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Einfluss von Biofilmen auf das Migrationsverhalten von Uran, Americium und Europium in der Umwelt
Baumann, N.; Zirnstein, I.; Arnold, T.
Abstract: Die Mechanismen von Immobilisierungsprozessen radioaktiver Schwermetall-Ionen innerhalb von Biofilmen sind noch weitgehend unerforscht. Das liegt an der Komplexität der Biofilme, welche häufig diskrete geochemische Mikromilieus bilden, die sich vom umgebenden Milieu („Bulk Solution“) in Bezug auf dessen Biozönose (der mikrobiellen Diversität), den darin herrschenden geochemischen Bedingung (z.B. Red/Ox-Potential u./o. gelöster Sauerstoffmenge), aber auch in der Konzentration möglicher Komplexbildner (z.B. Metaboliten u./o. EPS-Komponenten) deutlich unterscheiden. Alle diese Faktoren können die Speziation der Radionuklide verändern und damit auch deren Transportverhalten. Für ein besseres Prozessverständnis zu den Wechselwirkungen von Radionukliden mit natürlichen, in Uran-kontaminierten Milieus lebende Mikroorganismen und den damit verbunden Stoffen wurde die Biozönose in Biofilmen und im Grubenwasser des ehem. WISMUT-Uranbergwerkes Königstein nach klassischen mikrobiologischen- und molekularbiologischen Methoden bestimmt. Aus einem Vergleich der Chemie im Biofilm mit der Chemie der umgebenden Lösung wird der Einfluss der Biofilme auf das Migrationsverhalten von Radionukliden in der Natur beurteilt. Die Identifizierung und Quantifizierung von Prokaryoten erfolgte u.a. mit der CARD FISH Methode. Die selektive Visualisierung der EPS-Komponenten in der Matrix der Biofilme wurde mit Hilfe der Konfokalen Laser Scanning Mikroskopie (CLSM) bewerkstelligt.
Zur Untersuchung der Speziation von fluoreszierenden Schwermetall-Ionen wie U(VI) kam die zeitaufgelöste, laser-induzierte Fluoreszenzspektroskopie (TRLFS) zum Einsatz. Um diese Methode auch im mikroskopischen Bereich anwenden zu können, wurde sie weiter zum CLSM hin entwickelt: Da ein 80-MHz-MaiTai-Laser zur Verfügung stand, wurde durch im kHz-Bereich alternierendes Beugen des Anregungslaserstrahls von der Probe weg (und wieder zu ihr hin) mittels akusto-optischem Modulator (AOM) eine quasi-gepulste Laseranregung im kHz-Bereich erreicht. Durch Einbindung von Frequenzvervielfachern („Harmonixx“ von APE Berlin und „Inspire“ von Spectra-Physics) konnte so eine gepulste Anregung innerhalb eines breiten Wellenlängenbereiches (ca. 230-1090 nm) ermöglicht werden. Für die Auswertung des als äußerst schwach zu erwartenden Fluoreszenzsignales (entsprechend des mikroskopisch kleinen Anregungsraumes) wurde die Time-Correlated Single-Photon Counting Methode (TCSPC) – auch „zeitbezügliche Einzelphotonenzählungs-Methode“ – an das Laser-Anregungssystem angepasst. Die Fluoreszenzlebenszeitkurve des Fluoreszenzsignals von U(VI) Species, die sich an der Oberfläche von den Protozoen Euglena Mutabilis befanden, konnte z.B. auf diese Art mit Hilfe der TCSPC ermittelt werden.
  • Open Access LogoWissenschaftlich-Technische Berichte / Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf; HZDR-061 2015

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