Qualitative und quantitative Untersuchung natürlicher kolloidaler Phasen mittels Nanopartikel Tracking Analyse (NTA)

Marcus Böhm1, Arno Märten1, Daniel Jara Heredia1, Thorsten Schäfer1
1 Lehrstuhl für Angewandte Geologie, Friedrich-Schiller-Universität Jena

4.6 in Sensorik und Messen im Grundwasser

27.03.2020, 16:45-17:00, Händel-Saal

Kolloidale Phasen natürlich auftretender Bestandteile aquatischer Suspensionen können die Speziation und den Transport von Nähr- und Schadstoffen in porösen Systemen erheblich modifizieren. Es konnte gezeigt werden, dass z.B. kolloidale Phasen von potenziell immobilen Radionukliden in geologischen Formationen transportiert werden [1]. Das Auftreten und der Transport kolloidal und/oder gelöst transportierter Metallspezies in der ungesättigten Zone, wie des langlebigen Radionuklids 79Se oder 99Tc, ist stark vom hydrogeochemischen Milieu abhängig [2]. Daher ist eine Charakterisierung und Quantifizierung kolloidaler Phasen unter komplexen geochemischen Randbedingungen ein wichtiger Faktor in der Langzeitsicherheitsbewertung von tiefengeologischen Endlagern für radioaktive Abfälle. In nanometrologischen Studien ist die Nanopartikel Tracking Analyse (NTA) eine etablierte Methode zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung, Partikelkonzentration und Einzelpartikelstreuung kolloidaler Suspensionen [3]. Bisher wurden nur wenige Studien mit dem Fokus der Analyse von natürlichen kolloidalen Phasen in Oberflächen- oder Grundwässern sowie pedogenen Porenwässern veröffentlicht. Wir präsentieren eine Methode für reproduzierbare Messungen der Partikelgrößenverteilung und Partikelkonzentration von polydispersen, multi-mineralischen natürlichen Porenwässern. Vergleichende Messungen von Standardsuspensionen aus Tonmineralen, Goethit, einer gereinigten Fulvinsäure sowie einem natürlichen pedogenen Porenwassers wurden mit NTA, Dynamischer Lichtstreuung (DLS) und Laser Induzierter Breakdown Detektion (LIBD) durchgeführt [4]. Rasterkraftmikroskopie (AFM) wurde zur unabhängigen Untersuchung der anzahlgewichteten Partikelgrößenverteilung angewendet. NTA Messungen wurden durch eine Kombination von AFM Messungen und adaptierten NTA Einstellungen optimiert. Durch diesen Ansatz war es möglich vergleichbar und reproduzierbar Standardsuspensionen sowie natürliche Porenwässer zu messen. Ergebnisse der LIBD und DLS Messungen werden diskutiert. Im Rahmen mesoskaliger Laborlysimeter-Experimente werden systematisch Porenwässer unterschiedlich gesättigter Tiefen des Bodens mittels NTA untersucht. Materialspezifischer kolloidaler Massentransport und assoziierte Schadstoffe wurden abgeschätzt und werden im Vergleich zu ortsaufgelösten Eh, pH und pCO2 Messungen diskutiert. Die Anwendung dieser Methode bietet ein vielversprechendes Potenzial für das Verständnis verschiedenster aquatischer Systeme, speziell im Übergang ungesättigter zu gesättigter Zone.



[1] Utsunomiya et al. (2009): Environ. Sci. Technol. 43, 1293-1298

[2] Pettine et al. (2015): Trends Environ. Anal. Chem. 5, 1-7

[3] Mehrabi et al. (2017): Environ. Sci. Tech. 51, 5611-5621

[4] Delos et al. (2008): J. Colloid Interface Sci. 324, 212-215



Export as iCal: Export iCal