Untersuchungen zur Phytotoxizität und Pflanzenverfügbarkeit von Vanadium:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
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1998
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| Beschreibung: | Paderborn, Univ., Diss., 1998 |
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| adam_text | Titel: Untersuchungen zur Phytotoxizität und Pflanzenverfügbarkeit von Vanadium
Autor: Kowalzik, Jens
Jahr: 1998
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungen VI
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
1.1 Biologische Wirksamkeit von Schwermetallen 1
1.2 Biologische Schutzmechanismen zur Abwehr
von Schädigungen durch Schwermetalle 4
1.2.1 Metallothioneine (MT) 5
1.2.2 Phytochelatine (PC) 6
1.3 Vanadium - ein ubiquitäres Element 7
1.3.1 Vorkommen des Vanadiums 8
1.3.2 Chemie des Vanadiums 9
1.3.3 Biologische Bedeutung des Vanadiums 12
1.3.4 Toxikologie des Vanadiums 13
1.4 Aufgabenstellung 14
1.5 Methodik zur Untersuchung von Vanadium in Böden und Pflanzen 15
2 Beurteilung von Vanadiumgehalten in Böden 18
2.1 Bodenbelastung in der Bundesrepublik Deutschland 18
2.2 Bodenextraktionen 23
2.2.1 Einstufige Bodenextraktionen mittels
Calciumchlorid- und Ammoniumnitratlösung 23
2.2.2 Einstufige Extraktion von Vanadium aus Sauerlandböden 25
2.2.3 Sequentielle Bodenextraktionen 26
2.2.4 Sequentielle Extraktion von Vanadium aus Sauerlandböden 28
2.2.5 Sequentielle Extraktion von Vanadium aus ausgewählten Böden
der Bundesrepublik Deutschland 30
3 Abschätzung des Gefährdungspotentials von Vanadium in Böden 33
3.1 Auswahl der Dotierungskomponenten
und Durchführung der Bodendotierung 35
3.2 Analyse der Versuchsböden mittels Bodenextraktion 36
3.2.1 Sequentielle Bodenextraktion der Versuchsböden
unmittelbar nach deren Dotierung 36
3.2.2 Sequentielle Bodenextraktion der Versuchsböden
nach Ablauf von zwei Jahren 39
3.2.3 Bestimmung der Wertigkeitsstufe(n) des in den Pflanzböden
vorliegenden Vanadiums 41
3.3 Durchführung der Gefäßpflanzversuche 43
3.3.1 Einfluss von Vanadiumgaben auf die Graspflanzen 44
3.3.2 Korrelation der Boden-und Pflanzenanalysen 52
3.3.3 Einfluss von Vanadiumgaben auf die Aufnahme anderer Metalle 56
3.3.3.1 Calcium 58
3.3.3.2 Eisen 61
3.3.3.3 Kupfer 63
3.3.3.4 Mangan 64
4 Versuche zur Bestimmung der Bindungsform
von Vanadium in Gerste 69
4.1 Vorbereitende Untersuchungen zur Aufzucht von Gerste
in Hydrokulturtechnik 69
4.2 Aufnahmewege von Wasser und Salzen in Pflanzen 72
4.3 Fraktionierung vanadiumbindender Substanzen aus Gerste 74
4.4 Veränderungen der SEC-Fraktionierungsmuster
im zeitlichen Verlauf des Aufwuchses von Gerste 79
4.5 Bestimmung der Wertigkeitsstufe(n) des in den
Pflanzenextrakten vorliegenden Vanadiums 81
5 Zusammenfassung und Ausblick 86
6 Chemikalien und Geräte 90
6.1 Chemikalien 90
6.2 Geräte 90
6.2.1 Aufschlussapparaturen 90
6.2.1.1 Konventionelle nasschemische Druckaufschlüsse 90
6.2.1.2 Mikrowellenunterstützte nasschemische Druckaufschlüsse 91
6.2.2 Flammen-AAS 91
6.2.3 Graphitrohr-AAS 91
6.2.4 UV / VIS-Spektrometer 92
6.2.5 Gefriertrocknungsanlage 92
6.2.6 Größenausschlusschromatographie (SEC) 92
6.2.7 Hochleistungs-Flüssigchromatographie (HPLC) 93
6.2.8 pH- / mV-Meter 94
6.2.9 Reinstwasseranlage 94
6.2.10 Elektronenparamagnetische Resonanz (EPR) 95
7 Experimenteller Teil 96
7.1 Bestimmung von Metallgehalten 96
7.1.1 Probennahme und Probenvorbereitung 96
7.1.1.1 Bodenprobennahme 96
7.1.1.2 Probenvorbereitung für Bodenproben 96
7.1.1.3 Probenvorbereitung für Pflanzenproben 96
7.1.1.4 Probenvorbereitung für Fraktionen aus der
Größenausschlusschromatographie (SEC) 97
7.1.2 Aufschlussmethoden 97
7.1.2.1 Bodenproben mit konventionellem
nasschemischen Druckaufschluss 97
7.1.2.2 Bodenproben mit mikrowellenunterstütztem
nasschemischen Druckaufschluss 98
7.1.2.3 Aufschluss von Pflanzenmaterial 98
7.1.3 Bestimmung von Vanadiumgehalten mit Zeeman-AAS 99
7.1.4 Bestimmung von Gehalten anderer Metalle 101
7.1.4.1 Bleibestimmung 102
7.1.4.2 Cadmiumbestimmung 102
7.1.4.3 Calciumbestimmung 103
7.1.4.4 Chrombestimmung 103
7.1.4.5 Eisenbestinunung 104
7.1.4.6 Kupferbestimmung 104
7.1.4.7 Manganbestimmung 105
7.1.4.8 Nickelbestimmung 106
7.1.4.9 Zinkbestimmimg 106
7.2 Bestimmung von Bodenparametern 107
7.2.1 Bestimmung des pH-Wertes von Böden 107
7.2.2 Bestimmung des Redoxpotentials von Böden 107
7.2.3 Bestimmung des Carbonatgehaltes in Böden 108
7.2.4 Bodenextraktion mit Calciumchloridlösung 108
7.2.5 Bodenextraktion mit Na2EDTA-Lösung 109
7.2.6 Sequentielle Bodenextraktion 109
7.2.6.1 Fraktion 1: Mobile Schwermetalle 109
7.2.6.2 Fraktion 2: Leicht nachlieferbare Schwermetalle 110
7.2.6.3 Fraktion 3: An Manganoxide gebundene Schwermetalle 110
7.2.6.4 Fraktion 4: An organische Substanzen
gebundene Schwermetalle 111
7.2.6.5 Fraktion 5: An schlecht kristalline Eisenoxide
gebundene Schwermetalle 112
7.2.6.6 Fraktion 6: An kristalline Eisenoxide
gebundene Schwermetalle 112
7.2.6.7 Fraktion 7: Residual gebundene Schwermetalle 113
7.3 Durchführung von Gefäßpflanzversuchen 113
7.3.1 Auswahl und Vorbereitung des Bodens 113
7.3.2 Bepflanzung der Versuchsgefäße mit „Welschem Weidelgras 115
7.3.3 NährstoffVersorgung der Gefäßpflanzen 117
7.4 Durchführung von Hydrokulturpflanzversuchen 117
7.4.1 Anzucht von Gerstenpflanzen unter Hydrokulturbedingungen 117
7.4.2 Auswirkungen unterschiedlicher Vanadiumkonzentrationen
auf die Gerstenpflanzen 120
7.4.3 Bestimmung der Bindungsstelle(n) des Vanadiums
in Gerstenpflanzen 121
7.5 Extraktion und Trennung vanadiumbindender Substanzen aus Gerste 121
7.5.1 Herstellung einer präparativen SEC-Trennsäule 121
7.5.2 Herstellung von Pflanzenextrakten aus
frisch geerntetem Pflanzenmaterial 122
7.5.3 Auftrennung der Pflanzenextrakte 123
7.5.3.1 Kalibrierung der SEC-Säule 123
7.5.3.2 Pflanzenextraktauftrennung 125
7.5.4 Bestimmung der Wertigkeitsstufe(n) des in den Pflanzen¬
extrakten vorliegenden Vanadiums unter Einsatz der HPLC 127
7.5.4.1 Methodenparameter für die HPLC 127
7.5.4.2 Kalibrierung der HPLC 127
7.5.4.3 Probenvorbereitung zur Speziesanalytik mittels HPLC 129
7.5.4.4 Speziesanalytik per HPLC 129
7.6 Vanadiumanreicherung und Matrixabtrennung
mit modifiziertem Kieselgel 130
8 Literaturverzeichnis 131
9 Anhang A -1
9.1 Analysenergebnisse der zertifizierten Referenzböden A-l
9.2 Schwermetallgehalte des für die Gefäßpflanzversuche
verwendeten Bodens aus Lößlehm A - 2
9.3 Vanadiumgehalte der dotierten Böden für die Gefäßpflanzversuche A - 3
9.4 Messwerte der Versuchspflanze „Welsches Weidelgras A - 4
9.4.1 Schwermetallgehalte des für die Gefäßpflanzversuche
verwendeten Saatgutes des „Welschen Weidelgrases A - 4
9.4.2 Grasausbeuten der Gefäßpflanzversuche A - 5
9.4.3 Metallgehalte der geernteten Gräser A - 6
9.4.3.1 Metallgehalte der 1. Grasernte A - 6
9.4.3.2 Metallgehalte der 2. Grasernte A - 7
9.4.3.3 Metallgehalte der 3. Grasernte A - 8
9.4.3.4 Metallgehalte der 4. Graserate A - 9
9.5 Messwerte der Vanadium-Extraktionsexperimente A - 10
9.5.1 Vanadiumgehalte der CaCl2- und NFUNCVEluate A - 10
9.5.2 Redoxpotentiale und pH-Werte der extrahierten Böden A - 11
9.6 Vanadiumgehalte ausgewählter Böden A - 12
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