Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Optimizacija in validacija novih indikatorskih sistemov v kompleksnihokoljskih matricah

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
1.04.05  Naravoslovje  Kemija  Analizna kemija 

Koda Veda Področje
T270  Tehnološke vede  Okoljska tehnologija, nadzor onesnaženja 

Koda Veda Področje
1.04  Naravoslovne vede  Kemija 
Ključne besede
nanosensorji, biosensorji, modeliranje, metrologija, živo srebro
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (26)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  34426  dr. Ermira Begu  Interdisciplinarne raziskave  Mladi raziskovalec  2013 - 2015  52 
2.  32146  dr. Arne Bratkič  Varstvo okolja  Mladi raziskovalec  2013  58 
3.  05249  dr. Jadran Faganeli  Varstvo okolja  Raziskovalec  2013 - 2016  574 
4.  19724  Vesna Fajon    Tehnični sodelavec  2013 - 2016  296 
5.  10454  dr. Andreja Gutmaher  Tekstilstvo in usnjarstvo  Raziskovalec  2015 - 2016  159 
6.  05027  dr. Milena Horvat  Kemija  Vodja  2013 - 2016  1.884 
7.  14082  dr. Radojko Jaćimović  Fizika  Raziskovalec  2013 - 2016  726 
8.  37642  Mateja Kitak    Tehnični sodelavec  2014 - 2016 
9.  25622  dr. David Kocman  Varstvo okolja  Raziskovalec  2013 - 2016  355 
10.  27560  dr. Špela Korent Urek  Kemija  Raziskovalec  2013 - 2014  78 
11.  30857  dr. Neža Koron  Biologija  Mladi raziskovalec  2013  53 
12.  22280  dr. Aljoša Košak  Materiali  Raziskovalec  2014 - 2016  206 
13.  15814  dr. Jože Kotnik  Geologija  Raziskovalec  2013 - 2016  386 
14.  31074  dr. Manca Kovač Viršek  Varstvo okolja  Mladi raziskovalec  2013  130 
15.  21408  dr. Aleš Lapanje  Mikrobiologija in imunologija  Raziskovalec  2013 - 2016  354 
16.  01407  dr. Aleksandra Lobnik  Tekstilstvo in usnjarstvo  Raziskovalec  2013 - 2016  731 
17.  37643  Ludvik Lobnik    Tehnični sodelavec  2014 - 2016 
18.  18287  dr. Darja Mazej  Kemija  Raziskovalec  2013 - 2016  378 
19.  32964  dr. Polonca Nedeljko  Kemija  Mladi raziskovalec iz gospodarstva  2013 - 2016  36 
20.  11279  dr. Nives Ogrinc  Varstvo okolja  Raziskovalec  2013 - 2016  1.133 
21.  17420  Fani Oven    Raziskovalec  2013 - 2014  11 
22.  27542  dr. Tomaž Rijavec  Mikrobiologija in imunologija  Raziskovalec  2013 - 2016  247 
23.  01411  dr. Zdenka Šlejkovec  Kemija  Raziskovalec  2013 - 2016  239 
24.  23461  dr. Simona Vajnhandl  Kemija  Raziskovalec  2014 - 2016  131 
25.  32963  dr. Branka Viltužnik  Materiali  Mladi raziskovalec iz gospodarstva  2013 - 2016  52 
26.  21240  dr. Gregor Zupančič  Energetika  Raziskovalec  2013  167 
Organizacije (4)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0105  Nacionalni inštitut za biologijo  Ljubljana  5055784  13.335 
2.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  90.038 
3.  2772  IOS, Inštitut za okoljevarstvo in senzorje, proizvodnja, trgovina in storitve d.o.o.  Maribor  2251914000  1.913 
4.  3351  Inštitut za metagenomiko in mikrobne tehnologije d.o.o.  Ljubljana  6554784  357 
Povzetek
Zaradi toksičnosti živega srebra (Hg), njegovih kumulativnih zdravstvenih učinkov in potenciala za akumulacijo v kopenskih in vodnih ekosistemih je bilo opravljenih veliko raziskav emisij, transporta, reakcij in končne usode živega srebra v raznih okoljskih matricah kot tudi njegovih vplivov na človeško zdravje ter trajnostni razvoj okolja. Živo srebro prehaja v okolje iz raznih antropogenih in naravnih virov. V okolju se Hg nahaja v večjem številu fizikalnih in kemijskih oblik, ki imajo širok spekter lastnosti. Transformacije med posameznimi oblikami pa so temelj za kompleksen vzorec kroženja in razporeditve Hg tako na lokalnem kot tudi na globalnem nivoju, njegovo biološko magnifikacijo ter na ostale vplive. Zaradi stalne skrbi, zaradi živega srebra v okolju in njegovih škodljivih vplivov na človeško zdravje je razvoj novih občutljivih, selektivnih, hitrih, enostavnih in stroškovno učinkovitih metod za zaznavo živega srebra v okviru okoljskih in industrijskih aplikacij pomemben razvojni cilj. Osnovna ideja predloga je razvoj učinkovitega in robustnega in-line senzorja za detekcijo Hg v vodnem okolju, ki lahko deluje avtonomno v daljših časovnih obdobjih pri čemer  zagotavlja visoko kvalitetne podatke hkrati pa združuje obstoječe najsodobnejše tehnologije s trenutno še eksperimentalnimi in teoretičnimi pristopi. Senzorji, ki bodo razviti bodo temeljili na (1) klasičnih fizikalno-kemijskih principih vendar bodo prirejeni za kontinuirane in-line meritve v industrijskih (mokro čiščenje dimnih plinov - FGD) in okoljskih (onesnažena območja) okvirjih; (2) izboljšanem razumevanju delovanja biosenzorjev na kontaminiranih območjih; in (3) razvoju optično kemijskih senzorjev, ki temeljijo na interakciji z nanodelci. Kombinacija senzorjev bo omogočala določitev naslednjih zvrsti Hg v vodnih raztopinah: raztopljenega elementarnega živega srebra (DGM), divalentnih živo srebrovih (Hg(II)) spojin in bio-razpoložljivih frakcij. Polega tega je cilj tudi zagotoviti primerno občutljivost senzorjev in njihovo delovanje v relevantnem koncentracijskem območju. Razvoj senzorjev bo vzporedno metrološko podprt, z namenom zagotavljanja primerljivih rezultatov. Za metrološko podporo pa je potreben set umeritvenih postopkov, ki zagotavljajo sledljivost rezultatov meritev. Razviti senzorji bodo nato uporabljeni na bivšem rudarskem območju in v industrijskem okviru (FGD), hkrati pa bodo uporabljeni za razvoj naprednih modelnih orodij za okoljske in industrijske aplikacije, ki bodo temeljile na realno časovnih modelnih pristopih. Projekt združuje izkušnje dveh javnih raziskovalnih inštitucij in dveh SME-jev v Sloveniji ter štiri dobro izkušene mednarodne partnerje iz Norveške, Italije in Rusije. Interdisciplinarno (analizna kemija, geokemija, mikrobiologija in strojništvo) in med-sektorsko raziskovalno okolje (javno zasebno partnerstvo) v katerega bodo vključeni mladi raziskovalci bo omogočilo enkratne priložnosti za prenos rezultatov bazičnih raziskav v prakso hkrati pa bo zagotovilo odlično podlago za razvoj kariere mladih raziskovalcev. Nadalje, projekt je časovno relevanten zaradi prioritet, ki jih postavlja okvirni program EU, ki se nanaša na okolje in klimatske spremembe, hkrati pa bo omogočil sodelovanje v EU konzorcijih ter zagotovil podlago za nadaljnje izkoriščanje rezultatov projekta.
Pomen za razvoj znanosti
Kemija živega srebra, kot glavnega onesnaževala v predlaganem projektu, je izjemno zapletena, naj si bo v industrijskih procesih ali v okolju. Zaradi nizkih koncentracij in sposobnosti pretvarjanja spojin je ugotavljanje vsebnosti Hg in njegovih zahtevno in tudi drago. Predlagane izboljšave pri spremljanju stanja v okolju in industrijskih procesih so tako bistveno doprinesle tako v časovnem, vsebinskem in cenovnem smislu. V industrijskih procesih je poznavanje te kemije ključnega pomena za znanstveno (in posledično tudi ekonomsko) podprto razvijanje tehnologij za zmanjševanje emisij v okolje (zrak in vodo). V okoljskih razmerah je kemija živega srebra močno odvisna od okoljskih pogojev (redoks, pH, T, prisotnosti bakterij, svetloba, kemija vode, zraka in tal, itd..). Nova orodja za spremljanje stanja bodo bistveno doprinesla k razumevanje kemijskih in bioloških procesov ter posledično k razvoju izboljšanih in bolj uporabnih modelov v kompleksnih vodnih okoljih. Področje biološke dostopnosti živega srebra je še zelo slabo raziskano. V okviru projekta smo pripomogli k novem znanju o vplivu sekundarnih metabolitov mikroorganizmov (še posebno cianida in sideroforov) na biološko dostopnost živega srebra in s tem posredno na biogeokemijski cikel živega srebra v okolju. Z razvojem novih biosenzorskih celic smo pripomogli k uvedbi nove metodologije merjenja biološke dostopnosti Hg pri cianogenih mikroorganizmih. Z novim znanjem o vplivu cianida na topnost cinabarita smo pomembno pripomogli tudi k novem znanju o cianogenih mikroorganizmih iz ekološkega vidika. Frakcionacija in speciacija kemijskih elementov v kompleksnih sistemih je izziv, predvsem zato, ker je identifikacija posameznih kemijskih zvrsti posameznih elementov v nizkih koncentracijskih nivojih pogosto podvržena analitskim artefaktom. Prav tako gre v večini primerov za identifickacijo nestabilnih spojin, ki pa so za razvoj modelov in njihovo validiranje ključnega pomena. Uporaba analiznih metod kot so organska masna spektrometrija, ramanska spektrometrija in elektrokemične metode za identifikacijo kemijskih procesov (pretvorbe kemijskih elementov) Hg je inovativen pristop, ki ga v dosedanjih raziskavah še niso intenzivno uporabljali. Predlagana metodologija predstavlja napreden pristop, saj je združeval usposobljene skupine v Sloveniji in jih povezuje z mednarodnimi partnerji, ki so vodilni na področju delovanja predlaganega projekta. Iz projekta sta se tako rodila dva nova projekta, ki jih vodi in koordinira IJS kot vodilni partne EU projekt MASSTWIN (Odličnost na področju masnospektrometričnih meritev) in EURAMET EMPIR MercOx projekt (Sledljivost merjenja oxidiranega Hg).
Pomen za razvoj Slovenije
Projekt je bil zasnovan kot aplikativna raziskava saj bodo imeli rezultati veliko uporabno vrednost. Projekt je tako vključeval dve manjši raziskovalni podjetji IOS in IFB. Rezultate raziskav smo povezali z industrijskimi partnerji s katerimi projektna skupina delujejo že vrsto let, predvsem s Termoelektrarno Šoštanj, ki bo znanje lahko uporabila pri optimiranju čistilnih naprav. Razvoj lastnih tehnoloških znanj dviguje konkurenčno sposobnost lastnikov znanj in omogoča konkuriranje na svetovnih trgih. Bodoče sofinancerje teh raziskav je tako mogoče iskati med podjetji, ki želijo prodreti na trg Kitajske in vzhodne Evrope, vključno z Jugovzhodnimi regijami, Rusije in, ne nazadnje, tudi na lasten slovenski trg s konkurenčnimi in kvalitetnimi ponudbami. Razviti novi senzorji,bodo uporabni na terenu za izvedbo kontinuirnih meritev in bodo kvalitativno in kvantitativno bistveno boljši od konvencionalnih meritev, pri katerih so podatki dosegljivi z veliko časovno zamudo ter predmet klasičnih analitskih napak. Izboljšana merilna infrastruktura bo bistveno doprinesla k prepoznavanju problematike na kontaminiranih okoljih, kjer prihaja do mobilnosti Hg iz bolj onesnaženih v manj onesnažena okolja. Z razvojem biosenzorskega sistema bomo lahko kontinuirano merili biološko dostopno živo srebro v naravi in s tem pripomogli k pravi ozaveščenosti prebivalcev kontaminiranih območij in posledično k pozitivnemu vplivu na njihovo zdravje. Po drugi strani pa se bomo v projektu ukvarjali tudi z vplivom mikroorganizmov na transformacije živega srebra in z medsebojnimi interakcijami med Hg rezistentnimi in Hg nerezistentnimi bakterijami, kar nam bo dalo nov vpogled v možne nove načine bioremediacije okolja s pomočjo mikroorganizmov. Podjetji IOS in IFB težita k razvoju biosenzorjev kot komercialnih produktov, ki bi omogočali meritve različnih kemijskih onesnaževalcev okolja. Ob uspešnem razvoju produkta obstaja možnost ustanavljanja spin-off podjetij, ki bi se ukvarjalo s komercializacijo produkta in posledično omogočilo dodatno zaposlovanje. Modelna orodja in merilna podpora s pomočjo novih senzorjev bodo prispevali tudi k bolj pravilnemu integralnem gospodarjenju v porečju Idrijce in Soče, npr. rabi površin, upravljanju z vodami (namakanje, gradnja hidroelektrarn in / ali drugih objektov na vodotokih) in odločanju o optimalnih remediacijskih ukrepih, potrebnih za zmanjšanje škodljivih posledic onesnaženja okolja z živim srebrom. Kot primer navajamo možnost uporabe med eventuelno gradnjo plinskih terminalov v Tržaškem zalivu, kjer je prav napovedovanje kemijskih pretvorb v času gradnje in obratovanja mogoče le, če je negotovost merilnih instrumentov in modelnih simulacij majhna meritve pa kontinuirne.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2013, 2014, 2015, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2013, 2014, 2015, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno