing light transmittance and absorption», Geophys Res Lett 39(24), doi: 10.1029/2012GL053738 (2013)

Kontakt Prof. Antje Boetius, HGF-MPG Brückengruppe für Tiefseeökologie und -Technologie Alfred-Wegener-Institut Bremerhaven, Deutschland Antje.Boetius@awi.de www.awi.de/de/forschung/tiefsee Dr. Marcel Nicolaus Fachbereich Meereisphysik Alfred-Wegener-Institut Bremerhaven, Deutschland Marcel.Nicolaus@awi.de www.awi.de/de/forschung/ fachbereiche/klimawissenschaften/ meereisphysik

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Am Ende der letzten Eiszeit nahmen Kohlendioxid und Temperatur zeitgleich zu

Zu lesen in den Luftblasen der Antarktis

Bild: Hubertus Fischer, AWI

Beim Übergang von der letzten Kalt- zur jetzigen Warmzeit vor 20 000 bis 10 000 Jahren ist der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre zeitgleich mit der antarktischen Temperatur angestiegen. Zu diesem Schluss kommt ein europäisches Forscherteam, welches das Alter der eingeschlossenen Luftblasen im antarktischen Eisbohrkern EPICA Dome C neu bestimmt hat. Die Studie ist kürzlich in der Fachzeitschrift «Science» erschienen.

Aus Luftblasen, die in antarktischem Eis eingeschlossen sind, können Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre in der Vergangenheit rekonstruiert werden. So konnte aus bisher gewonnenen Eisbohrkernen die natürliche Variabilität des Treibhausgases Kohlendioxid und der antarktischen Temperatur während der vergangenen 800 000 Jahre bestimmt werden. Wie schnell Luftblasen in Eisbohrkernen welcher Tiefe eingelagert wurden, haben Forscher unter der Leitung des französischen Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement jetzt neu berechnet. Mit Hilfe des Stickstoffisotops 15 N konnten sie zeigen, dass die eingeschlossene Luft im EPICA Dome C Eiskern während der Übergangs von der letzten Kalt- zur jetzigen Warmzeit älter ist als bisher angenommen. Dieser Eiskern wurde im Rahmen des Projektes EPICA (European Project for Ice Coring in Antarcti42

Bild: Sepp Kipfstuhl, AWI

Eiskerne speichern das Klima der Vergangenheit. Das European Project of Ice Coring in Antarctica (EPICA) hat zum Ziel, Eiskerne im Dronning Maud Land zu bergen.

ca) gewonnen. Peter Köhler, Physiker am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI), erläutert: «Wir haben festgestellt, dass frühere Altersberechnungen der eingeschlossenen Gase auf der Basis heutigen Wissens zu ungenau sind.» Temperatur- und Treibhausgasmessungen an Eiskernen werden in verschiedenen Tiefen gemessen. Jeder Tiefe wird dann ein Alter zugewiesen, wobei für die Temperatur und die Treibhausgase verschiedene Altersmodelle notwendig sind. Temperaturänderungen lassen sich indirekt über die Isotopie der Wassermoleküle des Eises nachweisen. Konzentrationen der Treibhausgase werden demgegenüber direkt an antiken Luftblasen gemessen, die bei ihrer Entstehung erst komplett von der Atmosphäre getrennt sein müssen. Dies ge-

Luftblasen im Eis. Das Eis wird mit zunehmender Bohr-Tiefe immer transparenter. Bis in 1000 Metern Tiefe erscheint es als Folge der Luftblasen milchig grau; unterhalb von 1200 bis 1300 Metern Tiefe ist es transparent wie Plexiglas.

4/2013

U M W E LT

schieht am unteren Ende des Firnes beim sogenannten Blasenabschluss in einer Tiefe von etwa 100 Metern, wenn sich Schnee zu Eis verdichtet. Bei einer Reanalyse des Blasenabschlusses im EPICA Dome C Eisbohrkern aus der Antarktis haben die Forscher Veränderungen in der Dicke der Firnschicht mit Hilfe der 15 N-Isotope neu bestimmt und in die Altersbestimmung miteinbezogen. Ihr Ergebnis: Der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre ist während des Übergangs von der letzten Kalt- zur Warmzeit vor 20 000 bis 10 000 Jahren «gleichzeitig» mit der antarktischen Temperatur angestiegen. Als «gleichzeitig» definieren die Wissenschaftler in dieser Studie Zeitunterschiede von weniger als 200 Jahren während der vier im untersuchten Zeitraum bekannten abrupten Veränderungen in beiden Klimavariablen. «Wir beschreiben den zeitgleichen Anstieg der antarktischen Temperatur und des globalen atmosphärischen Kohlendi-

oxidgehalts während des letzten Übergangs von Kalt- zu Warmzeit. Diese Gleichzeitigkeit legt nahe, dass es starke Rückkopplungsmechanismen gibt, die beide Klimavariablen miteinander verbinden. Wichtig ist hierbei, dass unsere Studie nur Details über die Gleichzeitigkeit dieser beiden Variablen zeigt. Wenn wir vollständig verstehen wollen, wie das Ende der letzten Eiszeit stattgefunden hat, benötigen wir darüber hinaus Daten über Temperaturänderungen in anderen Teilen der Erde und müssen sie unseren Ergebnissen zeitlich zuordnen. Für diese letztendliche Interpretation sind nicht nur andere Klimazeitreihen, sondern auch Klimamodelle notwendig», schliesst Köhler. Quelle: Alfred-Wegener-Institut Originalpublikation F Parrenin et al., «Synchronous Change of Atmospheric

Kontinuierliches Dosieren

Polyoleﬁn-Produktion

CO2 and Antarctic Temperature During the Last Deglacial Warming», Science 339(6123), 1060–1063 (2013)

Kontakt Dr. Peter Köhler Alfred-Wegener-Institut (AWI) Bremerhaven, Deutschland Peter.Koehler@awi.de www.awi.de/en/research/research_ divisions/geosciences/glaciology Dr. Jakob Schwander Oeschger Zentrum für Klimaforschung / Physikalisches Institut Universität Bern Bern, Schweiz schwander@climate.unibe.ch www.climate.unibe.ch

Integration überwachender Steuerungen

Masterbatch-Produktion

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4/2013

MEDIEN

Es war einmal…die Zeitschrift für die chemische Industrie

Flaggschiff der Chemie feiert 125-jähriges Jubiläum

Bild: © Wiley-VCH

Es gibt wohl keinen Chemiker, der sie nicht kennt: Die Zeitschrift «Angewandte Chemie» der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh). In der Welt der Stoffe, ihrer Reaktionen und Bindungen ist sie seit 125 Jahren Vorreiter mit Berichten über herausragende Entdeckungen, neueste Forschungen und Gebiete mit Zukunftspotential. Am 12. März 2013 hat die Zeitschrift ihr Jubiläum gefeiert.

In ihrer 125-jährigen Geschichte entwickelte sich die Zeitschrift von einem Magazin für die chemische Industrie im deutschen Sprachraum zu einem modernen, globalen Medium für chemische Grundlagenforschung. Mit einer deutschen und einer englischen Ausgabe dient sie ihren Lesern auch in elektronischem Format, dessen Nutzung längst die der gedruckten Hefte übersteigt. Die Zeitschrift wurde immer von wissenschaftlichen Gesellschaften, seit 1947 der GDCh, in engstem Zusammenwirken mit ihrem Wissenschaftsverlag gestaltet. Am 1. Januar 1887 erschien die erste Ausgabe der Vorgängerin «Zeitschrift für die chemische Industrie» beim Julius Springer Verlag in Berlin, ab dem Dreikaiserjahr 1888

unter dem Titel «Zeitschrift für angewandte Chemie». Ab 1921 erschien sie beim gesellschaftseigenen Verlag Chemie (Leipzig/ Berlin), der seit 1996 unter dem Namen Wiley-VCH der Verlagsgruppe John Wiley & Sons angehört. Die Zeitschrift bewältigte 1947 in einer schwierigen Zeit den Neustart in Heidelberg und Weinheim, Anfang der 1960er Jahre folgte die wegweisende Entscheidung, der deutschsprachigen «Angewandten Chemie» eine englischsprachige Schwester in Form der International Edition hinzuzugesellen. Heute meistert sie die Herausforderungen der digitalen Revolution der Medienwelt mit einer elektronischen Ausgabe, die bis in das Gründungsjahr zurück reicht, und einer iPad-App, um nur einige wenige Meilensteine zu nennen. Die der GDCh gehörende «Angewandte», wie sie von den meisten schlicht genannt wird, hat sich dabei immer weiter internationalisiert. Täglich gibt es heute neue Artikel, die wöchentlich auch in Heften gebunden erscheinen. Ihren Lesern liefert die «Angewandte Chemie» so die wichtigsten Erkenntnisse aus allen Bereichen der Chemie – und das noch immer neben Englisch teilweise auch auf Deutsch. Dafür wurde sie 2007 mit dem Kulturpreis deutsche Sprache ausgezeichnet. 2012 gingen 9500 Manuskripte ein, von denen auf über 13 000 Seiten rund 2500 Artikel aus 38 Ländern publiziert wurden. Dies bewerkstelligen zurzeit 21 Redakteure, allesamt promovierte Chemiker, aus vier Ländern und acht Mitarbeiter in Assistenz und Herstellung.

Die Texte aus dem Sonderheft der Zeitschrift «Angewandte Chemie» findet man frei zugänglich unter diesem QRCode.

Aus Anlass ihres 125. Jahrgangs gibt es in diesem Jahr ein Sonderheft der Zeitschrift «Angewandte Chemie», zu dem nicht weniger als 16 Chemie-Nobelpreisträger beigetragen haben. Das Spektrum reicht von autobiographisch geprägten Essays über wissenschaftspolitische und -historische Beiträge, Interviews, Übersichtsartikel, z.B. über Wege zur Unabhängigkeit vom Erdöl, den Ursprung des Lebens oder die Beobachtung molekularer Bewegungen mit dem Elektronenmikroskop, bis hin zu Wissenschafts-Aphorismen und topaktuellen Originalartikeln aus allen möglichen Gebieten der Chemie, unter anderem Insektenpheromonen, Lithiumbatterien, die Resistenz von Grippeviren gegen NeuraminidaseHemmer (Tamiflu) und den Einsatz von Nanopartikeln zur Visualisierung des Wachstums von Bakterien. Offiziell wurde das Jubiläum von der GDCh, der Angewandten Chemie und ihrem Verlag mit einem ganztägigen Festsymposium in Berlin am 12. März 2013 gefeiert. Quelle: Angewandte Chemie/Wiley-VCH

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4/2013 11 mm Doppelschnecken-Extruder

AUS- UND WEITERBILDUNG

10. Schweizer Sonderabfalltag 2013 – Mehr Wissen über Sondermüll scher Abwasser- und Gewässerschutzfachleute (VSA) wird konkret auf die Entsorgung von flüssigen Abfällen eingehen. Ein Praxisbeispiel: Als Produzent und Händler von Reinigungsmitteln zeigt Hugo Wehrli von der KWZ AG auf, welche Massnahmen er für eine sichere und gesetzeskonforme Sonderabfallentsorgung in seinem Unternehmen getroffen hat. Bei Verstössen gegen das Umwelt- oder Abfallrecht kommt die Polizei zum Einsatz. Anhand von Beispielen strafrechtlicher Untersuchungen zeigt Emil Ott von der Kantonspolizei Zürich, welche Konsequenzen Verstösse im Alltag haben. Die Vollzugslösung bei der Rücknahme von Abfällen aus dem grenzüberschreitenden Verkehr wird am Beispiel des Kantons Zürichs durch Alois Villiger vom kantonalen Amt AWEL präsentiert. Bereits zum vierten Mal ist der Verband der Wiederverwerter, der FVG, als Patronatspartner an der Seite von EcoServe mit dabei. Aus dem Bereich der Wiederverwertung von Elektro- und Elektronikgeräten werden einerseits die

Verstoss gegen das Abfall- und Umweltschutzgesetz

Verarbeitung von quecksilberhaltigen Leuchtmitteln und andererseits die BluboxTechnologie zur Wiederverwertung von Leuchtmitteln und Flachbildschirmen thematisiert. Der Sonderabfalltag wird durch die Ausstellung der Firmen Arsitec AG und Denios AG abgerundet. Informationen und Anmeldung: www.ecoserve.ch/aktuelles/ sonderabfalltag/sonderabfalltag-2013/ R-KB

Sondermüll richtig zu entsorgen erfordert nicht nur persönliche Verantwortung, sondern auch das entsprechende Know-how. Dieses kann man am 10. Schweizer Sonderabfalltag, der am 4. Juni 2013 in Olten stattfindet, erwerben. Die von EcoServe International AG organisierte Veranstaltung vereint jährlich über 150 Personen aus Industrie, Gewerbe, Institutionen und Behörden. Thematisiert werden aktuelle Themen rund um den Vollzug des Abfallrechts, den Stand der Technik und die Entwicklungstendenzen in den Bereichen der Entsorgung und Verwertung von Sonderabfällen. Auf dem Programm stehen acht Referate. Diesmal werden Situation und Perspektiven in der Sonderabfallentsorgung durch André Hauser vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) und im Recyclingbereich durch Patrik Geisselhardt vom Verein Swiss Recycling (VSR) zusammengefasst. Die korrekte Handhabung und Entsorgung von Sonderabfällen ist für Abgeberbetriebe eine herausfordernde Aufgabe. In zwei Praxisberichten werden Lösungsansätze beleuchtet. Peter Dell’Ava vom Verband Schweizeri-

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4/2013

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AUS- UND WEITERBILDUNG

Brechbühler AG erweitert das Kursangebot geleitet. Zudem bieten wir Schulungen an, welche in Zusammenarbeit mit Sekulab (Weiterbildungsorganisation für technischwissenschaftliche Berufe (Anm. d. Red.)) organisiert werden.

Demolabor der Brechbühler AG in Schlieren

Seit Jahrzehnten steht die Brechbühler AG für innovative, analytische Lösungen im Bereich Chromatographie und Massenspektrometrie. Zudem ist sie auch als Know-how Trägerin und Wissensvermittlerin bekannt. Durch die Erweiterung ihrer Produktpalette um die Technologien HPLC, Spektroskopie, TOF und NMR hat die Brechbühler AG ihr Kursangebot nun entsprechend angepasst. Im Interview gewährt Urs Hofstetter, Schulungsverantwortlicher der Brechbühler AG, einen Einblick in das «Brechbühler Training Center»: Die Brechbühler AG ist vor allem als solide Schweizer Handelsfirma bekannt. Weshalb bietet sie auch Schulungen und Kurse an? Bereits vor mehr als 20 Jahren haben wir erkannt, dass es Firmen in Folge begrenzter Ressourcen oder hoher Mitarbeiterfluktuation manchmal nicht möglich ist, das Personal auszubilden. Hier können wir weiterhelfen. Zudem versteht sich die Brechbühler AG seit jeher sowohl als kompetente Anbieterin von analytischen Geräten und Verbrauchsmaterialien als auch als eine Dienstleistungserbringerin: Nebst dem Verkauf werden in unserer Firma also auch Support, Service und Know-how-Vermittlung gross geschrieben. Wir sind in erster Linie ein Kompetenzzentrum für ein breites Spektrum an Analysetechnologien: The one stop shop for analytical solutions. Die Brechbühler AG präsentiert in diesem Jahr ein erweitertes Kursangebot. Was ist neu? Vor vier Jahren haben wir unser Produktportfolio ausgebaut. Entsprechend ist auch unsere Kompetenz in den Bereichen Spektroskopie, TOF, NMR und HPLC gewachsen. 46

Urs Hofstetter präsentiert die GCMS Software im Schulungsraum der Brechbühler AG in Schlieren

Dieses Wissen möchten wir nun den interessierten Personen in Form von Kursen weitergeben. Sie sprechen die Produktpalette an. Die Frage ist naheliegend: Benutzen Sie die Kurse auch als Verkaufsplattform Ihrer Produkte? Nein. Gerade die strikte Trennung von Verkauf und Kursen wird von den Teilnehmern sehr geschätzt. Zudem sind viele Kurse «Gerätehersteller unabhängig». Das heisst, dass das Gelernte auf jedem Gerät angewendet werden kann. Folglich besuchen uns auch viele Anwender, die mit Geräten unterschiedlichster Hersteller arbeiten. Wo finden die Kurse statt? Die meisten Veranstaltungen werden in unseren Räumlichkeiten in Schlieren durchgeführt, wobei der Schulungsraum und das Demolabor optimale Kursbedingungen ermöglichen: Theorie und Praxis wechseln sich ab. Je nach Bedarf. Wer leitet die Kurse? Die Schulungen werden grösstenteils von mir oder meinen Kollegen durchgeführt. Einige Kurse werden von Gastreferenten wie Prof. Michael Oehme vom Institute for Applied Analytical Chemistry oder Maurus Biedermann vom Kantonalen Labor Zürich

Urs Hofstetter, seit 12 Jahren Schulungsverant wor tlicher (analytical customer support) bei Brechbühler AG

Sie werben aber auch mit dem «Flying-Teacher» Konzept… Dieses Angebot richtet sich an diejenigen, welche einen Kurs oder eine Schulung bei sich direkt am Arbeitsplatz wünschen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Keine Reisezeit für den Kunden, ein auf den Teilnehmer massgeschneiderter Kurs, welcher innerhalb von kurzer Vorbereitungszeit durchgeführt werden kann, Know-howTransfer direkt vor Ort am Gerät des Kunden und natürlich frei wählbare Kursdaten. Der «Flying Teacher» ist ein Angebot, das sich in den letzten Jahren immer grösserer Beliebtheit erfreut. An wen richten sich Ihre Kurse, und wer besucht Ihre Fachveranstaltungen? Mit unserem Angebot sprechen wir ein breites Zielpublikum an. Die Kurse werden vom Laborleiter bis zum Laboranten besucht. Zudem ist die Teilnehmerzahl begrenzt, damit gezielt auf individuelle Fragen eingegangen werden kann. Sie sind seit 12 Jahren für die Kurse der Brechbühler AG verantwortlich… Ich habe selber viele Jahre im Labor mit Geräten gearbeitet. Ich weiss aus eigener Erfahrung, dass das Arbeiten mit einem Gerät viel spannender und erfolgreicher ist, wenn man die Theorie dahinter versteht. Mir gefällt es, wenn ich sehe, dass unsere Kunden das Gelernte in die Tat umsetzen können und somit mehr Freude an der Arbeit mit ihrem analytischen Gerät haben.

Kontakt Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 www.brechbuehler.ch kurse@brechbuehler.ch

4/2013

Masterstudiengang mit Blick in die Welt des Kleinen

In diesem Studiengang steht das Kleine und Winzige im Vordergrund: Mikro- und Nanotechnologie (MNT), die mittlerweile in vielen Bereichen wie Sensorik, Beschichtungen, Medizin und Mikroelektronik eine herausragende Rolle spielen. Zur effektiven Nutzung der Möglichkeiten der MNT ist es daher vorteilhaft, gut ausgebildete Mitarbeiter sowie ein entsprechendes Netzwerk zu haben, um den neuesten Stand der Technik für das eigene Unternehmen verfügbar zu machen. In der EUREGIO Bodensee besteht seit mehreren Jahren eine internationale Kooperation aus der FH Vorarlberg, Schloss Hofen, der Interstaatlichen Hochschule für Technik Buchs NTB, der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) und der EMPA. Unter der wissenschaftlichen Leitung des ETH-Professors und EMPA-Direktors Gian-Luca Bona bieten diese Einrichtungen gemeinsam einen berufsbegleitenden Masterstudiengang MNT an, der auf die Bedürfnisse in der betrieblichen Praxis ausgerichtet ist. Er besteht aus den vier Modulen Technologie und Materialien der Mikrotechnik, Nanomaterialien und – werkzeuge, Materialien und Oberflächen sowie Bauteile, Systeme und Design für die Mikro- und Nanotechnologie. Der Studiengang mit eng begrenzter Teilnehmerzahl von nur 20 Studenten richtet sich dabei in erster Linie an Ingenieure in kleineren und mittleren Unternehmen, aber auch an technische Mitarbeiter. Die Studierenden erwerben nach erfolgreichem Abschluss den international anerkannten akademischen Grad Master of Science (Micro- and Nanotechnology) der FH Vorarlberg nach österreichischem Recht. Sie können ihre Masterarbeit im eigenen Berufsfeld durchführen und bekommen vielfältige neue Kontakte für einen gewinnbringenden Erfahrungsaustausch. Quellen: EMPA und Schloss Hofen www.mnt.ch 4/2013

Förderleistung Endvakuum Absaugﬂasche Sicherheitsﬂasche Steuerung

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KNF-Absaugsystem Typ PH 1839-816: Absaugen mit System Das Absaugsystem evakuiert die Absaugflasche dank der hohen Förderleistung sehr schnell. Ihr Vorteil: Sie sparen Zeit. Die Arbeitsflasche verfügt über ein Fassungsvermögen von vier Liter, die zusätzliche Sicherheitsflasche nimmt bei einer Überfüllung überschüssige Flüssigkeit von bis zu einem Liter auf. Der hydrophobe Filter schützt die Pumpe vor Feuchtigkeit, die bei einer Fehlbedienung sonst ins Innere eindringen könnte. Die stabilen Flaschenhalter sorgen für den sicheren Stand der Absaugflaschen. Das Entleeren ist dank der selbst schliessenden Schnellkupplung kinderleicht. Die Pumpe läuft nur, wenn das Fusspedal gedrückt wird. Das spart Strom und senkt die Geräuschemissionen im Labor. Das Absaugsystem überzeugt auch durch die einfache Bedienung und ist robust und handlich.

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V E R A N S TA LT U N G E N

Veranstaltungen JUNI 02.–07.06.

7th Molecular Quantum Mechanics Ort: Lugano Veranstalter: ETH Zürich Wolfgang-Pauli-Strasse 10, CH-8093 Zürich Telefon +41 (0)44 632 79 01 mqm2013@ethz.ch, www.mqm2013.ethz.ch Six Sigma Green Belt Training Ort: Basel Veranstalter: AICOS Technologies AG Efringerstrasse 32, CH-4057 Basel Telefon +41 (0)61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com

04.06.

GMP Kompakt-Training Ort: Karlsruhe (D) Veranstalter: PTS Training Service P.O. Box 4308, D-59737 Arnsberg Telefon +49 (0)2932 51477 info@pts.eu, www.pts.eu

04./05.06.

Service-Praxisseminar Flüssigkeitsanalyse Ort: Weil am Rhein (D) Veranstalter: Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG Colmarer Strasse 6, D-79576 Weil am Rhein Telefon +49 (0)7621 9 75 01 seminar@de.endress.com, www.de.endress.com

Bild: (cc)flickr: Hey Paul

03.–07.06.

05./06.06.

Chemspec Europe Ort: München (D) Veranstalter: Quartz Business Media Limited 20 Clarendon Road, Redhill, Surrey RH1 1QX, United Kingdom Telefon +44 (0)1737 855 000 www.chemspecevents.com

10.06.

Effiziente Internet-Nutzung im Labor Ort: Dübendorf Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAS c/o EAWAG, Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.scg.ch

10.-12.06.

Fälschungssicherheit in der Pharmaproduktion Ort: Köln (D) Veranstalter: Chem-Academy/Vereon AG Postfach 2232, CH-8280 Kreuzlingen Telefon +41 (0)71 677 8700 info@chem-academy.com, www.chem-academy.com

11.06.

Sonderabfallentsorgung. Sicher + gesetzeskonform Ort: Unterentfelden Veranstalter: Ecoserve Bresteneggstrasse 5, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserve.ch

11.06.

Klassifizierung nach Gefahrgutrecht Ort: Luzern Veranstalter: Ecoserve Bresteneggstrasse 5, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserve.ch

11.06.

Wägen und Prüfmittelüberwachung nach GWP Ort: Ulm (D) Veranstalter: Mettler-Toledo GmbH Ockerweg 3, D-35396 Giessen Telefon +49 (0)641 507 405 labtalk@mt.com, www.mt.com

11.06.

Festphasenextraktion und andere Probenvorbereitungstechniken Ort: Mainz (D) Veranstalter: NOVIA GmbH Industriepark Höchst, Geb. B 845 D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 43843 info@novia.de, www.novia.de

11./12.06.

Einführung in die Kernresonanzspektroskopie (NMR) Ort: Basel Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen Telefon +41 (0)79 330 49 66 info@sekulab.ch, www.sekulab.ch

11./12.06.

IR-Spektroskopie – Einführung und Interpretation der Spektren Ort: Biel-Benken Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen Telefon +41 (0)79 330 49 66 info@sekulab.ch, www.sekulab.ch

12.06.

pH-Messung und Pipettieren Ort: Ulm (D) Veranstalter: Mettler-Toledo GmbH Ockerweg 3, D-35396 Giessen Telefon +49 (0)641 507 405 labtalk@mt.com, www.mt.com

12./13.06.

Säulen- Phasen und Trennoptimierung in der HPLC Ort: Windisch Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAS c/o EAWAG, Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.scg.ch

12./13.06.

Statistische Analyse von Labordaten mit Excel Ort: Basel Veranstalter: AICOS Technologies AG Efringerstrasse 32, CH-4057 Basel Telefon +41 (0)61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com

12./13.06.

15. VDI-Tagung Reinraumtechnik Ort: Frankfurt am Main (D) Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH VDI-Platz 1, D-40468 Düsseldorf Telefon +49 (0)211 6214 201 wissensforum@vdi.de www.vdi-wissensforum.de

4/2013

V E R A N S TA LT U N G E N

Interpretationstraining für IR-Spektren Ort: Biel-Benken Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen Telefon +41 (0)79 330 49 66 info@sekulab.ch, www.sekulab.ch

13.06.

Messunsicherheit in der Analytik Ort: Dübendorf Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen Telefon +41 (0)79 330 49 66 info@sekulab.ch, www.sekulab.ch

13.06.

Optimaler Pulvereintrag in Flüssigkeiten Ort: München (D) Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +41 (0)201 1803 1 information@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

13./14.06.

Grundlagen der ICP-OES Ort: Stein am Rhein Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +41 (0)201 1803 1 information@hdt-essen.de www.hdt-essen.de

17.06.

Statistische Qualitätsund Prozesskontrolle Ort: Basel Veranstalter: AICOS Technologies AG Efringerstrasse 32, CH-4057 Basel Telefon +41 (0)61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com

17./18.06.

17.-19.06.

18./19.06.

4/2013

Gasabsorption in Chemie und Umwelttechnik Ort: München (D) Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +41 (0)201 1803 1 information@hdt-essen.de www.hdt-essen.de GHS-Manager Ort: Köln (D) Veranstalter: Chem-Academy/Vereon AG Postfach 2232, CH-8280 Kreuzlingen Telefon +41 (0)71 677 8700 info@chem-academy.com www.chem-academy.com Verlängerung Schulungsnachweis für Gefahrgutbeauftragte Ort: Unterentfelden Veranstalter: Ecoserve Bresteneggstrasse 5, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserve.ch Service-Praxisseminar Füllstand-/ Druckmesstechnik Ort: München (D) Veranstalter: Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG Colmarer Strasse 6, D-79576 Weil am Rhein Telefon +49 (0)7621 9 75 01 seminar@de.endress.com www.de.endress.com

18./19.06.

Wertstromoptimierung in der Pharma Supply Chain Ort: Speyer (D) Veranstalter: PTS Training Service P.O. Box 4308, D-59737 Arnsberg Telefon +49 (0)2932 51477 info@pts.eu, www.pts.eu

19./20.06.

Ermittlung der Messunsicherheit: Pragmatisch – ISO 17025 konform – nachhaltig Ort: Rotkreuz Veranstalter: Heinz Peter Management Industriestrasse 7, CH-6300 Zug, Telefon +41 (0)79 366 24 82 www.hp-management.ch, info@hp-management.ch

20.06.

Grundlagen und Anwendungen in der Nah-Infrarot (NIR) Spektroskopie Ort: Flawil Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAS c/o EAWAG, Überlandstr. 133, CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.scg.ch

25.06.

Atomabsorptions-Atomemissions-Spektrometrie (AAS-AES) für Einsteiger/-innen Ort: Dübendorf Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAS c/o EAWAG, Überlandstr. 133, CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.scg.ch

25.06.

Qualifizieren von Analysengeräten Ort: Dübendorf Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAS c/o EAWAG, Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.scg.ch

25./26.06.

Grundlagen der GC/MS Technik Ort: Schlieren Veranstalter: Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3, CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 kurse@brechbuehler.ch, www.brechbuehler.ch

26.06.

Referenzmaterialien zur Methodenvalidierung und Gerätequalifizierung Ort: Dübendorf Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAS c/o EAWAG, Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.scg.ch

26.06.

LC-MS-Kopplungstechniken Ort: München(D) Veranstalter: Dr. Bichlmeier Beratung und Seminare Adelheidstrasse 11, D-80798 München Telefon +49 (0)89 235 440 11 contact@dr-bichlmeier.de, www.dr-bichlmeier.de

Bild: (cc)flickr: RDECOM

13.06.

PANORAMA

Gift für Opernfreunde und Balsam für Chemiemuffel

Tatort Opernbühne Chemie ist nicht jedermanns Sache. Das Fach ist mühsam zu lernen und bleibt für viele ein Buch mit sieben Siegeln. Kein Wunder, dass pädagogisch interessierte Gelehrte über anschauliche Methoden und praktische Beispiele nachdenken, um den Studenten das schwierige Fach einprägsamer zu vermitteln. Alltagsrelevante Beispiele aus der Lebensmittelchemie sind genauso beliebt wie Moleküle zum Basteln oder Chemielaboratorien en miniature. Ein origineller neuer Ansatz kommt jetzt aus Portugal: Die «chemische Analyse» bekannter Opern.

Eine Chemiestunde bei João Paulo André von der Universidade do Minho im portugiesischen Braga ist etwas Besonderes. Kein Versuchsaufbau, keine Reaktionsgleichung, kaum Formeln. Stattdessen Opernarien und Videoclips. André ist Chemiker, er liebt Opern, und für ihn lag es auf der Hand, im Jahr der Chemie 2011 seine Studenten zu begeistern: «Immer, wenn ich in der Oper war oder Opern hörte, fiel mir auf, dass es viele Beispiele aus der Chemie gibt, die anschaulich sein könnten», erzählt er «vor allem natürlich die Szenen, in denen Gift eine Rolle spielt. Man findet viele Hinweise zu chemische Substanzen in Opern, ich war selbst überrascht.» Akribisch analysierte er Operntexte im Blick auf Chemikalien oder Pharmazeutika und überprüfte, ob Beschreibungen über die Wirkung chemischer Substanzen enthalten waren. Auch Operntitel, Komponisten und historische Informationen unterzog er einer kritischen chemieaffinen Prüfung. Aus all dem entwickelte André eine Vorlesung, die so erfolgreich wurde, dass er sie nicht nur vor angehenden Chemikern, sondern später immer wieder vor einem breiten Publikum hielt und kürzlich im «Journal of Chemical Education» veröffentlichte.

Arsen auf der Bühne Dass Giftmorde in mancher Oper vorkommen, ist allgemein bekannt. Lucrezia Borgia in Donizettis gleichnamiger Oper ist das Paradebeispiel. Wahrscheinlich mit Arsentrioxid (As2O3) schaffte die Giftmischerin Gegner aus dem Weg und brachte nicht zuletzt ihren eigenen Sohn Gennaro damit 50

um – versehentlich. So fleht sie ihn an, ein Gegengift zu nehmen – einen Chelatbildner –, doch Gennaro weigert sich und stirbt. Auch Verdi baute in seine Oper über den ersten Dogen von Genua – Simon Boccanegra – eine Giftszene mit Arsen ein. Der Doge wurde 1363 vergiftet. Während Andrés Studenten beim Thema Arsen Szenen dieser beiden Opern zu sehen bekommen, erzählt der Professor weitere Details zur Geschichte des Halbmetalls, erklärt die einzelnen Verbindungen und warum Stoffe und Verbindungen Rhabarber (Oxalsäure); Manna (Mannose; Mannitol) Antimon(III)-chlorid; Quecksilber(II)-sulfid; Schwefel; Manna; Rizinusöl Oleander (Oleandrin); Kirschlorbeer (Amygdalin); Schierling (Coniin); Schwarze Tollkirsche (Scopolamin und Hyoscyamin) Nachtschattengewächse (Scopolamin und Hyoscyamin) Schwarzes Bilsenkraut (Scopolamin und Hyoscyamin) Alraune (Scopolamin und Hyoscyamin) Gemeiner Stechapfel (Scopolamin und Hyoscyamin) Manchinelbaum (Physostigmin) Curare (Tubocurarin) Schlangengift (Neurotoxin) ? Arsen(III)-oxid Arsen(III)-oxid; Dimercaprol und Dimercaptobernsteinsäure (Schwermetallantidota) Scheele’s Grün (CuHAsO3) Radium(II)-chlorid

Arsen toxisch wirkt. Auch über die Verwendung von Arsen als Arzneimittel sowie über «Arseniker» – Menschen, die ihren Körper allmählich an das Gift gewöhnten – werden die Studenten informiert. Nicht zuletzt erfahren sie ganz nebenbei etwas über die Arsenverbindung «Scheeles Grün» (CuHAsO3) und dessen Verwendung als Pigment in grünen Malerfarben oder Tapeten – nicht ohne musikalischen Verweis (Operntext: «I do not care for dirty greens by any means») auf Gilbert und Sullivans Oper (Komponist)

Il Campanello (Donizetti)

Arie oder Szene «Per quel che ha mal di stomaco» Duett: «Mio Signore Venerato»

Suor Angelica (Puccini)

«Amici fiori»

Tristan und Isolde (Wagner)

«Am Obermast die Segel ein»

Der Apotheker (Haydn)

Hamlet (Thomas) Roméo et Juliette (Gounod) Giftarie «Viens Malika» Lakmé (Delibes) (Blumenduett) L’ Africaine (Meyerbeer) «O Paradis» Il Guarany (Gomes) Antony and Cleopatra «Give me my robe» (Barber) Mitridate, Re di Ponto «Ah ben ne fui presaga (Mozart) ... Pallid’ombre» Simon Boccanegra (Verdi) Giftszene (2. Akt) Lucrezia Borgia Ende des 1. Aktes (Donizetti) Patience «Am I alone and (Gilbert and Sullivan) unobserved?» Madame Curie (Sikora)

Stoffe und chemische Verbindungen in Opern

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Quelle: JP André

Sabine Goldhahn

Bilder: JP André

Mit diesem Bild beginnt die abwechslungsreiche Chemie-Vorlesung von João Paulo André

komische Oper «Patience» über die europäische Künstlerbewegung Arts & Crafts Ende des 19. Jahrhunderts, die ästhetische über moralische Werte stellte. Schöne und praktische Dinge für den Alltag, hergestellt in kunsthandwerklicher Tradition waren ihr Ziel. So erklärt André, dass grüne Tapeten oder Stoffe mit Mustern des Künstlers William Morris (1834–1896) im viktorianischen Zeitalter schick gewesen seien. «Da die Basis für die grüne Farbe Arsen war, gab es damals sehr viele Arsenvergiftungen», so der Professor, «heute fragt man sich, ob Morris davon gewusst hat, denn immerhin gehörte seinem Vater eine Bergwerksfirma, die zu jener Zeit der grösste Arsenhersteller war.»

Eindeutige Symptome sprechen für Vergiftung Neben den Arsenverbindungen spielen in der Oper und in Andrés Vorlesung noch viele natürliche Giftstoffe eine Rolle. In gleich mehrere Opern kommen Alkaloide vor. Beispielsweise zeigt Isolde in Wagners «Tristan und Isolde» nach Einnahme des Liebestranks Symptome, die typisch für die anticholinerg wirkenden Nachtschattengewächse sind: Herzrasen, gerötete Haut, Desorientiertheit, Pupillenerweiterung, Koma, um nur einige zu nennen. Und in Gounods Oper «Roméo et Juliette» erkennt der Chemiker die Wirkung der Alraune, die Julia in einen Scheintod versetzt. Bei dieser Szene zeigt André seinen Studenten das Video einer Arie, in der sich Julia sorgt, was sie wohl nach Einnahme des Tranks spüren werde und wie es ihr später beim Erwachen in der Gruft wohl gehen möge. «Man findet wirklich sehr selten in den Opern ganz 4/2013

eindeutige Hinweise auf eine bestimmte chemische Substanz, am ehesten noch auf verschiedene Gifte. Eine der wenigen Ausnahmen ist Puccinis ’Suor Angelica’, da werden die Pflanzen mit ihren Giften wirklich beim Namen genannt», erklärt André: «Oleander, Kirschlorbeer, Schierling, Tollkirsche.» – Jeder Giftmischer hätte hier seine Freude. Daher vermutet der Chemiker, dass Giovacchino Forzano, der Autor des Librettos von «Suor Angelica», offensichtlich tiefere Kenntnisse der Drogenkunde besass. Giftmorde, Rachegelüste und Liebestränke widerspiegeln nur einen Teil des «chemischen Opernrepertoires». Ein anderer widmet sich einfach dem Kern der Sache: der Pharmazie. Allein vier Opern zum Thema Apotheke illustrieren, wie wichtig dieses Fach schon damals war und dass bereits im 18. und 19. Jahrhundert eine enge Verbindung zwischen Chemie und Pharmazie bestand. Wenn nach 90 Minuten interaktiver Vorlesung der letzte Ton verklungen ist, hat Chemiker André, der seine PhD-Arbeit einst an der Universität Basel zu Röntgenkontrastmitteln schrieb, noch eine Überraschung parat: den Abschlussquiz. Der kann noch manchen Studenten zum Schwitzen bringen. So wird beispielsweise mit Bezug zu Donizettis Oper «L’Elisir d’Amore» gefragt, welches Elixier der Scharlatan Dr.Dulcamara der schönen Adina zu trinken gab. Gezeigt werden die chemischen Strukturen von Tannin, Malvidin, Weinsäure, Glukose, Glycerol, Essigsäure, Wasser und Ethanol. Die möglichen Antworten lauten: Rotwein, Whisky, Red Bull und Lebertran. Hätten Sie es gewusst?

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Originalpublikation João Paulo André «Opera and Poison: A Secret and Enjoyable Approach To Teaching and Learning Chemistry» J Chem Educ 90(3), 352–357 (2013)

Kontakt Prof. João Paulo André Department of Chemistry University of Minho Braga, Portugal Telefon +351 253604385 jandre@quimica.uminho.pt www.quimica.uminho.pt

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PRODUKTE

Kompakt, kompakter, LB Remote I/O

Universelles E/A Modul LB7x04

Unter dem Motto «Platz für mehr» bringt Pepperl+Fuchs ein neues universelles E/A-Modul für das bewährte LB Remote I/O System auf den Markt. Im gleichen Zuge wurde die Produktpalette für analoge E/AModule modernisiert. Dadurch profitieren Kunden von einer vereinfachten, schnellen Diagnose und einer Kostenersparnis durch redu-

zierten Platzbedarf im Schaltschrank. Vierkanalige analoge E/A-Module können durch ein neues energiesparendes elektrisches Design in einem 16mm breiten Gehäuse untergebracht werden. Dies ist eine Platzersparnis von 50 Prozent gegenüber den Vorgängermodellen. Damit können durch den Einsatz von kleineren Schaltschränken die Kosten pro Kanal reduziert werden. Zusätzlich haben alle neuen Module Status-LEDs, die den jeweiligen Zustand des Moduls pro Kanal anzeigen. Eine schnelle und einfache Wartung ist mit einem Blick möglich. Das neue vierkanalige universelle E/A-Modul LB7104A ist mit StatusLEDs zur schnellen Diagnose ausgestattet. Das LB7104A konnte

auch im 16mm breiten Gehäuse untergebracht werden, damit reduziert sich der Platzbedarf im Schaltschrank um bis zu 32 Prozent. Das universelle E/A-Modul ist in der Lage, als analoger Eingang oder analoger Ausgang (4…20mA) zu fungieren. Es kann auch als Binäreingang (ON < 1,2 mA / OFF > 2,1 mA) oder Binärausgang (12V / 25 mA) eingesetzt werden. Die jeweilige Einstellung kann pro Kanal im Device Type Manager gesetzt werden. Die Programmierung ist mittels weissen KonfigurationsLEDs direkt am Modul ablesbar. Im Austauschfall kann ein nicht programmiertes LB7104A einfach auf die Backplane gesetzt werden, und die vorherigen Einstellungen werden automatisch parametriert. Damit wird die Wartung beschleunigt.

Mit dem universellen Modul werden zusätzlich noch Kapitalbindungskosten im Austauschlager gesenkt. Denn anstatt vier verschiedene Module bevorraten zu müssen, reicht es vollkommen aus, nur das LB7104A mit den vier Einstellungsmöglichkeiten zu lagern. Zusammengefasst ist das LB Remote I/O System für Zone 2 durch die neuen platzsparenden Module das kompakteste System am Markt, das durch die schnellen und einfachen Wartungsfunktionen zusätzlich bares Geld spart. Pepperl+Fuchs AG Sägeweg 7 CH-2557 Studen BE Telefon +41 (0)32 374 76 80 triedweg@ch.pepperl-fuchs.com www.pepperl-fuchs.ch

Drehzahlgeregelte Vakuumpumpe mit Fernbedienung und Steuerung über PC Bisher nicht gekannte Flexibilität im Labor schafft das Vakuumsystem SC 920 von KNF Lab: Dank einer Fernbedienung über Funk muss das System nicht in der Nähe der Prozessapparatur aufgestellt werden. Vielmehr lässt es sich in Labormöbeln verstauen oder ohne lästige Kabeldurchführung in einem Laborabzug platzieren. Über die drahtlose Fernbedienung mit intuitiver Benutzerführung wird das Vakuumssystem bedient und können ablaufende Prozesse kontrolliert werden. Vier Betriebsmodi stehen zur Verfügung: Abpumpen, Druckregelung, Automatik – das System sucht selbstständig den Dampfdruck der Probe – und eine individuelle Druckfunktion, in der

der Druck nach einem durch den Benutzer vorgegebenen Profil geregelt wird. Aus allen Modi kann jederzeit in den manuellen Betrieb gewechselt werden. Das Vakuumsystem umfasst eine Vakuumpumpe mit elektronischer Regelung, einen Auffangkolben an der Saugseite, einen Hochleistungs-Kondensator mit Auffangkolben an der Druckseite sowie das Hand-Terminal zur Fernbedienung. Zusätzlich ist im Lieferumfang eine Software enthalten, mit der das Vakuumsystem auch von einem PC aus bedient werden kann. Besonderheit dabei: Druckverläufe lassen sich speichern und später wieder aufrufen.

Kurze Prozesszeiten sind eine auffällige Eigenschaft des neuen Vakuumsystems, zurückzuführen auf eine intelligente Druckregelung und das patentierte Membran-Stabilisierungssystem der Pumpe. Das Endvakuum des sehr leise arbeitenden Vakuumsystems beträgt 2 mbar absolut, die maximale Förderleistung 20 l/min. Alle gasführenden Teile sind aus chemisch beständigen Materialien gefertigt. KNF NEUBERGER AG Pumpen + Systeme Stockenstrasse 6 CH-8362 Balterswil Telefon +41 (0)71 973 99 30 knf@knf.ch www.knf.ch

Ein neues UV/Vis-Spektralphotometer von Analytik Jena Die Analytik Jena AG hat mit der Einführung des SPECORD 50 PLUS die neueste Generation ihrer Zweistrahlphotometer-Serie ergänzt. Das neue UV/Vis-Dual-Beam-Photometer für den Spektralbereich von 190-1100 nm vereint hohen Energiedurchsatz mit bester Langzeitstabilität. Quarzvergütete und hochwertige, gekapselte optische Komponenten garantieren höchste Qualität, maximale Leistungsfähigkeit und extreme Langlebigkeit. Zur bewährten Spektralphotome-

terserie gehören bereits • das SPECORD 200 PLUS mit Festspalt, das für zeitaufgelöste Messungen von Probe und Referenz steht, • das SPECORD 210 PLUS mit fünf verschiedenen Spaltbreiten zur Messung von Proben mit höchstem Anspruch an die optische Auflösung sowie • das SPECORD 250 PLUS mit fünf verschiedenen Spaltbreiten und Doppelmonochromator für Proben mit hohem Streulichtanteil.

Die Vorteile im Überblick • Keine Warm-Up-Phase: Plug and Play • Grosser, gut erreichbarer Probenraum für schnellen Wechsel von Proben und Zubehör • Interner Holmiumoxidfilter zur automatischen Wellenlängenkalibrierung • Schneller, einfacher Lampenwechsel • Zweiter Küvettenplatz direkt vor dem Detektor zur Messung von trüben Proben • Vorjustierte, spannungsstabilisierte Strahlungsquellen

• Grosse Zubehörpalette für die Automatisierung von Analysenprozessen und die Durchführung von Spezialanwendungen • Für alle Routine- und Spezialanalysen in Chemie, Pharmazie, Life Science, Medizin, Lebensmittelund Umweltanalytik Analytik Jena AG Konrad-Zuse-Str. 1, D-07745 Jena Telefon +49 (0) 36 41 77 70 info@analytik-jena.de www.analytik-jena.de

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LABORAPPARATE

Wir vertreten:

Tecan and IBBL (Integrated BioBank of Luxembourg) have successfully co-developed an automated platform for buffy coat extraction based on a Freedom EVO 200 workstation, relieving scientific staff from performing this time-consuming task, and signifi cantly increasing the yield of DNA. The process of manually isolating the buffy coat from whole blood is

traditionally slow, tedious and very dependent on the skill and dexterity of the technician separating the layers. This lengthy and variable element of sampling has been eliminated by automating the procedure on a Freedom EVO 200 platform, optimized to maximize the yield and quality of the buffy coat and minimize the risk of crosscontamination.

Tecan Trading AG Seestrasse 103 CH-8708 Männedorf Phone +41 (0)44 922 81 11 info@tecan.com www.tecan.com

CleverLevel und FlexProgrammer erleichtern komplexe Füllstandskontrollen

Durch die Unterstützung mit dem FlexProgrammer erfüllt die CleverLevel-Serie auch komplexe Aufgaben der Füllstandkontrolle.

Die CleverLevel Serie LBFS/LFFS Switch von Baumer zeichnet sich nicht nur als verlässlicher Füllstandsschalter aus. In Kombination mit der optionalen Parametriersoftware «FlexProgrammer» spielt der CleverLevel sein grosses Potenzial an Einsatzmöglichkeiten aus. Auch komplexere Aufgaben werden zum Kinderspiel, und die Anwendungsbereiche des CleverLevel gehen dank der Frequenzhubtechnologie weit über die reine Füllstandskontrolle hinaus. Als «Allrounder» er-

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kennt der CleverLevel sowohl unterschiedliche Medien im gleichen Behälter (z.B. Schaum und Flüssigkeit) als auch Verunreinigungen (z.B. Öl auf Wasser). Zusätzlich schützt der Füllstandsschalter vor dem Trockenlaufen von Pumpen selbst bei viskösen oder klebrigen Medien. Mit dem FlexProgrammer lässt sich das Schaltfenster ganz nach Bedarf verschieben, zum Beispiel, um bei einer Maximum- oder Minimumüberwachung Schäume auszublenden. Gleiches gilt, wenn der Füllstandsschalter Anhaftungen ignorieren soll, wie etwa in Tanks mit flüssiger Schokolade. Auch bei leerem Behälter sind Sensor und Behälterwand mit Schokolade bedeckt. Bei entsprechender Parametrierung schaltet der CleverLevel dann trotzdem nur, wenn der Tank auch wirklich voll oder leer ist. Dabei erweist sich die grafische Parametriersoftware als ein echtes Plus bei der Bedienerfreundlichkeit. Gleichzeitig kann das interne Signal des CleverLevel beobachtet wer-

Beratung

den, während die Schaltschwellen per Mausklick innerhalb der Grafik bewegt werden. Das funktioniert auch mit erweiterten Einstellmethoden, die andere Parameter berücksichtigen, wenn zwei Medien die gleiche Dielektrizitätskonstante haben – zum Beispiel die Leitfähigkeit des Mediums. Selbst unterschiedliche Medien im selben Prozesstank lassen sich detektieren, um das Endprodukt zu differenzieren. Hierzu kann ein Messsignal ausgegeben werden, so dass verschiedene Dielektrizitäten durch unterschiedliche Medien, Schäume oder Anhaftungen in der Steuerung unterschieden werden können. Damit lässt sich erkennen, wenn ein Medium mit einem anderen Medium kontaminiert wird, z. B. mit Wasser verunreinigtes Öl. Baumer Electric AG Hummelstrasse 17 CH-8501 Frauenfeld Telefon +41 (0)52 728 11 22 sales.ch@baumer.com www.baumer.com

Kundendienst

The IBBL team with the Freedom EVO

Fay Betsou, Chief of Biospecimen Science at IBBL, explained: «The Freedom EVO’s Liquid Handling (LiHa) Arm pipettes the buffy coat layer with very precise orientation and speed, standardizing the process and eliminating technician-totechnician variation. This gives a purer buffy coat product, with less contamination from red blood cells and hemoglobin and a similar distribution of white blood cells. The results are amazing; the DNA yield is 10 – 15 % higher using the automated process, and the Freedom EVO system can process 24 samples in just 16 minutes. We are very satisfied with the system, and are looking forward to working with Tecan on another biospecimen research project in the near future.»

– Hettich Zentrifugen – Memmert Schränke und Bäder – Helmer Blutbeutelauftausysteme

MEMMERT – Klimaschrank ICH neu mit digitaler CO2-Regelung Konstantklima-Kammern Feuchtekammern Universalschränke Brutschränke Sterilisatoren Kühlbrutschränke Klimaprüfschränke Wasser- und Oelbäder

Produkte

Automated buffy coat isolation on Tecan’s Freedom EVO

Die Memmert ICH-Familie bekommt illustren Zuwachs! Die Kombination der Parameter Temperatur, Feuchte und CO2 macht den Klimaschrank ICH 256C zu einem universell einsetzbaren Gerät für Prüfungen von Baustoffen oder Anwendung in der Zellbiologie, bei denen Temperaturen unter Raumtemperatur notwendig sind. Keine Entfeuchtung des Arbeitsraums, keine Probenaustrocknung, unerreichte Präzision!

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PRODUKTE

30 000 elektronische Waagen, 10 Jahre MEC III und neue MEC 4

Die neue MEC 4 von Haver & Boecker

Die Firma Haver & Boecker hat Grund zum Feiern: Mit dem Verkauf der 30 000sten elektronischen Waage erreichte das Unternehmen aus dem deutschen Oelde einen weiteren Meilenstein. Die neueste intelligente Lösung, die MEC 4, wurde so wie ihre Vorgänger der MEC-Serie in der Entwicklungsabteilung für Wägeelektronik des Packmaschinenherstellers konzipiert. Am Anfang stand eine einfache, mechanische Waage mit einem

1:1-Balkenwägesystem. Sie wurde 1925 vom Unternehmen entwickelt, um mit von Haver & Boecker gebauten Packmaschinen eichfähig 50-kg-Zementsäcke zu füllen. Den Plan für die erste elektronische Waage klügelte das westfälische Unternehmen 1974 gemeinsam mit der BASF in Ludwigshafen aus. Vier Jahre lang wurden diese analog arbeitenden, elektromechanischen Systeme in die Packmaschinen integriert. Dann entschied man sich, die notwendige Wägeelektronik selbst zu entwickeln. Zunächst musste noch mit einer nachgeschalteten, eichfähigen Kontrollwaage gearbeitet werden, da die eigenen Waagen noch keine Bauartzulassung hatten. Seit der Herstellung von Elektronikwaagen im eigenen Haus feiert Haver & Boecker damit grosse Erfolge. Mit der Entwicklung der MEC III-Wägeelektronik gelang dem Unternehmen 2003 ein entscheidender Schritt: Die MEC III ist nicht nur

Waage, sondern gleichzeitig auch Steuerung. Das vereinfacht Montage, Wartung und Handhabung. Die MEC III trug damit ganz entscheidend zum grossen Erfolg der rotierenden Packmaschine Roto-Packer aus dem Hause Haver & Boecker bei. Mit der europaweit gültigen MID-Zulassung und vielen aussereuropäischen Bauartzulassungen wurde Haver & Boecker mit der MEC III zum Spezialisten im Bereich Wägeelektronik. Mit der neuen MEC 4 hat Haver & Boecker nun eine komplett neue Hardware-Familie entwickelt. Damit werden die Maschinen den gestiegenen Anforderungen an Flexibilität, Geschwindigkeit und Bedienkomfort gerecht. Die modular aufgebaute Maschinensteuerung erfüllt gleichzeitig die Wägefunktion. Mit der innovativen Steuerungs-Software unterstreicht das westfälische Unternehmen zusätzlich seine Technologieführerschaft. Die MEC 4 bietet durch das Touch

Panel eine benutzerfreundliche Bedienoberfläche und ist mit CoDeSys frei programmierbar. Die hohe Prozessor-Leistung, die gute elektromagnetische Verträglichkeit sowie die Temperaturstabilität bis 70 Grad Celsius überzeugen zusätzlich. Als Speichermedium wird eine SD-Card eingesetzt, so dass ein problemloser Austausch gewährleistet ist. Die vielfältige Modularität ermöglicht den komplexen Einsatz der MEC 4: Bis zu 31 Module können integriert werden. Diese neueste Hardware-Familie ist damit komplexer und variabler einsetzbar und gleichzeitig noch einfacher zu bedienen.

HAVER & BOECKER OHG Maschinenfabrik Carl-Haver-Platz 3 D-59302 Oelde Telefon +49 (0)2522 300 info@haverboecker.com www.haverboecker.com

Sicherheitsventile für optimale Dichtheit bis zum Ansprechdruck

Pilotgesteuerte Sicherheitsventile der Produktgruppe High Efficiency

sind besonders für Anwendungen mit hohem Gegendruck geeignet und bieten optimale Dichtheit bis zum Ansprechdruck. Der Einstelldruck ist unabhängig vom Gegendruck. Das besondere Design mit der im Deckel integrierten Verrohrung zwischen Pilot- und Hauptventil verringert das Risiko von Beschädigung und Erfrieren. Eine Rückflusssicherung ist standardmässig integriert. LESER bietet pilotgesteuerte Sicherheitsventile mit schlagartiger oder proportionaler Öffnungscha-

rakteristik. Das Pop Action pilotgesteuerte Sicherheitsventil der Serie 810 öffnet unmittelbar und vollständig. Es wird bei Anlagen eingesetzt, wenn der zertifizierte Massenstrom schnell abgeführt werden muss. Das Modulate Action Pilotventil der Serie 820 öffnet hingegen proportional zum Betriebsüberdruck. Es wird einerseits verwendet, um den Verlust von Medium zu minimieren und andererseits, wenn keine Medien in die Atmosphäre abgelassen werden dürfen.

In den meisten europäischen Ländern sind pilotgesteuerte Sicherheitsventile erst seit 2004 zulässig, im amerikanischen Markt und im Mittleren Osten jedoch bereits seit Jahrzehnten bewährt.

André Ramseyer AG Industriestrasse 32 CH-3175 Flamatt Telefon +41 (0)31 744 00 00 info@ramseyer.ch www.ramseyer.ch

POWTECH 2013 zeigt neueste mechanische Verfahren für die Chemie Zerkleinern, Mischen, Fördern, Dosieren und Abfüllen – die mechanische Verfahrenstechnik ist ein wesentlicher Bestandteil der chemischen Industrie. Die POWTECH ist die konzentrierte Präsentation der mechanischen Verfahren als Schlüsseltechnologie für nahezu alle Branchen, sie hat sich als das führende Technologieforum in Europa mit

weltweiter Leitwirkung für Pulver-, Granulat-, Schüttgut- und Nanotechnologie etabliert. Vom 23. bis 25. April 2013 bietet die diesjährige POWTECH im Messezentrum Nürnberg speziell für Entwicklungs-, Verfahrens-, und Betriebsingenieure aus allen Bereichen der Chemie wieder einen umfassenden Überblick über die neuesten Technolo-

gien für die Verarbeitung von Pulver, Granulaten und Schüttgut. Besonders praktisch: Die über 700 Aussteller aus 26 Ländern präsentieren auch Verfahren, die eine technologische Klammer zu chemischen, biochemischen oder thermischen Verfahren, wie beispielsweise Trocknungsverfahren, bilden. Tickets können online unter

www.powtech.de/vorverkauf bezogen werden. Die Online-Tickets ermöglichen den ermässigten und schnelleren Zutritt zur Messe − ohne langes Warten an der Kasse. NürnbergMesse GmbH Messezentrum, D-90471 Nürnberg Telefon +49 (0)911 86 06 0 www.powtech.de

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Touch me! Neuer Kubo Tech Online-Shop gewĂźnschten Produktes. Registrierte Benutzer sehen zudem auch gleich ihre Nettokonditionen und mĂźssen ihre Standarddaten nicht mehr eingeben. Auch bereits hinterlegte Lieferadressen kĂśnnen ausgewĂ¤hlt und mĂźssen nicht jedes Mal neu eingegeben werden.

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Die Suchfunktionen sind Ă¤usserst benutzerfreundlich und umfassend, so kĂśnnen registrierte Benutzer beispielsweise nach ihren eigenen Artikelnummern suchen. Auch die Suche nach Kubo Artikelnummern und alten Kubo Artikelnummern ist mĂśglich. Eine ÂŤSuggestSucheÂť mit SuchvorschlĂ¤gen â&#x20AC;&#x201C; wie man sie unter anderem von Google kennt â&#x20AC;&#x201C; ist ebenfalls vorhanden. Innerhalb der Warengruppen erlauben umfangreiche Filterfunktionen das schnelle Auffinden des gesuchten Artikels. Einmal getĂ¤tigte Bestellungen sind jederzeit wieder abrufbar, da sie gespeichert bleiben. Zudem bleibt der Inhalt des Warenkorbs erhalten,

wenn der Browser vor Abschluss der Bestellung geschlossen wird. Eine weitere praktische Funktion ist die Schnellerfassung, mit welcher bis zu 20 Artikelnummern aus einer Exceltabelle oder Wordliste auf einmal in das Feld hinein kopiert und sofort in den Warenkorb aufgenommen werden kĂśnnen. Neu ist auch, dass zu den einzelnen Warengruppen zusĂ¤tzliche Hintergrundinformationen wie Zulassungen etc. als pdf-Datei zum Download bereit stehen. Dieses Angebot wird in Zukunft weiter ausgebaut. Der neue Online-Shop (www.kubo. ch) stellt damit ein optimales Bestellinstrument fĂźr Standardartikel dar, das rund um die Uhr zur VerfĂźgung steht. Kubo Tech AG Im Langhag 5 CH-8307 Effretikon www.kubo.ch info@kubo.ch

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Weiterbildung Analytik

SCS Division of Ana lyt ica l Chemi st r y

Weiterbildung Analytik Formation continue Analytique 2013

Herausgeber: Schweizerische Chemische Gesellschaft Schwarztorstrasse 9 3007 Bern www.scg.ch/dac

Wer heute seine technisch-wissenschaftliche Ausbildung abschliesst, wird im Laufe seines Berufslebens fĂźnf bis zehn Mal vollstĂ¤ndig umlernen. Diesen Prozess mĂśchte die Swiss Chemical Society (SCS) im Bereich der Analytik aktiv begleiten und unterstĂźtzen. Dazu bietet die Division Analytical Sciences der SCS diverse Weiterbildungskurse in den folgenden Fachbereichen an: Trenntechniken (14 Kurse), Spektroskopie (11 Kurse), Analytische

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Anwendungen (8 Kurse), Methoden der Life Sciences (4 Kurse), QualitĂ¤tssicherung und Informationsbeschaffung (14 Kurse). Dazu kommen 21 weitere Seminare, welche die Schwesterorganisation der SCS â&#x20AC;&#x201C; ccCTA (Centre de CompĂŠtences en Chimie et Toxicologie Analytiques) â&#x20AC;&#x201C; in der Westschweiz durchfĂźhrt.

Die kleine Teilnehmerzahl (ca. 4â&#x20AC;&#x201C;12 Personen) der SCS-Seminare erleichtert den Kontakt unter den Kursteilnehmern und ermĂśglicht einen intensiven Erfahrungsaustausch. Das neu erworbene Wissen verbessert das VerstĂ¤ndnis fĂźr die wissenschaftliche TĂ¤tigkeit und fĂśrdert damit auch die Freude an der Arbeit.

Ohne fundiertes Wissen Ăźber die wichtigsten physikalisch-chemischen Grundlagen einer analytischen Methode ist weder eine effiziente Methodenentwicklung, noch eine kritische Interpretation der erhaltenen Resultate mĂśglich. Dieses fĂźr die tĂ¤gliche Arbeit notwendige Wissen wird durch die SCS in ein- bis dreitĂ¤gigen Kursen vermittelt. Die Referenten der SCS sind praktisch orientierte Spezialisten aus Industrie und Hochschule, die dem Lernenden den Einstieg in eine neue analytische Technik erleichtern oder ihn dabei unterstĂźtzen, seine bisherigen praktischen Erfahrungen mit einer soliden Wissensbasis zu verknĂźpfen.

Detaillierte Informationen zu den Kursen findet man unter www.scg. ch/dac, eine KursbroschĂźre kann per email bestellt werden.

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Mehr Informationen unter www.huber-online.com oder gratis den neuen Katalog 2013/2014 anfordern.

Sekretariat Weiterbildung SCG/DAS c/o EAWAG Ă&#x153;berlandstrasse 133 CH-8600 DĂźbendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch www.scg.ch/dac Peter Huber KĂ¤ltemaschinenbau GmbH Werner-von-Siemens-StraĂ&#x;e 1 t 77656 Offenburg Telefon +49 (0)781 9603-0 t www.huber-online.com

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PRODUKTE

Gesteigerte Rentabilität durch verbesserte Materialhandling-Prozesse Nutzvolumen. Die METRO P Behälter sind aus elektropoliertem Edelstahl gefertigt, daher überaus robust und wartungsfreundlich.

Das Metro P Fördergerät

Höchsten Qualitätsanforderungen zu genügen, gleichzeitig aber Kosten zu reduzieren – diesem Druck ist die Rohstoff verarbeitende Industrie permanent ausgesetzt. Dem Fördern, Mischen und Dosieren des zu verarbeitenden Materials kommt deshalb höchste Bedeutung zu: Genauigkeit und Konstanz sind Schlüsselfaktoren für die Produktqualität und Rentabilität. motan, einer der führenden Systemanbieter für das nachhaltige Materials Handling, bietet ein umfassendes Programm an, das alle Bereiche der Dosierung und Mischung – insbesondere der kontinuierlich geregelten gravimetrischen – abdeckt. Die METRO P Fördergeräte sind für den sicheren, wartungsarmen Dauerbetrieb beim Fördern von schwer und leicht rieselfähigen Rohstoffen entwickelt worden. Klumpen- oder Brückenbildungen sind ausgeschlossen: rechnerisch, laborseitig und empirisch ermittelte Geomerien der Auslassöffnungen gewährleisten dies nachhaltig. Das grösste Gerät mit 1000 kg/h Leistung besitzt eine freie Öffnung mit einem 260 mm Querschnitt. Die Baureihe METRO P wird in drei Grössen gebaut – mit 200 kg/h Förderleistung und 10 Liter Nutzvolumen (Zyklus), mit 500 kg/h Leistung bzw. 25 Liter Volumen und mit 1000 kg/h Performance bei 50 Litern

Das Fördern von Pulver-Substanzen und -Substraten fordert den Einsatz von Mikrofiltern im Umfeld der Förderluft. Bei den METRO P Geräten setzt motan multiple Filterpatronen ein – Teflon beschichtete Sternfilter mit sehr grosser Oberfläche, wodurch kleinste und feinste Pulverstaubanteile im µ-Bereich ’eingefangen’, erfasst und ausgefiltert werden können: bei dem kompakten METRO P mit 200 kg/h Förderleistung ist eine Batterie von vier Filterpatronen im Einsatz; der Mittlere (500 kg/h Leistung) und der Grosse (1000 kg/h) filtern mit jeweils sieben Patronen. In einem definierten Reihenfolgen-Ablaufplan bläst der Airjet-Rückstrom – selektiv beziehungsweise sequenziell rund eine Sekunde vor Ende des Förderzyklus ausgelöst – die jeweils vorbestimmten Patronen aus den Vierer- bzw. Siebener-Batterien frei. Alle Disziplinen der gravimetrischen Mischung und Dosierung werden mit GRAVIPLUS optimal abgedeckt – bei Anwendungen wie unter anderem Blasfolie, Giessfolie, Schaumextrusion, Kabelummantelung, Masterbatch-Herstellung, Compoundierung, Inline-Compoundierung oder Holz-Compound-Herstellung. Es können bis zu acht Dosiermodule für Granulat, Mikrogranulat, Pulver, Flüssigkeiten und Mahlgut eingesetzt werden. Mit einer Durchsatzleistung von 0,25 bis zu 7500 kg/h und einer gleichbleibenden Dosiergenauigkeit von ±0,1 % (1:1 000 000 Wiegezellen-Auflösung) wird die Performance und Produktsicherheit erreicht, wie sie bei kontinuierlichen Fertigungsverfahren unentbehrlich ist. GRAVIPLUS arbeitet nach dem Differenzial-Dosierprinzip (loss-in-weight). Der Materialfluss wird gewichtsbezogen in Echtzeit kontinuierlich geregelt und überwacht. Schüttgewichtsschwankungen, Korngrössenänderungen oder wechselnde Fleissverhalten können die Dosiergenauigkeit nicht beeinträchtigen. Die Schwingsaitentechnik macht die Wiegezellen unempfindlich gegen Erschütterun-

gen und Temperaturen. Durch Selbstkalibrierung entfällt das Ausdosieren neuer Materialien. Die Komponenten werden kontinuierlich mit drehzahlgeregelten Präzisions-Dosierschnecken zeitsynchron in den Sammelbehälter ausgetragen. Folglich gelangt die homogenisierte Mischung zur Einzugszone der Verarbeitungsmaschine. Entmischungen sind selbst bei kritischen Materialien ausgeschlossen. Dosiermodule mit Doppelschnecken und Rührwerken kommen bei schwer bzw. nicht rieselfähigen Materialien zum Einsatz, Wiegetanks mit Dosierpumpen bei Flüssigkeiten. Einfachste Installation und Bedienung GRAVIPLUS ist einfach und schnell zu installieren. Bei Farb- oder Materialwechsel kann das Gerät in wenigen Minuten entleert und gereinigt werden. Mit neu entwickelten Schnellnachfüllsystemen (max. 40 Nachfüllzyklen pro Stunde) wurden die Baugrösse und -höhe sowie das Bauteilgewicht deutlich reduziert, ohne Einbussen in der Performance der Anlage. Demzufolge konnte auch das Fördersystem – es bringt die Komponenten zum Dosiersystem – kleiner dimensioniert werden. Vorteil: einfache Installation der Station direkt auf der Verarbeitungsmaschine. Es erübrigt sich also der Einsatz einer Gerätebühne. Entsprechend einfacher sind die Reinigungs-, Materialwechsel-, Umbau- oder Wartungsaufgaben zu bewerkstelligen. Damit sind die Forderungen nach kurzen Rüstzeiten und gleichzeitig hoher Einsatz-Flexibilität vollständig erfüllt. GRAVInet GP – das neue, intelligente Steuerungssystem Die GRAVInet GP Steuerung/Regelung ist ein integrales Mitglied der motan CONTROLnet Familie. Dadurch lässt sie sich einwandfrei mit anderen motan Steuerungen aus den Bereichen Lagern, Fördern, Trocknen und Dosieren, Mischen etc. kombinieren. Dieses System steuert/regelt z.B. GRAVIPLUS mit seinen max. acht Dosiermodulen und Nachfüllschiebern/Drehklappen. Seine Integration erfolgt mit einer übergeordneten WEB-Applikation via Ethernet. Das neue be-

Das Dosiersystem Graviplus

dienerfreundliche WEBpanel mit 12,1" Touchscreen TFT wird mit einer installierten GRAVInet GP Visualisierungssoftware geliefert. Der Operator verfügt menugeführt über alle Funktionen – Bedienung, Prozesssteuerung, Rezeptur-Management, Protokollierung der Qualitätssicherung, Service, TrendDiagramme etc. Die Steuerung ist durchgängig modular aufgebaut (Logik, HMI, Schnittstellen, etc.). Vorteil: keine Limitierung der Dosiermodul- oder der Linienanzahl. Es kann z.B. mehr als 12 Komponenten bzw. mehr als vier Linien bedienen. Mit der GRAVInet GP Steuerung wird optimale Dosiergenauigkeit mit einer absolut zuverlässigen Wiederholgenauigkeit der Chargen verbunden. Zur Überwachung der Produktqualität werden die tatsächlich gewogenen und dosierten Mengen ständig in Echtzeit mit den eingestellten Werten verglichen und im Klartext, auch als Event-Protokolle, dargestellt. Eine Fernwartung mit Software-Updates kann über VNC vorgenommen werden.

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4/2013

PRODUKTE

Wirbelschicht-Laborallrounder in explosionsdruckfester Pro-Ausführung

ProCell LabSystem Pro Laboranlage von Glatt zum Testen von Wirbelschicht-, Strahlschicht- und Rotorprozessen in explosionsdruckfester Pro-Ausführung

Das ProCell LabSystem von Glatt ist die derzeit flexibelste Laborwirbelschichtanlage auf dem Markt. Integriert in ein mobiles Grundgerät, ermöglicht dieser modulare

Laborallrounder somit den Einsatz sämtlicher verfahrenstechnischer Optionen für chargenweise und kontinuierlich geführte Wirbelschicht-, Strahlschicht- oder Rotorprozesse für die verschiedensten Stoffsysteme, wie beispielsweise staubexplosionsgefährliche Pulver bis hin zu hybriden Gemischen. Mit dieser kompakten und modularen Laboranlage ist die Verarbeitung aller St-1 und St-2 Stäube sowie organischer Lösungsmittel möglich. Betreiber erzielen so erhebliche Einsparungen bei Sicherheitsbetrachtungen vor Versuch oder Produktion und sind gleichzeitig für die Verarbeitung künftiger Produktgenerationen gerüstet. Die Wahrscheinlichkeit einer Explosion ist durch die Anwendung des bewährten Konzeptes «Vermeidung von Zündquellen» sehr gering. Entsteht dennoch eine Explosion, bleibt diese im explosionsdruckfesten ProCell LabSystem Pro eingeschlossen, Personen und Umgebung werden nicht gefährdet. Das Explosionsschutz-

konzept der Anlage wurde von einem anerkannten unabhängigen Institut geprüft und bestätigt. Mit dem universell einsetzbaren ProCell LabSystem – ob in Prooder Standardausführung – können durch Sprühgranulation oder Agglomeration Granulate und Pellets aus Pulver und/oder Flüssigkeiten hergestellt sowie durch Coating oder Powder-Layering Partikel beschichtet werden. Modulare Prozesseinsätze erlauben Top-Spray, BottomSpray, Wurster-Coating für Wirbelschicht-, Strahlschichtoder Rotorprozesse. Die Anlage ist ausbaubar und kann durch Erweiterungen in ihrem Leistungsspektrum nach Bedarf angepasst werden. Die maximale Zulufttemperatur beträgt 200 °C, optional bis 300 °C. Die maximal zulässige Produkttemperatur wird erst bei 150 °C erreicht. Die Prozessführung kann chargenweise als auch kontinuierlich erfolgen. Einzigartig ist die Bandbreite der möglichen Kapazitäten von Machbarkeitsstudien bis hin zur

Herstellung von Mustermengen. Somit bietet das einmalige Anlagenkonzept ein extrem breites Nutzungsspektrum mit Materialeinsätzen in der Produktentwicklung von 500 Gramm bis 5 Kilogramm im Batchbetrieb bzw. 200 Gramm bis 3 Kilogramm/Stunde bei kontinuierlichem Betrieb bis hin zu Kleinproduktionen von 5 bis 35 Kilogramm im Batchbetrieb bzw. 3 bis 20 Kilogramm/Stunde bei kontinuierlichem Betrieb. Darüber hinaus sind sowohl für die explosionsdruckfeste Pro- als auch für die Standardversion zusätzliche Varianten möglich, wie beispielsweise eine WIP-Ausführung, ein Schmelzesprühsystem sowie eine Kreislaufvariante mit Inertisierung und integrierter Lösemittelrückgewinnung. Glatt Ingenieurtechnik GmbH Nordstrasse 12, D-99427 Weimar Telefon +49 (0)3643 471244 info@glatt-weimar.de www.glatt-weimar.com

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