Projekti / Programi
Optimizacija in validacija novih indikatorskih sistemov v kompleksnihokoljskih matricah
| 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 |
nanosensorji, biosensorji, modeliranje, metrologija, živo srebro
Raziskovalci (26)
Organizacije (4)
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
