Blickpunkt

Wissenschaft + Forschung

Blickpunkt Anorganik

Lanthanoide sind etwa für die Energiewende wichtig, Gadolinium auch als Kontrastmittel für die Kernspintomographie. Von den Actinoiden ist vor allem Uran nützlich, da es als Brennstoff in Kernkraftwerken dient. Allerdings ähneln sich die Eigenschaften der Lanthanoide und Actinoide untereinander so sehr, dass sie nur schwierig zu trennen sind. Hier hilft Ligandendesign.Die f-Elemente werden in Schule und Studium oft wenig beachtet. Dabei sind sie für viele Anwendungen unverzichtbar, Lanthanoide etwa für die Energiewende, da sie insbesondere für Magneten oder in Metalllegierungen für Elektrofahrzeuge und Windturbinen benötigt werden. Zusätzlich hat beispielsweise Gadolinium als Kontrastmittel in der Kernspintomographie eine wichtige Funktion. Bei den Actinoiden ist vor allem Uran als Brennstoff für Kernkraftwerke relevant. Als Nebenprodukt entstehen dabei weitere Actinoide.Den f-Elementen gemein ist, dass sie verglichen mit den d- oder p-Elementen relativ ähnliche Eigenschaften haben. Dies erschwert es, sie zu trennen und gezielt zu gewinnen.<h2 type="main">Lanthanoide</h2>Die Nachfrage nach Lanthanoiden steigt wegen ihrer Anwendungsvielfalt immer weiter. Aktuell deckt den weltweiten Bedarf hauptsächlich China, doch angesichts der geopolitischen Lage wächst die Sorge vor Versorgungsengpässen. So steigt das Interesse an Methoden, Lanthanoide zu gewinnen und effizient zu recyceln.Lanthanoide zu trennen ist wegen ihrer ähnlichen Eigenschaften schwierig. Die derzeitige Hauptmethode ist die Flüssig-flüssig-Extraktion. Sie setzt auf unterschiedliche Komplexstabilitäten eines Liganden mit den verschiedenen Lanthanoiden, wobei die Stabilität meist vom Ionenradius der Ln3+-Ionen abhängt.1) Die Stabilitätskonstante KLnL ist dabei definiert alsKLnL = [LnL] · [Ln3+]–1 [L]–1.Über das Ligandendesign lässt sich die Stabilität der verschiedenen Komplexe beeinflussen und damit die Trennleistung. Da die Wechselwirkung zwischen Lanthanoid-Ionen und Liganden fast ausschließlich elektrostatisch ist, kommen multidentate Chelatliganden mit harten (anionischen) Donorgruppen auf O- oder N-Basis zum Einsatz. Aufgrund der Größe der Lanthanoide sind Koordinationszahlen von acht oder neun keine Seltenheit, und die Liganden stellen meist entsprechend viele Donorgrupppen zur Verfügung.Frühe Arbeiten untersuchten dazu EDTA. Neuere Designs setzen auf Makrocyclen, da sich mit diesen größere Stabilitätskonstanten für Ln3+-Ionen der passenden Größe erreichen lassen.<h2 type="main">Ligandenklassen</h2>Die Liganden lassen sich je nach Verlauf der Stabilitätskonstanten entlang der Lanthanoid-Serie in vier Klassen einteilen (<link href="#nadc20224132746-fig-0001">Abbildung 1, S. 62): EDTA- oder DOTA-Liganden zeigen mit abnehmendem Ionenradius von La zu Lu steigende Komplexstabilitäten, da die höhere Ladungsdichte bei kleineren Ionen die elektrostatischen Wechselwirkung zwischen Ion und Ligand verstärkt.<figure xml:id="nadc20224132746-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/pCF41uU8QyfWB0IUGahD"><figcaption><label>Abb.1: </label>Oben: Multidentate Chelatliganden, mit denen sich Ln3+ selektiv komplexieren lässt. Gezeigt sind die vier Typen der Komplexstabilitätsverläufe. Rechts: Komplexstabilitätskonstanten aufgetragen gegen den Ionenradius für beispielhafte Vertreter der vier Typen.</figcaption></figure></figure>Liganden wie TCMC oder OBETA zeigen ein seltener beobachtetes Verhalten vom zweiten Typ. Dabei wird ein Stabilitätsmaximum etwa in der Mitte der Lanthanoidserie erreicht, und danach nimmt die Stabilität wieder ab. Ursache dafür ist wahrscheinlich, dass die elektrostatischen Effekte mit der sterischen Passgenauigkeit der Liganden zu den Ln3+-Ionen konkurrieren. Am Maximum der Komplexstabilitäten werden Komplexe mit besonders passenden Ln-Donor-Bindungslängen erhalten. Für die späteren, kleinen Ln3+-Ionen hingegen ergeben sich ungünstigere Koordinationsgeometrien, welche die elektrostatischen Effekte überwiegen.2,3)Der dritte Typ wird ebenfalls selten beobachtet – hauptsächlich bei Liganden, die einen Makrocyclus enthalten, wie macropa (auch bp18c6 genannt) oder dacda. Hierbei verlaufen die Stabilitätskonstanten invers zum ersten Typ; sie nehmen vom größten La3+ zum kleinsten Lu3+ ab. Hier scheint die Passgenauigkeit des Makrocyclus zum Ionenradius die elektrostatischen Effekte zu überwiegen. Die frühen, großen Ln3+ passen sehr gut zu den Diaza-18-Krone-6-Makrocyclen in macropa und dacda, die späten kleineren Ln3+ hingegen sind zu klein, um optimale Ln-O/N-Bindungsabstände zum Makrocyclus zu erhalten.4,5)Die Vertreter des erst seit kurzem bekannten vierten Typs basieren ebenfalls auf makrocyclischen Liganden (macrodipa und macrotripa). Hier zeigen sich im Gegensatz zu den anderen Typen zwei Stabilitätsmaxima: zunächst bei den frühen und zusätzlich bei den späten Lanthanoiden. Je nach Liganddesign liegt das Stabilitätsminimum bei unterschiedlichen Lanthanoiden. Dieses zunächst unintuitive Verhalten wird durch unterschiedliche Konformere der Komplexe mit großen oder kleinen Ln3+-Ionen erklärt (<link href="#nadc20224132746-fig-0002">Abbildung 2). Große Ionen passen gut in den Makrocyclus und wechselwirken mit allen sechs Donoratomen im Cyclus. Zusätzlich stabilisiert werden die Komplexe durch Wechselwirkung mit den Picolinat-Donorgruppen, die sich ober- und unterhalb des Makrocyclus anordnen. Insgesamt ergibt sich so eine zehnfache Koordination der großen Ln3+-Ionen.<figure xml:id="nadc20224132746-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/wyHA6ufJS0ykNJblAo2N"><figcaption><label>Abb.2: </label>Oben: Koordinationskonformere der macrodipa- Liganden mit frühen und späten Lanthanoidionen. Rechts: Strukturen von [La(macrodipa)] (links) und [Lu(macrodipa)] (rechts) im Festkörper. La flieder, N blau, O rot, C grau, Lu violett, H weiß. Nur H-Atome in H2O sind gezeigt. Abbildung oben aus Lit. 4).</figcaption></figure></figure>Bei den kleinen späten Lanthanoiden hingegen koordiniert der Makrocyclus nur über zwei N- und ein O-Donoratom, und die Picolinatgruppen sättigen die Koordinationssphäre oberhalb des Makrocyclus. So entstehen stabile Komplexe mit einer achtfachen Koordination. Ln3+-Ionen mit mittleren Ionenradien hingegen bilden weniger stabile Komplexe sowohl in Konformation A als auch B.<h2 type="main">Liganden anpassen</h2>Über das Design multidentater Liganden lassen sich also spezifische Trennaufgaben für Lanthanoide realisieren. Jeder Ligand liefert unterschiedliche Komplexstabilitäten für die verschiedenen Lanthanoidionen. Mit an die Trennaufgabe angepassten Liganden lassen sich also bestimmte Lanthanoide gezielt extrahieren.Insbesondere das Ligandendesign für die selteneren Komplexstabilitätsverläufe der Typen 2, 3 und 4 sowie potenziell weiterer Typen ist Gegenstand aktueller Forschung. Denn hier besteht großer Bedarf an hoher Selektivität und Trennleistung.Um einzelne technisch relevante Lanthanoide wie Dy und Nd aus recycelten Magneten gezielt abzutrennen, gibt es bereits vielversprechende Ansätze: Durch geschicktes Ligandendesign oder biologische Liganden lassen sich die Löslichkeiten der gebildeten Komplexe beeinflussen und so einfaches Abtrennen durch Filtration oder Adsorption und Desorption ermöglichen.6–8)Das Wissen über unterschiedliche Komplexstabilitäten hilft zudem, Lanthanoidkomplexe in anderen Bereichen einzusetzen, etwa für Gd-basierte Kontrastmittel.<h2 type="main">Actinoide</h2>Die bedeutendste Anwendung der Actinoide ist die Nutzung als Brennstoffe für Kernreaktoren. Die Neutronenbestrahlung von auf 235U-basierenden Brennstoffen erzeugt dabei außer kurzlebigen Spaltprodukten minore Actinoide (MA), welche die Elemente Neptunium (Np), Plutonium (Pu), Americium (Am) und Curium (Cm) umfassen.9)Im Konzept der Partitionierung und Transmutation sind diese MA von den verbliebenen Spaltprodukten abzutrennen und in Kernreaktoren zu stabilen Nukliden umzuwandeln. Im Idealfall müsste ein Endlager so nur für etwa 300 Jahre geplant werden.9,10)Die ebenfalls entstandenen Lanthanoide von den MA zu trennen ist hierbei essenziell für die Transmutation in Kernreaktoren, da sich die Lanthanoide negativ auf den Neutronentransport im Reaktor auswirken würden.11)<h2 type="main">Flüssig-flüssig-Extraktion</h2>Eine vielversprechende Strategie, um die Lanthanoide von den MA zu trennen, ist wieder die Flüssig-flüssig-Extraktion. Diese beruht auf ähnlichen Prinzipien wie der Purex-Prozess (Plutonium-Uranium-Reduction-Extraction), der derzeit als einziger industriell in zivilen Anlagen zur Anwendung kommt. In diesem Flüssig-flüssig-Extraktionsprozess werden U und Pu aus bestrahltem Kernbrennstoff von den Spaltprodukten separiert. Zurück bleibt ein wässriges hochradioaktives Raffinat (HRR), das neben den MA auch Lanthanoide und weitere Spaltprodukte enthält. Np abzutrennen ist dabei leicht durch eine Anpassung des Purex-Prozesses möglich.Auf diesem industriellen Prozess aufbauend streben nun etliche Arbeiten nach Möglichkeiten, aus dem HRR Am und Cm lanthanoidenfrei abzutrennen.12)Dafür sind ähnlich wie bei der Lanthanoidseparierung Ligandensysteme zu entwerfen, die die geringen Unterschiede der Eigenschaften zwischen den zu trennenden Lanthanoiden- und Actinoiden nutzen.Die meisten Ansätze zielen dabei auf die feinen Unterschiede im Bindungscharakter der Lanthanoide und Actinoide. Bindungen der Lanthanoide zu Liganden sind fast ausschließlich ionischer Natur, und somit entstehen insbesondere mit harten, anionischen Liganden stabile Komplexe.Die Actinoide hingegen können aufgrund ihrer räumlich etwas ausgedehnteren 5f-Orbitale bessere Orbitalüberlappe und damit partiell kovalente Bindungen mit Liganden eingehen.13,14) Entsprechend werden meist Liganden mit weichen Donorgruppen verwendet, welche die Actinoide selektiv koordinieren und damit ermöglichen, die Actinoidkomplexe in eine organische Phase zu extrahieren.15)Ein prominentes System dafür sind Bistriazinylpyridin-Derivate BTP (<link href="#nadc20224132746-fig-0003">Abbildung 3), die selektiv für die Actinoide sind (Verteilungskoeffizienten &gt;100).<figure xml:id="nadc20224132746-fig-0003"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/W5bQ3cCESAqgW2MTTAiB"><figcaption><label>Abb.3: </label>Beispiele aus der BTP-Ligandklasse (oben) und Struktur eines [U(btp)3]-Komplexes im Festkörper (unten). U grün, N blau, C grau. Wasserstoffatome sind nicht gezeigt.16)</figcaption></figure></figure>Diese Systeme eröffnen nicht nur potenzielle Wege, die Radiotoxizität in der Kerntechnik zu verringern, sondern ermöglichen auch, erstmals paramagnetische Effekte in der NMR-Spektroskopie von Am-Komplexen zu untersuchen.17,18)<h2 type="main">Redoxchemie</h2>Ein weiterer Ansatz, die Actinoide von den Lanthanoiden zu trennen, basiert auf der vielseitigeren Redoxchemie der Actinoide. Während die Lanthanoide als Ionen überwiegend in der Oxidationsstufe +3 vorliegen und unter aeroben Bedingungen – bis auf wenige Ausnahmen – keine Redoxprozesse eingehen, sind zumindest bei den frühen und mittleren Actinoiden mehrere Oxidationsstufen zugänglich.Ein kürzlich veröffentlichtes Konzept basiert auf Extraktionsprozessen mit dem bekannten Liganden N,N,N‘‘,N‘‘-Tetraoctyldiglycolamid (Togda).19) Neu dabei ist die Einführung hydrophober Bismutationen (BiO3–) über die organische Phase. Hierüber ließ sich AmIII zum AmO2+ oxidieren und diese Oxidationsstufe in der wässrigen Phase stabilisieren. Ein beeindruckendes Ergebnis, bedenkt man das hohe AmV/AmIII-Redoxpotenzial von 1,73 V (SCE).20)In zuvor untersuchten Systemen sorgte dieses Redoxpotenzial für eine rasche Reduktion des AmO2+ durch organische Verbindungen, wodurch sich die deutlich anderen Eigenschaften von AmO2+ nur bedingt für die Trennaufgabe nutzen ließen.21) Die aktuelle Arbeit erzielte jedoch hohe An/Ln-Verteilungskoeffizienten von &gt;104 schon in einem einzelnen Extraktionsschritt.19) Zudem ist das Konzept auf die Trennung von Am und Cm übertragbar, welche später den Transmutationsprozess vereinfachen könnte.22)<h2 type="main">Der Autor und die Autorin</h2>Diesen Beitrag verfassten Christian Urbank und Lisa Vondung. Urbank ist seit Mai 2022 Doktorand bei Vondung. Er arbeitet an hybriden Ligandsystemen für niedervalente Urankomplexe, hat an der TU Dresden studiert und seine Masterarbeit am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf erstellt. Vondung ist seit April 2021 mit einem Liebig-Stipendium Nachwuchsgruppenleiterin an der Universität Göttingen. Ihre Arbeitsgebiete sind Synthese, Charakterisierung und Reaktivität (früher) Actinoidkomplexe sowie quantenchemische Bindungsanalyse von Metallkomplexen und Untersuchung von Reaktionsmechanismen. Sie promovierte 2017 in Marburg und schloss einen Postdoc in Manchester an.<img alt="image" src="https://media.graphassets.com/KnVc2tQEStCLhgsBgkTP"><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/Z6nSvjf2S4KnTbQ9OFJ7"><h2 type="main">AUF EINEN BLICK</h2>Um Lanthanoide zu trennen, wird derzeit hauptsächlich Flüssig-flüssig-Extraktion genutzt.Dafür wurden Makrocyclen hergestellt. Sie lassen sich in vier Klassen einteilen, die Ionenradius und Komplexstabilität in Verbindung setzen.Neue Ansätze zielen auf geschicktes Ligandendesign oder biologische Liganden, um die Löslichkeiten von Komplexen zu beeinflussen und so Abtrennen durch Filtration oder Adsorption und Desorption zu ermöglichen.Da bei Actinoiden mehr Oxidationsstufen zugänglich sind als bei Lanthanoiden, gibt es mehr Möglichkeiten, sie abzutrennen, etwa mit Bismutationen.<ul class="references" xml:id="nadc20224132746-bibl-0001" style="numbered" cited="no"><li xml:id="nadc20224132746-bib-0001">1 Rare Earth Chemistry. R. Pöttgen, T. Jüstel, C. A. Strassert (Hrsg.), De Gruyter 2020</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0002">2 R. Negri, Z. Baranyai, L. Tei et al., Inorg. Chem. 2014, 53, 12499–12511</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0003">3 D. A. Voss, E. R. Farquhar, W. D. Horrocks, J. R. Morrow, Inorg. Chim. Acta 2004, 357, 859–863</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0004">4 A. Roca-Sabio, M. Mato-Iglesias, D. Esteban-Gómez et al., J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3331–3341</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0005">5 C. A. Chang, M. E. Rowland, Inorg. Chem. 1983, 22, 3866–3869</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0006">6 J. A. Bogart, C. A. Lippincott, P. J. Carroll, E. J. Schelter, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 8222–8225</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0007">7 H. Lumpe, A. Menke, C. Haisch et al., Chem. Eur. J. 2020, 26, 10133–10139</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0008">8 Z. Dong, J. A. Mattocks, G. J. P. Deblonde et al., ACS Cent. Sci. 2021, 7, 1798–1808</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0009">9 C. Poinssot, C. Rostaing, S. Greandjean, B. Boullis, Procedia Chem. 2012, 7, 349–357</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0010">10 C. Poinssot, B. Boullis, S. Bourg, in Reprocess. Recycl. Spent Nucl. Fuel. Elsevier 2015, 27–48</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0011">11 J.-P. Glatz, P. Souček, R. Malmbeck, in Reprocess. Recycl. Spent Nucl. Fuel. Elsevier 2015, 49–62</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0012">12 G. Modolo, A. Wilden, A. Geist, D. Magnusson, R. Malmbeck, Radiochim. Acta 2012, 100, 715–725</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0013">13 P. J. Panak, A. Geist, Chem. Rev. 2013, 113, 1199–1236</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0014">14 N. L. Banik, B. Schimmelpfennig, C. M. Marquardt et al., Dalt. Trans. 2010, 39, 5117</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0015">15 A. Bhattacharyya, P. K. Mohapatra, Radiochim. Acta 2019, 107, 931–949</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0016">16 J.-C. Berthet, Y. Miquel, P. B. Iveson et al., Chem. Soc., Dalt. Trans. 2002, 2, 3265–3272</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0017">17 C. Adam, P. Kaden, B. B. Beele et al., Dalt. Trans. 2013, 42, 14068</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0018">18 P. Kaden, in The Lanthanides and Actinides. World Scientific (Europe) 2022, 617–631</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0019">19 Z. Wang, J.-B. Lu, X. Dong et al., J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 6383–6389</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0020">20 W. H. Runde, B. J. Mincher, Chem. Rev. 2011, 111, 5723–5741</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0021">21 B. J. Mincher, L. R. Martin, N. C. Schmitt, Inorg. Chem. 2008, 47, 6984–6989</li><li xml:id="nadc20224132746-bib-0022">22 Z. Wang, X. Dong, Q. Yan, J. Chen, C. Xu, Anal. Chem. 2022, 94, 7743–7746</li></ul>

Artikel

Liganden nach Maß für sauber getrennte f‐Block‐Elemente

<h2>Analytik/Labortechnik</h2>
Das Staubmessgerät Respicon 2TM von Hund bestimmt den einatembaren (E-Staub), thoraxgängigen (T-Staub) und alveolengängigen (A-Staub) Staub in der Luft. Die Akkuleistung beträgt mehr als acht Stunden. Der Messbereich umfasst bis 10 mg mit einer Nachweisgrenze von 30 mg pro Kubikmeter. Das Gerät exportiert die Daten über USB oder Bluetooth, und die Software am PC wertet die Daten aus.
Helmut Hund, Wetzlar, Tel. 06441 2004—0, <a href="mailto:info@hund.de">info@hund.de</a>, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.hund.de" target="_blank">www.hund.de</a></ext-link>
Die Ramanlaser der IPS-Serie von Laser 2000 stabilisieren die Volume-Bragg-Gitter und erhöhen die optische Ausgangsleistung von Ramanspektrometern bei 785 nm auf bis zu 1 W. Die Laser verfügen über eine schmale spektrale Linienbreite von 100 MHz und eine hohe Wellenlängenstabilität.
Laser 2000, Wessling, Tel. 08153 405—0, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.laser2000.de" target="_blank">www.laser2000.de</a></ext-link>
Auf der IBC-Station Euro 3R von Denios lagern maximal drei Intermediate Bulk Container (IBC-Behälter). Die Station besteht aus Polyethylen und ist beständig gegen Öle, Säuren und Laugen. Die Station ist durch das geringe Eigengewicht schnell aufgebaut und einsatzbereit. Tropfverluste beim Ab- oder Umfüllen fängt ein separater Arbeitsbereich auf.
Denios, Bad Oeynhausen, Tel. 0800 753—000—6, <a href="mailto:verkauf@denios.de">verkauf@denios.de</a>, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.denios.de" target="_blank">www.denios.de</a></ext-link>
Das easy H2O von Berghof bestimmt ohne toxische oder spezielle Chemikalien den Wassergehalt von Ausgangs- und Endstoffen. Das Gerät kombiniert die thermische Wasserverdampfung mit einem selektiven elektrochemischen Wassersensor aus Phosphorpentoxid. Der Sensor regeneriert sich selbst und ist jederzeit betriebsbereit.
Berghof, Eningen, Tel. 07121894—202, <a href="mailto:info@berghof.com">info@berghof.com</a>, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.berghof.com" target="_blank">www.berghof.com</a></ext-link>
Die Haake-Mars-Rheometer-Plattform von Thermo Scientific erstellt und automatisiert Testroutinen. Sie überträgt Messroutinen aus der Forschung in die Qualitätskontrolle. Das Gerät erkennt automatisch die verwendete Messgeometrie und das Temperiermodul.
Thermo Fisher Scientific, Karlsruhe, Tel. 0721 40940, <a href="mailto:info@thermofisher.de">info@thermofisher.de</a>, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.thermoscientific.de" target="_blank">www.thermoscientific.de</a></ext-link>
Die Gerätetische von Sonation tragen Massenspektrometer bis 500 kg und verfügen über ein Schallschutzkabinett mit Betriebsüberwachungsmodul für die Vakuumpumpe. Das Schallschutzkabinett hat eine ausziehbare Ölwanne aus Edelstahl, die den Pumpenservice erleichtert. Die Tische sind in verschiedenen Größen und Ausführungen erhältlich und sind höhenverstellbar.
Sonation, Bieberach, Tel. 07351 30038—39, <a href="mailto:mail@sonation.de">mail@sonation.de</a>, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.sonation.de" target="_blank">www.sonation.de</a></ext-link>
Das Partikelgrößenmessgerät Helos-Laserbeugung von Sympatec misst an bis zu 217 Messpunkten Partikelgrößen von 0,1 μm bis 8750 μm in Pulvern, Aerosolen, Sprays und Suspensionen.
Sympatec GmbH, Clausthal-Zellerfeld, Tel. 05323 717—50, <a href="mailto:lab@sympatec.com">lab@sympatec.com</a>, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.sympatec.com" target="_blank">www.sympatec.com</a></ext-link>
Das 917 Ti-Touch Coulometer von Metrohm bestimmt Wasser im Spurenbereich mit Titration. Auf einer Standfläche von 438 mm × 193 mm vereint es Bedieneinheit, Magnetrührer und Pumpe.
Deutsche Metrohm, Filderstadt, Tel. 0711 77088 —0, <a href="mailto:info@metrohm.de">info@metrohm.de</a> <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.metrohm.com" target="_blank">www.metrohm.com</a></ext-link>
Das Massenspektrometer Plasma Quant MS Elite von Analytik Jena ist für Forschungsanwendungen konzipiert, die hohe Empfindlichkeit erfordern, sowie für niedrige Nachweisgrenzen. Es verfügt über einen HD-Quadrupol mit drei MHz.
Analytik Jena, Jena, Tel. 036 41 77—70, <a href="mailto:info@analytik-jena.de">info@analytik-jena.de</a>, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.analytik-jena.de" target="_blank">www.analytik-jena.de</a></ext-link>
Der Skyscan 1275 von Bruker ist ein selbstoptimierender Desktop-Röntgen-Mikrotomograph für Forschung und Industrie. Die Software verfügt über 2-D/3-D-Bildanalyse und 3-D-Visualisierung. Die Objekte können im Durchmesser bis 96 mm und in der Länge bis 120 mm groß sein.
Bruker Deutschland, Bremen, Tel. 0421 22050, <a href="mailto:sales@bdal.com">sales@bdal.com</a>, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.bruker.com" target="_blank">www.bruker.com</a></ext-link>
Der Fryka-Umlaufkühler ULK erledigt Kühlaufgaben in Labor, Prozessen und Fertigung. Der Temperaturbereich umfasst −10 °C bis 40 °C und die Kälteleistung beträgt 1200 oder 2300 Watt.
Fryka-Kältetechnik GmbH, Esslingen, Tel. 0711 310599—0, <a href="mailto:info@fryka.de">info@fryka.de</a>, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.fryka.de" target="_blank">www.fryka.de</a></ext-link>
Der Prozessthermostat Kryoheater Selecta von Lauda eignet sich für die chemisch-pharmazeutische Produktion und die Simulation von Umweltbedingungen in Prüfständen. Der Temperaturbereich umfasst −90 °C bis 200 °C bei bis zu 21 Kilowatt Kälteleistung.
Lauda, Lauda-Königshofen, Tel. 09343 503—0, <a href="mailto:info@lauda.de">info@lauda.de</a>, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.lauda.de" target="_blank">www.lauda.de</a></ext-link>
Das Subboiling-System subClean AC von MLS stellt über Oberflächenverdampfung hochreine Lösungsmittel wie HNO3, HCl oder HF selbst her. Das Gerät produziert zirka 50 mL Säure pro Stunde.
MLS, Leutkirch, Tel. 07561 9818—0 <a href="mailto:info@mls-mikrowellen.de">info@mls-mikrowellen.de</a> <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.mls-mikrowellen.de" target="_blank">www.mls-mikrowellen.de</a></ext-link>
Der Rotor 1554 der Zentrifugen Hettich Universal 320 und 320R erhöht das Probenvolumen um 100 %. Vier Flaschen mit je 200 mL zentrifugiert das Gerät gleichzeitig. Das Gehänge verfügt über einen Bügel, damit lässt sich der Rotor mit oder ohne Deckel tragen.
Hettich, Tuttlingen, Tel. 07461 705 —0, <a href="mailto:info@hettichlab.com">info@hettichlab.com</a>, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.hettichlab.com" target="_blank">www.hettichlab.com</a></ext-link>
Zum automatischen Probenvorbereitungssystem Freestyle von LCTech gibt es jetzt ein neues HPLC-Direct-Injection-Modul. Damit entfallen bei der Probenbehandlung vom Rohextrakt bis zum Chromatogramm alle manuellen Arbeitsschritte. Das Injektionsmodul verfügt über zehn kühlbare Peltier-Positionen für Standards, passt an jede HPLC-Anlage und übernimmt die Aufgaben eines Autosamplers.
LC Tech, Dorfen, Tel 08081 9368—0, <a href="mailto:info@LCTech.de">info@LCTech.de</a>, <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.lctech.de" target="_blank">www.lctech.de</a></ext-link>


<h2>Termine</h2>
Agilent bietet Kundenschulungskurse in mehr als zehn europäischen Städten darunter Frankfurt, München, Potsdam oder Gelsenkirchen. Zu den Kursen zählen UV/Vis-Anwendertraining, Fehlersuche und Wartung für LC, LC/MS, GC, GC/MS oder DNA-Microarrays. Das Kursniveau reicht von Einführungskursen bis zu praxisnahen Laborkursen.
<ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.agilent.com" target="_blank">www.agilent.com</a></ext-link>


<h2>Firmennachrichten</h2>
Huber Kältemaschinenbau erhält den Wirtschaftspreis “Großer Preis des Mittelstandes” der Leipziger Oskar-Patzelt-Stiftung.
<ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.mittelstandspreis.com" target="_blank">www.mittelstandspreis.com</a></ext-link>
Der Konzern Danaher Corporation kauft das Unternehmen Pall Corporation, um sein Portfolio um Filter und Trennmedien zu erweitern. Danaher setzt sich aus mehr als 400 Unternehmen, darunter der Lichtmikroskopehersteller Leica Microsystem, der Prozesssteuerungs- und Umwelttechnologiekonzern Hengstler oder der Wartungs- und Instandhaltungskonzern Alltec, zusammen. Pall erwirtschaftete im Jahr 2014 mit weltweit zirka 11 000 Mitarbeitern einen Jahresumsatz von etwa 2,8 Mrd. US-Dollar. Gleichzeitig spaltet sich Danaher Ende 2016 in zwei börsennotierte Unternehmen. Das eine Unternehmen bleibt unter dem Namen Danaher bestehen und beschäftigt sich mit Forschung und Technologie. Das zweite Unternehmen soll sich auf das klassische Industriegeschäft konzentrieren.
<ext-link ext-link-type="uri"><a href="http://goo.gl/K5Bts4" target="_blank">http://goo.gl/K5Bts4</a></ext-link>
Analytik Jena rechnet im laufenden Geschäftsjahr in China erstmals mit einem Umsatz von mehr als 30 Mio. Euro, obwohl sich das Wirtschaftswachstum dort verlangsamt. Insgesamt erwirtschaftet Analytik Jena ein Drittel ihres Gesamtumsatzes auf dem chinesischen Markt und ist seit dem Jahr 2011 jährlich zweistellig gewachsen.
<ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.analytik-jena.de" target="_blank">www.analytik-jena.de</a></ext-link>

Fürs Laboratorium

Im Fokus der Lebenswissenschaften steht der Mensch, der aus Billionen verschiedener Zellen mit unterschiedlichen Aufgaben besteht.1 Lebenswissenschaftler untersuchen Zellpopulationen überwiegend als Lysate, also als eine Menge. Das Ergebnis ist ein Mittelwert, der nicht die ganze Geschichte erzählt. Er lässt uns vielleicht die eine mutierte Zelle übersehen, die für die Entstehung einer Krankheit verantwortlich ist.
Um Unterschiede zwischen Zellen sichtbar zu machen und die Rolle einzelner Zellen zu verstehen, ist es notwendig, diese individuell zu analysieren. Dies erfordert eine robuste, multiplexfähige wie auch eine quantitative Analytik. Vielversprechende Techniken für dieses Forschungsfeld sind beispielsweise Fluoreszenzmikroskopie, Massenspektrometrie, bildgebende Massenspektrometrie und mikrofluidische Chips.
Neu ist ein qualitatives und quantitatives Elementmikroskop auf Basis der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma und Laserablation als Probeneintragssystem (LA-ICP-MS).2,3 Die Idee für die Entwicklung des Elementmikroskops kommt aus der Auswertung von MS-Fingerabdrücken. Zudem ist das ICP-MS ein Multielementdetektor, der viele Elemente des Periodensystems gleichzeitig bestimmt. Weitere Vorteile der Technik liegen in der hohen Genauigkeit, dem weiten linearen Messbereich sowie in den besonders niedrigen Nachweisgrenzen.


<h2>Elementmarkierungen</h2>
Bei der Analyse mit LA-ICP-MS trägt ein Laser die Probe linienweise ab und überträgt sie so in das ICP-MS. Aus den im ICP-MS analysierten Linienscans lassen sich dann zweidimensionale Intensitätsprofile erzeugen, welche die lokale Elementverteilung in der biologischen Probe wiedergeben. Dies können zum einem natürlich vorliegende Elemente wie Kupfer und Eisen, aber auch Nanopartikel sein. Zum anderen kann das Elementmarkierung sein, die künstlich eingeführt wurde. Diese dient dem indirekten Nachweis des Zielanalyten (zum Beispiel ein Protein) in der biologischen Probe.
Ein spezieller Fall ist die Entwicklung multiplexfähiger Immunoassays. Hier ist die Markierung kovalent an einen Antikörper gebunden, der wiederum an das Zielprotein (Antigen) nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip spezifisch andockt. Über die Detektion des Elements mit ICP-MS ist so das Zielprotein zu identifizieren (Abbildung 1). Der Multiplex-Immunoassay erlaubt es, viele Antigene durch den gleichzeitigen Einsatz verschieden markierter Antikörper zu analysieren.4
Der Durchmesser des Laserstrahls bestimmt die Ortsauflösung des Elementmikroskops. Gleichzeitig ist dies der Flaschenhals der LA-ICP-MS im Submikrometerbereich, da ein kleiner Laserstrahl auch wenig Probe abträgt und damit wenige detektierbare Ionen in das MS gelangen. Daher ist die Untersuchung einzelner Zellen mit dem Elementmikroskop häufig ein Kompromiss aus Sensitivität und Laserstrahlgröße.
Neben der Entwicklung neuer Hardware, die Laser- und Scanbedingungen durch schnellere Auswaschzeiten unter einer Sekunde und kleinere Laserstrahldurchmesser (unter 1 µm) verbessert, können bessere Elementmarkierungen die Empfindlichkeit der Messung erhöhen.3


<h2>Bilder von Nanopartikeln in einzelnen Zellen</h2>
Das Elementmikroskop weist bereits Goldnanopartikel ortsaufgelöst nach5,6 sowie natürlich vorkommende Elemente wie Kupfer und Zink in bestimmten Bindegewebszellen, den adhärenten 3T3-Fibroblasten.7 Nanopartikel lagern sich um den Zellkern (Abbildung 2). Zudem bilden sie Aggregate, die im Spektrum sehr hohe Intensitäten (105 cps) ergeben. Eine Kalibrierung ist mit Nanopartikelstandards möglich. Wie dieses Beispiel zeigt, sind bei ausreichender Empfindlichkeit, hier durch die Nanopartikel, Submikrometer-Auflösungen erreichbar. In diesem Experiment hatte der Laserstrahl einen Durchmesser von 4 µm und eine Vorschubgeschwindigkeit von 4 µm·s—1. In Kombination mit der hohen Laserrepetitionsrate von 20 Hz lag die Pixelauflösung bei etwa 0,2 µm mal 6 µm. Letzteres ist der Abstand zwischen zwei Linienscans des Lasers.
Diese Art des differenziellen Scannens macht Strukturen darstellbar, die kleiner sind als der Durchmesser des Laserstrahls.5 Nimmt man für eine Zelle einen Kreisdurchmesser von 50 µm an, sind unter den gewählten Bedingungen zirka 1500 Pixel pro Zelle zu detektieren.


<h2>Einzelne Zellen markieren und untersuchen</h2>
Mit einer einfachen Markierungsmethode, der Iodierung von Proteinen mit Kaliumtriiodid,8 steigt die Auflösung des Elementmikroskops auf Zellniveau. Die reaktive Iodspezies entsteht in wässriger Lösung aus Iod und Iodid und bindet an die Aminosäuren Histidin und Tyrosin.
In einer ersten Machbarkeitsstudie wurden fixierte 3T3-Fibroblasten auf Objektträgern iodiert.9 Durch die Markierung ist die Zelle mit dem Elementmikroskop einfach zu lokalisieren. Jedoch ist der Geräteuntergrund für das Isotop 127I sehr hoch (104 cps), sodass der linear dynamische Bereich auf eine Größenordnung beschränkt ist und nach Alternativen gesucht wird.
Eine vielversprechende Alternative ist der Chelatbildner Maleimidmonoamid-1,4,7,10-tetraazacyclododecan-1,4,7,10-tetraessigsäure (mDOTA) mit einem Lanthanidion als Zentralion. Die reaktive Maleimidgruppe bindet an freie Thiole, zum Beispiel von Proteinen und Peptiden, und färbt die ganze Zelle für die Visualisierung mit dem Elementmikroskop. Eine Inkubationszeit von 30 Minuten reicht aus, um ein 2-D-Profil mit einer Auflösung im Submikrometerbereich zu erstellen.
Um den Zellkern zu lokalisieren und damit nachzuweisen, dass das Massenspektrometer tatsächlich eine Zelle analysiert, haben sich DNA-Interkalatoren etabliert. Diese komplexieren Iridium oder Rhodium und lagern sich zwischen den Basenpaaren des DNA-Strangs ein.10,11
Mit den aufgeführten einfachen Elementmarkierungen in Kombination mit Immunoassays oder mit Nanopartikelstudien ist die Zelle mit dem Elementmikroskop zu identifizieren, Überlagerung mit vor der Messung aufgenommenen Probenfotos ist nicht mehr erforderlich. Ein Beispiel zeigt Abbildung 3, die im Rahmen einer Toxizitätsstudie zur Aufnahme von Nanopartikeln in Zellen entstanden ist. Nach der Nanopartikelinkubation wurden die auf einem Objektträger fixierten A549-Zellen zunächst mit mDOTA(Terbium) und einem Iridiuminterkalator derivatisiert. Es folgte die Analyse mit dem Elementmikroskop. In Abbildung 3 sind einzelne Zellen (blau) zu erkennen. Die Nanopartikel (grün) rund um die Zellkerne (rot) wurden ausschließlich auf Basis der ermittelten 2-D-Elementintensitätsprofile lokalisiert.11


<h2>Bildgebende Diagnostik mit elementmarkierten Antikörpern</h2>
Ein Durchbruch ist aktuell Giesen et al. gelungen. Sie koppelten eine neue Laserzelle an ein spezielles ICP-TOF-MS (CyTOF, Fluidgm) und erzielten zum ersten Mal eine multiplexfähige Bildgebung mit lanthanidmarkierten Antikörpern und LA-ICP-TOF-MS in subzellulärer Auflösung.12,13
Polymermarker bewirken ausreichende Sensitivität.14 Sie komplexieren zirka 30 isotopenreine Lanthanidionen pro Marker. 32 Antikörper aus humanen Brustkrebsgewebedünnschnitten wurden simultan analysiert, woraus sich Zell-Subpopulationen, Zell-Zell-Interaktionen und Unterschiede zwischen Tumorzellen darstellen lassen. Abbildung 4 zeigt die Überlagerung drei ausgewählter Antikörper mit 1 µm Auflösung. Der Zellkern lässt sich eindeutig durch einen Anti-Histon-H3-Antikörper identifizieren (cyan), der wichtige Brustkrebsmarker HER2 (Human Epidermal Growth Factor Receptor 2) ist in der Plasmamembran sichtbar (rot), und Vimentin, als Bestandteil des Zytoskeletts, wird durch einen dysprosiummarkierten Antikörper im Zytoplasma lokalisiert (gelb). Die Ergebnisse wurden mit konventioneller Immunfluoreszenzmikroskopie validiert, es waren keine signifikanten Unterschiede in der Spezifität und Charakterisierung der Antikörper festzustellen. Zudem wurde ausgeschlossen, dass sich die hohe Anzahl unterschiedlicher Antikörper negativ auf die Immunreaktion auswirkt.
Die Entwicklung multiplexfähiger bildgebender Diagnostik wird grundlegende Forschung der Heterogenität von Geweben und Zellen sowie deren Funktion und Interaktion erlauben. Sie ist vermutlich der nächste Schritt in Richtung personalisierter Diagnose und Therapie.


<h2>Ausblick</h2>
Das Elementmikroskop kann die bildgebende Einzelzellanalytik vorantreiben. Diese visualisiert Elementverteilungen in einer Zelle, die Aufnahme von metallhaltigen Medikamenten oder Nanopartikeln. Herausragend ist die Eigenschaft des Multiplexing, damit lassen sich mehr als 30 Biomoleküle mit Hilfe elementmarkierter Antikörper simultan in Gewebedünnschnitten und Zellen analysieren. Bei entsprechender Empfindlichkeit ist es möglich, Strukturen aufzulösen, die kleiner sind als die Zelle.
Jedoch ist die LA-ICP-MS-basierte Bildgebung in dieser Größenordnung sehr zeitintensiv. Die Ablation eines Gewebebereiches von zirka 0,5 mm2 mit einer Spotgröße von 1 µm dauert etwa 3,5 Stunden.13 Daher ist es wichtig, neue LA-Systeme mit höheren Scangeschwindigkeiten zu entwickeln, um den Probendurchsatz zu steigern.
Kurze Auswaschzeiten, kleine Laserstrahlgrößen und erhöhte Repetitionsraten sind technisch möglich. Für Multielement-Messungen müssen auch die Zeiten für die Datenverarbeitung am MS sinken, sodass sie Integrationszeiten im Mikrosekundenbereich erreichen.
Angesichts der Komplexität und Vielfalt biologischer Zellen betrachten wir mit dem Elementmikroskop nur einen kleinen Ausschnitt davon. Deshalb unterstützen die Autorinnen die Idee der multimodalen Spektroskopie. Hier leistet das Elementmikroskop in Kombination mit anderen bildgebenden Spektroskopieverfahren wie Synchrotron-Röntgenfluoreszenzspektroskopie SR-XRF, Nano-Flugzeit-Massenspektrometrie Nano-TOF-MS, oberflächenverstärkte Ramanspektroskopie SERS, matrixassistierte Laserdesorption/Ionisations-Massenspektrometrie Maldi-MS und weiteren seinen Beitrag zu Erkenntnissen in den Lebenswissenschaften.
Larissa Müller, Jahrgang 1982, studierte an der Universität Münster Diplom-Chemie und erstellte ihre Doktorarbeit am Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften, ISAS, Dortmund. Seit dem Jahr 2010 ist sie an der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin, als Postdoc tätig. Ihr Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung multiplexfähiger Immunoassays für die bildgebende Massenspektrometrie. <a href="mailto:larissa.mueller@bam.de">larissa.mueller@bam.de</a>
Antje Herrmann, Jahrgang 1987, erwarb im Jahr 2012 ihren Bachelor- und 2014 ihren Masterabschluss an der Humboldt-Universität zu Berlin. Derzeit promoviert sie unter der Leitung von Ulrich Panne. Ihr Forschungsinteresse gilt der Charakterisierung elementmarkierter Antikörper.


<h2>QUERGELESEN</h2>
Bei der Analyse mit Laser-Ablations-ICP-MS überträgt ein Laser linienweise Probenmaterial ins Massenspektrometer.
Das Ergebnis sind zweidimensionale Intensitätsprofile, welche die lokale Elementverteilung in einer biologischen Probe wiedergeben. Der Durchmesser des Laserstrahls bestimmt die Ortsauflösung, die bis in die Größenordnung von Zellstrukturen reicht.
Analyten sind entweder natürlich vorkommende Elemente, Nanopartikel oder Markierungselemente, die künstlich in die Zelle eingebracht werden, etwa durch kovalente Bindung an Antikörper, und so Zielproteine anzeigen.



<ul>
<li>
1 

 
E. Bianconi, 
A. Piovesan, 
F. Facchin et al., 
<source>Annals of human biology 
(2013), 
40, 
463–<lpage>71.</lpage>
</li>
<li>
2 

 
R. Trouillon, 
M. K. Passarelli, 
J. Wang et al., 
<source>Anal. Chem. 
(2013), 
85, 
522–<lpage>542.</lpage>
</li>
<li>
3 

 
L. Mueller, 
H. Traub, 
N. Jakubowski et al., 
<source>J. Anal. Bioanal. Chem. 
(2014), 
406, 
6963–<lpage>6977.</lpage>
</li>
<li>
4 

 
C. Giesen, 
L. Waentig, 
U. Panne, 
N. Jakubowski, 
<source>Spectrochim. Acta B 
(2012), 
76, 
27–<lpage>39.</lpage>
</li>
<li>
5 

 
D. Drescher, 
C. Giesen, 
H. Traub et al., 
<source>Anal. Chem. 
(2012), 
84, 
9684–<lpage>9688.</lpage>
</li>
<li>
6 

 
T. Büchner, 
D. Drescher, 
H. Traub et al., 
<source>J. Anal. Bioanal. Chem. 
(2014), 
406, 
7003–<lpage>7014.</lpage>
</li>
<li>
7 

H. Traub, D. Drescher, C. Giesen, et al., “LA-ICP-MS zur Analyse einzelner Zellen”, Poster, Tulln, Österreich, 2012.
</li>
<li>
8 

 
L. Waentig, 
N. Jakubowski, 
H. Hayen, 
P. H. Roos, 
<source>J. Anal. Atom. Spectrom. 
(2011), 
26, 
1610–<lpage>1618.</lpage>
</li>
<li>
9 

 
C. Giesen, 
L. Waentig, 
T. Mairinger et al., 
<source>J. Anal. Atom. Spectrom. 
(2011), 
26, 
2160–<lpage>2165.</lpage>
</li>
<li>
10 

 
O. I. Ornatsky, 
X. Lou, 
M. Nitz et al., 
<source>Anal. Chem. 
(2008), 
80, 
2539–<lpage>2547.</lpage>
</li>
<li>
11 

A. Herrmann, “Entwicklung von elementhaltigen Zellstains für das Imaging einzelner Zellen mittels LA-ICP-MS”, Masterthesis, Humboldt-Universität zu Berlin, 2014.
</li>
<li>
12 

 
H. A. Wang, 
D. Grolimund, 
C. Giesen et al., 
<source>Anal. Chem. 
(2013), 
85, 
10107–<lpage>10116.</lpage>
</li>
<li>
13 

 
C. Giesen, 
H. A. Wang, 
D. Schapiro et al., 
<source>Nature methods 
(2014), 
11, 
417–<lpage>22.</lpage>
</li>
<li>
14 

 
X. D. Lou, 
G. H. Zhang, 
I. Herrera et al., 
<source>Angew. Chem. Int. Ed. 
(2007), 
46, 
6111–<lpage>6114.</lpage>
</li>
</ul>

Bilder einzelner Zellen aus dem Elementmikroskop

Das internationale Chemiewaffenübereinkommen1 (CWÜ) untersagt Herstellung, Lagerung und Einsatz von chemischen Waffen sowie den Einsatz toxischer Chemikalien als Waffe. Bis auf Ägypten, Südsudan und Nordkorea haben alle Staaten das Übereinkommen unterzeichnet; in Israel hat das Parlament das Übereinkommen noch nicht bestätigt. Ob sich die Unterzeichnerstaaten daran halten, kontrolliert die Organisation für das Verbot Chemischer Waffen (Organisation for the Prohibition of Chemical Weapons, OPCW, Kasten). Besonders überwacht die OPCW Substanzen, die in drei Chemikalienlisten aufgeführt sind. In Teil A stehen die giftigen Substanzen selbst, in Teil B die Vorläufer.


<h2>Überwachte Substanzen</h2>
Für die Stoffe der Liste 1 gibt es bis auf eine Ausnahme in der Krebstherapie keine zivile Verwendung. Hier finden sich die Nervenkampfstoffe, Schwefel- und Stickstoffloste sowie die Toxine Saxitoxin und Ricin. Stoffe der Liste 2 werden für erlaubte Zwecke nur in geringen Mengen produziert. Dazu zählen Pinacolylyalkohol (3,3-Dimethyl-2-butanol), ein Ausgangsstoff für den Nervenkampfstoff Soman, sowie sämtliche Phosphorverbindungen, in denen eine Methyl-, Ethyl-, N-Propyl- oder Isopropylgruppe am Phosphor gebunden ist. Stoffe der Liste 3 schließlich werden für erlaubte Zwecke in großen Mengen produziert. Hier finden sich unter anderem Phosgen und Cyanwasserstoff, aber auch der weit verbreitete Kosmetikzusatz Triethanolamin (2,2',2''-Nitrilotriethanol).
Die Schwellenwerte für die Deklaration unterscheiden sich bei den Listen: Bei Stoffen der Liste 3 liegen sie bei 30 t pro Jahr pro Anlage, für Stoffe der Liste 2.B bei 1 t pro Jahr und Anlage und für Stoffe der Liste 1 bei 100 g pro Jahr, wobei für die Stoffe auf Liste 1 erweiterte Regelungen gelten. Über die Listenverbindungen hinaus sind auch andere Produktionsanlagen deklarationspflichtig, etwa solche, die organische Verbindungen herstellen, die Phosphor, Schwefel oder Fluor enthalten und deren Produktionsmenge 30 t im Jahr überschreitet. Weitere Details hierzu finden sich im Verifikationsanhang des Chemiewaffenübereinkommens.1


<h2>Stoffe finden</h2>
Bei vielen Inspektionen vergleichen die Inspektoren der OPCW die Deklarationen mit den Aufzeichnungen vor Ort. Ob die deklarierten oder nicht deklarierten Chemikalien vorhanden sind, ist allerdings nur durch Probennahme und anschließende instrumentelle Analytik zu beweisen.
In der Regel ist die Analytik qualitativ: Eine Chemikalie ist entweder in der Probe vorhanden oder nicht. In der Praxis kann es durchaus schwierig sein, das festzustellen: Eine Vielfalt von möglichen Probenmatrizes — von Abwässern über Wischproben bis hin zum Reaktorinhalt — mit jeder möglichen Art von Verunreinigung trifft auf eine im Prinzip unbegrenzte Anzahl von Listenverbindungen, denn Liste 2.B.04 beispielsweise definiert eine ganze Substanzklasse und damit theoretisch eine unbegrenzte Zahl von Chemikalien. Selbst eine Beschränkung auf die Stoffe der Liste 1 ergibt über eine Million mögliche Verbindungen.
Die Analytik kann auch quantitativ sein, etwa um sicherzustellen, dass die Restkonzentration von Kampfstoffen nach dem Vernichtungsprozess unterhalb der vorgeschriebenen Grenzwerte liegt.


<h2>Industrieinspektionen mit Probennahme und Analytik</h2>
Aktuell führt die OPCW etwa zehn Inspektionen von Liste-2-Anlagen pro Jahr mit Probennahme und Analytik vor Ort durch. Den analytischen Teil übernehmen die Chemiker des Inspektorats. Sie nutzen dazu einen Standard-Gaschromatographen, gekoppelt mit einem Quadrupolmassenspektrometer mit Elektronenstoßionisation (GC-MS(EI)). Das Labor der OPCW wartet diese Geräte und zertifiziert sie für Inspektionsmissionen nach ISO 17025.
Zusätzlich zu dem Spektrometer führt das Inspektionsteam die gesamte Ausrüstung mit, die erforderlich ist, vor Ort ein autarkes Labor aufzubauen. Neben Geräten und Chemikalien zur Probenaufbereitung nimmt das Team bei Bedarf beispielsweise einen transportablen Abzug oder Stromgeneratoren mit. Das Gewicht für die Ausrüstung kann dabei 1 t leicht überschreiten.
Probennahme und Analytik dürfen bei Liste-2-Inspektionen nicht länger als 96 Stunden dauern, denn die Inspektionstätigkeiten sollen den Betriebsablauf so wenig wie möglich stören. Verdachtsinspektionen sind auf 84 Stunden begrenzt, allerdings würde dabei die Analytik nach der Inspektion extern durchgeführt.


<h2>Geheimhaltung durch Software</h2>
Ein Aspekt bei Industrieinspektionen, der bei der Ausarbeitung des Verifikationsanhangs besondere Beachtung fand, ist der Schutz von Geschäftsgeheimnissen der inspizierten Betriebe. Bei der Analytik suchen die Inspektoren daher nur Listenstoffe. Andere Bestandteile beispielsweise eines Reaktorinhalts soll die OPCW-Analytik nicht erfassen. In der Praxis wird dies dadurch erreicht, dass keine Person, sondern die Software Amdis (Automatic Mass Spectral Deconvolution and Identification System) die Daten eines GC-MS-Laufs auswertet.2 Das National Institute for Standards and Technology (NIST) der USA hat Amdis speziell für die OPCW entwickelt. Damit lassen sich auch Zielverbindungen in komplexen Matrizes nachweisen.
Bei Inspektionen greift Amdis ausschließlich auf die analytische Bibliothek der OPCW zurück, die allen Vertragsstaaten zugänglich ist. Diese OPCW Central Analytical Database (OCAD) enthält Massenspektren und Retentionsindizes von über 5000 Listenverbindungen, dazu kommen je um die 1000 NMR- und IR-Spektren. Amdis vergleicht die Daten des jeweiligen GC-MS-Laufs sowohl mit den Massenspektren als auch mit den Retentionsindizes und zeigt als Treffer ausschließlich Listenverbindungen an. Bei Diskrepanzen können auch andere Datenbanken zur Klärung herangezogen werden, etwa die des NIST, sofern der inspizierte Vertragsstaat einverstanden ist.
Am Ende der Inspektion wird die Festplatte mit den Daten durch mehrmaliges Überschreiben gelöscht und nach Rückkehr der Ausrüstung zur OPCW-Zentrale geschreddert.


<h2>Unabhängige Labore</h2>
Sind 5000 Einträge in der Datenbank nicht viel zu wenig, wenn man die Zahl der möglichen Listenverbindungen betrachtet? Nun ist die Zahl der theoretisch möglichen Listenverbindungen nicht gleich der Zahl der praktisch relevanten Listenverbindungen.
Die 5000 Einträge in OCAD enthalten die Daten für alle bisher bevorrateten chemischen Kampfstoffe und ihre Vorläuferstoffe sowie die in der chemischen Industrie relevanten Listenstoffe.
Dennoch ist es notwendig, Stoffe bestimmen zu können, für die keine Datenbankeinträge existieren. Daher sieht das Chemiewaffenübereinkommen die Möglichkeit vor, Proben in von der OPCW zertifizierten externen Laboren analysieren zu lassen, die Labore werden auch als “designiert” bezeichnet. Bisher musste bei einer Industrieinspektion diese “off-site analysis” allerdings noch nicht angewandt werden.
Wenn die OPCW hingegen einer möglichen Vertragsverletzung nachgeht (Verdachtsinspektion oder Untersuchungen bei behauptetem Einsatz, “investigation of alledged use”), wird schon aufgrund der politischen Brisanz diese Form der Probenverarbeitung gewählt — in dem Fall müssen mindestens zwei voneinander unabhängige Labore die Proben untersuchen.
Bevor die OPCW ein externes Labor zertifiziert, muss es drei Voraussetzungen erfüllen. Das Labor muss 
für die Analyse von chemischen Kampfstoffen und ihren Vorläufer- und Abbauprodukten nach ISO 17025 akkreditiert sein,
mindesten einmal im Jahr an einem Ringversuch (Proficiency Test) der OPCW teilnehmen, 
in den letzten drei Ringversuchen entweder jeweils das bestmögliche Ergebnis erzielen (A — alle relevanten Chemikalien wurden gefunden und der Bericht enthält keine Fehler), oder zwei “A” und ein “B” erreicht haben (B — eine Chemikalie wurde nicht gefunden oder der Bericht enthält Fehler, sodass eine Chemikalie nicht gewertet werden kann).
Alle drei Jahre kann sich ein Labor also einen Fehler bei einer einzelnen Chemikalie erlauben. Schlechtere Testergebnisse führen zu einer vorübergehenden Suspendierung des Labors. Es bleibt designiert, erhält aber keine Proben zur Analyse mehr. Die Suspendierung wird aufgehoben, wenn es die Anforderungen wieder erfüllt.
Gibt ein Labor falsch-positive Ergebnisse an, so gilt der Ringversuch als nicht bestanden (Note “F”), und das Labor verliert die Designierung, und zwar so lange, bis es die Anforderungen wieder erfüllt. Das Gleiche passiert, wenn ein Labor die Akkreditierung verliert oder in einem Kalenderjahr nicht an einem Ringversuch teilnimmt.
Aktuell sind 19 Labore aus 15 Mitgliedsstaaten designiert. In Deutschland ist es das Wehrwissenschaftliche Institut für Schutztechnologien — ABC-Schutz (WIS) in Munster.


<h2>Analytische Techniken in den OPCW-Ringversuchen</h2>
Ein Test besteht aus sechs Proben in zwei verschiedenen Matrizes wovon je eine Probe eine Leer- und eine Kontrollprobe ist.3 Die Konzentration der Analyten beträgt mindestens 1 ppm, in Kontrollproben mindestens 5 ppm.
Traditionell sind GC-MS mit Elektronenstoßionisation (EI) und GC-MS mit chemischer Ionisation (CI) die am häufigsten verwendeten Techniken. GC-MS(EI) hat den Vorteil, dass die Ergebnisse mit der OCAD-Datenbank oder kommerziellen Datenbanken wie der vom NIST abgeglichen werden können.
Während die meisten Kampfstoffe nach Probenaufbereitung direkt erfassbar sind, erfordert der Nachweis vieler Vor- und Abbauprodukte eine Derivatisierung. Ergänzt werden die GC-Techniken durch Kopplungen an elementspezifische Detektoren wie Flammenphotometrischer Detektor, FPD, Stickstoff-Phosphor-Detektor, NPD, oder Atomemissionsdetektor, AED.
In den letzten Jahren haben LC-MS- und LC-MS/MS-Techniken deutlich an Bedeutung gewonnen. Dabei geht der Trend zu Geräten, die hochauflösende Massenspektren und damit Hinweise auf die Summenformeln eines unbekannten Analyten liefern, insbesondere Q-TOF-und Orbitrap-Geräte.
Es ist mittlerweile üblich, dass es in einem Ringversuch für ein oder zwei Analyten keinerlei Datenbankeinträge gibt. Einige der Verbindungen, die in den letzten Tests enthalten waren, zeigt Abbildung 1. Die teilnehmenden Labore müssen also die Struktur des Analyten aufklären, um zu entscheiden, ob er im Bericht zu erwähnen ist oder nicht. Neben der hochauflösenden Massenspektrometrie und den elementspezifischen Detektoren hat sich hier die NMR-Spektroskopie als weitere Technik bewährt.
Während in den ersten Ringversuchen noch eindimensionale Experimente wie 31P-NMR mit Standardaddition dominierten, sind es heute inverse 2D-NMR-Experimente wie 1H-31P-HSQC/HMQC und Cosy/Tocsy, die entscheidende Hinweise auf Struktur und Konnektivität liefern.4 Dabei nutzen die Labore NMR-Spektrometer mit 500- oder 600-MHz und Cryoprobenköpfen. Diese Geräte liefern auch bei Analytkonzentrationen bis 1 ppm in akzeptablen Zeiträumen, also innerhalb von ein bis vier Stunden Ergebnisse.
Schließlich muss ein Labor in der Lage sein, Referenzverbindungen mindestens in Mikromengen zu synthetisieren, um die Identität einer Verbindung durch Vergleich mit der Referenz zu beweisen. Ein Ringversuch dauert zwei Wochen einschließlich der Zeit, die das Verfassen des Berichts dauert. Referenzsubstanzen müssen daher oft schnell verfügbar sein. Dies erfordert nicht nur synthetisches Wissen und Geschick, sondern das Labor muss auch eine breite Palette an Synthesebausteinen bereithalten.


<h2>Giftgaseinsatz vermutet — biomedizinische Proben</h2>
 Die bisherigen OPCW-Ringversuche bezogen sich ausschließlich auf Umweltproben. Die OPCW bereitet aktuell Ringversuche für Blut-, Plasma- und Urinproben vor, die zu einer separaten Designierung führen sollen. Zur Vorbereitung wurde in den vergangenen fünf Jahren jeweils ein Test unter Übungsbedingungen durchgeführt. Bei biomedizinischen Proben liegt die besondere Schwierigkeit darin, dass die Analytkonzentrationen deutlich niedriger sind als bei Umweltproben.
Untersucht werden entweder Metabolite, vor allem Hydrolyseprodukte, oder Proteinaddukte, also Butyrylcholinesterase und Serumalbumin bei Nervenkampfstoffen sowie Hämoglobin und Serumalbumin bei Schwefellost.5,6 Die typischen Konzentrationen liegen hierbei im niedrigen ppb- oder sub-ppb-Bereich. GC-MS/MS und LC-MS/MS sind hier die Techniken der Wahl, Multiple Reaction Monitoring (MRM) die dominierende Methode.
Sowohl für Nervenkampfstoffe als auch für Schwefellost wurden sämtliche relevanten Methoden sowohl für Urin- als auch für Plasmaproben getestet, sodass eine große Zahl von Laboren heute diese Analytik durchführen kann. Für die OPCW ist die Fähigkeit, biomedizinische Proben zu analysieren, vor allem im Hinblick auf Untersuchungen bei vermutetem Einsatz wichtig. Der Einsatz von Sarin im syrischen Ghuta im August 2013 und die folgende Untersuchung haben dies erneut deutlich gemacht.


<h2>Proben aus Syrien</h2>
Da Syrien zum Zeitpunkt des Chemiewaffeneinsatzes in Ghuta noch nicht dem Chemiewaffenübereinkommen beigetreten war, lief die Untersuchung des Vorfalls unter dem Mandat der Vereinten Nationen. Die OPCW und die Weltgesundheitsorganisation stellten Personal und Ausrüstung bereit. Das Inspektionsteam vor Ort sammelte sowohl Umweltproben, darunter Bodenproben, Munitionsteile, Stoff- und Faserproben sowie Wischproben als auch Blut- und Urinproben.
Insgesamt vier Labore in Deutschland, Finnland, Schweden und der Schweiz untersuchten sie und fanden Beweise für den Einsatz des Nervenkampfstoffs Sarin: Sie wiesen in den jeweiligen Proben sowohl den Kampfstoff selbst nach als auch Hydrolyseprodukte, charakteristische Nebenprodukte und spezifische Biomarker.7


<h2>Entwicklungsfelder: Toxine und Marker</h2>
Das Chemiewaffenübereinkommen und damit auch seine Verifikationsmechanismen operieren nicht in einem statischen Umfeld.8 Daher gehört die Entwicklung neuer Methoden zu den Aufgaben der OPCW.9 Ein weiteres aktuelles Arbeitsfeld betrifft die Verbesserung der Fähigkeiten, Toxine, insbesondere Proteintoxine zu analysieren; hierzu gibt es ein von der EU gefördertes Projekt der OPCW. Dazu kommt die Analytik von Umweltproben im Spurenbereich (niedriger ppm Bereich). Gesucht wird nach spezifischen chemischen Signaturen und Markern für hochreaktive Chemikalien, die auch noch Wochen oder Monate nach ihrem Einsatz zu identifizieren sind.
Marc Blum hat an der TU Braunschweig Chemie studiert. Nach der Promotion bei Heinrich Rüterjans an der Universität Frankfurt über ein Enzym zum Abbau von Nervenkampfstoffen folgten eine freiberufliche Forschungstätigkeit in München sowie ein Aufenthalt als Director's Fellow am Los Alamos National Laboratory. Seit dem Jahr 2012 ist Blum Senior Analytical Chemist im Labor der OPCW. <a href="mailto:marc.blum@opcw.org">marc.blum@opcw.org</a>


<h2>QUERGELESEN</h2>
Chemiewaffeninspektionen in Industriebetrieben erfordern Probennahme und Analytik vor Ort innerhalb von 96 Stunden, dazu kommen Auf- und Abbau des Labors.
Die Proben sind in der Regel Umweltproben, gesucht sind Spuren im ppm-Bereich. Standardtechnik ist GC-MS mit Elektronenstoß- oder chemischer Ionisation.
Biomedizinische Proben wie Blut oder Urin sind auf Konzentrationen im ppb-Bereich und darunter mit GC-MS/MS oder LC-MS/MS zu untersuchen.
Um Betriebsgeheimnisse zu wahren, wertet bei Industrieinspektionen ein Softwareprogramm die Spektren aus.


<h2>Das Chemiewaffenübereinkommen</h2>
Im Jahr 1997 ist das Chemiewaffenübereinkommen (CWÜ) in Kraft getreten. Dieses internationale Abrüstungsabkommen hat ein umfassendes Regelwerk zur Verifikation. Die Organisation für das Verbot Chemischer Waffen (Organisation for the Prohibition of Chemical Weapons, OPCW) in Den Haag setzt das CWÜ um und kontrolliert, ob die Vertragsstaaten es einhalten. Die Kontrollen basieren dabei auf den Deklarationen der Vertragsstaaten. Die Staaten geben an, welche Chemiewaffen sie besitzen, also Kampfstoffe und Munition, über welche Vorläufersubstanzen und Produktionseinrichtungen sie verfügen und welche unter Aufsicht von OPCW-Inspektoren vernichtet wurden. Darüber hinaus sind bestimmte Produktionsanlagen in der chemischen Industrie deklarationspflichtig und werden regelmäßig im Rahmen von vertrauensbildenden Industrieinspektionen kontrolliert. Hier sind Inspektionen Routine und finden statt, auch ohne dass eine Vertragsverletzung vermutet wird. Die politischen Organe der OPCW, der Exekutivrat und die Vertragsstaatenkonferenz, können darüber hinaus Maßnahmen wie Verdachtsinspektionen oder Untersuchungen einleiten, wenn der Verdacht einer Vertragsverletzung besteht oder der Einsatz von chemischen Waffen behauptet wird (“investigation of alleged use”).



<ul>
<li>
1 

Convention on the Prohibition of the Development, Production, Stockpiling and use of Chemical Weapons and on their Destruction. Technical Secretariat of the Organization for the Prohibition of Chemical Weapons, The Hague (2005), <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.opcw.org/chemical-weapons-convention/download-the-cwc/" target="_blank">www.opcw.org/chemical-weapons-convention/download-the-cwc/</a></ext-link> (30.10.2015).
</li>
<li>
2 

 
G. Mallard, 
<source>Anal. Bioanal. Chem. 
(2014), 
406, 
5075–<lpage>5086.</lpage>
</li>
<li>
3 

 
V. Dubey, 
S. Velikeloth, 
M. Sliwakowski, 
G. Mallard, 
<source>Accreditation and Quality Assurance 
(2009), 
14, 
(<issue>8</issue>), 
431–<lpage>437.</lpage>
</li>
<li>
4 

 
H. Koskela, 
<source>J. Chromatogr. B 
(2010), 
878, 
1365–<lpage>1381.</lpage>
</li>
<li>
5 

 
J. L. Sporty, 
S. W. Lemire, 
E. M. Jakubowski et al., 
<source>Anal. Chem., 
(2010), 
82, 
(<issue>15</issue>), 
6593–<lpage>6600</lpage>.
</li>
<li>
6 

 
F. Gandor, 
M. Gawlik, 
H. Thiermann, 
H. John, 
<source>J. Anal. Toxicol., 
(2015), 
39, 
(<issue>4</issue>), 
270–<lpage>279</lpage>.
</li>
<li>
7 

United Nations Mission to Investigate Allegations of the use of Chemical Weapons in the Syrian Arab Republic, Final report, 2013; at <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://unoda-web.s3.amazonaws.com/wp-content/uploads/2013/12/report.pdf" target="_blank">unoda-web.s3.amazonaws.com/wp-content/uploads/2013/12/report.pdf</a></ext-link>.
</li>
<li>
8 

 
A. Üzumcü, 
<source>Anal. Bioanal. Chem., 
(2014), 
406, 
(<issue>21</issue>), 
5071–<lpage>5073</lpage>.
</li>
<li>
9 

siehe z. B. Sonderband in Anal. Bional. Chem. 2014, 406(21).
</li>
</ul>

Spuren chemischer Kampfstoffe

Die Veröffentlichung der nicht vertraulichen Registrierungsdaten im Dissimination(Verbreitungs)-Portal der Europäischen Chemikalienagentur Echa enthält neben der Einstufung und Kennzeichnung eines Stoffs auch die Verwendungen — in der Regel als Verwendungsdeskriptoren — sowie die Zusammenfassungen der toxikologischen Studien. Üblicherweise stehen hier auch die DNEL(derived no effect level)-Werte, also die Expositionsgrenzwerte, unterhalb derer ein Stoff — nach dem Kenntnisstand der Wissenschaft — zu keiner Beeinträchtigung der menschlichen Gesundheit führt. Diese Werte sind für die eigene Risikoabschätzung und bei der Ableitung von Risikominderungsmaßnahmen beim Umgang mit den Stoffen wichtig.
Die Daten der Registrierungsdossiers veröffentlicht die Echa zunächst ungeprüft. Daher ist es nicht immer einfach — insbesondere bei widersprüchlichen Informationen —, die geeigneten Daten für seine Zwecke auszuwählen. Im Rahmen der Übereinstimmungsprüfung eines bestimmten Anteils der Registrierungsdossiers führt die Echa eine Qualitätskontrolle durch. Damit erreicht sie zwar eine bessere Qualität der Dossiers und damit auch der veröffentlichten Daten. Aber dies ist leider nicht in der Datenbank sichtbar.
Bevor Nutzer die Daten für die eigenen Zwecke verwenden, sollten sie daher die Qualität der Daten prüfen. Hilfreich hierfür ist es — zumindest bei den toxikologischen Studien —, die auf dem Klimisch-Code1 basierende Verlässlichkeit (Reliability) zu prüfen. Ist diese mit 1 oder 2 angegeben, ist von hochwertigen Studien auszugehen. Der Wert 3 bedeutet eine eher schlechte Qualität der Studie, und 4 heißt, dass eine Beurteilung der Qualität der Daten nicht möglich war.


<h2>Einstufen und kennzeichnen</h2>
Für das Einstufungs- und Kennzeichnungsverzeichnis müssen alle Hersteller und Importeure von Stoffen die eigene Einstufung und Kennzeichnung eines Stoffs melden. Wie schon bei den veröffentlichten Registrierungsdaten im Dissemination-Portal ist es nicht einfach, die Qualität der Einträge zu beurteilen. Für einzelne Stoffe existieren unterschiedliche Einträge, die nur selten tatsächlich auf sachlichen Gründen — etwa unterschiedlichen Verunreinigungsprofilen — beruhen. Oft resultieren die Unterschiede lediglich aus unbeabsichtigten Übertragungsfehlern, etwa aus Eingabefehlern bei der Meldung an die Echa. Durch die Bereinigung dieser technischen Fehler würde das Verzeichnis übersichtlicher und tatsächliche, begründete Abweichungen würden besser sichtbar. Die Melder sollten ihre eigenen Meldungen dahingehend prüfen und entsprechend aktualisieren.


<h2>Austauschen und einigen</h2>
Die Echa hat eine Online-Plattform geschaffen, auf der sich die Melder austauschen sollen, um sich über die Einstufung und Kennzeichnung zu einigen — wie es die CLP-Verordnung fordert. Zurzeit läuft der Einigungsprozess jedoch schleppend, obwohl die von der Echa angebotene Diskussionsplattform webbasiert und relativ einfach zu bedienen ist. Die Melder können über diesen Weg ohne große formale Hürden einen einvernehmlichen Eintrag generieren, denn die Plattform lässt Stellungnahmen und Antworten darauf zu. Bei einer Einigung muss die Einstufungsmeldung im Verzeichnis angepasst werden. Dabei wäre es wünschenswert, wenn der einvernehmlich erzielte Einstufungseintrag von der Echa als solcher gekennzeichnet wäre. Dies ist bisher noch nicht der Fall.


<h2>Eine gute Adresse</h2>
Auch wenn das Verzeichnis in der jetzigen Form Defizite aufweist, empfiehlt der deutsche Helpdesk,2 die Informationen bei der Einstufung von Stoffen und Gemischen zu Rate zu ziehen. Falls eine harmonisierte Einstufung des Stoffs existiert, ist diese dort in der aktuellsten Version aufgeführt. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass im Rahmen der CLP-Verordnung in der Regel nicht mehr alle Endpunkte harmonisiert eingestuft werden, sondern lediglich die CMR(kanzerogen, mutagen und reproduktionstoxisch)- sowie die inhalationssensibilisierenden Eigenschaften. Andere Endpunkte müssen Nutzer selbst einstufen.
Relativ verlässlich ist auch die Einstufung des federführenden Registranten, da diese auf den Registrierungsdaten beruht. Diese Einstufung ist im Verzeichnis als “Joint Entry” gekennzeichnet. Zudem ist für jeden einzelnen Eintrag die Zahl der Melder angegeben, so dass dies ein Hilfsmittel bei der Entscheidung sein kann, welche Einstufung die verlässlichste ist und welche Einträge Ausreißer sind.
Anja Knietsch ist promovierte Biologin und seit dem Jahr 2007 bei der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (Baua) in Dortmund im Reach CLP Biozid Helpdesk beschäftigt. Raimund Weiß ist promovierter Chemiker und arbeitet seit dem Jahr 2001 in der Baua und seit 2006 im Reach CLP Biozid Helpdesk. <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.reach-clp-biozid-helpdesk.de" target="_blank">www.reach-clp-biozid-helpdesk.de</a></ext-link> Über Reach aus Sicht der Bundesanstalt referiert Weiß auf der 9. Jahrestagung Produktsicherheit in der chemischen Industrie der Chemacademy am 25. und 26. Januar in Bonn. <a href="https://www.chem-academy.com/produktsicherheit" target="_blank">www.chem-academy.com/produktsicherheit</a>


<h2>QUERGELESEN</h2>
Das Dissemination-Portal der registrierten Stoffe sowie das Einstufungs- und Kennzeichnungsverzeichnis sind hilfreiche Informationsquellen, deren Defizite dem Nutzer jedoch bekannt sein müssen.
Die Qualitätssicherungsmaßnahmen der Echa bei den Registrierungsdossiers lassen erwarten, dass sich die Qualität der veröffentlichten Daten stetig verbessert.
Das Einstufungs- und Kennzeichnungsportal wäre übersichtlicher, wenn die Melder ihre Einträge auf unbeabsichtigte Übertragungsfehler prüften und korrigierten. Noch nützlicher wäre, wenn sich die Melder verstärkt um mehr einvernehmliche Verzeichniseinträge bemühten.


<h2>Meldepflicht für Bestandteile</h2>
Enthält ein Erzeugnis mehr als 0,1 % besonders besorgniserregender Stoffe (substances of very high concern, SVHC), müssen Unternehmen dies ihren gewerblichen Abnehmern sowie den Verbrauchern mitteilen — auch, wenn dieser Anteil nur in einem Bestandteil des Erzeugnisses ist. Das entschied der europäische Gerichtshof. Er verschärfte damit die Informationspflicht nach Reach. 
Eliza Leusmann, Frankfurt


<h2>Bayer richtet sich neu aus</h2>
Die Dachmarke “Bayer” löst die bisherige Organisation mit einer Holding und operativen Teilkonzernen ab. Bayer arbeitet ab Januar mit drei Divisionen: Pharmaceuticals, Consumer Health und Crop Science. Zum einen sind das verschreibungspflichtige Arzneimittel der Allgemeinmedizin, Spezialpharmazeutika und Radiologieprodukte; zum anderen nicht verschreibungspflichtige Medikamente, Kosmetika und Nahrungsergänzungsmittel; außerdem Saatgut, chemische und biologische Pflanzenschutz- und Schädlingsbekämpfungsmittel sowie Tierarzneimittel.


<h2>Merck mit neuem Auftritt</h2>
Außerhalb der USA und Kanadas präsentiert sich Merck künftig einheitlich als Merck. So heißt das Biopharma-Geschäft Merck Serono und das Life-Science-Geschäft Merck Millipore. In den USA und Kanada firmiert Merck hingegen als EMD Serono und als EMD Performance Materials sowie — bis zum Abschluss der Übernahme von Sigma-Aldrich — als EMD Millipore. Merck gestaltet zudem die Konzernzentrale in Darmstadt um und zeigt ein neues Logo und Erscheinungsbild.
Claudia Schierloh, Frankfurt


<h2>Reach, CLP und GHS</h2>
Die Verordnungen (EG) Nr. 1907/2006 zu Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe (Reach) und (EG) Nr. 1272/2008 über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen (CLP) ordneten im Jahr 2006 beziehungsweise 2008 das Europäische Chemikalienrecht neu [Nachr. Chem. 2015, 63, 914].
Die Reach-Verordnung soll zu allen marktrelevanten Chemikalien einen Datensatz generieren, der es ermöglicht, den Stoff auf seine Gefährdung gegenüber Menschen und Umwelt zu beurteilen und darauf basierend Maßnahmen zum sicheren Umgang zu empfehlen. Die CLP-Verordnung zielt darauf ab, eine gute Gefahrenkommunikation zu gewährleisten. Sie basiert auf dem Global Harmonised System (GHS) der Vereinten Nationen und schafft eine weitgehende, globale Harmonisierung des Einstufungs- und Kennzeichnungssystems für gefährliche Stoffe.
Reach und CLP legen einen besonderen Schwerpunkt auf die Veröffentlichung der Daten. Das Dissemination-Portal der Europäischen Chemikalienagentur veröffentlicht alle nicht vertraulichen Registrierungsdaten. Im Einstufungs- und Kennzeichnungsverzeichnis stehen neben der harmonisierten Einstufung der Stoffe auch die von Unternehmen eigenständig abgeleiteten Einstufungen und Kennzeichnungen der Stoffe.



<ul>
<li>
1 

 
H.-J. Klimisch, 
M. Andreae, 
U. Tillmann, 
<source>Regul. Toxicol. Pharmacol. 
(1997), 
25, 
1.
</li>
<li>
2 

<ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.reach-clp-biozid-helpdesk.de" target="_blank">www.reach-clp-biozid-helpdesk.de</a></ext-link>
.
</li>
</ul>

Die Stoffdatenbanken der Europäischen Chemikalienagentur

Nachrichten aus der Chemie: Was waren die wichtigsten Erkenntnisse der Enquetekommission?
Michael Dröscher: Dass Nordrhein-Westfalen eine Zukunft als Chemiestandort hat. Noch wichtiger ist mir, dass es uns gelungen ist, ein Bild zu entwerfen, das alle fünf Fraktionen im Landtag Wort für Wort unterschrieben haben. Das war zu Beginn nicht zu erwarten.
Nachrichten aus der Chemie: Wie ist es Ihnen gelungen, einen Konsens zu finden?
Dröscher: Durch sehr hartnäckiges Arbeiten der Sachverständigen mit den Referenten aus den Landtagsfraktionen. Der Ablauf der Beratungen in der Enquetekommission war so: Jede Fraktion hatte einen Referenten oder eine Referentin, die haben die Texte entworfen. Dann haben wir uns zusammengesetzt und so lange am Text gefeilt, bis alle zustimmen konnten. Das war oft mühsam, aber im Endeffekt erfolgreich.
Nachrichten: Ich stelle mir Politik als Ausbalancieren von Interessen vor.
Dröscher: Ja, aber es gab ein Einsehen der Politik, dass Zahlen und Annahmen begründet sein müssen. Wir hatten das Glück, dass zwei Politiker in der Kommission Chemiker waren: Der stellvertretende Vorsitzende der Kommission ist Chemielehrer, ganz erfahren, die Obfrau der Grünen hat ein Labor mit einigen Mitarbeitern. Daher fiel es leicht zu vermitteln, dass unsere Antworten auf bestimmte Sachfragen wissenschaftlich begründet sein müssen. Dazu kam ein gemeinsames Verständnis darüber, dass Nachhaltigkeit aus den Säulen Ökologie, Ökonomie und Soziales besteht und diese gleichwertig sind. Die Optionen, die wir für die Zukunft entwickelt haben, haben wir danach bewertet, wie nachhaltig sie sind.


<h2>Hart erarbeiteter Konsens</h2>
Nachrichten: Bei welchem Themen war der Konsens besonders hart erkämpft?
Dröscher: Beim Thema Braunkohle. Braunkohle wird heute verbrannt. Aber es ist die einzige leicht zugängliche Kohlenstoffreserve, die wir in Deutschland haben. In der Kommission haben wir gesehen, dass wir eine Kohlenstoffquelle brauchen neben dem CO2. Denn CO2 ist wahrscheinlich erst dann eine Quelle, wenn genug Wasserstoff zur Verfügung steht. Braunkohle gibt es in Deutschland noch für mehr als 50 Jahre, und zwar in Mengen, die viel größer sind als der Bedarf. Wir verbrennen zur Zeit im Jahr das Zehnfache dessen, was wir für die Chemie bräuchten, es ist genug Braunkohle da.
Nachrichten: Ich nehme an, Konfliktpunkte waren der Tagebau und die CO2-Emissionen.
Dröscher: Ja, gerade die Piraten und die Grünen, die den Tagebau stark bekämpfen, taten sich sehr schwer zu verstehen, dass Kohlenstoff auch ein Chemierohstoff ist, nicht nur ein Energieträger. Aber Energiegewinnung war nicht unser Thema, Energieträger haben wir gar nicht diskutiert. Am Schluss haben alle gemeinsam unterschrieben, dass Braunkohle ein Chemierohstoff ist — mit allen Fragezeichen, mit allem, was Braunkohlegewinnung bedeutet, auch dass man die Erde aufreißt und Dörfer verschwinden. Aber das bedeutet auch, dass wir uns wieder mit Synthesegas-Chemie beschäftigen müssen. Unsere Handlungsempfehlung war: Wir brauchen einen Lehrstuhl dafür.
Nachrichten: Sie sehen also Handlungsbedarf an den Hochschulen, um NRW als Standort für die chemische Industrie zu sichern.
Dröscher: Defizite sehen wir bei den Lehrstühlen. Neben dem eben erwähnten für Synthesegas oder Kohlechemie fehlt einer für Elektrochemie. Ansonsten ist die nordrhein-westfälische Wissenschaftslandschaft ja hervorragend. Wir haben 15 Unis, darunter exzellente. Wir müssen sicherstellen, dass diese Akademia erhalten und vernetzt bleibt.


<h2>Ein Überblick über die Chemiewirtschaft</h2>
Nachrichten: Der Bericht der Enquetekommission enthält Tabellen über die gesamte wirtschaftliche Situation der Welt, über die Rohstoffsituation Deutschlands. Das Ganze liest sich in Teilen wie ein Lehrbuch der Chemiewirtschaft. Wer sollte das alles lesen?
Dröscher: Ich glaube, der Bericht ist schon ein Nachschlagewerk. Wir haben versucht, ihn wissenschaftlich sauber zu machen. Es gibt, soweit ich weiß, keine einzige Aussage mit einer Zahlenangabe oder Größenordnung, die nicht belegt ist. Das ist die Grundlage.
Nachrichten: Haben Sie damit Arbeit auch für andere Bundesländer erledigt?
Dröscher: Soweit die Fragen die Gleichen sind. Viele Handlungsempfehlungen sind unabhängig vom Land. Der Fokus unserer Arbeit lag zwar immer auf Nordrhein-Westfalen. Aber man kann die Wertschöpfungsketten in der Chemie ja nicht abschneiden, wenn sie über die Landesgrenzen hinaus gehen.
Wir haben die NRW-spezifischen Zahlen angeschaut, wenn verfügbar. Wenn es keine gab, haben wir Zahlen für ganz Deutschland genutzt. Wir haben eine sehr gründliche Analyse gemacht. Wir haben Rohstoffe, Werkstoffe, chemische Verfahren um die Frage der Energiespeicherung herum betrachtet. Themen wie biomimetische Chemie und Biotechnologie sind im Verfahrensteil berücksichtigt.
 Nachrichten: Warum diese umfassende Recherche?
Dröscher: Man muss über die Stoffströme reden und fragen, wo sie herkommen. Wir haben gefragt, wie viel wir später brauchen werden, wo die Engpässe liegen. Wenn es uns nicht gelingt, die Wertschöpfungsketten zu erhalten, werden wir große Probleme bekommen, in 40 Jahren noch wettbewerbsfähig Chemie zu betreiben. Das ist eine der wichtigsten Erkenntnisse für alle. Es geht nicht nur um die schöne Spezialchemie und nicht nur um Biotechnologie, sondern es geht ganz einfach darum, Rohstoffe zu beschaffen.
Nachrichten: Wen sprechen Sie mit dem Bericht an?
Dröscher: Politik und Gesellschaft. Alle, die dazu beitragen, dass Chemie eine Zukunft hat. Das geht bis zur Frage nach dem Nachwuchs, also nach der Ausbildung. In den Handlungsempfehlungen steht, dass man sich die ganze Ausbildung anschauen muss. Das duale System, die Ausbildung von Technikern und Laboranten, ist hervorragend. Das müssen wir erhalten und ausbauen.
Nachrichten: Wäre ein Bericht, der sich mit der Zukunft der chemischen Industrie beschäftigt, nicht Aufgabe des Verbands der Chemischen Industrie, des VCI?
Dröscher: Nein. Der Auftrag kam vom Parlament, weil die wichtigen Entscheidungen, die regulativen Entscheidungen, in den Parlamenten fallen. Der VCI ist Lobbyist. Das hier war kein Lobbyismus. Das hier war eine gesellschaftsübergreifende Aktivität von Parlament, Wissenschaftlern und Verbänden, und alle haben gleichberechtigt mitgearbeitet.


<h2>Aufgaben für das Land und den Bund</h2>
Nachrichten: Müssten Ihre Handlungsempfehlungen nicht zuerst nach Berlin gehen?
Dröscher: Wir haben ein paar Dinge in Richtung Berlin gesendet, etwa, wenn es um die steuerliche Regelung von Forschungsaufwand geht, oder darum, dass es Unsinn ist, Biomasse zu verbrennen, Biomasse sollte ein Rohstoff sein. Aber wir haben uns bewusst mit dem Schwerpunkt unseres Denkens auf Dinge fokussiert, die man im Bundesland bewegen kann.
Nachrichten: Rechnen Sie damit, dass alle Handlungsempfehlungen umgesetzt werden?
Dröscher: Nein, nein. Dabei ist auch viel “wishful thinking”. Aber es ist natürlich so, dass einige der Punkte für uns als Chemiker unabdingbar sind.
Nachrichten: Welche zum Beispiel?
Dröscher: Wenn wir uns das Thema Werkstoffe anschauen. Im Bericht steht nicht, dass ein Produkt biologisch abbaubar sein muss. Diese Eigenschaft kann richtig sein, wenn sie dem Gebrauch nutzt. Es stehen aber Aussagen im Bericht, die den Lebensweg eines Produkts betreffen, etwa Handlungsempfehlungen für mehr Kreislauf. Wir müssen bei allem, was wir in der Chemie tun, das Ende bedenken und fragen, was am Schluss mit dem Produkt passiert.
Nachrichten: Wie lange wird der Bericht aktuell bleiben?
Dröscher: Wir haben den Bericht mittel- und langfristig angelegt, auf 15 und 30 Jahre. Die Vorhersagen über die Stoffströme und Werkstoffe allerdings sind kurz- und mittelfristig, damit wir die Handlungsempfehlungen überprüfen können. Wenn etwa in fünf Jahren kein Lehrstuhl für Kohlechemie und Synthesegas eingerichtet ist, wird er nicht kommen. Das muss in den nächsten zwei, drei Jahren geschehen. Wir haben viele Themen angestoßen. Inwieweit die dann wirklich umgesetzt werden, werden wir sehen, aber die Grundaussagen bleiben gültig.
Nachrichten: Welche Aussage zählen Sie dazu?
Dröscher: Die Rohstoffquelle für Chemie wird weiter überwiegend Naphtha sein. Wir bekommen aber ein Problem, sobald die Mobilität vom Benzin weggeht, denn dann fällt der jetzige Zugang zu Naphtha weg. Ob das eine Dekade früher oder später passiert, kann man jetzt noch nicht sagen, das hängt auch von der Weltpolitik ab.
Nachrichten: Wer überprüft, ob die Handlungsempfehlungen der Enquetekommission umgesetzt werden?
Dröscher: Erst muss man sie pushen, damit die Leute verstehen, dass sie wichtig sind.
Nachrichten: Und dann sehen, ob sie irgendjemand umsetzt.
Dröscher: Die Ministerien haben sich die Handlungsempfehlungen, die sie besonders angehen, schon herausgepickt. Der Cluster <a href="https://Chemie.NRW" target="_blank">Chemie.NRW</a>, dessen Manager ich bin, hat die Politik eingeladen, sich in unserem Arbeitskreis Innovation regelmäßig mit der Wissenschaft und der Industrie auszutauschen. Dort sind Akademia, Industrie und auch die Ministerien. Und wir hoffen, dass wir dann ein, zwei Mal im Jahr Bestandsaufnahme machen. Die Arbeit ist ganz klar nicht zu Ende, sondern wird fortgesetzt.


<h2>ZUR PERSON</h2>
Michael Dröscher war von 2013 bis 2015 einer von fünf Sachverständigen in der Enquetekommission zur Zukunft der chemischen Industrie in Nordrhein-Westfalen.
Dröscher studierte Chemie in Mainz und promovierte dort im Jahr 1975 in physikalischer Chemie. Bis zum Jahr 2011 arbeitete er im Innovationsmanagement von Evonik in Essen. Seit 2009 ist er Manager des Clusters <a href="https://Chemie.NRW" target="_blank">Chemie.NRW</a>.
In den Jahren 2010 und 2011 war Michael Dröscher Präsident der GDCh, von 2012 bis 3013 war er Vizepräsident.
Als weitere Sachverständige arbeiteten in der Enquetekommission mit: der Bayer-Betriebsratsvorsitzende Thomas de Win, der frühere Leiter des Chemieparks Dormagen Walter Leidinger, der Geschäftsführer des VCI-Landesverbands NRW Hans-Jürgen Mittelstaedt sowie Volker Hessel, Professor für Mikroprozessengineering an der TU Eindhoven.


<h2>Die Chemie-Enquetekommission in Nordrhein-Westfalen und ihr Abschlussbericht</h2>
Der Enquetekommission zur Zukunft der chemischen Industrie in Nordrhein-Westfalen gehörten Mitglieder aller Fraktionen des nordrhein-westfälischen Landtags an, das sind SPD, CDU, Bündnis90/ Die Grünen, FDP und die Piratenpartei. Initiiert von den Grünen sammelte die Kommission zwei Jahre lang Zahlen, Daten und Fakten, entwickelte Handlungsoptionen und bewertete sie anhand ökologischer, ökonomischer und sozialer Kriterien. Herausgekommen ist ein etwa 400 Seiten dicker Bericht mit einer Bestandsaufnahme der chemischen Industrie zu Rohstoffen, Werkstoffen, Energieumsätzen und Verfahren sowie 58 Handlungsempfehlungen. Die Maßnahmen sollen dazu beitragen, dass die Industrie Emissionen und Landverbrauch reduziert, die Ressourcen schonend einsetzt und dabei innovativ und wettbewerbsfähig bleibt. Zudem sollen die Verbraucher die chemische Industrie und ihre Produkte akzeptieren können, die Beschäftigung soll sicher bleiben, die Qualität der Arbeitsbedingungen hoch, und die Industrie soll der Gesundheit nicht schaden.
Bei Rohstoffen prognostizierte die Kommission eine weitere Diversifizierung, empfiehlt das Prüfen alternativer Quellen, etwa Agrarreststoffe, hält das Phosphorrecycling für erforderlich und fordert den Stopp der energetischen Nutzung von Biomasse.
Bei den Werkstoffen geht es ausschließlich um Kunststoffe, dabei fordert die Enquetekommission den Ausbau des Recyclings und ein Produktdesign, das Recycling fördert.
Zudem empfiehlt die Kommission, solche Verfahrenskonzepte zu fördern, die Abfallstoffe und Restwärme nutzen und Prozesse im Verbund führen. Die Kommission erwartet, dass elektrochemische Synthesen an Bedeutung gewinnen, daher seien elektrochemische Inhalte im Chemiestudium zu stärken.
Sebastian Ritter, Paderborn
<ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.landtag.nrw.de/portal/WWW/GB_I/I.1/EK/16.WP/EK_II/MMD16—8500_Bericht.pdf" target="_blank">www.landtag.nrw.de/portal/WWW/GB_I/I.1/EK/16.WP/EK_II/MMD16—8500_Bericht.pdf</a></ext-link>

“Man muss über die Stoffströme reden”

Profil in der App anlegen & Mitglieder finden

Zugriff auf alle Artikel und unser Mitgliedermagazin „Nachrichten aus der Chemie“

Aktiv in unseren Fachgruppen, Ortsverbänden und im JungChemikerForum – das Netzwerk hautnah erleben

Teilnahme an tollen Events, Fortbildungen, Tagungen, Exkursionen, Jobbörsen, Vorträgen zu besonderen Konditionen

Sie können die Basisinformationen Ihrer Mitgliedschaft \nin MyGDCh ändern\n oder sich an unseren \nMitgliederservice\n wenden. Hier bestimmen Sie nur die Darstellung Ihres Profils innerhalb der App.

Dies wird auf Ihrer Profilseite anderen Mitgliedern angezeigt

Diese sozialen Links können von anderen Mitgliedern gesehen und verwendet werden. Sie können bestimmte Kanäle deaktivieren, wenn Sie möchten.

Geben Sie hier an, worüber und wie oft Sie von der App informiert werden wollen. Die Häufigkeitsangaben sind geschätzt. Zum Empfang der Pushes müssen Sie die App aus Google Play oder dem Apple App Store installiert haben und angemeldet sein.

Pressemitteilungen (ca. 1-4 Mal pro Monat)

Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam erat, sed diam voluptua.

Bitte ein Bild mit weniger als 5MB Dateigröße wählen

Mitglieder sehen Mitglieder der GDCh – unser Netzwerk. Hinweis: Der Name wird automatisch angezeigt, wenn einer Veröffentlichung in einem Online-Mitgliederverzeichnis zugestimmt worden ist. Profile sind nur für angemeldete Mitglieder einsehbar.

Informationen, Events und Kontakte aus der Chemie – Wissenschaft und Wirtschaft hautnah erleben.

https://www.gdch.de/gdch/mitgliedschaft/leistungen.html

Veranstaltungen

Allgemein

Kategorie

Blickpunkt

Artikel

Liganden nach Maß für sauber getrennte f‐Block‐Elemente

Blickpunkt

Fürs Laboratorium

Artikel

Bilder einzelner Zellen aus dem Elementmikroskop

Artikel

Spuren chemischer Kampfstoffe

Artikel

Die Stoffdatenbanken der Europäischen Chemikalienagentur

Blickpunkt

“Man muss über die Stoffströme reden”

Anonymous

Veranstaltungen

Allgemein

Kategorie

Blickpunkt

Artikel

Liganden nach Maß für sauber getrennte f‐Block‐Elemente

Blickpunkt

Fürs Laboratorium

Artikel

Bilder einzelner Zellen aus dem Elementmikroskop

Artikel

Spuren chemischer Kampfstoffe

Artikel

Die Stoffdatenbanken der Europäischen Chemikalienagentur

Blickpunkt

“Man muss über die Stoffströme reden”