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Juli / August 2013

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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Pharmaceutical & Life Sciences | Food | Environmental | Clinical | Chemical Materials ©2013 Waters Corporation. Waters, SYNAPT, T-Wave, HDMS and The Science of What’s Possible are trademarks of Waters Corporation.

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EDITORIAL

Ihre Was bleibt – wenn alles verbraucht ist? Wenn Sie, liebe Leser, dieses Heft in den Händen halten, ist für die meisten die Ferienzeit

SICHERHEIT ist uns wichtig!

schon wieder vorbei. Man ist zurückgekehrt mit Erinnerungen, Erlebnissen und Eindrücken. Viele schöne mögen darunter sein, aber es gibt sicher auch solche, die einen faden Nachgeschmack hinterlassen. Umweltverschmutzung und Dreck, herumliegender Müll und stinkende Autoschlangen sind dem umweltbewussten Schweizer ein Dorn im Auge. Doch nicht alle Nationen besitzen dieselben hohen Massstäbe. Ähnliches gilt für die Industrie. Nicht alle Firmen und nicht alle Länder achten auf eine nachhaltige, auch in der Zukunft sozial- und umweltverträgliche Produktion, auf saubere Technik, energieeffiziente Maschinen, nicht alle sind bereit für neue innovative Lösungen. Neue Energieformen gehören ebenso dazu wie Verfahren zur Reduktion des CO2-Ausstosses. Alle nachhaltigen und «sauberen» Technologien bedingen ein höheres Verantwortungsbewusstsein, in der Gesellschaft, den Firmen und bei jedem einzelnen. Manch einer scheint sich dieser Verantwortung

... Wir führen weit mehr als

1000 Artikel für

jedoch nicht bewusst zu sein. Wie anders könnte man es sich erklären, dass plötzlich ein Referendum gegen Förderabgaben für erneuerbare Energien gefordert wird? Nachhaltigkeit, Zukunftsfähigkeit und saubere Technik – nichts anderes

Arbeitsschutz + Arbeitssicherheit.

verbirgt sich hinter den Begriffen Cleantec und sustainability. Es sind Themen, die uns alle angehen und immer mehr zur Bewertungsgrundlage für neue Projekte werden. Deshalb gibt es in dem aktuellen CHEMIEXTRA erstmals eine eigene Rubrik zum Thema, und auch in Zukunft werden wir über solch Wissenswertes regelmässig berichten. Denn fundierte Berichterstattung ist notwendig, die Bedenkenträger in Gesellschaft und Politik von der Nachhaltigkeit überzeugen zu können. Nur so können Scheinargumente wie «Stromlücke» widerlegt oder Bedenken der Atomlobby entkräftet werden. Zum Glück sind bei neuen Energien und sauberen Technologien oftmals Schweizer Firmen wichtige Vorreiter. Ein Beispiel dazu finden Sie in der vorliegenden Ausgabe.

Sabine Goldhahn

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CHEMIE

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Polymerbürsten wachsen nach dem Licht 11

Polymerbürsten bestehen aus organischen Kettenmolekülen, die dicht aneinandergereiht an eine Oberflächenmatrix binden und von dieser wie Borsten abstehen. Sie finden Anwendung in der Medizintechnik und gelten als vielversprechende Zukunftstechnologie.

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Atome mit Quantenerinnerung

Wissenschaftler konnten für Quantenzustände ultrakalter Bose-Einstein-Kondensate zeigen, dass bei der Zunahme der Unordnung die Information über den geordneten Zustand erhalten bleibt und dieses Phänomen nicht von der Temperatur abhängt.

BIOWISSENSCHAFTEN Körpereigenes Antibiotikum im Gehirn

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

Jahrgang 3. Jahrgang (2013) Druckauflage 12 000 Exemplare ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

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Herausgeber/Verlag SIGWERB GmbH Unter Altstadt 10 CH-6301 Zug Telefon +41 (0)41 711 61 11 info@sigwerb.com www.sigwerb.com Anzeigenverkaufsleitung Thomas Füglistaler

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Lonza hat am Standort Visp eine Trennwandkolonne in eine Mehrzweckanlage integriert. Damit die Kolonne die dafür nötige Flexibilität aufweist, waren nur wenige Anpassungen an Material und Konstruktion nötig. Die revolutionäre Idee zahlt sich aus: Der Durchsatz liess sich mit der neuen Anlage stark erhöhen.

NEWS

IMPRESSUM

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Biologen haben herausgefunden, dass Immunzellen im Gehirn eine Substanz herstellen können, die Bakterien am Wachstum hindert: Die sogenannte Itakonsäure. Sie wird bei einer Immunreaktion durch spezielle Zellen ausgeschieden.

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FORSCHUNGSWELT

Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Pfaffacherweg 189 Postfach 19 CH-5246 Scherz Telefon +41 (0)56 619 52 52 Telefax +41 (0)56 619 52 50 info@sigimedia.ch Chefredaktion GOLDHAHN SCIENCE AND NEWS GmbH Dr. Sabine Goldhahn (sago) Bündtenweg 2 CH-4323 Wallbach Telefon +41 (0)61 861 10 11 redaktion@sigwerb.com

Produktion Sprüngli Druck AG Dorfmattenstrasse 28 CH-5612 Villmergen Telefon +41 (0)56 619 53 53 Telefax +41 (0)56 619 53 00 info@spruenglidruck.ch www.spruenglidruck.ch Abonnemente Telefon +41 (0)41 711 61 11 info@sigwerb.com www.chemiextra.com Jahresabonnement Schweiz: CHF 38.00 (inkl. Porto/MwSt.) Jahresabonnement Ausland: CHF 58.00 (inkl. Porto) Copyright Zur Veröffentlichung angenommene Originalartikel gehen in das ausschliessliche Verlagsrecht der SIGWERB GmbH über. Nachdruck, fotomechanische Vervielfältigung, Einspeicherung in Datenverarbeitungsanlagen und Wiedergabe durch elektronische Medien, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlags. Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Haftung übernommen. Copyright 2013 by SIGWERB GmbH, CH-6301 Zug

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I N H A LT S V E R Z E I C H N I S

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MESSEBERICHTE

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ILMAC: Chemisch-technische Vielfalt in Basel 33

Schon seit 1999 ist Robert Appel der Leiter der ILMAC bei der MCH Swiss Exhibition Basel. Im Gespräch mit CHEMIEXTRA erzählt er, mit welchen Neuheiten die Messe in diesem Jahr aufwarten kann und was den Reiz der ILMAC auch in wirtschaftlich anspruchsvollen Zeiten ausmacht.

Die nächste Generation des Biotreibstoffs Das Schweizer Spezialchemieunternehmen Clariant entwickelt ein Verfahren zur Herstellung des Biotreibstoffs Ethanol (C 2H5OH) aus Pflanzenresten. Im Gegensatz zu bisherigen Methoden besteht keine Konkurrenz zu Nahrungsmitteln, und der Prozess weist eine deutlich bessere Umweltbilanz auf.

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ANALYTIK

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MEDIZIN / PHARMA

Bei Zahnfleischentzündungen werden oft desinfizierende Mundwässer empfohlen. Die darin enthaltenen Wirkstoffe könnten künftig noch einen anderen Anwendungsbereich finden, denn Chlorhexidin und Alexidin verstärken den programmierten Zelltod und könnten so bei Krebserkrankungen des Mund- und Rachenraumes wirksam sein.

Feuer verwandelt jedes Jahr Millionen Hektar Vegetation in Holzkohle. Dass diese nicht, wie bisher angenommen, im Boden verbleibt, sondern über Flüsse ins Meer gelangt und so dem globalen Kohlenstoffkreislauf zugeführt wird, hat nun ein internationales Forscherteam gezeigt.

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FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

Juli / August 2013

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CLEANTEC/ SUSTAINABILITY

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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VERANSTALTUNGEN

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PRODUKTE

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SEBIO GmbH Geissbrunnenweg 14, CH-4452 Itingen Telefon +41 (0)61 971 83 44 Telefax +41 (0)61 971 83 45 info@sebio.ch, www.sebio.ch 3


CHEMIE

Basische Alkalisalze verbessern Katalysator für Methanol-Dampfreformierung

Gesalzene Katalysatoren für Energiespeicherung

Ein zentrales Problem bei der Nutzung regenerativer Energie besteht in der starken Schwankung der entsprechenden Stromerzeugung. Wind- und Sonnenenergie kann im grossen Stil noch nicht auf Vorrat produziert werden. Eine interessante Möglichkeit bietet hier die Speicherung von Wasserstoff (H2) als Methanol (CH3OH): Überschüssig produzierter Strom kann für eine WasserElektrolyse verwendet werden, bei der energiereiches Wasserstoffgas entsteht. Dieses wird dann mit Kohlendioxid zu Methanol und Wasser umgesetzt und so in flüssiger Form gespeichert. Aus Methanol lässt sich der Wasserstoff zu einem späteren Zeitpunkt wieder freisetzen, um zum Beispiel eine Brennstoffzelle zu betreiben. Dies geschieht durch das Dampfreformieren von Methanol, das im Prinzip eine Umkehrung der Methanol-Bildungsreaktion darstellt. Die Bildung von Kohlenmonoxid (CO) ist dabei zu vermeiden, da selbst Spuren von CO den Katalysator der Brennstoffzellen zerstören. Es gilt also eine selektive Reaktion zu finden, die auch dezentral in kleineren Reaktoren bei möglichst niedriger Temperatur effektiv abläuft. Das Team um Peter Wasserscheid und Jörg Libuda von der Universität Erlangen-Nürnberg hat die Herausforderung angenommen und einen entsprechenden Katalysator entwickelt. Die Chemiker brachten Platin-Nanopartikel auf einen Träger aus Aluminiumoxid auf. Der entscheidende Kniff: Die Oberfläche ist mit einem dünnen Film aus basischen Salzen, einer Mischung aus Lithium-, Kalium- und Caesiumacetat, beschichtet. Flüssige Salze haben einen äusserst geringen Dampfdruck, sodass sie auch unter den Bedingungen einer kontinuierlichen Reaktion in der Gasphase auf der Katalysatoroberfläche verbleiben. 4

Bild: M Kusche et al. Enhanced Activity and Selectivity in Catalytic Methanol Steam Reforming by Basic Alkali Metal Salt Coatings. Angew Chem 2013. DOI: 10.1002/ange.201209758. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

Die Speicherung von Wasserstoff in Form von Methanol ist eine vielversprechende Technik, um überschüssige Energie aus Wind- und Solarkraftwerken zu nutzen. Voraussetzung dafür ist eine effiziente Rückgewinnung des Wasserstoffs. Für dieses sogenannte Dampfreformieren stellen Chemiker jetzt einen neuen Katalysator vor. Dieser ist mit geschmolzenen, basischen Alkalisalzen beschichtet und zeigt äusserst effiziente und selektive Wirkung.

Drei Alkalimetallionen: Aktivität und Selektivität von Pt/Al 2O3-Katalysatoren, die Methanol und Wasser in Wasserstoff und Kohlendioxid umwandeln, konnten verbessert werden, indem man diese Materialien mit einer dünnen Schicht der geschmolzenen Salzmischung Li/K/Cs-Acetat überzieht. Die Kaliumdotierung wurde mithilfe spezieller infrarot-spektroskopischer Messungen als wichtiger Faktor für die erhöhte Leistungsfähigkeit des Katalysators identifiziert.

Mehrere Faktoren erklären die hohe Wirksamkeit der Salzbeschichtung: Einerseits ist in der Salzschmelze die Löslichkeit für den gebildeten Wasserstoff sehr gering, welcher daher rasch aus der Reaktionszone entfernt wird. Zum anderen ist das Salz hygroskopisch – das heisst, es zieht Wasser an. Damit wird das Wasser, das für die Reaktion gebraucht wird, an den aktiven Stellen des Katalysators zur Verfügung gestellt. Die Alkalimetallionen der Salze sorgen ausserdem für eine stärkere Bindung der Reaktanten, während die basischen Eigenschaften des Salzes die Selektivität für CO2 erhöhen. Im Vergleich zum unbeschichteten Material zeigte der beschichtete Katalysator eine deutlich höhere katalytische Aktivität sowie eine sehr deutliche Verbesserung der Selektivität zu Kohlendioxid auf über 99 Prozent.

Quelle: Angewandte Chemie/Wiley-VCH Originalpublikation F Kusche et al., «Enhanced Activity and Selectivity in Catalytic Methanol Steam Reforming by Basic Alkali Metal Salt Coatings», Angew Chem Int Ed 52(19), 5028–5032 (2013)

Kontakt Prof. Peter Wasserscheid Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Deutschland wasserscheid@crt.cbi.uni-erlangen.de www.crt.cbi.uni-erlangen.de

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CHEMIE

Nanodrähte aus Diamantandicarbonsäuren in Kohlenstoff-Nanoröhren

Diamantene Drähte

Kohlenstoff kommt in verschiedensten Formen vor, von denen Graphit und Diamant die bekanntesten sind. Während Graphit aus zweidimensionalen, wabenartigen Kohlenstoff-Schichten besteht, sind Diamanten dreidimensionale, käfigartige Gerüste aus gewellten Kohlenstoff-Sechserringen. Daneben ist inzwischen eine Vielzahl neuer Konfigurationen in der Nanometer-Grössenordnung bekannt: Fullerene, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen (Graphit-Einzelschichten), Nanodiamanten und Diamantoide. Diamantoide sind mineralische Cycloalkan-Moleküle mit einem diamantartigen Kohlenstoffgerüst. Sie lassen sich als Miniatur-Diamanten auffassen, an deren Aussenflächen Wasserstoff gebunden ist. Für viele Anwendungen im Nanomassstab braucht man nanoskopische Drähte. Verschiedene Typen wurden bereits hergestellt, inzwischen auch Nanodrähte aus Kohlenstoff in der Diamant-Konfiguration mit circa 50 bis 100 Nanometern Durchmesser. Das Forscherteam aus Japan, China, Deutschland und den USA wollte mit den Dimensionen noch weiter bis in den sub-Nanometerbereich heruntergehen. Solche winzigen Drähte könnten als Spitze für Rastersondenmikroskope interessant sein, mit denen die Topologie einer Oberfläche in extrem hoher Auflösung abgetastet und dann abgebildet werden kann. Die Idee der Forscher um Hisanori Shinohara von der Universität Nagoya war, Diamantoide zu langen, superdünnen Drähten zu fusionieren. Die Umsetzung gelang durch einen Trick: Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift «Angewandte Chemie» berichten, verwenden sie Kohlenstoffnanoröhren als Gussform für die Drähte. Als Ausgangsmaterial dient Diamantan, ein Diamantoid aus zwei diamantartigen Käfigen. An beiden Seiten des Moleküls hängen die Wissenschaftler je eine Carbonsäure-Gruppe an. Für die Syn7–8/2013

Diamantenfiber: Das Tempern von Diamantan-4,9-dicarbonsä ure in Kohlenstoff-Nanoröhren unter Wasserstoffatmosphä re lieferte Kohlenstoff-Nanodrä hte, bei denen es sich nach HR-TEM-Aufnahmen, nach Raman-Spektren, den nach Bestrahlung mit einem intensiven Elektronenstrahl beobachteten Strukturumwandlungen und in Einklang mit Rechnungen wohl um Diamant-Nano drä hte mit sp3-Hybridisierung handelt.

these werden die Moleküle in die Dampfphase überführt. Sie werden dann durch Kräfte ähnlich den Kapillarkräften in die winzigen Kohlenstoffnanoröhren hineingesaugt. Als geeignet erwiesen sich Röhren mit einem Innendurchmesser von etwa 1,3 Nanometern. Im Innern der Röhren richten sich die Diamantoide wie Perlen auf einer Schnur aus. Erhitzt man unter Wasserstoffatmosphäre auf ungefähr 600 Grad Celsius, polymerisieren die einzelnen Diamantoid-Moleküle über ihre Carbonsäure-Gruppen zu einem langen, 0,78 Nanometer dünnen Draht. Die käfigartige Struktur bleibt dabei erhalten. Mithilfe theoretischer Berechnungen und verschiedener analytischer Methoden konnten die Wissenschaftler belegen, dass der Kohlenstoff in den Drähten tatsächlich in diamantartiger Konfiguration vorliegt. Derzeit arbeiten sie an einer Ultraschall-Technik, um damit die Nanodrähte aus den umhüllenden Nanoröhren freizusetzen.

Bilder: J Zhang, et al. Evidence of Diamond Nanowires Formed inside Carbon Nanotubes from Diamantane Dicarboxylic Acid. Angew Chem 2013. DOI: 10.1002/ange.201209192. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

Nanomaterialien aus Kohlenstoff zeigen einzigartige Eigenschaften, die grosses technologisches Potenzial bergen. Sie könnten Anwendungen in Leichtbau und Elektronik, Energie-, Umwelt- und Medizintechnik finden. Ein internationales Forscherteam stellt jetzt einen neuen Ansatz zur Herstellung besonders feiner Nanodrähte aus Kohlenstoff in der Diamantkonfiguration vor. Moleküle mit diamantartiger Struktur werden dazu im Innern einer Kohlenstoff-Nanoröhre miteinander verknüpft.

a) Hochaufgelöste elektronenmikroskopische Aufnahme des Kohlenstoff-basierten Nanodrahts im Innern einer doppelwandigen Nanoröhre b) Simulierte Darstellung des diamantenen Nanodrahts im Innern einer doppelwandigen Nanoröhre zusammen mit dem entsprechenden Strukturmodell

Originalpublikation J Zhang et al., «Evidence of Diamond Nanowires Formed inside Carbon Nanotubes from Diamantane Dicarboxylic Acid», Angew Chem Int Ed Engl 52(13), 3717–3721 (2013)

Kontakt Prof. Hisanori Shinohara Graduate School of Science Department of Chemistry and Institute for Advanced Research, Nagoya University, Japan noris@nagoya-u.jp www.chem.nagoya-u.ac.jp/ wordpress/?page_id=1101&lang= en

Quelle: Angewandte Chemie/Wiley-VCH 5


CHEMIE

Kostengünstige Eisen-Cobalt-Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese

Audiokassetten als Inspiration Fortschritt in der Treibstoffproduktion: Für die Herstellung von Nanopartikeln aus kostengünstigen EisenoxidKernen mit sehr dünnen Cobalt-Schalen modifizierte ein internationales Forscherteam eine Methode, die ursprünglich für Magnetbänder entwickelt worden war. Wie die Forscher darlegen, sind die Partikel ausgezeichnete Fischer-Tropsch-Katalysatoren für die Produktion guter Diesel-Fraktionen.

aus Kohle oder Erdgas eingesetzt. Dafür eignet sich auch Biomasse als Rohstoff.

Der Katalysator ist entscheidend Ob die Reaktion innerhalb eines realistischen Zeitfensters abläuft, entscheidet die Wahl des richtigen Katalysators. Dessen aktive Komponente ist Eisen oder Cobalt. Jedes dieser Metalle hat Vor- und Nachteile und kommt abhängig von den unterschiedlichen Eigenschaften der eingespeisten Gase zum Einsatz. Zumeist werden Cobalt-Katalysatoren eingesetzt, die jedoch sehr teuer sind.

Die hochaufgelöste Transmissions-Elektronenmikroskop-Aufnahme zeigt die innere Struktur eines Kern-Schale-Partikels. Kern und Schale können durch den unterschiedlichen Kontrast erkannt werden (unten). Die blauen unterbrochenen Linien dienen der Orientierung. Die Grafik oben demonstriert, dass die Konzentration an Cobalt in der Schale höher ist als im Kern.

Da nur die Oberfläche des Katalysators wirksam ist, sind Partikel mit einem Kern aus kostengünstigem Material und einer dünnen Schicht des teuren, aktiven Materials eine

Alternative. Dazu wird allerdings ein Verfahren benötigt, das die präzise Herstellung der nanostrukturierten Teilchen gewährleistet, gleichzeitig aber kostengünstig, einfach und grosstechnisch praktikabel ist.

Neues Herstellungsverfahren für Eisenoxid-Cobalt-Partikel Ein niederländisch-französisch-deutsches Team um Gadi Rothenberg von der Universität Amsterdam hat nun gemeinsam mit Total Gaz & Energies Nouvelles ein solches Verfahren entwickelt. Die Forscher liessen sich dabei von Patenten aus den Sechzigerjahren für die Herstellung von AudioMagnetbändern inspirieren. Diese wurden mit zigarrenförmigen Kern-Schale-Partikeln aus kostengünstigem Eisenoxid mit sehr dünnen Cobalt-Schichten versehen. Rothenberg und sein Team stellen in der Zeit-

Im Zuge zunehmender Bedeutung von Erdgas und Schiefergas rückt ein Verfahren wieder in den Blickpunkt, das fast einhundert Jahre alt ist: die Fischer-Tropsch-Synthese. 1925 entwickelt, wurde damit grosstechnisch Kohle katalytisch über ein Kohlenstoffmonoxid-Wasserstoff-Gemisch – das sogenannte Synthesegas – in gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Derzeit wird es in einigen Ländern zur Herstellung ultrareiner Treibstoffe 6

Bild: © Digitalpress – Fotolia.com

Bild: VR Calderone et al. De Novo Design of Nanostructured Iron–Cobalt Fischer–Tropsch Catalysts. Angew Chem 2013. DOI: 10.1002/ange.201209799. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

Audiokassetten sind der Schlüssel zu einer verbesserten Fischer-Tropsch-Katalyse. Für deren Magnetbänder wurde die Herstellung von Partikeln aus billigen Eisenoxid-Kernen mit sehr dünnen Cobalt-Schalen optimiert. Diese Partikel sind ausgezeichnete Fischer-Tropsch-Katalysatoren für die Herstellung guter Diesel-Fraktionen und leicht im grossen Massstab zugänglich.

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CHEMIE

schrift «Angewandte Chemie» jetzt ein modifiziertes Herstellungsverfahren für kugelförmige Eisenoxid-Cobalt-Partikel als Katalysatoren vor. Dazu werden Eisenoxid-Nanopartikel aus einer Eisenchlorid-Lösung hergestellt. Bei Zugabe einer Cobaltnitrat-Lösung wächst eine feine Cobaltoxid-Schicht auf. So erhalten die Forscher circa 10 Nanometer grosse Teilchen mit einem 8 Nanometer grossen Eisenoxid-Kern und einer 1 Nanometer dicken, cobaltreichen Schale. Diese werden zusammen mit Tonerde als Trägermaterial zu Pellets verarbeitet und anschliessend unter Wasserstoffatmosphäre erhitzt. Dabei wird Cobaltoxid zu metallischem Cobalt reduziert und der Katalysator damit aktiviert. Tests in Fischer-Tropsch-Reaktoren in Lille und Bayreuth ergaben, dass die Partikel wirkungsvolle, stabile Katalysatoren sind. Die Produktzusammensetzung zeigt, dass Eisen an der Katalyse beteiligt ist, was auf

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einen noch nicht erforschten Effekt hindeutet. Quelle: Angewandte Chemie/Wiley-VCH Originalpublikation VR Calderone et al., «De Novo Design of Nanostructured Iron-Cobalt Fischer-Tropsch Catalysts», Angew Chem Int Ed 52(16), 4397–4401 (2013)

Kontakt Prof. Gadi Rothenberg Van’t Hoff Institute for Molecular Sciences University of Amsterdam Niederlande g.rothenberg@uva.nl www.hims.uva.nl/hcsc

an der

Halle 1.2 Stand B82 Notieren Sie sich das Datum bereits heute – wir freuen uns auf Ihren Besuch!

24. – 27. September 2013 in Basel

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CHEMIE

Forscher enthüllen die Struktur einer Hydrogenase in Archaebakterien

Wie wird aus Wasserstoff Methan? Die biologischen Quellen von Methan sind vielfältig, aber die wichtigsten sind stets sauerstofffrei. In Reisfeldern, Mooren und Kuhmägen etwa setzen Archaebakterien das potente Treibhausgas frei. Forscher haben nun einen Einblick in diese biochemische Methanproduktion gewonnen, indem sie mithilfe der Cryo-Elektronenmikroskopie die Struktur des Enzyms Frh aufklärten. Diese Hydrogenase spaltet Wasserstoff, sodass er mit Kohlendioxid weiter zu Methan verarbeitet werden kann. Ein genaues Verständnis, wie solche Hydrogenasen aufgebaut sind und arbeiten, könnte helfen, nach ihrem Vorbild auch synthetische Katalysatoren für den umgekehrten Prozess der Wasserstoffproduktion zu entwickeln.

Molekulare Struktur des Frh-Proteins, eines Enzyms, das in der Zellmembran von Archaebakterien zu finden ist und Wasserstoff spaltet: Jeweils eine blaue, blaugrüne und violet te Untereinheit bilden zusammen ein Trimer. Zwölf dieser Trimere bilden zusammen das gesamte Enzym. Die gelben und orangen Kugeln zeigen die reaktiven Metallzentren an.

Wie sehr Rinderherden, Reisfelder und auftauende Permafrostböden den Klimawandel verstärken, ist noch nicht geklärt. Fest steht jedoch, dass Archaebakterien im Darm von Kühen, in sauerstoffarmen Gewässern und Böden aus Wasserstoff und Kohlendioxid das hochwirksame Treibhausgas Methan produzieren. Um die Bedeutung der biologischen Methanbildung besser abschätzen zu können, wollen Wissenschaftler den Prozess im Detail verstehen. Forscher zweier Max-Planck-Institute haben jetzt dazu beigetragen, indem sie enthüllten, wie die F420 -reduzierende [NiFe]-Hydrogenase, kurz Frh, aufgebaut ist und wo das Koenzym F420 an ihr andockt. 8

Hydrogenasen, die in der Zellmembran der Archaebakterien sitzen, stellen wichtige Enzyme bei der Bildung von Methan dar. Denn sie spalten Wasserstoff-Moleküle in Protonen und Elektronen, die sodann in mehreren Schritten letztlich auf Kohlendioxid übertragen werden. Frh schiebt die Elektronen dabei zunächst zum Koenzym F420, das diese für andere Reaktionen im methanogenen Pfad bereitstellt. Das Enzym gehört zu den Nickel-Eisen-Hydrogenasen, in denen die eigentliche Reaktion an einem aktiven Zentrum aus Nickel und Eisen stattfindet. Bislang war nur die Struktur der Enzyme aus einer von fünf Grup-

pen, in die die Nickel-Eisen-Hydrogenasen eingeteilt werden, bekannt. Mit ihrer Analyse, wie Frh aufgebaut ist, enthüllen die Forscher nun Strukturdetails aus einer weiteren Gruppe der Biokatalysatoren. «Es war schon bekannt, dass Frh das Koenzym F420 in einer speziellen zusätzlichen Untereinheit bindet», erklärt Janet Vonck, die am Max-Planck-Institut für Biophysik forscht. «Aber über die Detailstruktur wussten wir praktisch nichts.» Wesentliche Aspekte der Enzymstruktur haben die Wissenschaftler nun mithilfe von Cryo-Elektronenmikroskopie entschlüsselt. Bei dieser Methode frieren sie die Proteine zunächst in einer dünnen Schicht aus Eis ein, damit die Biopolymere still stehen. Mit einem

Bild: Mills et al., eLife 2, e00218, 2013.

Bild: Max-Planck-Institut für Biophysik

Eingefrorene Einblicke in unbekannte Strukturdetails

Ausschnitt aus einer hochaufgelösten Cryo-Elektronenmikroskopie-Karte des Frh-Proteins, mit überlagertem Bändermodell: Der ein Nanometer dicke Schnitt durch die Abbildung zeigt die drei Untereinheiten (blau, blaugrün und violett) eines Frh-Trimers. Die aktiven Zentren sind ebenfalls ersichtlich – so zum Beispiel in der blaugrünen Untereinheit das Nickel-EisenZentrum als orange-grünes Kugelpaar.

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Bild: Mills et al., eLife 2, e00218, 2013.

Modell eines Trimers des Frh-Proteins: Das orange-grüne Kugelpaar im oberen Bereich stellt ein Nickel-Eisen-Zentrum dar; ganz unten ist (wiederum in grün) das Koenzym F 420 eingezeichnet.

Elektronenmikroskop nehmen die Forscher dann viele Bilder von den Proteinen auf, die in unterschiedlichen Orientierungen vorliegen. Anschliessend führen sie diese am Computer zu einer dreidimensionalen Struktur zusammen.

Hydrogenasen als Wasserstoffproduzenten «Wir haben festgestellt, dass Frh grosse tetraedrische Komplexe formt», erklärt Vonck. Drei verschiedene Untereinheiten bilden eine funktionsfähige Einheit. Insgesamt zwölf dieser Trimere schliessen sich zu einem Makromolekül zusammen. «Warum sich jeweils zwölf Trimere zusammenschliessen, wissen wir noch nicht», sagt Seigo Shima, Wissenschaftler am MaxPlanck-Institut für terrestrische Mikrobiologie. «Die chemische Reaktion ist theoretisch auch mit einem der Trimere möglich.» Die Wissenschaftler verglichen ausserdem die Struktur des Enzyms ohne F420 mit der, an welcher das Koenzym gebunden war. So identifizierten sie die Tasche, in der sich das Koenzym anlagert. 7–8/2013

Über die Struktur und Funktion der Hydrogenasen wollen die Forscher nicht nur deshalb mehr erfahren, weil sie dann den Einfluss Methan produzierender Archaebakterien auf das Klima besser verstehen. Die genaue Kenntnis der Enzyme und ihrer Arbeitsweise könnte auch für technische Anwendungen interessant sein. Denn die Reaktion, in der Hydrogenasen Wasserstoff in Protonen und Elektronen zerlegen, lässt sich auch umkehren, sodass die Enzyme aus Protonen und Elektronen Wasserstoff bilden. Sobald die Zusammenhänge zwischen den unterschiedlichen Bauplänen und Funktionsweisen beziehungsweise den verschiedenen Eigenschaften der Hydrogenasen klar sind, lassen sich die Enzyme möglicherweise für technische Einsätze optimieren. Denn gerade die effizientesten in der Natur vorkommenden Hydrogenasen sind nicht stabil genug und reagieren vor allem auf Sauerstoff sehr empfindlich. Liesse sich ihr Bauplan so ändern, dass sie robuster würden, könnten sie angetrieben mit der Energie des Sonnenlichts in technischen Anlagen Wasserstoff erzeugen. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft Originalpublikation DJ Mills, S Vitt, M Strauss, S Shima, J Vonck, «De novo modelling of the F420 -reducing [NiFe]-hydrogenase from a methanogenic archaeon by cryo-electron microscopy», eLife, doi: 10.7554/eLife.00218 (2013)

Kontakt Dr. Janet Vonck Max-Planck-Institut für Biophysik Frankfurt am Main Deutschland janet.vonck@biophys.mpg.de www.biophys.mpg.de/de/vonck.html Seigo Shima Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie Marburg Deutschland shima@mpi-marburg.mpg.de www.mpi-marburg.mpg.de/ shima/research

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CHEMIE

Farbechte bunte Pigmente aus amorphen Anordnungen von Siliciumdioxid und Russ

Aus Schwarz und Weiss wird Bunt Es ist ärgerlich, wenn Farben mit der Zeit verblassen, etwa durch Lichteinwirkung. Japanische Wissenschaftler stellen jetzt einen neuen Typ farbechter, umweltfreundlicher Pigmente vor. Sie bestehen aus Submikrometergrossen Siliciumdioxid-Partikeln und Industrieruss und werden einfach aufgesprüht. So entstehen hochbelastbare, farbechte Pigmente.

chen können auch ohne Absorption spektraler Anteile farbig erscheinen, weil es zu einer wellenlängenabhängigen optischen Interferenz, Brechung und Lichtstreuung kommt. Die Farbe hängt von der Partikelgrösse ab.

Techniken, um Mattheit und Irisieren der Farben zu umgehen

Organische Farben verblassen, weil sie von UV-Licht angegriffen werden. Anorganische Pigmente verblassen zwar nicht, basieren aber häufig auf toxischen Schwermetallen wie Chrom. Yukikazu Takeoka und Shinya Yoshioka und ihre Kollegen von den Universitäten Nagoya und Osaka setzen für ihre neuartigen Pigmente dagegen auf Siliciumdioxid (SiO2), dem Hauptbestandteil von Sand. Submikrometer-grosse SiO2-Partikel erscheinen weiss für das menschliche Auge. Woher soll also die Farbe kommen?

Allerdings irisieren Strukturfarben normalerweise, das heisst, der Farbeindruck variiert je nach Beleuchtungs- und Blickwinkel. Schuld ist die hohe Ordnung der Teilchen in ihrem Kristallgitter. Die Forscher wollten daher das Kristallisieren vermeiden und die Teilchen in einer nichtkristallinen, amorphen Anordnung erhalten – eine sehr schwierige Aufgabe. Die Wissenschaftler lösten das Problem, indem sie die Siliciumdioxid-Nanopartikel in Methanol dispergierten und auf die zu färbende Fläche aufsprühten. Das Methanol verdampft während des Sprühvorgangs, sodass das SiO2 als trockenes Pulver auf die Fläche gelangt, wo es eine dünne, gleichmässige Membran aus amorphen Teilchen bildet und keine Gelegenheit mehr zum Kristallisieren bekommt. Ein Polyelektrolyt kann die Struktur der kolloidalen amorphen Anordnung zudem stabilisieren. Je nach Partikelgrösse erhielten die Forscher Membranen von weisslich-blau (230 nm) bis weisslich-pink (360 nm).

Herkömmliche Pigmente absorbieren einen Teil des sichtbaren Lichts, die reflektierten Teile addieren sich dann zu einem bestimmten Farbeindruck. In der Natur weit verbreitet, zum Beispiel bei Schmetterlingen, ist daneben ein anderes Prinzip der Farbentstehung, die sogenannten Strukturfarben: Anordnungen von sehr kleinen Teil-

Mit amorphen Strukturen lassen sich allerdings nur sehr blasse Farben erzielen. Aber auch für dieses Problem fand das Team eine Lösung: Werden Russpartikel zugegeben, lässt sich die Farbsättigung deutlich erhöhen. Der Grund: Die Russpartikel reduzieren die Lichtstreuung über das gesamte sichtbare Spektrum. So sind mit der

Farbecht: Pigmente mit verschiedenen winkelunabhängigen Farben wurden mit einer aussergewöhnlich einfachen Sprühmethode hergestellt. Die Methode basiert auf der Nutzung von Submikrometer-grossen SiO 2 -Partikeln und Industrieruss. Ein Polyelektrolyt, der an den Partikeln haftet, kann die Struktur der kolloidalen amorphen Anordnung stabilisieren und damit hochbelastbare, farbechte Pigmente erzeugen.

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Unterschiedlich gefärbte Membranen aus Siliciumdioxid-Nanopartikeln der Grösse 230 nm, 280 nm and 360 nm (von links nach rechts) und schwarzen Partikeln Bilder: Y Takeoka et al. Production of Colored Pigments with Amorphous Arrays of Black and White Colloidal Particles. Angew Chem Int Ed, 52(28): 7261–7265 (2013). DOI: 10.1002/ anie.201301321. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

neuen Technologie sowohl intensiv gefärbte Bilder in vielen satten Farben als auch Malereien in blassen, matten Farben im japanischen Stil möglich. Ausser für Kunstobjekte könnten die Pigmente auch in Fassadenfarben und Autolacken sowie in kosmetischen Produkten Anwendung finden. Quelle: Angewandte Chemie Originalpublikation Y Takeoka et al., «Production of Colored Pigments with Amorphous Arrays of Black and White Colloidal Particles», Angew Chem Int Ed 52(28), 7261–7265 (2013)

Kontakt Prof. Yukikazu Takeoka Department of Molecular Design and Engineering Nagoya University Japan ytakeoka@apchem.nagoya-u.ac.jp www.apchem.nagoya-u.ac.jp/06-BS-2/ sekilabo/index.html

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CHEMIE

Fotokomplex erlaubt Kontrolle über die 3D-Struktur von Polymerbürsten

Polymerbürsten wachsen nach dem Licht Polymerbürsten bestehen aus organischen Kettenmolekülen, die dicht aneinandergereiht an eine Oberflächenmatrix binden und von dieser wie Borsten abstehen. Sie finden Anwendung in der Medizintechnik und gelten als vielversprechende Zukunftstechnologie. Amerikanische Chemiker stellen nun eine einfache Methode vor, mit der sie das Wachstum dieser Borsten auf der Nanoebene kontrollieren können.

Ein einfacher Zugang zu gemusterten 3D-Polymerbürsten basiert auf einer durch sichtbares Licht angeregten radikalischen Polymerisation. Die zeitliche und örtliche Kontrolle der Polymerisation ermöglicht die Musterung der Polymerbürsten ausgehend von einer einheitlichen Initiatorschicht durch eine einfache Fotomaske. Durch Änderung der Lichtintensität können unter anderem gemusterte Polymerblöcke und komplexe 3D-Strukturen aufgebaut werden. Bilder: JE Poelma, BP Fors, GF Meyers, JW Kramer, CJ Hawker. Fabrication of Complex Three-Dimensional Polymer Brush Nanostructures through Light-Mediated Living Radical Polymerization. Angew Chem 2013. DOI: 10.1002/ange.201301845 Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

Die derzeitigen und zukünftigen Anwendungsbereiche für Polymerbürsten sind vielfältig. So kann eine Beschichtung aus Polymerbürsten die Adsorption von Proteinen an Kunststoffoberflächen verhindern. Dieser Effekt ermöglicht den Einsatz bei künstlichen Herzklappen oder Dialysegeräten. Aber auch für die nächste Generation mikroelektronischer Geräte, biokompatible Beschichtungen von Implantaten, chemische Sensoren oder neue «intelligente» Materialien könnte die Technologie verwendet werden. Während laufend neue Strukturen für Polymerbürsten entwickelt werden, fehlt es bis jetzt an der zeitlichen und räumlichen Steuerung des Aufbauprozesses. Bisherige An7–8/2013

sätze erlaubten eine Kontrolle lediglich über die Wahl des Initiators. Abhängig von diesem wird ein schnelleres oder langsameres Wachstum angeregt. Craig J. Hawker und sein Team von der University of California hat gemeinsam mit der Firma «The Dow Chemical Company» nun eine neue Methode entwickelt, die den zeitlich und räumlich kontrollierten Aufbau auf einer einheitlichen Initiatorschicht ermöglicht. Den Forschern gelang dies durch Verwendung einer durch Licht ausgelösten radikalischen Polymerisation, einer sogenannten Fotopolymerisation. Wie lang die Polymere an einer bestimmten Stelle wachsen, hängt nur von der Stärke und der Länge der Bestrahlung ab. Um diese Strahlungsintensität zu kontrollieren, können herkömmliche Fotomasken verwendet werden. Diese sind lichtdurchlässig an Stellen, die bestrahlt werden sollen, und schirmen das Licht an den anderen Stellen ab. So lassen sich grossflächige Muster im Submikrometerbereich in einem Schritt herstellen. Die Basis bildet ein Iridium-Fotokatalysator. Nach der Anregung durch Licht bleibt dieser nur kurz aktiv und kann daher im aktivierten Zustand kaum in nicht bestrahlte Bereiche der Oberflächenmatrix vordringen. Auch Masken mit Grauschattierung können verwendet werden. Weisen diese kontinuierlich zunehmende Lichtdurchlässigkeit auf, lassen sich Polymerbürsten mit Gradientenmustern herstellen. Ein weiterer Vorteil der neuen Methode: Während der Polymerisation schieben sich die neu eingebauten Kettenteile (Monomere) immer hinter dem Initiator in die Kette ein, der Initiator verbleibt als vorderstes Ende der wachsenden Kette. Da der Initiator nicht zerstört wird und weiterhin an der richtigen Stelle zur Verfügung steht, kann die Polymerisation jederzeit unterbrochen und wieder neu gestartet werden. Auf

Musterung von Polymerbürsten aus Substraten, die mit Trichlorosilan-substituierten αBromoisobutyrat-basierten Initiatoren funktionalisiert sind (a), mithilfe einer gemusterten Fotomaske (b) und einem Gradientenfilter (c)

diese Weise kann die Fotomaske während des Prozesses beliebig oft gewechselt und sogar das verwendete Monomer variiert werden. Der Komplexität der zugänglichen Muster und Anwendungen sind so kaum noch Grenzen gesetzt. Quelle: Angewandte Chemie/Wiley-VCH Originalpublikation JE Poelma et al., «Fabrication of Complex Three-Dimensional Polymer Brush Nanostructures through Light-Mediated Living Radical Polymerization», Angew Chem 125(27), 6982–6986 (2013)

Kontakt Prof. Craig J. Hawker Materials Research Laboratory and Materials Department University of California Santa Barbara, USA hawker@mrl.ucsb.edu hawkergroup.mrl.ucsb.edu

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BIOWISSENSCHAFTEN

Hohe Ausbeute: Zellfreie Enzymkaskade stellt Wasserstoff aus Xylose her

An die Arbeit, Enzyme!

Bild: Jochen / pixelio.de

Brennstoffzellen sind eine zukunftsträchtige Art der Stromerzeugung. Allerdings wird der benötigte Wasserstoff noch grösstenteils aus Kohle, Öl und Erdgas hergestellt. Eine Gewinnung aus kostengünstiger Biomasse ist eine interessante Alternative, liefert bisher jedoch zu geringe Ausbeuten. Ein zellfreies Biosystem aus 13 Enzymen verspricht eine effiziente Alternative zu sein.

Aus dem thermophilen Mikroorganismus Thermotoga maritima, welcher in Dampfquellen vorkommt, wurde das Gen für eine Polyphosphat-Xylulokinase isoliert und so die ATP-abhängige Xylukinase ersetzt.

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chenden Enzyme von Mikroorganismen, jedoch in einem zellfreien System. 13 En-

Bild: Virginia Tech

Ein amerikanisch-mexikanisches Team konzipierte ein zellfreies Biosystem aus 13 Enzymen, das Wasserstoff aus Xylose, einem Hauptbestandteil von Pflanzen, mit einer Ausbeute von über 95 Prozent produzieren kann. Xylose, eine Pentose (Zuckermolekül aus fünf Kohlenstoffatomen), ist einer der Hauptbausteine von Lignocellulose-Biomasse – also Holz und verholzten Pflanzenteilen. Für die Wasserstoffgewinnung ist es ökonomisch nicht sinnvoll, Xylose von anderen Biomasse-Bestandteilen zu trennen. Es gibt Mikroorganismen, die Xylose und Glucose, den Baustein von Cellulose, in Wasserstoff umsetzen können. Allerdings nur in geringer Ausbeute. Percival Zhang und seine Kollegen aus den USA und Mexiko greifen daher zu einem Trick: Sie bedienen sich zwar der entspre-

zyme und verschiedene biologische CoFaktoren wie NADPH stellten sie jetzt zu einer komplexen Kaskade zusammen, die in natürlichen metabolischen Systemen so aber nicht existieren. In einem Bioreaktor liess sich so Wasserstoff aus Xylose mit über 95 Prozent Ausbeute gewinnen. Der einzige Wermutstropfen dabei: Im ersten Reaktionsschritt wird Xylose zu Xylulose isomerisiert, die dann im zweiten Schritt durch Anknüpfen einer Phosphatgruppe aktiviert werden muss. Dazu wird ATP (Adenosintriphosphat), der «Energiespeicher» von Zellen gebraucht, um chemische Energie in die Enzymkaskade zu «pumpen». Leider ist ATP ein sehr teurer Rohstoff. Worauf es beim ATP ankommt, ist die Spaltung der energiereichen Bindungen zwischen den einzelnen Phosphatgruppen. Die Idee der Forscher: Sie wollten ATP durch kostengünstiges Polyphosphat ersetzen, das ebenfalls energiereiche Phosphatbindungen enthält. Dazu ist allerdings eine Xylulokinase, ein Enzym, das Phosphatgruppen an Xylulose knüpft, nötig, die mit Polyphosphat statt ATP klarkommt.

Das Schema zeigt die in einem Reaktor enthaltenen Enzyme, darunter die neue PolyphosphatXylulokinase (XK). Sie wandeln Xylose in H 2 und CO2 um, wobei nahezu 100 Prozent der theoretisch möglichen Ausbeute erreicht werden. Die Ergebnisse legen nahe, dass zellfreie Biosysteme ausgehend von Xylose kostengünstig H 2 produzieren könnten. (Xu5P = Xylulose5-phosphat, G6P = Glucose-6-phosphat.)

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Polyphosphat kommt in Gesteinen vulkanischen Ursprungs und in Dampfquellen in den Tiefen der Ozeane vor. Urtümliche Mikroorganismen könnten dieses daher benutzt haben. Die Forscher isolierten das Gen für eine Xylulokinase aus Thermotoga maritima, einem thermophilen Mikroorganismus, der in solchen Umgebungen vorkommt, und stellten das Enzym gentechnisch her. Wie erhofft, kann das Enzym auch mit Polyphosphat arbeiten und die ATP-abhängige Xylulokinase in der Enzymkaskade erfolgreich ersetzen. Bereits zuvor hatte das Team einen synthetischen enzymatischen Weg für die Gewinnung von Wasserstoff aus Cellulose entwickelt. Nun können die beiden Hauptbestandteile von Biomasse, Cellulose und Xylose, gemeinsam umgesetzt werden, ein neuer Ansatz für eine kostengünstige Produktion von Wasserstoff.

Originalpublikation J Martín del Campo et al., «High-Yield Production of Dihydrogen from Xylose by Using a Synthetic Enzyme Cascade in a Cell-Free System», Angew Chem 125(17), 4685–4688 (2013)

Kontakt Prof. Percival Zhang Biological Systems Engineering Department College of Engineering Virginia Tech Blacksburg, USA ypzhang@vt.edu filebox.vt.edu/users/ypzhang/ zhang.htm

Quelle: Virginia Tech

10 000 -fach kleiner als ihre Vorgänger sind die Teilchenbeschleuniger der neuesten Generation. Bisher waren Teilchenbeschleuniger von der Grösse zweier Fussballfelder notwendig, um eine halbe Milliarde Elektronen über eine Distanz von nur einem Zoll – etwa 2,5 cm – auf zwei Gigaelektronenvolt zu beschleunigen. Nun ist Physikern an der Universität von Texas ein Durchbruch gelungen: Ihre Teilchenbeschleuniger finden auf einer Tischplatte Platz. Somit könnte man in Zukunft den tischgrossen Röntgenlaser auch in kleinen Labors installieren. Dadurch könnten Chemiker und Biologen den molekularen Aufbau von Substanzen mit atomarer Präzision und einer Femtosekunde Zeitauflösung direkt vor Ort analysieren. Die produzierten Röntgenstrahlen haben die Dauer einer Femtosekunde und würden es ermöglichen, die atomare Struktur von einzelnen Proteinmolekülen in lebenden Proben zu sehen. Um Elektronen zu erzeugen, die solche Röntgenstrahlen pro-

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duzieren können, haben die amerikanischen Physiker Mike Downer und seine Kollegen die Laser-Plasma-Beschleunigung entwickelt. Ein kurzer, intensiver Laserimpuls wird in ein Gasvolumen gefeuert, dabei wird das Gas ionisiert und lässt das sogenannte Plasma entstehen. Darin wird die Struktur abgebildet. Es trennt die Elektronen aus dem IonenHintergrund und lässt die Raumladungsfelder entstehen. Anschliessend treten die geladenen Partikel direkt aus dem Plasma und werden von diesen Feldern abgefangen, welche etwa mit Lichtgeschwindigkeit mit dem Laserimpuls wandern. Downer ist überzeugt, dass der 2 GeV Elektronenstrahl in absehbarer Zeit auf 10 GeV weiterentwickelt werden kann – dies wäre der anhand von Computersimulationen erhobene Grenzwert, welchen Chemiker und Biologen für ihre Messungen auf atomarer Ebene benötigen würden. (ACC) Quelle: University of Texas

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BIOWISSENSCHAFTEN

Fastenzeit für Tumorzellen

Wissenschaftler lassen Krebszellen verhungern Tumore müssen mit ausreichend Nährstoffen versorgt werden, um wachsen zu können. Um die Nährstoffversorgung sicherzustellen, regen sie benachbarte Blutgefässe mithilfe von Botenstoffen zur Sprossung an. Wissenschaftler haben nun eine neue positive Rückkopplungsschleife des Vascular Endothelial Growth Factors (VEGF) identifiziert, über die VEGF durch Bindung an den VEGF-Rezeptor-2 auf den Krebszellen seine eigene Ausschüttung ankurbelt und so das Tumorwachstum beschleunigt.

Damit haben die Forscher die Existenz des Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)Rezeptors 2 auf Tumorzellen bewiesen und einen neuen Signalweg in Tumorzellen beschrieben, der die Ausbildung neuer Blutgefässe auslöst. Durch Untersuchungen an Lungenkrebspatienten haben sie zudem herausgefunden, dass eine Therapie mit solchen Hemmstoffen nur dann sinnvoll ist, wenn die Krebszellen besonders viele VEGF-Rezeptoren 2 ausbilden. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, neue Krebstherapien zu entwickeln.

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AC ILM 1.2 / Stand B15 Halle

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Bevor Tumorzellen sich unkontrolliert teilen, verharren sie oft in einer Art Ruhezustand (Dormanz). Dabei sterben immer gerade etwa so viele Zellen ab, wie sich neue bilden. Erst eine Veränderung im Erbgut führt dazu, dass Botenstoffe gebildet werden, die das Wachstum von Blutgefässen anregen. Erst dann kann der Tumor anfangen zu wachsen. Ohne diesen Übergang vom ruhenden in den aktiven Zustand wäre das Wachstum der Krebszellen auf eine für den Körper ungefährliche Grösse beschränkt.

Schlachtstrategie: den Tumor aushungern Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für neurologische Forschung wollen dies als Angriffspunkt in der Tumortherapie nutzen. Dafür haben sie die Wirkung von VEGF untersucht, das Blutgefässe auswachsen lässt. Dem Forscherteam um Roland Ullrich zufolge wirkt VEGF auch direkt auf die ausschüttenden Tumorzellen ein. Diese nehmen es wieder über Rezeptoren auf und produzieren so noch mehr VEGF. «Diese positive Rückkopplungsschleife sorgt dafür, dass sich immer mehr Blutgefässe ausbilden und der Krebs dadurch noch schneller wächst», erklärt Ullrich. «Wir wollten deshalb herausfinden, was passiert, wenn wir sie unterbrechen.» Die Idee der Wissenschaftler: Den Krebs von der Nährstoffzufuhr abzuschneiden, ihn einfach auszuhungern. Ullrich vergleicht den Kampf gegen den Krebs mit der Belagerung einer Festung: «Man muss die Burg nicht unbedingt erstürmen, um den Gegner zu bezwingen. Es genügt, den Wasserhahn zuzudrehen.»

Bild: Wikipedia

In Versuchen an Mäusen mit Lungenkrebs schalteten die Forscher die zuständigen Hormone aus und verlangsamten so das Wachstum der Tumore. In Kombination mit anderen Hemmstoffen schrumpften sie sogar.

Das Röntgenbild zeigt ein kleines Bronchialkarzinom im linken Lungenoberlappen. Jedoch besitzen nicht alle Lungenkrebs-Typen den VEGFR-2, dies ist aber Voraussetzung, um den Tumor dank der gewonnen Erkenntnisse auszuhungern.

VEGF-Rezeptor 2 als Grundvoraussetzung Im zweiten Teil ihrer Studie untersuchten sie deshalb Mäuse, die eine bestimmte Form von Lungenkrebs aufwiesen und blockierten den VEGF-Rezeptor 2. «Und tatsächlich stellten wir bei den Tieren eine Verlangsamung des Krebswachstums fest», sagt Ullrich. «Noch beeindruckender war das Ergebnis, wenn wir einen weiteren Hemmer hinzugaben.» Dieser stört den sogenannten MAPK-Signalweg, der unter anderem das Wachstum der Tumorzellen antreibt. Einzeln gegeben, zögerten die beiden Inhibitoren das Krebswachstum nur hinaus, in Kombination allerdings liessen sie den Krebs tatsächlich schrumpfen. Die Wissenschaftler vermuten deshalb, dass es 7–8/2013


BIOWISSENSCHAFTEN

fünfte Lungenkrebspatient VEGF-Rezeptoren-2 auf den Krebszellen und könnte folglich auf diese Weise behandelt werden. Quelle: Max-Planck-Institut, Köln

Bild: Fotolia / #41995222 – Tumor© Alex

Originalpublikation S Chatterjee et al., «Tumor VEGF:VEGFR2 autocrine feed-forward loop triggers angiogenesis in lung cancer», J Clin Invest 123(4), 1732–1740 (2013)

Durch die Unterbrechung der Nahrungszufuhr des Tumors via die Blutbahnen soll dessen Wachstum gehemmt werden.

einen Zusammenhang zwischen der Hemmung des VEGF-Rezeptors 2 und dem MAPK-Signalweg gibt. «Wird den Zellen die Nährstoffzufuhr abgeschnitten, fangen diese einfach an, stärker zu wachsen», erklärt Ullrich. «Und das können wir mithilfe des zweiten Hemmers verhindern.»

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Doch nicht alle Krebstypen sind für eine solche Behandlung geeignet. Denn nur wenn die Krebszellen auch die Rezeptoren für VEGF auf ihrer Membran ausbilden, können die Hemmstoffe überhaupt wirksam werden. Den Ergebnissen der Kölner Wissenschaftler zufolge besitzt etwa jeder

Kontakt Dr. Roland Ullrich Max-Planck-Institut für neurologische Forschung Köln, Deutschland ullrich@nf.mpg.de Caroline Wieczorek Max-Planck-Institut für neurologische Forschung Köln, Deutschland Caroline.Wieczorek@nf.mpg.de www.nf.mpg.de

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BIOWISSENSCHAFTEN

Neue Entdeckung könnte den Weg für eine Parkinson-Behandlung ebnen

Körpereigenes Antibiotikum im Gehirn Biologen haben herausgefunden, dass Immunzellen im Gehirn eine Substanz herstellen können, die Bakterien am Wachstum hindert: Die sogenannte Itakonsäure. Sie wird bei einer Immunreaktion durch spezielle Zellen ausgeschieden. Forscher wollen nun untersuchen, ob diese Erkenntnis bei der Behandlung der Parkinson-Krankheit eine Rolle spielen könnte.

lysiert. Ihr Ergebnis: Die Produktion einer bestimmten Substanz ist hochreguliert – Itakonsäure. «Itakonsäure spielt in der Kunststoffproduktion eine wichtige Rolle. Dort wird sie in Bioreaktoren von Pilzen in grossem Massstab produziert», erklärt Hiller und ergänzt: «Dass auch Säugerzellen Itakonsäure synthetisieren können, war eine grosse Überraschung.» Itakonsäure

«Das ist ein bahnbrechendes Ergebnis», sagt Rudi Balling vom Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB): «Damit ist uns erstmals der Nachweis eines körpereigenen Antibiotikums im Gehirn gelungen.» Alessandro Michelucci ist Zellbiologe mit Schwerpunkt Neurowissenschaften. Eine ideale Kombination für das LCSB, an dem neurodegenerative Erkrankungen mit Schwerpunkt Parkinson-Krankheit erforscht werden – also die Veränderung von Zellen im Nervensystem des Menschen. «Über Immunreaktionen des Gehirns ist noch wenig bekannt», sagt Michelucci: «Da wir aber Zusammenhänge zwischen Immunsystem und Parkinson vermuten, wollten wir herausfinden, was im Gehirn passiert, wenn man dort eine Immunreaktion auslöst.» Michelucci brachte dafür Zellkulturen von Mikrogliazellen, den Immunzellen im Gehirn, mit spezifischen Bestandteilen von Bakterienmembranen in Kontakt. Die Mikrogliazellen produzierten daraufhin ein Gemisch von Stoffwechselprodukten.

Itakonsäure: Schlüsselrolle in der Kunstoffproduktion Dieses Gemisch haben die Wissenschaftler in Hillers Metabolomics Gruppe genau ana16

IRG1 für die Herstellung verantwortlich Allerdings war unklar, wie die Zellen die Substanz herstellen. Über den Vergleich der Sequenz des Enzyms aus den Pilzen mit dem menschlichen Protein konnte Karsten Hiller dann ein menschliches Gen identifizieren. Dieses codiert für ein dem Pilzprotein sehr ähnliches Eiweiss: Immunoresponsives Gen1 oder kurz IRG1. Das war eine bahnbrechende Entdeckung, da die Funktion des Gens bisher unbekannt war. «Im Zusammenhang mit IRG1 gibt es noch viele weisse Flecken auf der Landkarte. Wir wussten, dass es eine Rolle bei der Immunantwort spielt – aber welche genau, lag im Dunkeln», beschreibt Hiller die Lage. Um das zu ändern, schaltete das Team IRG1 in den Zellkulturen aus, und fügte es in andere Zellen ein, die IRG1 normalerweise nicht ablesen. Die Experimente zeigten, dass in Säugerzellen IRG1 für ein Itakonsäure produzierendes Enzym codiert. Aber warum? Wenn Immunzellen wie Makrophagen oder Mikrogliazellen Bakterien aufnehmen, um sie unschädlich zu machen, können die Eindringlinge trotzdem überleben: Sie schalten einen besonderen Stoffwechselweg ein, den so genannten Glyoxylat-Shunt.

Parkinson-Krankheit zukünftig behandeln? Hiller vermutet: «Makrophagen produzieren Itakonsäure, um diesen Stoffwechselseitenweg stillzulegen und die Bakterien doch abzutöten, denn Itakonsäure blockiert das erste Enzym in Glyoxylat-Shunt. So unterstützen die Makrophagen die angeborene Immunantwort und verdauen die aufgenommenen Bakterien.» Balling beschreibt die Perspektiven, die sich aus diesen Erkenntnissen ergeben: «Die ParkinsonKrankheit ist hochkomplex und hat eine Vielzahl von Ursachen. Wir wollen jetzt untersuchen, welche Bedeutung Infektionen des Nervensystems dabei haben – und ob Itakonsäure eine Rolle bei der Diagnose und Therapie von Parkinson spielen kann.» Quelle: Universität Luxemburg Originalpublikation A Michelucci et al., «Immune-responsive gene 1 protein links metabolism to immunity by catalyzing itaconic acid production», PNAS 110(19), 7820–78255 (2013)

Kontakt Dr. Alessandro Michelucci Luxembourg Centre for Systems Biomedicine Universität Luxemburg Belval alessandro.michelucci@uni.lu wwwde.uni.lu/lcsb

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LABORAPPARATE

Wir vertreten: – Hettich Zentrifugen – Memmert Schränke und Bäder – Helmer Blutbeutelauftausysteme

Hettich Zentrifugen Für optimale Probenvorbereitung

Kleinzentrifuge EBA 270

Bild: KNF Flodos

Beratung

Ein Vierteljahrhundert Hightech aus Sursee

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tungsanforderungen. KNF Produkte werden als Einbaupumpen für Maschinenhersteller, für Prozessanwendungen und für den Einsatz im Labor eingesetzt.

Geschichte der KNF Flodos Das Stammhaus der KNF Gruppe, die KNF Neuberger mit Sitz in Freiburg, Deutschland, fällte in den 1980er-Jahren die Entscheidung, sich stärker als bisher dem Handling von Flüssigkeiten zuzuwenden. So gründete Erwin Bolt – heute noch CEO der KNF Flodos – 1987 in der Schweiz die KNF Flodos AG. Und bereits 1988 begann die Produktion mit nur wenigen Mitarbeitern in St. Erhard bei Sursee/LU. Erfolg und Wachstum eröffneten der KNF Flodos AG 1996 die Möglichkeit, in eigene Räumlichkeiten in Sursee zu ziehen. Anhaltendes Wachstum in den darauffolgenden Jahren machte zusätzliche Produktionsflächen erforderlich. So begannen 2004 die Arbeiten an einem

neuen Gebäude, das die Produktion 2005 bezog. 2004 lagerte die KNF Flodos die Produktion für Anwendungen im Gross-Serien-Bereich in ein neu dafür gegründetes Unternehmen, die Aumetra, aus. In einer dritten Erweiterungsphase investierte die KNF Flodos AG 2008 in neue Büroräumlichkeiten. Heute bietet das geräumige, lichtdurchflutete Gebäude den Mitarbeitern moderne, attraktive Arbeitsplätze. Für 2014 ist bereits wieder ein Ausbau geplant, so wird in einem neuen Gebäude auf rund 1000 xm2 neuer Platz für die Forschung und Entwicklung geschaffen. Neben der KNF Flodos und der Aumetra befinden sich heute im Kanton Luzern noch zwei weitere Unternehmen der KNF Gruppe: Die KNF Holding, seit 2010 in Sursee ansässig und die KNF Micro, ein auf MikroGaspumpen spezialisiertes Unternehmen, das 2012 in Reiden gegründet wurde. Quelle: KNF-Flodos

Kundendienst

Der weltweit führende Hersteller von Membranpumpen und Systemen für Flüssigkeiten – KNF Flodos – feiert dieses Jahr sein 25-jähriges Firmenjubiläum. Das äusserst erfolgreiche Unternehmen beschäftigt in Sursee (LU) rund 150 Mitarbeitende. KNF Flodos ist der Flüssigkeitspumpenexperte der KNF Unternehmensgruppe. Seit 25 Jahren entwickelt und produziert KNF Flodos innovative Nischenprodukte in Spitzenqualität für den internationalen Markt. Viele Jahre Entwicklungsarbeit haben KNF Flodos zum weltweit führenden Hersteller von Membran-Flüssigkeitspumpen gemacht. Membran-Flüssigkeitspumpen kommen vor allem in der Medizin-, Brennstoffzellen- und Reprotechnik sowie in der Halbleiter- und Automobilindustrie zum Einsatz. Ein innovatives Baukastensystem gepaart mit einer starken Kundenausrichtung ermöglichen laufend neue individuelle Lösungen für die unterschiedlichsten Anwendungsbedürfnisse und Leis-

Produkte

Das Firmengebäude der KNF Flodos in Sursee/LU

Die neue EBA 270 ist eine Kleinzentrifuge mit Ausschwingrotor. Sie zentrifugiert gebräuchliche Blutabnahmegefässe und Urinröhrchen bis zu einem Volumen von 15 ml bei max. 4000 min-1. Sie liefert beste Trennergebnisse und eine horizontale Trennschicht wie eine grössere Zentrifuge. So sind die Proben für die Analyse optimal vorbereitet. Drehzahl und Laufzeit sind variabel einstellbar. Eine Impulstaste erlaubt kurzes Anzentrifugieren. Ausserdem ist die EBA 270 mit Deckelverriegelung und -zuhaltung, Unwuchtabschaltung, Deckelverschluss aus Metall und Notentriegelung ausgestattet. Besuchen Sie uns vom 24. – 27. September 2013 an der Ilmac. Halle 1.1 / Stand D 95

Hettich AG Seestrasse 204a CH-8806 Bäch Telefon 044 786 80 20 Telefax 044 786 80 21 E-Mail: mail@hettich.ch www.hettich.ch Succursale Suisse Romande CH-1357 Lignerolle Téléphone 079 213 32 1 7 80 Téléfax 024 441 92 27


NEWS

Menschliche Verfehlungen als Risiko für die Verfahrensindustrie

Bild: IChemE

gung, mangelhafte Führung und Supervision sowie schlichte Fehleinschätzungen: Sie alle waren entscheidende Faktoren für Betriebsstörungen.

Eine Studie zu Betriebsstörungen in der Verfahrensindustrie weist menschliche und organisatorische Verfehlungen als deren Hauptursache aus.

Von den Unfällen, die durch Betriebsstörungen in der chemischen Verfahrensindustrie verursacht werden, kann jeder Fünfte auf menschliche und organisatorische Verfehlungen zurückgeführt werden. Unzureichende Schutzkontrolle, unterlassene Prozessverfol-

Darüber hinaus hat die Studie jene Anlagenteile identifiziert, welche besonders anfällig für Störungen sind und am ehesten Unfälle verursachen: Rohrleitungssysteme (25 %), Reaktoren (14 %), Lagertanks (14 %), Prozessbehälter (10 %) und Wärmeübertragungsanlagen (8 %) waren zusammen für über zwei Drittel der betriebsstörungsbedingten Unfälle verantwortlich. Die Studie, ein gemeinsames Forschungsprojekt der Aalto Universität in Finnland und der Universiti Teknologi Malaysia 1, untersuchte 549 Unfälle, welche 2011 von der Japanese Failure Knowledge Database rapportiert worden waren. In insgesamt zwei Dritteln der Fälle war die chemische Verfahrensindustrie involviert, und für 284 davon waren Betriebsstörungen mitursächlich. David Brown, Chief Executive der Institution of Chemical Engineers (IchemE), sagt dazu: «Aus Betriebsstörungen resul-

tierende Unfälle haben viele mögliche Ursachen, wie zum Beispiel Verunreinigungen, Korrosion, Installationsfehler und mechanisches Versagen. Doch es ist beunruhigend zu sehen, dass menschliche und organisatorische Verfehlungen zuoberst auf der Liste der beitragenden Faktoren stehen. Jeder, der in der Verfahrensindustrie tätig ist, muss seine Rolle im Risikomanagement wahrnehmen. Die jüngste Explosion in West, Texas, bei der 15 Menschen ums Leben kamen, hat die Konsequenzen einmal mehr schmerzlich in Erinnerung gerufen. Kompetenz in der Verfahrenssicherheit ist ein Kernpunkt im Fähigkeitsausweis eines Chemieingenieurs. Hoffentlich werden unsere Bemühungen der nächsten paar Jahre, eine neue internationale Qualifikation für Verfahrenssicherheitsexperten einzuführen und ein virtuelles Sicherheitszentrum zu entwickeln, sowie unser Bestreben, in der unternehmerischen Handhabung der Verfahrenssicherheit höhere Standards voranzutreiben, dabei helfen, die Zahl der vermeidbaren Unfälle zu minimieren.»

Janette Edmonds, Leiterin und hauptberatende Ergonomin des Keil Centre Limited – Spezialisten für Anlagenbau und Psychologie – meint: «Eine schlecht entworfene Schnittstelle zwischen dem menschlichen Operateur und der Apparatur wurde als beitragender Faktor für viele verheerende Unfälle genannt, unter anderem für die Texas City Raffinerie, den Giftgasausstoss in Bhopal und die Kernkraftkatastrophe der Three Mile Island. Im Wesentlichen verleitet eine schlecht entworfene Schnittstelle zum Menschen die Operateure dazu, Fehler zu begehen. Ein gutes ergonomisches Design entspricht den Bedürfnissen und Erwartungen des Endbenutzers und verlässt sich weniger auf andere Elemente eines sicheren Systems, wie beispielsweise die Abläufe, das Training und die Kompetenzen. Eine vielfältige Herangehensweise, welche ein ergonomisches Design zum Ausgangspunkt nimmt, ist für die Reduktion menschlichen Fehlverhaltens von entscheidender Bedeutung.» Quelle: IChemE

Haver & Boecker-Tochtergesellschaft nimmt Fahrt auf Nachdem Anfang des Jahres die komplette Lager- und För-

dertechnik der Haver-Gruppe in der neu gegründeten Tochter-

Bild: Haver & Boecker

Die komplette Förderund Lagertechnik für Leer- und Vollgebinde wird seit Beginn des Jahres über die neu gegründete Haver & Boecker-Tochtergesellschaft Haver Intra Logistics Systems betrieben.

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gesellschaft Haver Intra Logistics Systems (Haver ILS) konzentriert wurde, kann die junge Tochtergesellschaft bereits auf erste Erfolge blicken. «Das Geschäftsfeld ist nicht neu für uns», erläutert ILS-Geschäftsführer Wieland Wegge. Ketten-, Rollenbahnen, Drehtische, Palettenmagazine, Aufzüge und weitere intralogistische Systemlösungen werden schon seit Jahren bei Feige Filling, der

Haver-Tochter für die Abfüllung von flüssigen und pastösen Produkten, produziert. Vor dem Hintergrund, den Full-Liner-Gedanken in der ganzen Gruppe zu leben, wurden die Entwicklung, das Engineering und die Produktion kürzlich für alle Gruppenmitglieder zentralisiert. Die gesamte Fördertechnik für Leer- und Vollgebinde wird von Haver ILS bereitgestellt. Quelle: Haver & Boecker 7–8/2013


PräzisionsDatenlogger und Thermometer

Bilder: Hochschule Fresenius

Historische Stätten der Chemie: Chemisches Laboratorium Fresenius Wiesbaden

USB-PDFUSB-P Datenlog Datenlogger -30 °C / +60 +6 °C -200 °C / +200 +20 °C Die Hochschule Fresenius im deutschen Idstein

Am 18. Juli 2013 wurde in Wiesbaden (D) das 1848 gegründete Chemische Laboratorium Fresenius als zwölfte deutsche «Historische Stätte der Chemie» mit einer Festveranstaltung gewürdigt. Weiterhin wurde eine Gedenktafel am letzten noch bestehenden Gebäude des ursprünglichen Chemischen Laboratoriums Fresenius in der Kapellenstrasse 11 enthüllt. Mit der Festveranstaltung und der Gedenktafel wurde das Werk von Carl Remigius Fresenius (1818–1897) geehrt. Fresenius war Lehrling in der Steinschen Apotheke in Frankfurt, als ihn Rudolf Böttger für die Chemie begeisterte. Noch im Studium in Bonn schrieb er die erste Fassung seiner «Anleitung zur quantitativen chemischen Analyse». Sie sollte 17 Auflagen

erleben und begründete massgeblich seinen Ruhm als Pädagoge und Analytiker. Von 1842 bis 1845 arbeitete Fresenius im Labor Justus Liebigs in Giessen, welcher von der «Anleitung» derart begeistert war, dass er sie als Lehrbuch an seinem Institut einführte. Fresenius folgte 1845 dem Ruf an das herzoglich-nassauische Landwirtschaftliche Institut in Wiesbaden. Hier gründete er 1848 sein «Chemisches Laboratorium Fresenius Wiesbaden» nach dem Vorbild von Liebigs Laboratorium. Im Jahr 1862 folgte seine «Zeitschrift für analytische Chemie», die in der «Analytical and Bioanalytical Chemistry», einer international renommierten Zeitschrift, bis heute fortbesteht. Das Institut Fresenius ist bis heute einer der bedeutendsten

Das Chemische Laboratorium Fresenius in der Wiesbadener Kapellenstrasse (historische Zeichung)

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Anbieter für chemische Laboranalytik in Deutschland. Es siedelte 1975 nach TaunussteinNeuhof um. Die Hochschule Fresenius befand sich bis 1995 in den Räumen des Laboratoriums, bevor sie in die ehemalige Bauschule nach Idstein zog. Mit dem Programm «Historische Stätten der Chemie» der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) werden die Erinnerung an das kulturelle Erbe der Chemie wach gehalten und die Chemie und ihre historischen Wurzeln stärker in das Blickfeld der Öffentlichkeit gerückt. Ein wesentliches Kriterium für die Auswahl einer Historischen Stätte ist, dass die mit ihr verbundenen Entdeckungen für Mensch und Gesellschaft grosse Bedeutung besitzen. «Historische Stätten der Chemie» sind bislang die Institute von Hermann Staudinger in Freiburg, Fritz Strassmann in Mainz, Justus v. Liebig in Giessen, Clemens Winkler in Freiberg, Wilhelm Ostwald in Grossbothen, Hans Meerwein in Marburg, Karl Ziegler in Mülheim/Ruhr, Ernst Beckmann in Leipzig, Robert Bunsen in Heidelberg, das Industrie- und Filmmuseum Wolfen und die Chemische Fabrik von Heyden in Radebeul. Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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Präthermalisierte Zustände ultrakalter Atomwolken sind temperaturunabhängig

Atome mit Quanten-Erinnerung Eiswürfel im Cocktailglas schmelzen, bis ein dauerhafter Gleichgewichtszustand erreicht ist – dabei geht die geometrische Form der Eiswürfel völlig verloren. Aus einem geordneten Eiskristall werden ungeordnete Wassermoleküle. Bei Quantenzuständen ultrakalter Bose-Einstein-Kondensate ist das anders: Wissenschaftler zeigen, dass bei der Zunahme der Unordnung die Information über den geordneten Zustand erhalten bleibt und dieses Phänomen nicht von der Temperatur abhängt. Es scheint also eine recht stabile, grundlegende Eigenschaft der Quantenphysik zu sein.

Schon im vergangenen Jahr gelang es der Forschungsgruppe um Jörg Schmiedmayer am Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) der Technischen Universität Wien, den überraschenden Zwischenzustand zwischen Ordnung und Unordnung zu finden: Die höchst geordneten Wolken extrem kalter Teilchen eines ultrakalten Bose-Einstein-Kondensats streben einem ungeordneten Gleichgewichtszustand entgegen, in dem ihre quantenphysikalischen Eigenschaften nicht mehr sichtbar sind. Das geschieht allerdings nicht kontinuierlich, wie beim schmelzenden Eiswürfel, sondern über die Zwischenstufe eines sogenannten präthermalisierten Zustands, in dem die Atome erstaunlich lange verharren, ohne ihren quantenphysikalischen Ursprung zu vergessen. «Teilt man die Atom-Wolke in zwei Teile und führt diese dann wieder zusammen, werden Wel1 Florian Aigner ist Wissenschaftsredaktor an der TU Wien.

Bilder: TU Wien

Florian Aigner1

Die ultrakalten Atomwolken werden auf einem goldenen Atomchip (oben) mittels mikroskopischer Leiterbahnen erzeugt. Mikrowellenstrahlung kann mittels einer planaren Struktur unterhalb des Atomchips (hell-orange) eingestrahlt werden. Makroskopische Kupferstrukturen (orange) werden zum Fangen und Vorkühlen von kalten (lasergekühlten) Atomen verwendet. Ohmsche Hitze wird von einer keramischen Halterung (grau) aufgenommen und abgeleitet. Im Hintergrund sind die gemessenen Verteilungen zu sehen, die Aufschluss geben, in welchem Zustand sich das NichtGleichgewichtssystem befi ndet.

len-Muster sichtbar», erklärt Jörg Schmiedmayer. «Sie sind der Beweis dafür, dass in den Atom-Wolken noch immer die Erinnerung daran vorhanden ist, aus einem quantenphysikalisch höchst geordneten Zustand hervorgegangen zu sein.»

Zwischenzustand hängt nicht von der Temperatur ab

Wellenmuster, die durch Interferenz der Atomwellen entstehen

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Nun gelang es den Wissenschaftlern, den Übergang in diesen Zwischenzustand genauer zu untersuchen – und dieser Übergang erweist sich als bemerkenswert stabil gegenüber unterschiedlichen äusseren Bedingungen. Aus unserem Alltag sind wir das Gegenteil gewohnt: «Stellen wir uns vor, ein

Zimmer ist mit Luft gefüllt, und im Nebenzimmer herrscht Vakuum», sagt Max Kuhnert vom Atominstitut der TU Wien. «Wenn wir die Tür dazwischen öffnen, strebt dieses System in ein Gleichgewicht, bis die Luftmoleküle gleichmässig zwischen den beiden Räumen verteilt sind. Dieser Übergang wird allerdings stark von äusseren Bedingungen wie Druck und Temperatur bestimmt.» Je grösser Druck und Temperatur sind, umso leichter geht die Information über den Anfangszustand verloren, etwa über die ungleiche Verteilung der Luft-Moleküle, oder auch über die Struktur schmelzender Eiswürfel. «Der präthermalisierte Zustand unserer Atomwolken wird hingegen ganz unabhän7–8/2013


F O R S C H U N G S W E LT

Die Vakuumkammer, in der sich der Atom-Chip befi ndet

gig von Druck und Temperatur erreicht», sagt Kuhnert. Die jetzt in der Zeitschrift «Physical Review Letters» veröffentlichen Experimente zeigen, dass dieser Zwischenzustand durch eine neue Längenskala charakterisiert wird. Diese sogenannte Korrelationslänge gibt an, auf welcher Längenskala man die Atom-Wolken betrachten muss, um seine Quanten-Eigenschaften noch erkennen zu können. «Diese Korrelationslänge ergibt sich emergent aus der Dichte des ursprünglichen Quantengases. Sichtbar wird sie aber erst in der Dynamik des Übergangs vom geordneten Zustand in den präthermalisierten Zustand», erklärt Schmiedmayer. «Dass die charakteristische Korrelationslänge nicht von der Anfangstemperatur abhängt, ist ein starkes, neues Indiz dafür, dass es sich bei dem präthermalisierten Zustand um eine wesentliche Eigenschaft der Quantenphysik mit weitreichender Bedeutung handelt», glaubt Kuhnert. Ein tieferes Verständnis dieses Zustandes soll nicht nur ultrakalte Bose-Einstein-Kon-

densate erklären, sondern auch neues Licht auf die Vorgänge im frühen Universum werfen oder dabei helfen, die noch immer nicht völlig verstandenen Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas in grossen Teilchenbeschleunigern zu verstehen. Quelle: TU Wien Originalartikel M Kuhnert et al., «Multimode Dynamics and Emergence of a Characteristic Length Scale in a One-Dimensional Quantum System», Phys Rev Lett 110(9), 090405 (2013) Kontakt Prof. Jörg Schmiedmayer Atominstitut Technische Universität Wien Österreich hannes-joerg.schmiedmayer@ tuwien.ac.at www.ati.tuwien.ac.at

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FIRMEN BERICHTEN

Teilnehmer des Bioactives World Forum besuchen Erbo Spraytec AG

Pulverprodukte auf Höchstniveau

Bilder: Erbo

Das Bioactives World Forum ist ein weltweites Netzwerk für Unternehmen im Bereich Functional Food und Bioactive Ingredients. Das Forum organisiert regelmässig Workshops zu spezifischen Themen. Mitte Mai 2013 fand der «6th Industrial Workshop on Microencapsulation» in Genf statt. Rund 60 Teilnehmer aus aller Welt haben im Rahmen dieses Workshops auch das Werk der Erbo Spraytec AG im oberaargauischen Bützberg besichtigt.

Demonstration an der Versuchsanlage MP1

Dr. Markus Wysshaar1 Die Erbo Spraytec AG gehört zur ErboGruppe, einem Familienunternehmen mit über 300 Angestellten, das seit 1972 pulverförmige Produkte für eine weltweite Kundschaft aus den Bereichen Lebensmittel, Futtermittel, Chemie und Kosmetik entwickelt und herstellt. Erbo Spraytec AG 1

Dr. Markus Wysshaar, Geschäftsleiter

Sprühtürme der Erbo Spraytec AG

betreibt zwei Wirbelschicht-Sprühgranulationsanlagen, die mit der modernsten Technologie und diversen Zusatzequipments ausgerüstet sind. Damit kann eine grosse Palette an innovativen und massgeschneiderten Pulverprodukten mit sehr spezifi schen Eigenschaften hergestellt werden (z.B. Matrixverkapselung, «Onion Shell»Sprühgranulation oder Multi-Layer Coating). Daneben stehen zwei Pilotanlagen mit analoger Technologie für die kosten-

Einblick in eine laufende Produktion auf der Versuchanlage PP5

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günstige Produkt- und Prozessentwicklung zur Verfügung. Alle Anlagen kommen mehrheitlich für Kontraktproduktionen und Lohnaufträge zum Einsatz; für Kunden, die zwar die Idee für ein Produkt haben, denen aber das Know-how und/oder die Anlagen für eine Produktion im grossen Stil fehlen. Auf einem Rundgang mit mehreren Posten konnten die Teilnehmer des Workshops die Produktions- und Versuchsanlagen besichtigen. Insbesondere die Live-Demonstratio-

Verkapselter Futtermittelzusatz

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Hereinspaziert …

Schematische Darstellung einiger Verkapselungsmöglichkeiten

nen auf den Versuchsanlagen sind auf grosses Interesse gestossen. Neben den «farbenfrohen» Testproduktionen – zur Verdeutlichung der Prozesse wurden die Rohstoffe eingefärbt – waren die Besucher aber auch von den Dimensionen des Produktionswerks beeindruckt. Die grosse Resonanz bei den Teilnehmern des Workshops und die angeregten fachlichen Diskussionen haben gezeigt, dass die Technologie der Erbo Spraytec AG sehr innovativ und weltweit gefragt ist.

Kontakt Dr. Markus Wysshaar Erbo Spraytec AG Industriestrasse 17, CH-4922 Bützberg Telefon +41 (0)62 958 88 25 wysshaar.markus@erbo.ch, www.erbo-spraytec.ch

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… und willkommen auf dem aktuellsten Stand der Membrantechnik! Besuchen Sie die KNF an der ILMAC vom 24. bis 27. September 2013, am Stand D41, Halle 1.2, Messe Basel. Wir präsentieren Ihnen unser komplettes Labor- und OEM-Programm. Als Highlight: Nehmen Sie die Fernbedienung selbst in die Hand und testen Sie das revolutionäre Vakuumpumpsystem SC 950! Willkommen bei uns auf dem aktuellsten Stand der Membrantechnik – auf ein ausführliches Beratungsgespräch oder einfach auf einen Schwatz. Bei uns können Sie gemütlich Platz nehmen und sich bei einem Getränk eine kurze Pause vom Messerummel gönnen.

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Die Motor-Wirkungsgrade von Pumpen mit dem neuen MGE-Motor

Besser als Super Premium Efficiency IE4 Betreiber in der chemischen Industrie wünschen sich zunehmend möglichst flexible, modulare Anlagen. Sie nutzen dazu verstärkt intelligente Komponenten – beispielsweise Pumpen mit dem MGE-Motor der dritten Generation von Grundfos.

Grant Bradford1 Elektromotoren sind in Europa für rund zwei Drittel des industriellen Stromverbrauchs verantwortlich – sie sind in jeder Anlage ein zentraler Kostenfaktor. Dabei ist der Kaufpreis des Motors die kleinste Position: Gerade einmal 2,5 Prozent der Kosten über die gesamte Lebensdauer entfällt auf den Kauf, gigantische 96 Prozent der Kosten entfallen auf den Stromverbrauch. Das hat mittlerweile auch Auswirkungen auf das Design der in Chemieanlagen eingesetzten Motoren. In der Chemie arbeiteten traditionell Drehstrom-Asynchronmotoren («Normmotor»). Daneben etablieren sich in letzter Zeit auch PermanentmagnetSynchronmaschinen. Diese Permanentmagnetmotoren zeichnen sich generell durch einen sehr hohen Motorwirkungsgrad aus. Denn dieser Motor benötigt für die Magnetisierung seines Rotors keine zusätzliche Energie – temperaturstabile Hochleistungsmagnete sorgen für die permanente Magnetisierung. Durch die hohe Energiedichte des Rotors kann der Kupfer-Stator wesentlich kleiner ausgeführt werden, was die Ressourcen schont.

verbrauchen PM-Motoren bis zu 30 Prozent weniger Antriebsenergie als ein herkömmlicher Asynchronmotor. Grundfos nutzt die PM-Motortechnik unter anderem bei seinem MGE-Motor, derzeit bis zu einer Leistung von 2,2 kW: Diese Motoren übertreffen sogar zusammen mit dem integrierten Frequenzumformer deutlich die Anforderungen der Energieeffizienzklasse Super Premium Efficiency IE4 (gemäss IEC TS 60034-31 Ed.1). GrundfosKunden erhalten diesen neuen Hocheffizienzmotor preisneutral zum bisherigen MGE. Schon beim ersten Einschalten ist die Amortisation erreicht, und der Betreiber spart sofort Kosten.

Downsizing: Kompaktere Anlagen, höhere Produktivität Wer kleine Anlagen bevorzugt, begrüsst klein dimensionierte Aggregate, wird doch Der Trend geht zunehmend hin zu möglichst flexiblen, modularen Kleinanlagen.

der Platz zum Aufstellen von Apparaten und Anlagen knapper und teurer. Nicht benötigter Platz ist oft bares Geld.

So werden gerade bei kleineren Antriebsleistungen gegenüber dem herkömmlich verwendeten Asynchronmotor enorme Wirkungsgradsteigerungen erreicht. Als weitere Besonderheit ist hervorzuheben, dass PM-Motoren (sie arbeiten als Synchronmaschinen mit einem Frequenzumformer zusammen) gerade im meist beanspruchten Teillastbereich kaum an Wirkungsgrad einbüssen – anders als ältere Asynchronmotoren, welche hier «einbrechen». Daher

1 Grant Bradford, Vertriebsleiter Industrie, Grundfos Pumpen AG, Fällanden

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Vertikale Hochdruckpumpe CRE mit dem neuen MGE-Hocheffizienzmotor

Dafür sind vertikale, mehrstufige CRE-Pumpen mit dem neuen Hocheffizienz-MGEMotor eine bestechende Lösung: Da sie auf eine Drehzahl von 3600 min -1 statt 2900 min -1 ausgelegt sind, kann der Anlagenbauer in der Regel einen kleineren Motor, zum Teil sogar die kleinere Pumpe auswählen und dennoch über die gleiche Leistung wie zuvor verfügen (zur Erinnerung: gemäss Affinitätsgesetz bringt eine doppelt so hohe Drehzahl den vierfachen Förderdruck). Mit der geschrumpften Pumpen-Dimension ist die gesamte Anlage 7–8/2013


FIRMEN BERICHTEN

Bilder: Grundfos Pumpen AG

anzupassen. Diese bekannten Funktionen wurden nochmals verbessert und erweitert. Neu sind Zusatzfunktionen wie das Befüllen einer Rohrleitung unter verringerter Förderleistung ohne Gefahr eines schädlichen Druckstosses, das Abschätzen des Volumenstroms auf der Basis der Drehzahl und des Energieverbrauchs sowie das Abschätzen der spezifisch benötigten Energie in kWh/m3 auf der Basis des Förderstroms. All diese Funktionen ermöglichen es dem Motor, sich an die Anlagenverhältnisse anzupassen. Neu ist auch die MehrpumpenFunktion, um zwei parallel installierte Pumpen einzeln oder gemeinsam per Funk (GeniAir) zu koppeln und zu betreiben. Ergebnis: Die neuen Funktionen optimieren nicht allein das Pumpensystem, sondern die komplette Installation, was dem Betreiber überlegene Prozesslösungen bietet.

Für die Anbindung des MGE an eine übergeordnete Leittechnik können CIM-Module direkt in den Motor eingesteckt werden.

kompakter gebaut. Für die 2900 min -1 / 3600 min-1-Umstellung stehen fertige Austauschlisten zur Verfügung. International tätige Anlagenbauer werden es begrüssen, nur mehr mit einem 50/60-Hz-Motor zu arbeiten.

Smarte Pumpen für die Anlagen-Automatisierung Ungebrochen ist der Trend zur Automatisierung. Das Stichwort dazu lautet: Mechatronik. Hier verschmelzen Mechanik, Elektronik und Informatik zu einer neuen Einheit. Nachdem moderne Pumpen heute umfänglich mit Steuerungs- und Regelungstechniken ausgerüstet werden («EPumpen»), bei Bedarf per Bus-Ankopplung eine Verbindung zur zentralen Leitwarte möglich ist und darüber hinaus die im Mikrochip der Steuerung hinterlegte Software sogar noch vor Ort beim Kunden adaptiert

werden kann, haben sich Pumpen in der Tat zu einem mechatronischen System entwickelt. Pumpen mit dem neuen MGE-Motor bieten hier neben bekannten Features auch völlig neue Möglichkeiten: Wie bisher sind MGE-Motoren mit vorprogrammierten Regelungsarten ausgestattet – beispielsweise ist ein Betrieb unter Konstantdruck möglich, ebenso unter Proportionaldruck. Oder die Pumpe hält ein konstantes Niveau oder sichert eine bestimmte Temperatur. Neben den acht unterschiedlichen Regelungsarten kann der Sollwert von anderen Sensorwerten (zum Beispiel Temperatur, Volumenstrom usw.) beeinflusst werden (Funktion «Sollwertverschiebung»), wodurch die Regelungsflexibilität zusätzlich erhöht wird. Diese vordefinierten Regelungsarten ermöglichen es dem Betreiber, die Pumpe sehr einfach den üblichen Anwendungen

In aller Regel sind auch keine weiteren Überwachungsgeräte erforderlich. Diese Motoren sind smart ab Werk und ausgesprochen kommunikativ dazu: Der MGE verfügt über eine interne Bus-Kommunikation via Funk (GeniAir). Mit der App «Grundfos Go» hat der Betriebsingenieur eine Fülle von Möglichkeiten, den neuen MGE zu parametrieren oder auszulesen. Die kompletten Einstellungen können als PDF-Dokument abgespeichert und per EMail versandt werden. Während also andere Anbieter solche Motoren als Option zum Standard-Programm anbieten, wird Grundfos sie gegenüber den bisherigen Aggregaten preisneutral ersetzen. Das ist auch im Hinblick auf Energieeffizienz wichtig: Bis zur Leistung von 2,2 kW bieten die Pumpen Wirkungsgrade besser als Super Premium Efficiency IE4 zu vergleichbaren Kosten wie die bisherigen MGE-Motoren. Der Betreiber spart somit sofort Geld, ohne lange Amortisationszeiten abwarten zu müssen.

Kontakt Grundfos Pumpen AG Bruggacherstrasse 10 CH-8117 Fällanden Telefon +41 (0)44 806 81 11 info_ch@grundfos.com ch.grundfos.com Der neue MGE wird je nach Pumpenbaureihe mit verschiedenen Bediendisplays ausgestattet.

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«Engineering Compliance»: Die Komplexität im Pharmaanlagenbau beherrschen

Ein Compliance-Dienstleister zur Entlastung Wer Pharma-Anlagen neu baut oder erweitert, braucht dazu nicht nur spezifisches Prozess-Know-how – am wichtigsten sind die Qualitätserwartungen an das Produkt und an die eigentliche Projektabwicklung. Nationale wie internationale Regularien müssen interpretiert und angewandt werden; dafür braucht man Erfahrung. Doch selbst grosse Konzerne müssen nicht jeden Tag Anlagen neu planen oder modernisieren. Externe Planer hingegen sind kontinuierlich in verschiedenste Projekte eingebunden – jeder Auftraggeber profitiert von den «learning lessons», die der Dienstleister bei anderen Unternehmen gesammelt hat.

Hans-Jürgen Bittermann1 Das Sprichwort «Zeit ist Geld» könnte für die pharmazeutische Industrie quasi erfunden worden seien: Denn wenn ein Medikament die Zulassung erhalten hat, das Herstellverfahren geprüft wurde und die Entscheidung zum Bau einer Anlage gefallen ist, will jeder Hersteller die Zeit bis zur Markteinführung des neuen Produktes so kurz wie möglich halten. Dabei soll die Produktionsanlage so effizient wie möglich unter Beachtung der geforderten Produktqualität arbeiten. Doch bei der Planung, Montage und Inbetriebnahme der neuen Anlage sind sowohl kundenspezifische Anforderungen als auch nationale und internationale Regelkonformitäten (Compliances) zu beachten. Schon in der Design-Phase sind beispielsweise bestimmte Dokumente erforderlich, und es müssen Zuordnungen und Verantwortlichkeiten sowie Risiko- und Zeitpläne erstellt werden.

Compliance-Überwachung als Dienstleistung Die mangelnde Kenntnis oder das Nichteinhalten von GMP-Guidelines ist ein klares unternehmerisches Risiko. «To comply» heisst: eine Regel befolgen. Eigentlich eine Selbstverständlichkeit. Doch Compliance über eine Projektlaufzeit von mehreren Jahren aufrecht zu erhalten, ist in Zeiten hohen Termin- und Kostendrucks nicht einfach.

1 Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Bittermann ist freier Fachjournalist in Lambsheim.

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In den regulierten Industrien muss der Planer interne wie externe Regularien beachten.

Die Versuchung, unter diesem Druck den Weg des geringsten Widerstands zu gehen, ist unter den Beteiligten sehr gross. Darunter leidet aber womöglich die Qualität der Planung, damit die Qualität der Anlage und somit letztlich die Qualität des Produktes. Um potentielle kosten- und terminrelevante Korrekturmassnahmen zu vermeiden, verstärken Unternehmen deshalb ihre Compliance-Anstrengungen. Externe Dienstleister sehen darin ein umsatzträchtiges Potential und entwickeln für das «Engineering Compliance» spezielle Angebote, wie Marc Grether von der Triplan Ingenieur AG erläutert: «Wir sichern die kunden- und behördenkonforme Projektabwicklung im GMP-Umfeld.» Konkret gehe es dabei um die Koordination von Pla-

nungs-, Inbetriebnahme- und Qualifizierungsaktivitäten mit dem Ziel, Projekte gemäss Zeit-, Budget- und Qualitätsvorgaben zu realisieren. Besonderes Augenmerk legt Triplan hier auf folgende Projektphasen: • Start-Phase: Das Lastenheft mit der Projektdefinition ist zu erstellen – was sind die Anforderungen an die Anlage, wie genau lautet der Auftrag? Der Aufbau einer gemeinsamen Kommunikations-Kultur (Sprache) ist von grösster Bedeutung in dieser Projektphase – Compliance ist nach aller Erfahrung nur im Team zu erreichen. Dazu ist ein Training aller beteiligten Planer wichtig, es muss frühzeitig festgelegt werden, was getan und was 7–8/2013


Bilder: Triplan Ingenieur AG

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Nur zu Beginn eines Projekts besteht noch Handlungsspielraum für Änderungen; später wird es immer teurer.

vermieden werden soll. Qualität ist das Ergebnis guter Arbeit. Daher müssen die spezifischen Anforderungen klar formuliert und die geforderten Abläufe integraler Bestandteil der Arbeitsweise werden. • Planungs-Phase: Sicherstellung, dass die erarbeiteten Planungsdokumente sämtliche Anforderungen abdecken. Dazu zählt vor allem das komplette Änderungs-, Abweichungs- und PendenzenManagement. • Inbetriebnahme-Phase: Sicherstellung, dass alle planerisch berücksichtigten Anforderungen gebaut und auf ihre korrekte Funktionalität getestet wurden, unter der weiteren Aufrechterhaltung des Änderungs-, Abweichungs- und PendenzenManagements. Dieses Konzept klingt einfach, ist jedoch schwierig umzusetzen. Was ist konkret zu tun, wo liegen die Fallstricke bei «Engineering Compliance»?

Weshalb Projekte ihre Zielvorgaben nicht erreichen… Interessant sind Antworten auf die Frage: Warum verzögern sich Projekte bzw. werden die geschätzten Investitionskosten überschritten? Oft liegt es an einer mangelhaften Projektkommunikation in Verbindung mit einer schlechten Projektvorbereitung und -planung. Doch viele Projekte laufen bereits am Anfang verkehrt. Fehlende oder unklare Ziele 7–8/2013

Die zentralen «Engineering Compliance»-Bausteine für regulierte Unternehmen: GMP-, HSE- und Kundenanforderungen.

kosten Zeit und Geld. Verschärft wird die Sache, wenn die Beteiligten gleich zu Beginn nur aufs Detail fi xiert sind, ohne das Lastenheft studiert zu haben. Aufschlussreich ist eine aktuelle Studie [1] von 2013, die «Misserfolgsfaktoren in der Projektarbeit» untersuchte. Grossen Einfluss auf den Projekterfolg haben demnach vor allem die Formulierung von Projektzielen und eine effiziente Projektplanung.

…und was den Projekterfolg sichert Grether kennt aus seiner langjährigen Planer-Praxis diese Herausforderungen zur Genüge: «Engineering Compliance bedeutet, innerhalb der Anforderungen des Auftraggebers, der GMP-Regularien und mit wachsender Tendenz getreu den Vorgaben von Health, Safety und Environment zu bleiben. Weil Triplan seine Kunden bereits über viele Jahrzehnte begleitet, können wir die Compliance auch als externer Dienstleister sicherstellen, wissen wir doch vielfach genau, nach welchen kundenspezifi schen Regeln Projekte abzulaufen haben.» Der interne Projektmanager konzentriert sich auf die Termintreue und die Einhaltung des Kostenbudgets, während er sich in Fragen der integrierten Qualitätssicherung auf die Unterstützung durch den externen Dienstleister Triplan verlassen kann, der nicht nur die allgemeinen GMP-Abläufe kennt, sondern zusätzlich berücksichtigt, welche internen Vorgaben im Unternehmen zu beachten sind.

Dazu müssen der Auftraggeber und der externe Dienstleister schon möglichst früh die Basis dafür schaffen, dass ein Projekt in die richtige Richtung startet. Denn nur zu Beginn eines Projektes ist der Handlungsspielraum gross genug; je weiter ein Projekt fortschreitet, desto enger bzw. kosten- und terminrelevanter wird dieser Spielraum. Grether: «Es darf nicht sein, dass während erster Design-Reviews noch keine Anforderungen in Form von Lastenheften fi xiert sind und somit die Planung ohne genehmigtes Fundament erfolgt. Es ist die gemeinsame Verpflichtung am Projekterfolg, dass die Nutzungsanforderungen klar defi niert und vom Planer entsprechend berücksichtigt werden.»

Engineering Compliance hilft, trotz Termin- und Kostendrucks die Produktqualität zu sichern.

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Stichwort Health, Safety, Environment (HSE): Der Trend zu hochaktiven Wirkstoffen erhöht die Anforderungen an die Arbeitssicherheit. Dies bedingt beispielsweise bei der Planung eine Umkehr der klassischen GMPDruckverhältnisse – nämlich den höchsten Druck beim Produkt vorzuhalten (um Verunreinigungen auszuschliessen), während bei der Planung von hochaktiven Wirkstoffen die umgekehrte Philosophie, also den höheren Druck in den umliegenden Bereichen des offenen Produkthandlings zu gewährleisten (um das Personal zu schützen), in den Vordergrund rückt. GMP- und HSEAnforderungen ringen hier sozusagen um die Vorherrschaft und sind «in Compliance» zu bringen.

Regelmässige Design-Reviews Wie überwacht Triplan den Planungs- und Baufortschritt? Das geschieht in erster Linie durch systematisches Überprüfen und Abgleichen der Planungsdokumente und Inbetriebnahmeaktivitäten einzelner Gewerke mit den Anforderungen des Lastenhefts. Standardlösungen sind hier ebenso wie neue technische Ansätze dahingehend zu überprüfen, dass sie sämtlichen Anforderungen entsprechen. Abweichungen und Pendenzen werden erfasst, bewertet und nachverfolgt. Darüber hinaus gilt es sicherzustellen, dass Änderungen während eines laufenden Projektes systematisch umgesetzt werden. Ein Beispiel: Neue Erkenntnisse aus der Ent-

wicklung ergeben, dass für ein neues Produkt der geforderte Temperaturbereich bei einem spezifischen Prozessschritt zwischen 18 und 22 Grad Celsius liegen muss. Hierbei handelt es sich um eine Anpassung der Anforderungen, welche bisher von 15 bis 25 Grad Celsius angegeben waren. Triplan stellt nun sicher, dass diese Änderung in den laufenden Planungsprozess integriert wird – nämlich durch Anpassung der relevanten technischen Spezifikationen aller betroffen Planungsgewerke. Change Management ist somit ein wesentlicher Bestandteil der Engineering Compliance. Jede Änderung muss auf ihren Einfluss hin bewertet und zeitnah allen Gewerken kommuniziert und auf deren Umsetzung hin kontrolliert werden.

«Frühstarts vermeiden – die Basis muss stehen!» das Thema «Engineering Compliance» im Pharma-Anlagenbau. Etwa 1 bis 2 Prozent des Investitionsvolumens sind dafür einzuplanen und sicherzustellen, damit die Investition gemäss den Termin-, Kostenund Qualitätsvorgaben abgewickelt werden kann.

«Etwa 1 bis 2 Prozent des Investitionsvolumens sind für die Teilaufgabe ‹Engineering Compliance› einzuplanen, also um sicherzustellen, dass die Investition gemäss den Vorgaben abgewickelt wird.» (Marc Grether, Triplan Ingenieur AG, Reinach/Schweiz)

Marc Grether ist Leiter des Vertriebs und Marketings bei der Triplan Ingenieur AG, Reinach. Darüber hinaus verfügt Grether über mehr als 10 Jahre Erfahrung im Bereich der technischen Qualitätssicherung innerhalb grosser internationaler Investitionsprojekte. Der Fachjournalist HansJürgen Bittermann sprach mit ihm über

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Herr Grether, was sind Ihrer Erfahrung nach die Fallstricke bei Anlagenbau-Projekten? Ein klassischer Fehler ist, dass die am Projekt beteiligten Mitarbeiter zu früh in die technische Detaillierung einsteigen. Viel wichtiger zu Beginn eines Projektes ist es, eine gemeinsame, konsolidierte Basis zu schaffen, was genau die Anforderungen und Erwartungen sind. Nur, wenn die Planer wirklich wissen, wie der Auftrag und dessen Randbedingungen exakt zu verstehen sind, sollte die Planung starten. Klingt nach einer Selbstverständlichkeit. Was verleitet die Planer dennoch zu Frühstarts? Oft ist der Auftrag technisch gesehen durchaus klar: «Wir brauchen eine Anlage zur Herstellung von Tabletten.» Dies ist bereits dutzendfach geplant und realisiert worden. Die Erfahrungen und Vorlagen aus Vorgängerprojekten sind vorhanden und schnell zugänglich. Diese Erfahrung

soll natürlich auch mit einfliessen, jedoch entbinden die heutigen Möglichkeiten des «copy & paste» nicht der Verantwortung, der Einmaligkeit jedes Kunden, seiner Abläufe und seines Projektes Rechnung zu tragen. Wann sollte der externe Engineering Compliance-Spezialist ins Spiel kommen? Der beste Zeitpunkt ist bereits die Konzeptphase. Spätestens ab dem Basic Design ist die Begleitung unbedingt erforderlich, weil zu diesem Zeitpunkt sämtliche Grundlagen für das gesamte Projekt gelegt werden. Oft diskutiert, nie realisiert: Wann kommt die papierlose Dokumentation? Sie kommt, insbesondere bei weltweit agierenden Unternehmen. Um Abläufe zu vereinfachen und die Datenintegrität zu erhöhen, geht der Trend in Richtung des Verzichts auf eine papierbasierte Dokumentation. Am Ende dieser Entwicklung sollen Anlagendokumentation und Anlagenqualifizierung nur mehr elektronisch abgewickelt werden. Datenbanken und die Möglichkeiten der weltweiten Vernetzung bieten die Voraussetzung dafür, dies zu verwirklichen.

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Suchen Sie die Herausforderung? Sorgfalt in der Qualitätssicherung ist somit entscheidend für den guten Ruf eines Pharma-Unternehmens bei den Gesundheitsbehörden. Kein Unternehmen möchte einen «Warning Letter» der FDA bekommen. Denn das bedeutet unnötigen Aufwand, um alle angeführten Mahnpunkte so rasch als möglich zur Zufriedenheit der Inspektoren abzustellen. Externe Dienstleister entlasten den Auftraggeber und gewährleisten einen GMP-gesicherten Produktionsstart der Anlage.

ALMATECHNIK AG ist ein Handelsunternehmen im Bereich Chemie- und Industrietechnik mit Schwergewicht Pumpen- und Rührtechnologie. Wir bieten technisch ausgereifte und wirtschaftliche Lösungen für fast alle Anwendungen, in denen Flüssiges bewegt wird.

Referenz [1] Misserfolgsfaktoren in der Projektarbeit. Arbeitsgruppe des GPM Forschungsprogrammes «Theorie(n) der Projektarbeit» in Kooperation mit der European Business School Paris und der Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-Geislingen unter Mitwirkung der spm Swiss Project Management Association (http://www. gpm-ipma.de)

Technischen Berater für Verkauf von Chemieund Industrietechnik

Kontakt Triplan Ingenieur AG Techcenter Reinach Kägenstrasse 18, CH-4153 Reinach Telefon +41 (0)61 338 32 32 marc.grether@triplanag.ch, www.triplanag.ch

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BERICHTE ÜBER FIRMEN

Die Destillation mittels Trennwandkolonne funktioniert auch für Mehrzweckanlagen

Erfolg dank flexibler Trennwandkolonne Lonza hat am Standort Visp eine Trennwandkolonne in eine Mehrzweckanlage integriert. Damit die Kolonne die dafür nötige Flexibilität aufweist, waren nur wenige Anpassungen an Material und Konstruktion nötig. Die revolutionäre Idee zahlt sich aus: Der Durchsatz liess sich mit der neuen Anlage stark erhöhen. Eine weitere ist deshalb bereits im Bau.

Flexibilität, um unterschiedliche Stoffgemische aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften zu trennen.

Bilder: Lonza

Geringe Mehrinvestition, viele Vorteile

Am Standort in Visp, der rund um die Rhone angesiedelt ist, arbeiten 2890 Angestellte in Forschung und Entwicklung sowie in der Produktion.

Simone Nägeli Eine ruhige 7000-Seelen-Gemeinde, mitten in den Bergen. Und ein global vernetzter Pharmakonzern. Ein Gegensatz, der sich nur schwer vereinbaren lässt? Im Gegenteil: «Visp bietet uns einen überraschenden Standortvorteil», schmunzelt Daniel Staak, Projektleiter und Verfahrenstechnik-Ingenieur bei Lonza. Was unwahrscheinlich klingt, hat sich seit Inbetriebnahme der neuen Mehrzweckanlage mit Trennwandkolonne (TWK) im Jahr 2011 aber bewahrheitet. Denn der nahe gelegene Rhonegletscher bedient die Kühlkondensatoren mit zehn Grad kaltem Gletscherwasser – und das auch im Sommer. Sole muss deshalb nur in geringen Mengen eingesetzt werden.

Flexible Trennwandkolonne Dabei waren die Reaktionen der Experten auf das Vorhaben von Staak, eine Trennwandkolonne in eine Mehrzweckanlage 30

einzubauen, mehr als skeptisch. «Ich hatte Glück, dass das Betriebspersonal in Visp so offen war und sich auf die innovative Neuerung einliess», sagt Staak. Trotz dem für die eher konservativ gesinnte Chemieindustrie revolutionären Ansatz hat der Ingenieur die komplette Anlage nicht in einem Pilotversuch, sondern nur am Computer in einem Simulationsmodell getestet. Um den unterschiedlichen Anforderungen der Mehrzweckanlage in Visp zu entsprechen und verschiedene Produkte trennen zu können, musste die Trennwandkolonne jedoch leicht modifiziert werden. Zum Beispiel wurde diese Kolonne im Gegensatz zu herkömmlichen Anlagen aus Hastelloy gefertigt, einem Edelstahl, der sowohl gegen Säure als auch gegen Fluoride und Chloride korrosionsbeständig ist. Somit können fast alle Stoffe darin verarbeitet werden. Eine weitere Änderung, abgesehen vom Material, war die Installation von je drei Feed- und Entnahmemöglichkeiten. Dies gibt der Trennwandkolonne die nötige

Natürlich hat die Flexibilität der Trennwandkolonne ihren Preis. Relevant waren tatsächlich aber nur die Mehrkosten für das Rohmaterial Hastelloy, die verglichen mit den Kosten für normalen Edelstahl bei 50 Prozent liegen. Dank der unkomplizierten Installation des Hastelloy resultieren schliesslich aber nur Mehrkosten von 20 bis 30 Prozent. Diese Investition zahlt sich später aus. Und zwar durch die Vorteile, die eine solche Trennwandkolonne bietet. Denn gegenüber anderen Destillationsverfahren, wie beispielsweise der Batch-Des-

Die Installation der Trennwandkolonne und der jeweilige Umbau der Anlage sind einfacher und günstiger als bei Mehrzweckanlagen mit anderen Destillationssystemen.

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BERICHTE ÜBER FIRMEN

Der Aufstieg der Trennwandkolonne Obschon bereits in den 60er-Jahren erfunden, kamen Trennwandkolonnen als effiziente Methode zur Trennung von dreiteiligen Stoffgemischen erst in den 80er-Jahren langsam in Mode. Die Destillationskolonne mit der Trennwand zeigte jedoch klare Vorteile gegenüber einer Produktion mit zwei gekoppelten Kolonnen. Die Fakten sind klar: Eine Trennwandkolonne braucht weniger Material, Platz und schliesslich auch Energie als die Variante im Doppelpack. Lange Zeit beschränkte sich der Einsatz von Trennwandkolonnen auf Monoanlagen, für die Herstellung eines einzigen Produkts. Denn trotz ihrer vielen Vorteile galt sie als nicht flexibel und regelbar genug, um sie in Anlagen mit wechselnder Produktion einzusetzen. Diesem Urteil hat sich auch Lonza, die in Visp mehrere Kampagnen auf einer Mehrzweckanlage produziert, jahrelang gebeugt. Und hat nun mit der ersten Trennwandkolonne für den industriellen Mehrzweckeinsatz das Gegenteil bewiesen. tillation oder der Zwei-Kolonnen-Sequenz, bringt die Trennwandkolonne eine deutliche Vereinfachung der Produktionsanlage mit sich und ist somit schon grundsätzlich

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günstiger (siehe Infokasten). Einfach sei aber auch die Handhabung. Denn: «Das Vorurteil, das Regelkonzept einer Trennwandkolonne sei schwierig zu bedienen, können wir nicht bestätigen», so Staak. Die Erfahrungen in Visp hätten gezeigt, dass die Regelung sehr gutmütig reagiert und dadurch mehr Zeit bleibt, das System richtig einzustellen. Dabei müsse am Anfang zwar mehr Arbeit in das Automatisierungskonzept investiert werden. Danach laufe die Anlage aber problemlos, was die Personalkosten langfristig senke. Ein weiterer Vorteil ist auch der im Vergleich zu einer Batch-Destillation oder einer Kolonne mit Seitenentnahme höhere Durchsatz. «Dank der Kontinuität der Anlage konnten wir den Durchsatz für ein Produkt fast verdoppeln», erklärt Staak. Bis jetzt kann Lonza die neuartige Mehrzweckanlage für drei verschiedene Verfahren einsetzen, die sie vorläufig auch so beibehält. Denn die Herstellung der drei Produkte, deren Nachfrage derzeit stabil ist, sei durch die neue Anlage merklich günstiger geworden.

Entwicklung geht weiter Ausgehend von diesem Erfolg ist die zweite Mehrzweckanlage mit Trennwandkolonne bereits im Bau. Und entsprechend zahlreich sind die Anfragen anderer Chemiekonzerne. BASF und Bayer beispielsweise hätten am neuen Anlagenkonzept Interes-

se gezeigt. Für Lonza eine sehr positive Wendung, waren doch die Zweifel vor der Realisation der Anlage in der Branche gross. Deshalb ist es auch verständlich, dass Lonza die neuen Erkenntnisse nicht für sich behält. «Wir geben unser Knowhow gerne weiter», so Staak, «die Zusammenarbeit mit anderen Konzernen ist uns wichtig.» Womöglich setzen also bald auch andere Firmen auf die Verwendung von Trennwandkolonnen in Mehrzweckanlagen. Während Lonza schon eine weitere revolutionäre Idee realisiert: Das Konzept der Extraktiv-Trennwandkolonne, die auch azeotrope Gemische mittels Destillation in einer einzigen Kolonne trennen kann. Wie sich diese Weltneuheit bei Lonza bewährt, wird sich in den nächsten Jahren zeigen. Originalpublikation D Staak, D Roederer, B Schwegler und T Grützner, «Trennwandkolonne für den industriellen Mehrzweckeinsatz», Chemie Ingenieur Technik 84, 1267–1268 (2012) Kontakt Dr.-Ing. Daniel Staak Lonza AG CH-3930 Visp Telefon +41 (27) 948 70 29 daniel.staak@lonza.com www.lonza.com

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MESSEBERICHTE

ILMAC 2013: Aussteller präsentieren eine Vielfalt an Mischtechniken

Kreativität beim Mixen

Bild: CC-by-sa 3.0/de – Thaletec GmbH

Das Herzstück einer chemischen Produktionsanlage ist der Reaktor. Unablässig für einen sicheren und effektiven Reaktionsablauf ist die richtige Durchmischung des Reaktionsmediums. Auf der im September stattfindenden Labor- und Prozesstechnikmesse ILMAC in Basel stellen einige Schweizer Unternehmen dazu ihre neuesten Technologien vor.

Es gibt eine immense Anzahl an verschiedenen Mischsystemen. Am häufigsten sind Rührsysteme. Im Bild: Kreuzbalkenrührer.

Sebastian Wagner Die Durchmischung – oder das Dispergieren – von Reaktionsmedien ist alles andere als trivial. Das zeigt auch die Vielfalt der entsprechenden Aussteller an der ILMAC 2013. Für verschiedenste Anwendungsgebiete werden Mischtechnologien angeboten. Einsatzgebiete von der chemischen Prozesstechnik über die Petrochemie bis hin zur Lebensmittel- und Biotechnologie stellen hohe Anforderungen an Material, Leistung und Regulierbarkeit von Mischsystemen.

Innovative Klassiker Der Klassiker im Laborbereich ist der Magnetrührer. Dass auch in diesem Bereich Innovation möglich ist, zeigt der Spezialist Sterico AG. Das Angebot umfasst Magnet32

rührer mit mehreren Rührstellen, aber auch tauchbare, explosionsgeschützte und temperatur-resistente Systeme. Letztere können zum Beispiel in Brutschränken oder Öfen eingesetzt werden. Die Firmen Glaskeller und Schmizo AG stellen für Reaktorsysteme im Labor- und Miniplantbereich Glasrührer aus Borosilikatglas 3.3, INOX oder Hastelloy her. Das Angebot demonstriert die Vielfalt an Formen für Rührer: Sie reicht von Propellerund Impellerrührern über Vierflügel-, Anker-, Begasungsrührsysteme bis hin zu Scheiben- und Gegenstromrührern. Auch Rührführungen spielen für ein effektives Mischsystem eine wichtige Rolle. Dem Bedarf an Vakuum oder korrosionsfester und FDA-gerechter Ausführung werden Glaskeller und Schmizo durch Rührführungen aus Borosilikatglas und PTFE-Compound-Material gerecht.

Schweizer Erfindungsgeist Die Effektivität von einigen Reaktionen erfordert hohen Druck. Dies stellt hohe Ansprüche an ein mechanisches Rührsystem. Die Firma premex reactor ag stellt magnetische Rührer her, die auch unter hoher Druckbelastung funktionieren. Eine besondere Kompetenz stellen die motorlosen Rührsysteme her: Permanentmagnet-Kupplungen ersetzen einen herkömmlichen Motor und erlauben eine absolut dichte Rührführung. Eine grosse Innovation gelang auch der Luzerner Firma Kinematica mit der Erfindung der Rotor/Stator-Technologie. Das Prinzip ist dem des Pürierstabes sehr ähnlich: eine rotierende Einheit dreht sich in einem unbewegten Stator. Seit etwa 50 Jahren werden diese Dispergierer in verschiedensten Bereichen im Laborbereich sowie in industriellem

Massstab eingesetzt. Kinematica bietet Ausführungen für Batchreaktoren sowie als Inlinedispergierer für Durchflussreaktoren an.

Warum nur rühren? Dass Durchmischung nicht nur mittels Rührsystemen gelingen kann, zeigt folgende Technologie: Vibratorische Mixer erreichen eine Durchmischung durch perforierte Vibrationsplatten, die rotierende Einheiten ersetzen. Der Vorteil ist die Vermeidung eines Strudels und der konsekutiven Schaumbildung. Ausserdem treten durch das rotationsfreie System keine Kontaminations- und Schmiermittelprobleme auf. In industriellem Massstab werden solche Systeme von der Dr. Müller AG gefertigt. Auch die Rütten Engineering AG führt vibratorische Mixer im Programm. Neben diesen und Magnetrühren für sterile Systeme stellt die Firma auch scherkraftarme mechanische Rührer her. Die speziellen Rühraufsätze sind prädestiniert für den Einsatz in Bioreaktoren, da die sanfte Durchmischung Zellkulturen und Mikroorganismen schont. Wirklich bewegungsfreie Systeme produziert Fluitec. Im Gegensatz zu den bisher vorgestellten dynamischen Systemen ist bei dieser Technik des statischen Mischens nur das Reaktionsmedium in Bewegung. Durch Pumpen wird es durch ein Rohrsystem geleitet, das ausserdem eine genaue Temperaturkontrolle ermöglicht.

Über diesen QR-Code gelangen Sie zum Online-Ausstellerkatalog der ILMAC.

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MESSEBERICHTE

ILMAC 2013

Chemisch-technische Vielfalt in Basel Schon seit 1999 ist Robert Appel der Leiter der ILMAC bei der MCH Swiss Exhibition Basel. Im Gespräch mit CHEMIEXTRA erzählt er, warum ihn die ILMAC besonders fasziniert, was sich gegenüber früher geändert hat, mit welchen Neuheiten die Messe in diesem Jahr aufwarten kann und was den Reiz der ILMAC auch in wirtschaftlich anspruchsvollen Zeiten ausmacht.

Trennung zwischen Chemie und Pharmazie. Haben sich die Zahlen seit damals stark verändert? Im Jahr 1959 hatten wir 292 Aussteller und 14 000 Besucher, 2010 waren es 482 Aussteller und 17 015 Besucher.

Bilder: Sabine Goldhahn

Seit wann sind Sie dabei? Ich hatte meine erste ILMAC 1999. Es gab dann einmal den Versuch, die ILMAC neu zu positionieren, wir versuchten das Ganze zu trennen zwischen der Prozess- und der Labortechnik. Wir haben dann aber sehr schnell, nach der ersten Durchführung im Jahr 2002, gemerkt, dass sich das nicht bewährte. Und dann haben wir eine Neupositionierung gemacht und führten sie im Jahr 2005 das erste Mal in der heutigen Form durch. Der Messeleiter Robert Appel zeigt auf das neue Messegebäude, in dem die ILMAC im September wieder tausende Besucher anziehen wird.

Sabine Goldhahn Herr Appel, was für eine Messe ist die ILMAC? Die ILMAC ist eine Technologiemesse, die alles zeigt, was die Verfahrenstechnik anwendende Industrie für die Produktion ihrer Mittel braucht. Wir zeigen an der ILMAC keine pharmazeutischen Erzeugnisse und keine chemischen Substanzen, sondern die Apparaturen, Geräte und Anlagen, die dafür nötig sind. Welches Publikum wollen Sie ansprechen? Wir haben einen starken Fokus auf die Industrie hier am Oberrhein – das sind vor allem die Schweiz, Deutschland, etwas Frankreich; aber es gibt auch ein Einzugs7–8/2013

gebiet bis in die Zürcher Pharmazone und den Arc lémanique. Wie ist die Verteilung der Aussteller? Wir hatten in den vergangenen Jahren eine Internationalität von rund 30 Prozent. Das ist für eine Schweizer Messe ein sehr guter Wert. Wie lange gibt es die ILMAC schon? Es ist die neunzehnte Durchführung. Die ILMAC ist eigentlich älter, die erste war nämlich 1959. Das war die zweite aus der damaligen Mustermesse herausgelöste Fachmesse. Die erste war die «Holz», und dann kam die ILMAC – und war eine Messe vor allem für die Chemiker. Man sprach damals in Basel noch von der chemischen Industrie, da gab es noch keine grosse

Was schätzen Sie persönlich an der ILMAC besonders? Den Charakter der Messe. Es ist eine rein technische Messe, sie hat eine klare Ausrichtung – natürlich behandeln die einen das Thema auf diese, die anderen auf eine andere Weise, natürlich sind es letztlich die Marketing-Abteilungen, die das Gesamtbild prägen, aber das eigentliche Thema, das ist technisch – und das finde ich faszinierend, das ist es, was ich daran liebe. Was ist Ihr Background? Ich komme ursprünglich aus der Fliegerei. Diese Branche gab irgendwann nicht mehr so viel her, um noch eine interessante Stelle finden zu können. Ich habe mich dann neu orientiert und bin zur Messe gekommen. Da habe ich vier Jahre lang Kongressmessen gemacht und dann schnell gemerkt, dass die Pharmazie 33


MESSEBERICHTE

oder die Medizin besonders interessant sind. Aber trotzdem interessiert Sie vor allem das Technische daran? Das ist richtig. Die beiden Fokusthemen dieses Jahr sind Lebensmitteltechnologie und Verpackungsindustrie? Wir haben unseren Fokus natürlich ganz klar auf die Trendthemen gerichtet und damit auf die Entwicklungsmöglichkeiten der ILMAC. Die Lebensmitteltechnologie ist ein Thema, das immer mehr in den Pharmabereich hineinragt; von den Hygiene- und Prozessvorschriften her. Wenn ich sehe, wie die meisten Aussteller auch Produkte haben, die man im Prinzip eins zu eins in der Nahrungsmittelindustrie gebrauchen kann, zeigt mir das schon, dass es einen Riesenbedarf dafür gibt – umso mehr, als die Lebensmittelindustrie eigentlich keine solche Plattform hat, hier in der Schweiz. Zur Sache mit der Pharma-Verpackung: Die Produktion eines pharmazeutischen Produkts endet nicht mit der Fertigstellung des Wirkstoffes. Der muss ja noch in die galenische Form gebracht werden. Im Gegensatz zu irgendeinem anderen Produkt, das man in irgendeine Wanne umfüllt und dann in die Verpackung rollt, muss das hier unter denselben hygienischen Bedingungen stattfinden wie die Produktion selbst. So ist es völlig klar, dass die Primär-Verpackung – das Abfüllen in Ampullen, das Abfüllen von gepressten Tabletten in die Blisters, das Abfüllen in Tuben etc. – ein ganz logischer Schritt ist. Das gehört in diese Messe rein. Und der nächste Schritt ist dann die sekundäre Verpackung: das Abfüllen der Blister in die Schachteln. Es gibt diese riesigen Anforderungen an die Nachverfolgungsmöglichkeiten beziehungsweise dem Fälschungsschutz. Und das ist eine sehr spezialisierte Art von Verpackung, die an einer normalen Verpackungsmesse nicht gezeigt würde. Tragen Sie dem Rechnung? Wir fangen noch etwas kleiner an, aber wir haben auch bereits eine Verpackungsstrasse, die gezeigt werden wird, von Romaco. Das ist ein Anfang; wir haben eine sehr gute Zusammenarbeit mit dem Schweize34

rischen Verpackungsinstitut, das auch realisiert hat, dass die ILMAC die richtige Plattform ist. War der Lebensmittelbereich beim letzten Mal schon im Fokus? Nein. Wir wissen, dass Lebensmittelfachleute als Besucher da waren. Die ILMAC war bis dahin nur eine reine Pharma- und Chemie-Messe. Wir haben das Ganze dann umpositioniert und gesagt: Wir bleiben sehr wohl für diese Zielindustrien da, aber eigentlich geht es um den Prozess an sich, um die Prozess- und die Labortechnik. Wir wissen von vielen Ausstellern, dass sie Produkte haben, die sie genauso gut in der Lebensmittelindustrie anwenden können. Es sind fliessende Grenzen. Im Prinzip könnte man die gesamte Fachbereichsnomenklatur auch für die Lebensmittelindustrie nutzen, doch die Abgrenzung ist ziemlich schwierig. Wir haben jetzt eine Schatten-Fachbereichsnomenklatur erstellt, das heisst: Alles ist so bezeichnet, dass jeder Aussteller sieht, welche Produkte für die Lebensmittelindustrie oder für die übrige Industrie sind. Contamination Control ist auch mit auf der ILMAC? Wir haben jetzt bereits zum dritten Jahr die sogenannte «Contamination Control». Da arbeiten wir sehr erfolgreich mit dem früheren SRRT – der heisst heute Swiss CCS – zusammen. Und wir zeigen Produkte oder Dienstleistungen, die im Bereich der kontrollierten Verschmutzung angewandt werden. Aus welchem Bereich sind die meisten Aussteller vertreten? Aus der Labortechnologie. Da finden auch die meisten Innovationen statt. Stichwort Innovation: Auf der ILMACApp für Smartphones gibt es neben der Produktübersicht eine Kategorie «Neuheiten». – Wie werden die herausgesucht? Das überlassen wir den Firmen. Die wissen genau, dass sie sich lächerlich machen würden, wenn sie ein altes Produkt als neuwertig bezeichnen würden. Da findet schon eine gewisse Selbstkontrolle statt. Die Besucher sind Fachleute, die vor allem wegen der Neuheiten kommen.

In Ihrem Vorwort zur ILMAC-Broschüre sagen Sie, dass Ihr Motto «Energieeffizienz» sein wird. Da habe ich leider keine guten Nachrichten. Das Thema Energieeffizienz, vor allem in Pumpen- und Armaturenbereich, war eine Initiative der Swissmem. Wir haben das sehr gerne aufgenommen. Wir hätten ein Begleitprogramm gemacht, einen roten Faden durch die Halle gespannt und dieses Thema prominent portieren wollen. Nur haben sich am Schluss leider nicht genügend Aussteller gemeldet, die diese Idee zum Tragen hätten bringen können. Wie haben sich die Zahlen der ILMAC entwickelt? Es wird schwieriger. Die Messe ist ein Spiegelbild der Industrie, und das spüren wir dieses Jahr. Sehr viele Aussteller beziehen viel kleinere Stände als vor drei Jahren oder können gar nicht kommen. Das Budget ist kleiner geworden für viele Firmen. Wie viele Anmeldungen von Ausstellern haben Sie bisher? Bis heute (29. Juli, Anm. d. Red.) haben wir 420 Anmeldungen. Wir streben bis zu 450 Aussteller an. Wie viele Besucher erwarten Sie? Wir erwarten grobgeschätzt zwischen 13 000 und 15 000 Besucher. Neben der Einführung der Lebensmitteltechnologie, was ist neu gegenüber den vorhergehenden Messen? Wenn man das despektierlich ausdrücken möchte, war die Messe früher einfach eine Reagenzgläser-Messe. Und heute ist es Hightech. Die Art und Weise, wie die Aussteller auftreten, hat sich gewaltig verändert. Früher gab es Firmen, die jedes einzelne Schräubchen mitgenommen haben; sie haben Riesenanlagen aufgebaut und die ganzen Produktepaletten gezeigt. Heute gibt es die Produkteinformationen im Internet, in den Fachzeitschriften etc. Die Fachleute wissen sehr genau, welche Produkte es gibt. Die Kunden kennen zwar die Geräte und die Neuigkeiten bis ins letzte Detail – aber dann kommt der Tag, wo sie ein Gerät anschauen und anfassen möchten und vielleicht sogar in Betrieb sehen wollen. Da ist natürlich die Messe immer noch das beste Schaufenster; der Besucher kann die Pro7–8/2013


MESSEBERICHTE

Wer wird Ihr Nachfolger? Das steht noch nicht ganz fest. Herr Marcus Hapig war eigentlich als Nachfolger vorgesehen, aber er hat inzwischen innerhalb der Firma andere Aufgaben übernommen. Einen Grossteil meiner Aufgaben wird der Zweite bei mir im Team, mein Kollege Herr Simon Honegger, übernehmen. Das ist Ihre letzte ILMAC. Haben Sie ein lachendes oder weinendes Auge? Beides. Ich hänge natürlich sehr stark an der ILMAC; ich kenne alle unsere bestehen-

den Kunden, kenne sehr viele Leute – da hängt man an der Messe. Sie interessiert mich, ich habe sie zu einem grossen Teil mitgeprägt... Ich warte einmal ab, wie es dann ist an der ILMAC selbst: Ob ich dann wehmütig werde? Ich weiss es noch nicht. Ich freue mich auf jeden Fall auf meine neue Zeit, das ist ganz sicher.

Herr Appel, ich danke Ihnen für das Gespräch.

dukte viel besser untereinander vergleichen. Und was natürlich die Messe kann und das Internet überhaupt nicht, ist der persönliche Kontakt. Deswegen ist die Messe immer die grosse Zeit für die Verkäufer: Da können sie die Leute treffen, können in einem lockeren Ton Informationen oder Beiläufigkeiten austauschen etc. Das ist der Stoff, aus dem die Geschäfte sind. Also eher persönliche Beziehungen statt der ganzen Social Networks? Das ist eine schwierige Frage. Erst die wenigsten wissen wirklich genau, wie man mit diesen Social Networks umgehen muss. Man weiss, dass man irgendetwas tun muss. Aber mit welchem? Da muss man heute extrem breit gefächert unterwegs sein, die ganzen Kommunikations- und Werbeausgaben steigen, weil man keine eindeutige Richtung ausmachen kann. Sind Sie in den Social Networks? Ja, privat, und wir twittern auch bei der ILMAC und sind bei XING. Aber einen Erfolg können wir nach so kurzer Zeit noch nicht genau definieren. Die ILMAC hat dieses Jahr eine App für Smartphones. Das ist richtig. Wir drucken zum Beispiel keinen Katalog mehr, denn das ist heutzutage nicht mehr gefragt. Wir haben natürlich unsere ilmac24, die grosse ILMAC-Datenbank. Die ist auf dem Internet. Der Ableger davon ist die App. Die basiert auf dieser Datenbank. Betreuen Sie noch eine andere Messe ausser der ILMAC? Im Moment endet meine Planung in der Messe mit der ILMAC, weil ich nachher in Pension gehe. 7–8/2013

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Bild: HZDR / Frank Bierstedt

Fermentoren am deutschen Helmholtz-Institut für Ressourcentechnologie

Leuchtende Bakterienproteine zum Nachweis von Chemikalien im Wasser

Farbsensoren detektieren Substanzen Medikamentenreste haben im Wasser nichts zu suchen, Spurenmetalle in Prozesswässern der Recyclingindustrie sind dagegen wertvoll. Wissenschaftler haben ein einfaches Farbsensor-Prinzip entwickelt, mit dem man beide Stoffe sowie viele weitere Substanzen leicht nachweisen kann. Die Idee: Leuchtet die untersuchte Probe rot, ist das Wasser «sauber»; färbt es sich dagegen grün, sind die gesuchten Stoffe enthalten.

«Arzneimittelreststoffe werden immer problematischer für die Umwelt. Kläranlagen bauen sie nicht vollständig ab. Das Problem wird zunehmen, betrachtet man zum Beispiel den steigenden Anteil alter Menschen in unserer Gesellschaft und den damit wachsenden Medikamentenverbrauch», sagt Katrin Pollmann vom Helmholtz-Institut für Ressourcentechnologie (HIF) am HZDR Freiberg. «Grundsätzlich eignet sich unser Farbsensor-Prinzip zum Aufspüren aller möglichen Substanzen», so Pollmann weiter. Gewinnbringend eingesetzt werden könnte es auch beim Recycling strategischer Metalle. In der Recyclingindustrie fallen Prozesswässer an, die Metalle enthalten und die man nutzen kann. Das Sensorprinzip beruht auf einem roten und einem grü36

nen Fluoreszenz-Farbstoff. Wäre ein gesuchter Stoff in einer Wasserprobe vorhanden, würde der Sensor grün leuchten; eine rote Färbung würde dagegen anzeigen, dass die Substanz nicht vorkommt. Wie kommt es zu dem Farbunterschied? «Die Farbmoleküle befinden sich auf einer nanostrukturierten Oberfläche, die aus bakteriellen Proteinen besteht. Die Farbstoffe liegen so dicht aneinander, dass ein Energieübertrag von den grünen auf die roten Farbstoffe stattfindet, wenn man sie mit Licht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt, zum Beispiel aus einem Laser. Die Probe leuchtet dann rot. Der Energietransfer findet aber nur statt, wenn die Wasserprobe sauber ist. Lagern sich dagegen fremde Substanzen, zum Beispiel die ge-

suchten Medikamente oder Schadstoffe, zwischen den Farbmolekülen an spezifi schen Bindungsstellen an, wird der Transfer unterbrochen, und nur die grünen Farbstoffe strahlen», erklärt Ulrike Weinert.

Ein Sensorchip vereinigt die Komponenten Die nanostrukturierte Oberfläche ist ein wichtiger Teil des Projekts. Sie wird aus den Hüllproteinen von Bakterien gewonnen, die die Forscher im Labor heranzüchten. «Die Proteine bilden regelmässige Gitterstrukturen auf der Nano-Ebene. Sie eignen sich hervorragend, um funktionelle Gruppen und andere Moleküle gleichmässig anzuordnen», so Weinert. 7–8/2013


Bild: Sander Münster / 3Dkosmos.de

The Formula for Success in Business and Research

Biosensor: Das am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf entwickelte Farbsensor-Prinzip beruht auf einem roten und einem grünen Fluoreszenz-Farbstoff. Wäre ein gesuchter Stoff in einer Wasserprobe vorhanden, würde der Sensor grün leuchten; eine rote Färbung würde dagegen anzeigen, dass die Substanz nicht vorkommt.

Ein wichtiger weiterer Baustein des Sensorprinzips sind die Bindungsstellen auf der Nano-Oberfläche für die nachzuweisenden Substanzen. Dafür werden sogenannte Aptamere eingesetzt. Das sind kurze, einzelsträngige DNA-Oligonukleotide; die DNAAbschnitte können so gestaltet werden, dass sie in der Lage sind, die unterschiedlichsten Substanzen, wie eben Medikamente oder Schadstoffe, spezifisch zu binden. Sie sind das Spezialgebiet von Beate Strehlitz vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig. Im Rahmen des AptaSens-Projektes wurde in ihrer Arbeitsgruppe ein solcher Rezeptor für das Antibiotikum Kanamycin entwickelt, das zum Beispiel zur Behandlung bakterieller Infektionen des Auges, wie Bindehautentzündungen, oder in der Tiermedizin eingesetzt wird. Was noch aussteht, ist, den KanamycinRezeptor mit den Farbstoffen zu kombinieren und damit das Farbsensor-Prinzip an einer Beispielsubstanz zu testen. «Ab dann ist es nur noch ein kleiner Schritt bis zur Entwicklung eines vollständigen Farbsensors», sagt Katrin Pollmann. Dafür müssen die Forscher die einzelnen Komponenten – also Bakterienproteine, Farbstoffe und Aptamer – zu einem Sensorchip integrieren. Sie haben auch bereits mit geeigneten Trägermaterialien, zum Beispiel Glas oder Siliziumdioxid, experimentiert. «Der Sensor7–8/2013

chip könnte daumennagelklein sein. Man könnte ihn vor Ort mit einer Wasserprobe, die man untersuchen möchte, benetzen. Dazu gehören dann noch eine Laserlichtquelle, die den Chip aktiviert, und ein Detektor, der die Farbänderung misst», so Pollmann. Quelle: Helmholtz-Institut für Ressourcentechnologie Originalpublikation U Weinert, K Pollmann, J Raff, «Fluorescence Resonance Energy Transfer by S-layer coupled fluorescence dyes», Sensors and Actuators B: Chemical 185, 553–559 (2013)

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Kontakt Dr. Katrin Pollmann Helmholtz-Institut für Ressourcentechnologie am HZDR Freiberg Deutschland k.pollmann@hzdr.de

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Ulrike Weinert u.weinert@hzdr.de www.hzdr.de biotechnica.de

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MEDIZIN/PHARMA

Orale Desinfektionsmittel induzieren Apoptose in humanen oralen Tumorzellen

Mundwasser gegen Krebs?

Bild: M Gräber et al., ÂŤOrale Desinfektionsmittel inhibieren Protein-Protein-Wechselwirkungen des antiapoptotischen Proteins Bcl-xL und induzieren Apoptose in humanen oralen TumorzellenÂť, Angew Chem, 125(16), 4583â&#x20AC;&#x201C;4588 (2013). Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

Bei Zahnfleischentzßndungen werden oft desinfizierende Mundwässer empfohlen. Die darin enthaltenen Wirkstoffe kÜnnten kßnftig vielleicht noch einen anderen Anwendungsbereich finden: Wie Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, verstärken Chlorhexidin und Alexidin den programmierten Zelltod und kÜnnten so bei Krebserkrankungen des Mund- und Rachenraumes wirksam sein.

Bei physiologisch relevanten Konzentrationen inhibieren die beiden Verbindungen Chlorhexidin (hier als Beispiel in Rot) und Alexidin die Protein-Protein-Wechselwirkungen des antiapoptotischen Proteins Bcl-xL (in GrĂźn). Dadurch induzieren sie in einer Reihe von Tumorzelllinien der Zunge und des Rachens Apoptose.

Zuweilen werden bei etablierten Pharmaka noch weitere Wirkungen entdeckt, als die, fßr die sie eigentlich zugelassen waren. Man denke etwa an Acetylsalicylsäure (Aspirin, ASS), ein geläufiges Mittel gegen Schmerzen und Fieber, das inzwischen auch Thrombose-gefährdeten Patienten verordnet wird, um deren Blut dßnnflßssiger zu machen. Das Team um den Leipziger Chemiker Thorsten Berg ist ßberzeugt, dass viele niedermolekulare Wirkstoffe, die

bereits zugelassen sind, bis dato unbekannte Aktivitäten gegenßber Wechselwirkungen zwischen Proteinen zeigen, die therapeutisch interessant sein kÜnnten. Dies wollten die Forscher anhand einer fßr die menschliche Gesundheit relevanten Protein-Protein-Wechselwirkung beweisen: der Wechselwirkung zwischen zwei Proteinen, deren Interaktion die Apoptose, sprich den programmierten Zelltod, steuert. Beide Proteine stammen aus derselben Protein-

familie. Das Protein Bad lĂśst den Zelltod aus. Das andere (Bcl-xL) ist sein Gegenspieler, es bindet an das apoptosefĂśrdernde Protein und hemmt es auf diese Weise. Die Wissenschaftler fĂźhrten ein Screening mit einer Sammlung von mehr als 4000 Substanzen durch, einer sogenannten Substanzbibliothek. Ein Grossteil der enthaltenen Verbindungen sind klinisch genutzte kleine MolekĂźle. Mit Bindungsversuchen wurde ermittelt, welche der Substanzen die

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7â&#x20AC;&#x201C;8/2013


MEDIZIN/PHARMA

le für zugelassene niedermolekulare Wirkstoffe ausmachen zu können. Quelle: Angewandte Chemie

Chlorhexidin ist seit Langem als orales Desinfektionsmittel in Gebrauch – in Zukunft könnte es auch bei Krebserkrankungen des Mund- und Rachenraumes Einsatz finden.

Bindung der beiden Ziel-Proteine inhibiert. Um die Spezifität der «Treffer» zu beurteilen, wurde zudem deren Wirkung auf andere Protein-Protein-Wechselwirkungen getestet. Berg und seine Kollegen wurden fündig: Chlorhexidin, die aktive Komponente kommerzieller oraler Desinfektionsmittel, wie Chlorhexamed, Chlorhexal, Periogard, Corsodyl oder Chlorohex, und Alexidin, die Wirkkomponente von Esemdent, hemmen die Bindung des Apoptose-Gegenspielers an den Apoptose-Auslöser. Chlorhexidin wirkt spezifisch, Alexidin zeigt weitere, aber sehr viel schwächere Wirkungen auf andere Proteine.

Warum sind Apoptose-Proteine interessant? In Tumorzellen ist die Apoptose verringert, die Zellen sterben nicht ab und wuchern immer weiter. Ein Grund dafür ist, dass sie zu viel von dem apoptosehemmenden Protein herstellen. Die heraussondierten Wirkstoffe hingegen lösten in Versuchen an Zellkulturen verschiedener Zungen- und Rachenkarzinome beide eine verstärkte Apoptose aus. Dies ist eine deutlich stärkere Wirkung als bei gesunden Zellen. Eine therapeutische Nutzung der beiden Stoffe könnte daher möglich sein. Die Forscher hoffen nun, noch weitere Protein-Protein-Wechselwirkungen als Zie-

Originalpublikation M Gräber et al., «Orale Desinfektionsmittel inhibieren Protein-Protein-Wechselwirkungen des antiapoptotischen Proteins Bcl-xL und induzieren Apoptose in humanen oralen Tumorzellen», Angew Chem 125(16), 4583–4588 (2013)

Kontakt Prof. Thorsten Berg Institut für Organische Chemie Universität Leipzig Deutschland tberg@uni-leipzig.de www.uni-leipzig.de/~tberg

Basel Messe Basel, Halle 2

13. & 14. November 2013 Die Messe für Schüttguttechnologien in der verarbeitenden Industrie

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Basel Messe Basel, Halle 2

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Fachmesse für Recycling-Technologien

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ERNÄHRUNG

Vegetal health-supporters against diet-induced atherosclerosis:

Good cholesterol mimicking tomatoes Researchers have genetically engineered tomatoes to produce a peptide that mimics the actions of good cholesterol when consumed. The early study found that mice that were fed these tomatoes in freeze-dried, ground form had less inflammation and plaque build-up in their arteries. This raises hope for a new approach to prevent atherosclerosis in humans caused by mal nourishment.

«This is one of the first examples of a peptide that acts like the main protein in good cholesterol and can be delivered by simply eating the plant,» said Alan M. Fogelman of the David Geffen School of Medicine at UCLA. «There was no need to isolate or purify the peptide – it was fully active after the plant was eaten.» After the tomatoes were eaten, the peptide surprisingly was found to be active in the small intestine but not in the blood, suggesting that targeting the small intestine may be a new strategy to prevent diet-induced atherosclerosis, the plaque-based disease of the arteries that can lead to heart attacks and strokes. Specifically for the study, the team genetically engineered tomatoes to produce 6F,

a small peptide that mimics the action of apoA-1, the chief protein in high-density lipoprotein (HDL or «good» cholesterol). Scientists fed the tomatoes to mice that lacked the ability to remove low-density lipoprotein (LDL or «bad» cholesterol) from their blood and readily developed inflammation and atherosclerosis when consuming a high-fat diet.

Significant effects of the peptide-enriched diet The researchers found that mice that ate the peptide-enhanced tomatoes, which accounted for 2.2 percent of their Westernstyle, high-fat diet, had significantly lower levels of inflammation, higher activity of paraoxonase, an antioxidant enzyme as-

sociated with good cholesterol, higher levels of good cholesterol, decreased lysophosphatidic acid, a tumor-promoter that accelerates plaque build-up in the arteries in animal models, and less atherosclerotic plaque. Several hours after the mice finished eating, the intact peptide was found in the small intestine, but no intact peptide was found in the blood. According to researchers, this strongly suggests that the peptide acted in the small intestine and was then degraded to natural amino acids before being absorbed into the blood, as is the case with the other peptides and proteins in the tomato. «It seems likely that the mechanism of action of the peptide-enhanced tomatoes involves altering lipid metabolism in the intestine, which positively impacts cholesterol,» said the involved scientist Srinavasa T. Reddy.

The various benefits of apoA-1

Source: Peter Bast / pixelio.de

Previous studies performed by Fogelman’s lab and other researchers around the world in animal models of disease have suggested that a large number of conditions with an inflammatory component — not just atherosclerosis — might benefit from treatment with an apoA-1 mimetic peptide, including Alzheimer’s disease, ovarian and colon cancer, diabetes, asthma, and other disorders.

The chosen model’s fruits are beneficial as they can be eaten without cooking, which would probably damage the peptides of interest.

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The immune system normally triggers an inflammatory response to an acute event such as injury or infection, which is part of the natural course of healing. But with 7–8/2013


ERNÄHRUNG

that might break down the peptide. The researchers were able to successfully genetically express the peptide in tomato plants, and the ripened fruit was then freeze-dried and ground into powder for use in the study.

Source: Wikipedia

The current study and findings resulted from years of detective work in searching for an apoA-1 peptide that could be practically produced. Peptides prior to the current 6F version have required additions that can only be made by chemical synthesis. The 6F peptide does not require these additions and can therefore be produced by genetically engineering plants.

Micrograph of an artery that supplies the heart with significant atherosclerosis and marked luminal narrowing.

many chronic diseases, inflammation becomes an abnormal, ongoing process with long-lasting deleterious effects in the body. If the work in animal models applies to humans, said Fogelman, consuming forms of genetically modified foods that contain apoA-1–related peptides could potentially help improve these conditions. The peptide would be considered a drug if given by injection or in a purified pill form, but when it is a part of the fruit of a plant,

it may be no different from a safety standpoint than the food in which it is contained — and it may be better tolerated than a drug, Fogelman said. He noted that one possibility could be the development of the peptide into a nutritional supplement.

Plantal production of the current peptide version The team chose a fruit — the tomato — that could be eaten without requiring cooking

«This is one of the first examples in translational research using an edible plant as a delivery vehicle for a new approach to cholesterol,» said Judith Gasson. «We will be closely watching this novel research to see if these early studies lead to human trials.» In addition, Gasson noted that this early finding and future studies may yield important and fundamental knowledge about the role of the intestine in diet-induced inflammation and atherosclerosis. Source: University of California, Los Angeles (UCLA) Reference A Chattopadhyay et al., «A novel approach to oral apoA-I mimetic therapy», J Lipid Res 54(4), 995–1010 (2013)

Source: Wikipedia

Contact Prof. Alan M. Fogelman Atherosclerosis Research Unit, Department of Medicine University of California Los Angeles (UCLA) USA afogelman@mednet.ucla.edu www.cardiology.med.ucla.edu/ aru/aru.htm The structure of apoA-1 protein which is mimicked by the engineered small peptide 6F.

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CLEANTECH/SUSTAINABILITY

Bioverfahren zur Herstellung von Ethanol reduziert CO2-Ausstoss um 95 Prozent

Die nächste Generation des Biotreibstoffs

Sebastian Wagner Biosprit hatte bisher keinen guten Ruf. Umweltschützer und Menschenrechtsaktivisten üben harsche Kritik an der bisherigen «E10»Technologie. So führt der hohe Energiebedarf bei der Produktion zu einer nur minimalen Reduktion des CO2-Ausstosses. Ausserdem stehen die für den Anbau der Ethanol-Pflanzen notwendigen immensen Flächen in di-

Cellulose: Das Polysaccharid Cellulose besteht aus Glucose-Einheiten. Das «sunliquid»Verfahren ermöglicht das Brechen der starken Bindung zwischen den einzelnen GlucoseKettengliedern.

rekter Konkurrenz zu den Feldern für den Anbau von Grundnahrungsmitteln. Infolgedessen steigen deren Preise markant. Eine Alternative stellt das von Clariant entwickelte Verfahren «sunliquid» dar. André Koltermann, Leiter des Biotech & Renewables Centers von Clariant, erklärt: «Mit dem innovativen sunliquid-Verfahren hat Clariant eine Technologie entwickelt, um

Über diesen QR-Code geht es auf die Website von Clariant, wo man ein Video findet, das den «sunliquid»-Prozess erklärt.

42

aus bisher nicht verwertbaren Pflanzenreststoffen hochwertiges Ethanol herzustellen.» Die Besonderheit des Prozesses liegt darin, dass auch Cellulose und andere schwer zersetzbare Polysaccharide in Ethanol umgewandelt werden. Die Cellulose sorgt zusammen mit Lignin für die Stabilität von Pflanzen. Sie kommt in grossen Mengen in Getreide- und Maisstroh, Zuckerrohrbagasse und anderen Pflanzenresten vor. Der erste Schritt zur Ethanol-Gewinnung ist die thermische und mechanische Behandlung der Pflanzenreste. Unter hohem Druck und mit Wasserdampf wird das Stroh zu Fasern verarbeitet. Das resultierende Gemisch wird getrennt. Ein kleiner Teil wird mit eigens genetisch modifizierten Mikroorganismen versetzt, die massgeschneiderte Enzyme schnell und in situ produzieren. Bisher wurden unspezifische Enzyme eingesetzt, die nicht nur teuer gekauft werden mussten, sondern auch weniger effektiv waren. Im nächsten Schritt werden die getrennten Reaktionsmedien wieder miteinander vermischt. Die Enzyme spalten die Cellulose und andere Polysaccharide in die Einfachzucker Glucose, Xylose und Arabinose. Das nicht zersetzbare Lignin wird abgeschieden und verbrannt. Die Verbrennungswärme wird verwendet, um einen energieautarken Betrieb des Prozesses zu ermöglichen. Die Zuckerlösung wird nun fermentiert. Wiederum werden genetisch modifizierte Organismen verwendet, die gleichzeitig alle verschiedenen Zucker aufnehmen und in Ethanol umwandeln. Das in Wasser gelöste Ethanol muss nun aufgereinigt werden. Anstatt einer energieintensiven Destillation wird ein Adsorptionsverfahren eingesetzt. Beim Durchfluss des Wasser-Ethanol-Gemischs binden die Ethanolmoleküle an die Oberfläche des schwammähnlichen Mate-

Bild: Clariant

Das Schweizer Spezialchemieunternehmen Clariant entwickelt ein Verfahren zur Herstellung des Biotreibstoffs Ethanol (C2H5OH) aus Pflanzenresten. Im Gegensatz zu bisherigen Methoden besteht keine Konkurrenz zu Nahrungsmitteln, und der Prozess weist eine deutlich bessere Umweltbilanz auf. Eine Pilotanlage in Straubing bei München ist bereits in Betrieb.

Die Demonstrationsanlage von Clariant im bayrischen Straubing. Dort werden jährlich etwa 4500 Tonnen Stroh in 1000 Tonnen Bioethanol umgewandelt.

rials und können später abgetrennt werden. Die Verarbeitung einer Tonne Stroh liefert so knapp 200 Kilogramm Ethanol. Im bayrischen Straubing ist seit Juli 2012 eine Demonstrationsanlage mit einer Jahresproduktion von 1000 Tonnen Ethanol in Betrieb. Das Pflanzenmaterial stammt aus der Umgebung. Aufgrund der Spezifität des Verfahrens auf einzelne Pflanzensorten bietet sich eine solche Regionalität an. So wird in Straubing Weizen verarbeitet; in den USA wären Anlagen zur Verwertung von Maisresten sinnvoll, während in Südamerika Zuckerrohrbagasse zu Ethanol umgewandelt werden könnte. Koltermann: «Die Ergebnisse, die wir nun in Straubing gewinnen, werden es uns ermöglichen, industrielle Produktionsanlagen effizient und wirtschaftlich zu planen und schliesslich zusammen mit Partnern zu realisieren.» In der EU fallen jährlich 240 Millionen Tonnen Stroh an, wovon etwa 60 Prozent für die Ethanolproduktion zur Verfügung stehen. Mit den produzierten 30 bis 40 Millionen Tonnen Bioethanol könnte rund ein Viertel des EU-weiten Benzinbedarfs gedeckt werden. 7–8/2013


Mikrobiologische Sicherheitswerkbank

Sicher â&#x20AC;&#x201C; leise â&#x20AC;&#x201C; sparsam EN-12469

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Gemeinsam immer einen Schritt voraus


CLEANTECH/SUSTAINABILITY

Meereswellenenergie könnte Kernkraftwerke ersetzen

Energetisches Potenzial ohne Grenzen Alternative Energieformen sind der einzig vernünftige Schritt in eine nachhaltige Zukunft. Solarstrom und Windkraft gehören bereits zu den weit verbreiteten erneuerbaren Energien. Doch sie haben einen grossen Nachteil: Die Verfügbarkeit hängt von äusseren Umständen ab. So brauchen Windparks genügend Wind und Solaranlagen den Tag mit Sonne. Anders die Energieform aus dem Ozean – in küstennahen Gebieten herrscht fast immer Wellengang, der Strom liefern könnte.

Sabine Goldhahn Trotz propagierter 2000 Watt-Gesellschaft und immer energieeffizienterer Elektrogeräte nimmt der weltweite Energiebedarf allein wegen des steigenden Bedarfs in den Schwellenländern zu. So wird laut dem World Energy Outlook 2012 der Internationalen Energieagentur IEA der globale Energieverbrauch in den nächsten 20 Jahren um ein Drittel steigen. Neben Wasserkraft, Kohle, Erdgas und der umstrittenen Kernkraft spielen erneuerbare Energien langsam, aber stetig eine immer grössere Rolle. Fotovoltaik und Windkraft sind inzwischen zwar in vielen Gegenden etabliert, jedoch erfordern beide beträchtliche Investitionen bei schwankender elektrischer Leistung. Demgegenüber liegt in Küstengebieten ein Energieträger mit bislang kaum genutztem Potenzial: Wellen. Praktisch an jeder Küste verfügbar, könnten sie die Lösung vieler Energieprobleme sein. Denn sie hängen nicht von der Tageszeit ab, lassen sich nicht von Wolken beeinträchti-

gen, und selbst bei wenig Wind können kleine Schwankungen im Meeresspiegel noch Energie liefern. Schätzungen des amerikanischen Electric Power Research Instituts (EPRI) zufolge beträgt das regionale Wellenenergiepotenzial allein an der Südküste Alaskas 1250 TWh/Jahr und das gesamte Meereswellen-Energiepotenzial der USA sogar 2100 TWh/Jahr. Das entspricht etwa dem Verbrauch von Deutschland, Frankreich, England, Spanien und Italien zusammen (ca. 2000 TWh/Jahr). Würde man einen durchschnittlichen Stromverbrauch pro Haushalt von 3500 KWh zu Grunde legen, könnten somit 600 Millionen Haushalte versorgt werden. Wissenschaftler schätzen das weltweite Potenzial von Meereswellenenergie auf bis zu 29 500 TWh Strom pro Jahr. Zum Vergleich: Das Kernkraftwerk Leibstadt erbrachte im Jahr 2011 eine Jahresnettoproduktion von 9481 GWh. Um die Energie aus den Wellen nutzen zu können, werden schon seit längerem Wellenkraftwerke verschiedener Funktionsweisen eingesetzt. Vorreiter bei der Wellenkraft

WELLENKRAFTWERKE AUF DER BASIS VON ELEKTROAKTIVEN POLYMEREN

• • • •

keine Energieumwandlung kaum bewegliche Teile keine Wartung direkte Umwandlung der Energie

Bilder: Wacker Chemie AG

Wellenenergie

mechanischer Hub

elektroaktives Polymer

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sind Nationen wie England und die USA, aber auch die skandinavischen Staaten. Diverse Technologien ermöglichen eine Leistung von bis zu 11 MW pro Einheit. Knackpunkt dabei ist allerdings die Umwandlung von mechanischer Energie aus den Hubund Senkbewegungen der Wellen in elektrische Energie. Bisher werden dafür hydraulische Systeme dazwischen geschaltet, deren Flüssigkeitsbewegungen dann mit Hilfe von Generatoren in Strom umgewandelt werden. Allein der vergleichsweise niedrige Wirkungsgrad sowie hohe War-

ELEKTROAKTIVE POLYMERE – ARBEITSPRINZIP

Strom

Wellenenergie

Reinraumarbeit bei Wacker Chemie

Strom

• Ein Elastomerfilm wird auf beiden Seiten mit Elektrodenmaterial beschichtet • Elektrische Spannung erzeugt elektrostatischen Druck • Dadurch verändert sich der Elastomerfilm; er wird dünner, aber in der Fläche größer. • Wenn keine Spannung anliegt, nimmt der Elastomerfilm wieder seine ursprüngliche Form an.

U

Elektroaktive Materialien bieten die Möglichkeit, hohe Wartungskosten von Wellenkraftwerken zu vermeiden.

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CLEANTECH/SUSTAINABILITY

ELEKTROAKTIVE MATERIALIEN FÜR WELLENKRAFTWERKE: FUNKTIONSWEISE

elektrische Energie

EAP entspannt sich

Spannung abgreifen

Anforderungen an EAP-basierte Wellenkraft-Konverterstacks Viele Schichten aus dielektrischen Elastomeren und Elektroden ermöglichen ein Optimum an Effizenz

E = ½ V² C max

entspannen

flexible Elektrode: Ruß

• langlebig: 10 Millionen Zyklen während der gesamten Betriebsdauer

laden komprimieren

elastisches dielektrisches Medium: Silicongummi

mechanische Energie

C0 = ε0 εr A0/d0

technische Anforderungen an dielektrische Schichten

laden

entladen

∆E ≅ ½ V² bias (Cmax – C0)

DIELEKTRISCHE WERKSTOFFE MÜSSEN 10 MILLION ZYKLEN VERKRAFTEN

• ca. 50 % Dehnfähigkeit • hohe Durchschlagsfestigkeit

EAP wird durch Wellenkraft gedehnt / komprimiert

tungskosten für die grosse Anzahl an beweglichen Teilen führen zu Stromentstehungskosten von circa 31 Rappen pro kWh – das ist gemessen an den Kosten für konventionellen Strom momentan noch zu viel. Daher suchen die Stromerzeuger nach alternativen Möglichkeiten, um die Energie der Wellen mit weniger beweglichen Teilen und somit niedrigeren Wartungskosten direkt in Strom umzuwandeln. Eine Schlüsseltechnologie dazu könnte auf elektroaktiven Polymeren (EAP) basieren. Dabei wird der mechanische Hub der Wellen ohne hydraulische Zwischenkomponente mit Hilfe sogenannter EAP-Stacks direkt in Strom umgewandelt. Bei so einem Stack wird ein Elastomerfilm auf beiden Seiten mit Elektrodenmaterial beschichtet. Das EAP wird durch Wellenkraft komprimiert und aufgeladen, sodass bei der mechanischen Entspannung die aufgebaute elektrische Spannung abgegriffen werden kann. Viele Schichten aus dielektrischen Elastomeren und Elektroden ermöglichen dabei eine hohe Effizienz.

Cmax = ε0 εr Amax/dmin

Allerdings werden hohe technische Anforderungen an die extrem dünnen, dielektrischen Schichten gestellt: Sie müssen sehr reissfest und beständig sein – bei 50 Prozent Dehnfähigkeit. Hinzu kommt, dass ihre Lebensdauer auf mindestens 10 Millionen Zyklen veranschlagt wird. Im Rahmen eines Förderprojekts entwickelt der Münchner Chemiekonzern Wacker ein Siliconelastomer, das den speziellen Anforderungen im Niederfrequenzbereich (0,1– 1 Hz) genügt. «Aufgrund ihrer guten elektrischen und mechanischen Eigenschaften sowie wegen ihrer Stabilität und Umweltverträglichkeit sind Silicone das am besten geeignete Material für EAP-Generatoren», betont der Chemiker Martin Grunwald von Wacker. Gleichzeitig ergänzt er: «Eine besondere Herausforderung ist es, die Schichten sehr präzise und effizient zu fertigen, um Tausende von ihnen für ein Modul herzustellen. Die Folien müssen fehlerfrei sein und eine hohe Schichtdickengenauigkeit aufweisen.» Daher arbeitet Wacker Silicones als Spezialist für Silicone gemeinsam mit Experten

• hohe Beständigkeit

der Robert Bosch GmbH, weiterer Firmen sowie akademischen Partnern der TU Hamburg und Darmstadt an der Entwicklung siliconbasierter EAPs für die Energiegewinnung mittels Wellenenergie. Wacker ist für die Materialentwicklung und -verarbeitung zuständig. Das ambitionierte Projekt soll 2015 in der Konzeption und dem Bau eines Generators zu Demonstrationszwecken resultieren. «Wenn alles funktioniert wie geplant, wird der Wartungsaufwand von Meereswellenkraftwerken künftig deutlich weniger werden, da viele der bisher noch verbauten mechanischen Komponenten entfallen», erklärt Grunwald einen wesentlichen Vorteil des Systems. Experten schätzen, dass man mit Hilfe der Meereswellenenergie bis 2050 eine Gesamtleistung von 337 Gigawatt realisieren könnte, was in etwa der aktuellen Gesamtleistung aller Kernkraftwerke weltweit entspricht. Und diese grosse Menge an Energie würde genau dort produziert werden können, wo sie gebraucht wird – in den Küstenregionen, in deren 200 km-Gürtel bereits heute mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung wohnt.

Kontakt Dr. Martin Grunwald Global Product Development Engineering Silicones Wacker Silicones München, Deutschland martin.grunwald@wacker.com www.wacker.com Chemische Struktur der Silicone

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U M W E LT

Rückstände von Waldbränden werden aus dem Boden gelöst und erreichen das Meer

Riesige Mengen Holzkohle enden im Ozean

Bilder: mit freundlicher Genehmigung von Dr. Stefan Doerr

Feuer verwandelt jedes Jahr Millionen Hektar Vegetation in Holzkohle. Dass diese nicht, wie bisher angenommen, im Boden verbleibt, sondern über Flüsse ins Meer gelangt und so dem globalen Kohlenstoffkreislauf zugeführt wird, hat nun ein internationales Forscherteam gezeigt. Die Wissenschaftler hatten aus allen Teilen der Welt Wasserproben analysiert und nachgewiesen, dass Holzkohle zehn Prozent der Gesamtmenge an darin gelösten organischen Kohlenstoffverbindungen ausmacht.

Borealer Waldbrand in Kanada, 2012 – eine Quelle für HolzkohlenAnreicherungen in der Umwelt

«Die meisten Forscher dachten, Holzkohle sei resistent und würde für immer im Boden verbleiben», sagt Rudolf Jaffé von der Florida International University. «Aber wenn das so wäre, wären die Böden schwarz.» Holzkohle entsteht nicht nur bei Waldbränden, sondern bleibt auch bei der Nutzung fossiler Brennstoffe als Rückstand übrig. «Vom chemischen Standpunkt aus betrachtet hatte niemand erwartet, dass sich Holzkohle in Wasser löst. Doch sie sammelt sich eben nicht unbegrenzt im Boden an», erklärt Jaffé weiter. «Regenfälle mobilisieren Holzkohle aus dem Boden, und über Feuchtgebiete und Flüsse gelangt sie schliesslich in den Ozean.» Thorsten Dittmar vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie erforscht die Chemie des Kohlenstoffs in den Meeren: «Um den Ozean verstehen zu können, müssen wir auch die Prozesse an Land verstehen, denn von dorther kommt über die Flüsse die organische Fracht», sagt Dittmar. Für die Studie hatten Forscher aus verschiedenen Ländern 174 Wasserproben aus al46

Verkohlte Überreste nach einem borealen Waldbrand in Kanada, 2012 – ein Beispiel für eine Quelle von Holzkohle

ler Welt ausgewertet, darunter Proben aus Flüssen wie dem Amazonas, dem Kongo

und dem Jangtse, aber auch aus der Arktis. Überraschenderweise entsprach der Anteil

Holzkohle und das globale Kohlenstoffbudget Wenn man Holzkohle in Böden einbringt, könnte man den CO2-Gehalt der Atmosphäre verringern und obendrein die Fruchtbarkeit von Ackerböden verbessern. Auf dieser Hoffnung basiert die Idee, mit negativer CO2-Bilanz Energie aus Biomasse zu gewinnen: Biomasse entnimmt der Atmosphäre im Rahmen der Fotosynthese CO2. Wenn aus Biomasse hergestellte «Biokohlen» über Jahrmillionen in den Böden gespeichert bleiben, könnte man der Atmosphäre damit dauerhaft CO2 entziehen. Die resultierende CO2Bilanz wäre selbst dann negativ, wenn ein Teil der Biokohle zur Energieerzeugung genutzt würde. Und da Holzkohle in Böden die Wasser- und Nährstoffspeicherkapazität erhöht, wäre ein bodenverbessernder Nebeneffekt gleich mitgegeben. Die neuen Forschungsergebnisse zur Löslichkeit von Holzkohle zeigen jedoch, dass die bisherigen Annahmen revidiert werden müssen: Holzkohle ist nicht derart zersetzungsstabil, dass sie auf praktisch unendliche Zeit in den Böden verbleibt. Wie effektiv man durch die Anreicherung von Böden mit Holzkohle tatsächlich in den globalen Kohlenstoffkreislauf eingreifen kann, lässt sich daher zurzeit nur unzureichend abschätzen. Nicht zuletzt könnte eine daraus resultierende Mehr-Einschleusung von Holzkohle in die Gewässer auch unbeabsichtigte Konsequenzen für die aquatischen Ökosysteme mit sich bringen. Quellen: Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie; Originalpublikation von R. Jaffé et al.

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Einfache Methodenentwicklung? So geht’s: Höchste Flexibilität und Robustheit mit

Bild: Max-Planck-Gesellschaft

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Forscher Thorsten Dittmar mit einer Wasserprobe: Die konzentierte Probe gelösten organischen Materials aus dem tiefen Ozean enthält circa 2 Prozent lösliche Holzkohle.

der gelösten Holzkohle in allen Proben jeweils zehn Prozent der Gesamtmenge an gelösten organischen Kohlenstoffverbindungen. Anhand dieses Wertes haben die Forscher auf der Basis früherer Studien die globale Holzkohlefracht abgeschätzt. Demnach werden jedes Jahr rund 25 Millionen Tonnen Holzkohle vom Land ins Meer transportiert. Die neuen Erkenntnisse helfen, das globale Kohlenstoffbudget besser zu kalkulieren. Dieses setzt sich zusammen aus den Einträgen aus kohlenstoffproduzierenden Quellen (wie zum Beispiel Pflanzen) und den Abbauprozessen, bei denen organischer Kohlenstoff in Kohlendioxid umgewandelt wird. Möglichst genaue Berechnungen des globalen Budgets sind wichtig, um Klimafolgen abzuschätzen und Wege zu deren Milderung zu finden. Zum Holzkohlegehalt im Boden waren bisher nur grobe Schätzungen möglich. Wie sich nun herausgestellt hat, sind die meisten davon zudem falsch, denn der Gesamtgehalt wird durch Holzkohle produzierende Prozesse wie Waldbrände sowie den Abtransport ins Meer bestimmt. Die Ergebnisse sollten nach Meinung der Forscher in Überlegungen zur technischen Kohlenstoffspeicherung eingehen. Zu diesen Techniken gehört etwa die Kohlenstoffspeicherung in Form von Biokohle. Dabei wird dem Boden Holzkohle aus Pflanzen beigemischt, die Kohlenstoff binden soll. Die Gefahr dabei ist jedoch, dass sich diese Kohle wieder aus dem Boden löst. Um das Risiko besser abschätzen zu können, konzentrieren sich die Forscher nun auf die 7–8/2013

Frage, wie sich der Holzkohleeintrag in die Ozeane auf die Umwelt auswirkt. Je besser man diese Prozesse verstehe, desto besser seien die Chancen, eine optimale Technik der Kohlenstoffspeicherung entwickeln zu können, so die Wissenschaftler. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft Originalpublikation R Jaffé et al., «Global Charcoal Mobilization from Soils via Dissolution and Riverine Transport to the Oceans», Science 340(6130), 345–347 (2013)

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Dr. Thorsten Dittmar Forschungsgruppe Marine Geochemie Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie Bremen, Deutschland tdittmar@ mpi-bremen.de www.mpi-bremen.de/AG_Marine_ Geochemie

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10. Schweizer Sonderabfalltag: Von Altlasten und der Zukunft

Abfällige Themen im Fokus Anlässlich des zehnten Schweizer Sonderabfalltages wurden aktuelle Fragen aus der Abfallwirtschaft aufgeworfen. Das kleine Jubiläum wurde zum Anlass genommen, Themen und Trends rund um die Sonderabfallentsorgung sowie das Recycling zu diskutieren.

Bild: Epiu700 / pixelio.de

tem Abwasser in die Kanalisation oder die Gewässer, verdächtige Abfall-Lagerungen im Freien und illegale Ausfuhren von Abfällen. Die Kantone sind seit 2010 dazu verpflichtet, die Zollorgane bei der Warenkontrolle zu unterstützen. Einige Vollzugsbehörden haben Private mit Kontrollen und Überwachungen betraut. Zudem werden externe Expertinnen und Experten geschult und der Ablauf, die Kontrolle und die Berichterstattung standardisiert.

In der Schweiz werden 51 Prozent der Siedlungsabfälle dem Recycling zugeführt.

Seit 1992 hat die Menge an entsorgten Sonderabfällen laufend zugenommen. Das ist einerseits auf den Wohlstand und das entsprechend wachsende Konsumverhalten zurückzuführen, andererseits auf die steigende Anzahl von Deponiesanierungen und die damit verbundene Aufarbeitung von Altlasten. Der Trend zur Verwertung ist klar erkennbar und wird in Zukunft weiter gefördert. Heute werden in der Schweiz 51 Prozent der Siedlungsabfälle dem Recycling zugeführt. Angestrebt wird eine Quote von zwei Drittel bis 2030. Damit die fehlenden 15 Prozent erreicht werden, braucht es weiterhin starke Bemühungen. Denn in der Zukunft führt kein Weg an einer Recyclingwirtschaft vorbei. Eine Herausforderung stellt die Entsorgung von flüssigen Abfällen dar, da bei unsachgemässer Entsorgung von Chemikalien über die Kanalisation umweltgefährliche Stoffe in die 48

Gewässer und letztendlich auch ins Trinkwasser gelangen. Aus diesem Grund muss vor der Einleitung ins Kanalisationsnetz die Zusammensetzung von Abwässern überprüft werden. Je nach Inhaltsstoffen, Verschmutzungsgrad, Menge, aber auch Grösse und Auslastung der angeschlossenen Abwasserreinigungsanlage (ARA), kann es sich um flüssigen Abfall oder gar Sonderabfall handeln. Mittels einer vorgestellten Entscheidungshilfe soll die Unterscheidung zwischen Abwasser und Abfall künftig vereinfacht werden.

Strafrechtliche Untersuchung bei Missachtung Rund hundert Fälle von Verstössen werden bei der Fachstelle Spezialabteilung Tierund Umweltschutz der KAPO Zürich jährlich bearbeitet: Einleitungen von belaste-

Ebenfalls Thema: Quecksilberemissionen aus Energiesparlampen. Untersuchungsergebnisse sollen helfen, Risiken für Konsumenten und Entsorger zu minimieren. Ein mechanisches Trockenverfahren, die Bluebox, soll unkontrollierte Quecksilber-Emissionen verhindern und eine hochstehende Abtrennung einzelner Produkte gewährleisten und so für ein umweltgerechtes Recycling von Leuchtmitteln und Flachbildschirmen sorgen. Die Referate des 10. Schweizer Sonderabfalltages sind als PDF auf der Website verfügbar. Quelle: Ecoserve

Kontakt EcoServe International AG Bresteneggstrasse 5 CH-5033 Buchs AG Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch www.ecoserve.ch

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U M W E LT

Junge und alte Vögel orientieren sich unterschiedlich

Magnetische Pulse stören erlernte Orientierung

Bilder: Barbara Helm, MPI für Ornithologie

Zugvögel nutzen bei ihrer Migration sowohl eine genetisch angeborene Vorzugsrichtung, als auch einen Magnetsinn, mit dem sie sich an den Feldlinien der Erde orientieren. Ungeklärt war bislang, ob die Vögel auch eine auf Erfahrung basierende «Landkarte» verwenden, um an ihre Zielorte zu gelangen. Jetzt haben Forscher herausgefunden, dass sich Jungvögel vor dem ersten Vogelzug auf ihren genetisch angeborenen Kompass verlassen müssen, während das offenbar erfahrungsabhängige magnetische Kartensystem der älteren Tiere erst später angelegt wird.

Die Vermessung des Rotkehlchens: Barbara Helm erfasst für die Auswertungen relevante Daten.

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Ornithologie in Radolfzell setzten Rotkehlchen (Erithacus rubecula) während ihrer Reise einem starken, magnetischen Puls aus und störten so kurzfristig deren Magnetsinn. Als Folge konnten sich die zugerfahrenen Tiere schlechter orientieren. Die Peilung von jüngeren Vögeln hingegen, die zum ersten Mal zum jährlichen Vogelzug aufbrechen wollten, verschlechterte sich aufgrund der Puls-Behandlung nicht. Daraus schliessen die Forscher, dass die Jungtiere aufgrund fehlender Erfahrung noch keine magnetische Karte angelegt haben. Das magnetische Kartensystem ist demnach erfahrungsabhängig und wird, einmal erstellt, von solchen Pulsen gestört. Tausende von Vögeln ziehen in Frühling und Herbst in ihre jeweiligen Sommer- und Winterquartiere. Die grundsätzliche Wanderrichtung wird dabei durch genetisch angeborene Faktoren bestimmt. Doch darü7–8/2013

ber hinaus besitzen Vögel noch einen zusätzlichen magnetischen Orientierungssinn, welcher sich am Magnetfeld der Erde ausrichtet. Die Stärke dieses Feldes variiert zwischen den Polen zum Äquator hin und gibt so Auskunft über den aktuellen Aufenthaltsort. Forscher vermuten, dass die Vögel mithilfe dieses Sinnes dann auf ihren Wanderungen «Karten» ausbilden, an denen sie sich in den folgenden Jahren orientieren. Die Wissenschaftler am MaxPlanck-Institut für Ornithologie haben nun untersucht, welchen Effekt ein magnetischer Puls auf die Orientierungsfähigkeit wilder Rotkehlchen hat. Sie haben die Tiere an einem Rastplatz während des Vogelzuges mit kleinen Radiotransmittern versehen. So konnten sie feststellen, in welche Richtung sie ihre Reise nach der Puls-Behandlung fortsetzen. Die Forscher unterschieden dabei zwischen älteren Vögeln, die schon einmal migriert waren und jüngeren, denen die erste Wanderung gerade bevorstand. Wie sie herausfanden, zogen die erwachsenen Vögel nach der Behandlung sehr viel öfter in die falsche Richtung los als die Tiere der Kontrollgruppe, die einem nicht-magnetischen Puls ausgesetzt waren. Am stärksten trat dieser Effekt bei Vögeln auf, die innerhalb von zehn Tagen nach der Behandlung losflogen. «Der Puls hat wohl die magnetischen Karten der Rotkehlchen zurückgesetzt», mutmasst Richard Holland vom Max-Planck-Institut. «Sie mussten sich deshalb auf andere Umweltinformationen verlassen und verflogen sich dann.» Dies würde auch erklären, wieso bei gleicher Behandlung der Jungtiere keine Verschlechterung der Peilung auftrat. «Die jungen Vögel waren noch nie migriert und

Anhand der Eigenschaften des Federkleides leiten die Wissenschaftler das Alter der Vögel ab. Rotkehlchen haben zum Beispiel ein charakteristisches «Punktmuster» auf ihrem Jugendkleid.

hatten deshalb auch noch keine magnetische Karte aufgebaut, die wir zurücksetzen konnten», erklärt Holland. Der Magnetsinn der Rotkehlchen wird somit massgeblich durch die Erfahrungen beim Vogelzug beeinflusst. Quelle: Max-Planck-Institut für Ornithologie, Radolfzell Originalpublikation RA Holland, B Helm, «A strong magnetic pulse affects the precision of departure direction of naturally migrating adult but not juvenile birds», J R Soc Interface, 10(81), 20121047 (2013)

Kontakt Dr. Barbara Helm Max-Planck-Institut für Ornithologie Radolfzell, Deutschland barbara.helm@uni-konstanz.de www.orn.mpg.de

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V E R A N S TA LT U N G E N

Veranstaltungen 01.10.

Einführung in die IR Spektroskopie Ort: Schlieren Veranstalter: Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3, CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 kurse@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

01.10.

Klassifizierung nach Gefahrgutrecht Ort: Muttenz Veranstalter: Ecoserve Bresteneggstrasse 5, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserve.ch

02.10.

Cyclovoltammetrie Ort: Frankfurt am Main (D) Veranstalter: DECHEMA-Forschungsinstitut Postfach 170352, D-60077 Frankfurt Telefon +49 (0)69 75 64 253 gruss@dechema.de www.dechema-dfi.de/kurse

07.10.

Brandschutz/Sicherheit im Labor Ort: Essen (D) Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +41 (0)201 1803 1 information@hdt-essen.de www.hdt-essen.de

07.–11.10.

08.10.

08.10.

Der Betriebsleiter in der chemischen und Prozessindustrie Ort: Essen (D) Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +41 (0)201 1803 1 information@hdt-essen.de www.hdt-essen.de Computervalidierung im analytischen Labor Ort: Karlsruhe (D) Veranstalter: PTS Training Service P.O. Box 4308, D-59737 Arnsberg Telefon +49 (0)2932 51477 info@pts.eu, www.pts.eu REACH (Registrierung, Evaluierung, Autorisierung und Beschränkung von Chemikalien) Ort: München (D) Veranstalter: TÜV SÜD Akademie Dudenstrasse 28, D-68167 Mannheim Telefon +49 (0)711 7005 371 akademie@tuev-sued.de www.tuev-sued.de/akademie_de

13.–16.10.

DSP – Aufarbeitung von Biomolekülen Ort: Clausthal-Zellerfeld (D) Veranstalter: DECHEMA-Forschungsinstitut Postfach 170352, D-60077 Frankfurt Telefon +49 (0)69 75 64 253 gruss@dechema.de, www.dechema-dfi.de/kurse

14./15.10.

Modern Thin Layer Chromatography (HPTLC) Ort: Muttenz Veranstalter: CAMAG Switzerland Sonnenmattstrasse 11, CH-4132 Muttenz Telefon +41 (0)61 467 34 34 info@camag.com, www.camag.com

15.10.

Einführung in die Time Of Flight Massenspektrometrie Ort: Schlieren Veranstalter: Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3, CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 kurse@brechbuehler.ch, www.brechbuehler.ch

15.10.

Einwegsysteme: Single-Use-Disposables in der Pharma- und Wirkstoffproduktion Ort: Darmstadt (D) Veranstalter: PTS Training Service P.O. Box 4308, D-59737 Arnsberg Telefon +49 (0)2932 51477 info@pts.eu, www.pts.eu

15./16.10.

HPLC-MS in der Spurenanalytik Ort: Dübendorf Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen Telefon +41 (0)79 330 49 66 info@sekulab.ch, www.sekulab.ch

15./16.10.

Service-Praxisseminar Flüssigkeitsanalyse Ort: München (D) Veranstalter: Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG Colmerer Strasse 6, D-79576 Weil am Rhein Telefon +49 (0)7621 9 75 01 seminar@de.endress.com, www.de.endress.com

Bild: © WavebreakMediaMicro – Fotolia.com

OKTOBER

08./09.10.

Thermogravimetrie (TGA) Ort: Giessen (D) Veranstalter: Mettler-Toledo GmbH Ockerweg 3, D-35396 Giessen Telefon +49 (0)641 507 405 labtalk@mt.com, www.mt.com

16.10.

Grundlagen Chemikalienrecht Ort: Unterentfelden Veranstalter: Ecoserve Bresteneggstrasse 5, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserve.ch

10.–11.10.

ELISA-Technologie: Etablierung, Optimierung und Validierung Ort: München (D) Veranstalter: NOVIA GmbH Industriepark Höchst, Geb. B 845, D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 klaudia.goeres@novia.de, www.novia.de

16.–23.10.

K 2013 Ort: Düsseldorf (D) Veranstalter: Messe Düsseldorf GmbH Postbox 101006, D-40001 Düsseldorf Telefon +49 (0)211 4560 01 info@messe-duesseldorf.de www.k-tradefair.com

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7–8/2013


V E R A N S TA LT U N G E N

Interpretation von EI-Massenspektren Ort: Dübendorf Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAS c/o EAWAG, Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch www.scg.ch

17./18.10.

Misch- und Rührtechnik in Theorie und Praxis Ort: Frankfurt am Main (D) Veranstalter: DECHEMA-Forschungsinstitut Postfach 170352, D-60077 Frankfurt Telefon +49 (0)69 75 64 253 gruss@dechema.de www.dechema-dfi.de/kurse

17./18.10.

Kalibrierung in der Prozessanalytik Ort: Stuttgart (D) Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH VDI-Platz 1, D-40468 Düsseldorf Telefon +49 (0)211 6214 201 wissensforum@vdi.de www.vdi-wissensforum.de

21.10.

Highlights in der GC/MS Ort: Schlieren Veranstalter: Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3, CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 kurse@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

21.–23.10.

Sicherheitsdatenblatt Ort: Köln (D) Veranstalter: Chem-Academy/Vereon AG Postfach 2232, CH-8280 Kreuzlingen Telefon +41 (0)71 677 8700 info@chem-academy.com www.chem-academy.com

22.10.

Quality by Design in der HPLC Ort: Basel Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAS c/o EAWAG, Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch www.scg.ch

22./23.10.

Interpretation von Massenspektren Ort: Schlieren Veranstalter: Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3, CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 kurse@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

22.–24.10.

Filtech 2013 Ort: Wiesbaden (D) Veranstalter: Filtech Exhibitions Germany GmbH & Co. KG P.O. Box 1225, D-40637 Meerbusch Telefon +49 (0)2132 93 57 60 info@filtech.de www.filtech.de

23./24.10.

7–8/2013

GC-Basiskurs Ort: Neu-Ulm (D) Veranstalter: NOVIA GmbH Industriepark Höchst, Geb. B 845, D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 klaudia.goeres@novia.de, www.novia.de

24.10.

SCS – Syngenta Symposium 2013 Ort: Stein Veranstalter: Syngenta Crop Protection Schaffhauserstrasse, CH-4332 Stein Telefon +41 (0)62 866 02 33 sarah.sulzer-mosse@syngenta.com www.syngenta.com

24.10.

Interpretation von Massenspektren & Strukturaufklärung mittels NIST Browser Software Ort: Schlieren Veranstalter: Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3, CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 kurse@brechbuehler.ch, www.brechbuehler.ch

29.10.

Interpretation von NMR-, IR- und Massenspektren Ort: Dübendorf Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAS c/o EAWAG, Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.scg.ch

29.10.

Sichere Chemikalienlagerung Ort: Unterentfelden Veranstalter: Ecoserve Bresteneggstrasse 5, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserve.ch

29.10.

Normen in der Schweiz – Ihr Weg zum Mitspracherecht Ort: St. Gallen Veranstalter: SNV Schweizerische Normen-Vereinigung Bürglistrasse 29, CH-8400 Winterthur Telefon +41 (0)52 224 54 43 nathalie.gauer@snv.ch www.snv.ch/de/ausbildung-seminare

30.10.

Methodenentwicklung in der GC Ort: Schlieren Veranstalter: Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3, CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 kurse@brechbuehler.ch, www.brechbuehler.ch

30./31.10.

Einstufen und Kennzeichnen mit dem GHS Ort: Basel/Weil am Rhein Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +41 (0)201 1803 1 information@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

31.10.

Sicherer Umgang mit Chemikalien Ort: Unterentfelden Veranstalter: Ecoserve Bresteneggstrasse 5, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserve.ch

Bild: © zhu difeng – Fotolia.com

17.10.

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PRODUKTE

Prozessdatenaufzeichnung auf USB-Stick Ein kostenloses Firmware-Update bringt neue Funktionen für HuberTemperiergeräte. Damit können nun unter anderem Prozessdaten auf einen USB-Datenträger aufgezeichnet werden. Für Huber-Temperiergeräte mit dem Plug & Play-Regler «Pilot ONE» ist eine neue Firmware erhältlich. Mit dem Firmware-Update erhalten Anwender verschiedene neue Funktionen. Zu den interessantesten Neuerungen gehört die Aufzeichnung von Prozessdaten auf einen USB-Datenträger. Bei dieser neuen Funktion werden die wichtigsten Prozesswerte direkt auf einen angeschlossenen USB-Stick geschrieben. Die Speicherung erfolgt in einem Zeitintervall von 5 Sekunden. Die Daten werden als

universell nutzbare CSV-Datei gespeichert, welche problemlos zum Beispiel mit Microsoft Excel ausgewertet und weiterverarbeitet werden kann. Ebenfalls neu ist das Speichern und Laden von Temperierprogrammen auf einen USBStick. Damit können selbst erstellte Temperaturprofile gesichert und wieder geladen werden – bei Bedarf sogar übergreifend an anderen Geräten mit einem «Pilot ONE». Eine weitere Neuerung des Firmware-Updates ist ein integrierter Datenrekorder, der im Hintergrund die wichtigsten Betriebsparameter in einem Puffer aufzeichnet, ähnlich einem Flugschreiber. Diese Daten können per USB-Stick gespeichert und anschliessend übermittelt werden. Der Servicetechniker erhält so wertvolle Informatio-

nen für ein optimales Systemsetup oder zur Fehleranalyse. Für ein Firmware-Update wird die Software «Pilot ONE Flasher» benötigt. Die Software ist als Download auf www.huber-online.com erhältlich. Nach der Installation wird automatisch die neueste Firmware vom Server geladen und auf den Pilot ONE übertragen. Eine detaillierte Anleitung zum Upgradevorgang ist im Installationspaket der Software enthalten.

Das Tauchverfahren erlaubt es, mit geringen Werkzeugkosten auch kleine bis mittlere Serien zu fertigen. Es ist ein innovatives Formgebungsverfahren gegenüber dem Spritzgiessen. Für den Herstellprozess wird nur ein Tauchkern benötigt, welcher exakt die Innenkontur des Tauchteils aufweist. Roboter tauchen die Kerne mehrmals in flüssigen Kunststoff ein. Im nachfolgenden Trocknungsprozess im Ofen härtet der Werkstoff aus, die elastischen Teile lassen sich einfach von der Form lösen, nach dem Zuschnitt sind die Teile einsatzbereit. Für Konstrukteure und Designer aller Branchen bieten sich mit diesem Verfahren attraktive Möglichkeiten zur variantenreichen Entwicklung und wirtschaftlichen Produktion von Kunststoffformteilen. Der Durchmesserbereich für Faltenbälge liegt zwischen 8 bis 800 mm. Erhältlich sind die Farben schwarz, rot, gelb, grau, transparent sowie Sonderfarben; dabei können innerhalb eines Tauchteils auch zwei Farben ausgeführt werden, zum Beispiel innen rot und aussen grau. Die Oberfläche kann matt oder glänzend realisiert werden, und eine Bedruckung ist ebenfalls möglich. An einem Formteil können einzelne Bereiche unterschiedliche Härten aufweisen.

Weitere integrierbare Optionen sind: Reissverschluss, Luftklappen, Siebe und Drahtringe. Die gute UVund Witterungsbeständigkeit erlaubt es, die Teile auch für den Aussenbereich einzusetzen.

Peter Huber Kältemaschinenbau GmbH Werner-von-Siemens-Strasse 1 D-77656 Offenburg Telefon +49 (0)781 9603-123 info@huber-online.com www.huber-online.com

Faltenbälge aus elastischem Molerit Faltenbälge werden im Tauchverfahren aus einem thermoplastischen Kunststoff auf PVC-Basis gefertigt. Über 220 Abmessungen sind ab Lager sofort verfügbar, weitere Dimensionen in kurzer Zeit abrufbar. Kundenspezifische Lösungen können nach Zeichnung oder einer Idee entsprechend umgesetzt werden.

Faltenbälge werden zum Schutz von Maschinen oder Betriebsvorrichtungen eingesetzt. Ihre Anwendungsgebiete sind vielfältig, von Hydraulik- und Pneumatik-Zylindern über Gewinde- und Kugelrollspindeln bis hin zu Bearbeitungs- und Messmaschinen. Maschinenteile sollen auch vor Bearbeitungsspänen oder Sägemehl geschützt werden, damit die beweglichen Teile einwandfrei funktionieren. Diese

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Bewegliche Teile müssen vor Schmutz und Spänen in Bearbeitungsmaschinen geschützt werden. Kolbenstangen und Gewindespindeln sollen einwandfrei betätigt werden können, ohne dass Rückstände Widerstand bilden. Mit Faltenbälgen, hergestellt im Tauchverfahren, werden diese Bedingungen erfüllt. Typische Anwendungsbereiche sind auch Fahrzeugbau, Elektro-, Medizin-, Maschinenbau-, Agrar-, Sanitärtechnik und viele mehr. Ein speziell entwickelter thermoplastischer Kunststoff auf Polyvinylchlorid-Basis bietet gute Beständigkeit gegen Kälte, Wärme, UV-Strahlen, Alterung, Seewasser, Gase, Alkalien und Reinigungsmittel.

Ihre Vorteile: – Über 220 Faltenbälge ab Lager lieferbar – Weitere Dimensionen sind schnell verfügbar – Kundenspezifische Lösungen sind mit geringen Werkzeugkosten möglich – Standardfarbe: schwarz – Weitere Farben: grau, rot, gelb, transparent sowie Sonderfarben – Zweifarbig innerhalb eines Tauchteils möglich – Unterschiedliche Härtebereiche innerhalb eines Tauchteils – Integrierte Luftklappen, Siebe, Flansche, Drahtringe, Reissverschlüsse – Bedruckung – Innovative Alternative zum Spritzguss – Langjährige Erfahrung, höchste Qualität Johannsen AG Zimmerlistrasse 6 CH-0840 Zürich Telefon +41 (0)44 401 09 00 info@johannsen-ag.ch www.johannsen-ag.ch

7–8/2013


Neue Akzente für Recycling Technologies Die kommende easyFairs-Fachmesse SCHÜTTGUT Schweiz 2013, die am 13. und 14. November in der Messe Basel stattfindet, wird ergänzt um den Schwerpunkt «Recycling Technik in der Schüttgut Industrie». Eigentlich sollte parallel zur SCHÜTTGUT erneut die easyFairs-Fachmesse RECYCLING TECHNOLOGIES Schweiz stattfinden. Diese Messe wird nun verschoben auf Mai 2015. Siegbert Hieber, easyFairs CEO DACH-Region, begründet die Entscheidung der Messeorganisation: «Abfallwirtschaft, Entsorgung und Verwertung von Rohstoffen sind zentrale Zukunftsthemen, für die wir viel Entwicklungsmöglichkeiten sehen. Wir möchten uns daher noch mehr Vorlaufzeit geben, um für unsere Aussteller und Besucher eine gute und informative Messe zu gestalten.»

Aktuell gibt es rund 30 Interessenten für die RECYCLING TECHNOLOGIES Schweiz, die 2012 zum ersten Mal parallel zur SCHÜTTGUT stattfand. «Wir sehen beim Thema Recycling mehr Potenzial; vor allem die hiesige Industrie sieht sich vor neue Herausforderungen gestellt, um den gehobenen Anforderungen an Nachhaltigkeit und Ökologie zu begegnen», sagt Siegbert Hieber. So ist geplant, die RECYCLING TECHNOLOGIES als Spezial-Event für die Abfall- und die Entsorgungswirtschaft – in der Schweiz ein einzigartiges Messeformat – beizubehalten. Der Termin wurde allerdings auf Mai 2015 verschoben, um die Möglichkeiten der Marktbearbeitung bestmöglich zu nutzen. Hieber erläutert: «So können die Aussteller in Ruhe ihren Messe-

Auftritt planen und die vielfältigen Inhalte können rechtzeitig vorbereitet werden.» Grundlagen, Innovationen und Entwicklungen im Bereich RecyclingTechnik werden noch in diesem Jahr im Rahmen eines SpezialEvents an der SCHÜTTGUT Schweiz 2013 thematisiert. «Das ist eine wichtige Ergänzung zur SCHÜTTGUT. Wir sind sicher, dass die Nachfrage für diese Parallelveranstaltung hoch ist», sagt Projektleiterin Sarah Tschopp.

Die langlebigen Systeme der Berghof Products + Instruments GmbH

Mikrowellenaufschluss berührungslose Druck- & Temperaturmessung

easyFairs Switzerland GmbH Sarah Tschopp St. Jakobs-Strasse 170a CH-4132 Muttenz Telefon +41 (0)61 228 10 07 sarah.tschopp@easyfairs.com www.easyFairs.com/SCHWEIZ

Massgeschneiderte Gelfiltrationssäulen für die Antikörper-Analytik

Hochdruck-Reaktoren mit / ohne PTFE-Lining bewährten Säulendimensionen der traditionellen HPLC-Gelfiltrationssäulen gepackt. So wird eine optimale Auflösung zwischen Fragmenten, Monomeren und Aggregaten erreicht. Die TSKgel UltraSW-Aggregate-Phase bietet eine grössere Porengrösse bei kleinerem Partikeldurchmesser und deckt höhere Molekulargewichte ab. Mit dieser SEC-Säule kann der Bereich der höheren Antikörperaggregate besser aufgelöst werden.

Tosoh Bioscience erweitert die bekannte TSKgel SW-Serie analytischer Gelfiltrationssäulen durch Spezialsäulen für die Analyse von Antikörpern. Seit Jahren ist TSKgel G3000SWXL die Standardsäule für die HPLC-Analyse von therapeutischen monoklonalen Antikörpern in der biopharmazeutischen Industrie. Basierend auf der langjährigen Expertise in der Entwicklung stationärer Phasen für die Grössenausschlusschromatographie (Size Exclusion Chromatographie (SEC)) wurde eine neue Serie von Kieselgel-basierten UHPLC-Säulen für unterschiedliche Fragestellungen der Charakterisierung und Qualitätskontrolle von Antikörpern optimiert.

7–8/2013

TSKgel SuperSW mAb HTP kann den Durchsatz von Standard QCAnalysen deutlich erhöhen. Die stationäre Phase hat dieselbe Porengrösse wie die etablierte TSKgel G3000SWXL-Säule, jedoch eine kleinere Partikelgrösse. Gepackt in 4,6 x 150 mm UHPLC-Säulenhardware vereinfacht sie den Transfer von SEC-Methoden, die auf konventionellen SEC-Säulen entwickelt wurden, auf die UHPLC-Technologie. Die Analysenzeit kann im Vergleich zur Standardanalytik halbiert werden, ohne dass die Auflösung zwischen Dimer und Monomer nennenswert beeinträchtigt wird. Für TSKgel SuperSW mAb HR wurde die SuperSW-mAb-Phase in die

TSKgel SW-Säulen unterscheiden sich von anderen Kieselgel-basierten Gelfiltrationssäulen durch ihr besonders grosses Porenvolumen. Die Oberfläche der hochreinen, sphärischen Kieselgelpartikel ist durch eine einzigartige, proprietäre Oberflächenmodifizierung vor Wechselwirkungen mit Proteinen geschützt. So werden höchste Wiederfindungsraten und eine akkurate Quantifizierung sichergestellt. Die bewährten TSKgel Herstellungs- und Packprozesse garantieren eine ausgezeichnete Batch-tobatch-Reproduzierbarkeit. SEBIO GmbH Geissbrunnenweg 14 CH-4452 Itingen Telefon +41 (0)61 971 83 44 info@sebio.ch www.sebio.ch

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PRODUKTE

Direktwirkender DOM-Druckminderer

Systemlösungen für Prozess-Interfaces

Druckregler arbeitet nach dem bewährten Prinzip des Druckgleichgewichts, das den Minderdruck automatisch auf dem eingestellten Wert hält und bei Druck- und Volumenschwankungen praktisch verzögerungsfrei reagiert. Die kräftige, kompakte Konstruktion enthält ein einsitziges Ventil, das in Durchflussrichtung schliesst und ein dichtes Schliessen bei Nullentnahme gewährleistet.

onsschutzes macht. Auch die enge Zusammenarbeit mit Anlagenbetreibern ermöglicht es der Firma, die technische Entwicklung voranzutreiben. Ein Beispiel ist die Entwicklung von DART, der nächsten Stufe der Eigensicherheit. In der Produktlinie FieldConnex sind etliche Module basierend auf DART Fieldbus im Einsatz; aber auch bei Remote I/O Systemen und Eigensicherheits-Trennbarrieren erreichen kontinuierlich neue Entwicklungen die Marktreife.

Werkstoffe: – Gehäuse aus Alubronze oder Edelstahl 1.4401 – Membrane und O-Ringe aus NBR, EPDM oder Viton

Der Hochdruckminderer K51 ist ohne Austausch von Teilen für einen breiten Minderdruckbereich einsetzbar. Je nach den für Gehäuse und Dichtungen verwendeten Werkstoffen lässt er sich für verschiedene Gase und Flüssigkeiten bis 420 bar einsetzen. Durch den druckentlasteten Ventilkegel wird eine weitgehende Unabhängigkeit von Vorderdruckschwankungen und Änderungen der Durchflussmenge erreicht. Der

Technische Daten: – Vordruck max. 420 bar – Ausgangsdruckbereich von 1 bis 300 bar – Durchflusskoeffizient: Kv 2,74, Cv 3,2 – Betriebstemperatur: -30 °C bis +150 °C – Nennweiten: G1, G1½ und G2 Zimmerli Messtechnik AG Schlossgasse 10 CH-4125 Riehen Telefon +41 (0)61 645 98 00 Info@zimmerliag.com www.zimmerliag.com

DancerPlus – Hochleistungsevaporator einschalten – und schon startet der Vakuumevaporator sein Programm. Dabei wird das Probenrack orbital geschüttelt, um die Probenoberfläche zu vergrössern und in Bewegung zu halten, der Innenraum durch IR-Lampen gleichmässig geheizt und ein temperaturgesteuertes Vakuum angelegt. Alles wird mit Sensoren elektronisch überwacht und probenspezifisch gesteuert. Der DancerPlus ist der moderne Nachfolger des beliebten IR-Dancers. Er ist kompakt und benötigt nur eine geringe Stellfläche von 50 x 50 cm auf dem Arbeitstisch. Schnell, zuverlässig, effektiv und einfach werden in dem neuen Hochleistungs-Evaporator DancerPlus Proben verdampft. Einfach die Proben mitsamt dem Rack einstellen (ohne Wiegen und Tarieren),

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Zinsser Analytic GmbH Eschborner Landstrasse 135 D-60489 Frankfurt Telefon +49 (0)69 789 106-0 info@zinsser-analytic.com www.zinsser-analytic.com

Eigensicherheit, Überdruck-, Verguss- und Sandkapselung, erhöhte Sicherheit oder druckfeste Kapselung – wenn es um explosionsgefährdete Bereiche geht, ist eine umfassende Kenntnis der Schutzarten, Zertifizierungsanforderungen und der relevanten Normen unabdingbar, insbesondere, da letztere von Region zu Region variieren. Auch haben Betreiber von verfahrenstechnischen Produktionsanlagen nicht selten eigene Sicherheitsstandards und Erfahrungswerte.

Als Leitlinie durch die Vielfalt der Vorschriften, Anforderungen und Produktangebote bieten die Spezialisten von Pepperl+Fuchs regelmässig Seminare zu Grundlagen und Prinzipien des Explosionsschutzes an. Darüber hinaus leisten Projektingenieure in den weltweit verteilten Solution Engineering Centers Beratung und Unterstützung bei konkreten Neubau- oder Upgrade-Projekten. In enger Zusammenarbeit mit den Betreibern werden die Anforderungen eingehend untersucht und genaue Spezifikationen sowie Designvorschläge entwickelt. Egal, ob es sich um ein Automatisierungssystem auf Basis von analogen Trennbarrieren, um Signalübertragung via Remote I/O Systemen oder um eine durchgehend digitale Feldbustopologie handelt, die erfahrenen Projektingenieure gestalten die optimale Lösung für die Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Die Installation der entsprechenden Module aus dem umfassenden Produktprogramm von Pepperl+Fuchs in platzsparende und kosteneffiziente Gehäuse sowie die Integration der Produkte von weiteren Zulieferern, falls erforderlich, wird durch geschultes Personal in den Werkstätten von Pepperl+Fuchs durchgeführt. Nach intensiven Tests, vollständiger Zertifizierung sowie Dokumentierung wird das System direkt auf die Baustelle geliefert, fertig zur Inbetriebnahme.

Das weltweite Netzwerk von Spezialisten der Explosionsschutztechnik und Ingenieuren sowie mehr als 60 Jahre Erfahrung bilden die Wissensbasis, welche Pepperl+Fuchs zu einem der führenden Unternehmen auf dem Gebiet des Explosi-

Pepperl+Fuchs AG Sägeweg 7 CH-2557 Studen Telefon +41 (0)32 374 76 76 info@ch.pepperl-fuchs.com www.pepperl-fuchs.ch

Leitsystemschrank mit Trennbarrieren der K- und H-Serien, Remote I/O LB System und FieldConnex Stromversorgungen

Das komplexe Thema Explosionsschutz für verfahrenstechnische Produktionsanlagen erfordert profunde Kenntnisse und Erfahrungen. Pepperl+Fuchs bietet all dieses, zusammen mit bewährten, technologisch führenden Produkten und umfassender Projektunterstützung, von der ersten Evaluierung bis zur Lieferung der Systemlösung in die Anlage, fertig zur Inbetriebnahme.

7–8/2013


PRODUKTE

Orbital geschüttelter Bioreaktor für Einwegbeutel

Der neue orbital geschüttelte Bioreaktor SB50-X

Die Kühner AG erweitert ihre OrbShake-Produktfamilie um den SB50-X. Der SB50-X ist ein orbital geschütteltes Bioreaktorsystem für Einwegbeutel (disposable bags) zur Kultivierung von humanen, tierischen und pflanzlichen Zellen. Mit dem SB50-X (Arbeitsvolumen von 15L–50L) schliesst die Kühner AG die Lücke zwischen grossen Schüttelkolben und dem bereits etablierten System SB200-X (disposable bag, Arbeitsvolumen 40 L – 200 L). Die vergleichbare Hydrodynamik in allen geschüttelten Systemen resultiert in einem problemlosen und damit zeitsparenden Scale-up. Neben der Anwendung im Scale-up lässt sich der SB50-X auch

als eigenständiger Bioreaktor (PilotShaker) einsetzen. Der einfach konstruierte Einwegbeutel stellt kurze Rüstzeiten sicher, aufwendige Reinigungs- und Sterilisationsverfahren und deren Validierungen entfallen. Die orbitale Schüttelbewegung des bewährten Kühner Direktantriebs sorgt für eine gute Durchmischung der Flüssigkeit, grosse Gasaustauschflächen und niedrige Scherkräfte. Der Reaktor kann je nach Bedarf beheizt oder gekühlt werden. Der dazugehörige Steuerwagen mit Touchscreen Monitor und der ISIS 8.0 Software ermöglicht die Datenaufzeichnung, Kalibrierung, Programmierung und Regulierung aller benötigten Parameter für die Zell-

kultivierung. Die einfache Bedienung der Soft- und Hardware zeichnet dieses Reaktorsystem besonders aus. Das System besitzt weitere Eigenschaften wie präzise Gasmischung (Massendurchflusssensoren) und Online-Messung (pH und Gelöstsauerstoffkonzentration). Somit ist es in den Bereichen Forschung, Prozessentwicklung und Produktion ideal einsetzbar. Adolf Kühner AG Dinkelbergstrasse 1 CH-4127 Birsfelden Telefon +41 (0)61 319 93 93 office@kuhner.com www.kuhner.com

Vielfältiges Spektrometer Spectro Analytical Instruments bietet ab sofort drei Versionen des SPECTROBLUE ICP-OES (Inductive Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer) an. Neben den bereits seit 2011 verfügbaren Modellen mit axialer und radialer Plasmabetrachtung gibt es nun auch das SPECTROBLUE TI (Twin Interface) mit kombinierter Plasmabetrachtung. Die Modelle setzen mit ihrer Leistungsfähigkeit, der einfachen Bedienung und einem geringen Wartungsaufwand neue Massstäbe in der Kompaktklasse. Das Spektrometer ist ideal für Umweltanalytik- und Industrielaboratorien, die Wert auf hohen Probendurchsatz und Multielementanalyse von Lösungen und Feststoffen legen. Das SPECTROBLUE EOP (End On Plasma) mit axialem Plasmainterface bietet hohe Nachweisempfindlichkeit. Damit ist der Gerätetyp prädestiniert für die Bestimmung von Spurenelementen in der Industrie- und Umweltanalytik. Das SPECTROBLUE SOP (Side On Plasma) mit radialem Plasmainterface erreicht hochgradig genaue Messergebnisse bei höheren Elementkonzentrationen und zeigt

exzellente Toleranz bei hochsalinen und organischen Proben. Ebenfalls eine Domäne dieses Gerätetyps ist die Analyse von Suspensionen und Schlämmen. Das neue SPECTROBLUE TI (Twin Interface) kombiniert die axiale und radiale Plasmabetrachtung. Dadurch werden die Richtigkeit und Linearität optimiert sowie der dynamische Messbereich erweitert. Gleichzeitig bietet das Gerät eine hohe Nachweisempfindlichkeit, was insbesondere bei der Bestimmung toxischer Elemente wichtig ist. «Unser neues Spektrometer mit Twin Interface ist ideal für den Einsatz in der Umweltanalytik», erklärt Olaf Schulz, ICP-OES-Produktmanager bei Spectro. «Es ermöglicht die Bestimmung von Alkali- und Erdalkalielementen in komplexen Alkali-/Erdalkalimatrizes. Der Anwender erhält damit zuverlässige Ergebnisse beispielsweise von Natrium, Kalium oder Kalzium in Abwasser oder Bodenaufschlüssen.» Das SPECTROBLUE TI minimiert durch die radiale Messung den Effekt der leicht ionisierbaren Elemente (EIE), der starken Einfluss auf die Linearität hat. Die Anwen-

der können damit auf den Zusatz von Pufferlösungen verzichten, die üblicherweise eingesetzt werden, um den EIE zu verringern. Dies reduziert die Betriebskosten und vermeidet Verunreinigungen. Ebenfalls eine Kostenersparnis ist die Konstruktion des Drei-Spiegel-Periskops in einem Winkel von 45 Grad zum Plasma. Damit werden Kontaminationen des optischen Systems vermieden, was zu verlängerten Serviceintervallen führt. Auch konnte Spectro bei der Entwicklung die Anzahl der optischen Flächen verringern und damit den Lichtdurchlass vergrössern, was sich in einer verbesserten Leistung widerspiegelt. EOP-Geräte der gleichen Modellreihe wie das SPECTROBLUE TI können nachträglich mit dem Twin Interface ausgestattet werden. Allen SPECTROBLUE-Modellen gemein ist der robuste Generator, den selbst extreme Plasmalasten unbeeindruckt lassen. Er ist langzeitstabil und zuverlässig. Die Wärme, die sich beim Betrieb in der Hochleistungs-Keramik-Röhre des Generators entwickelt, wird durch die innovative Luftkühlung des Gerätes abgeführt. Eine teure, externe

Wasserkühlung wird damit überflüssig. Auch das integrierte Gasreinigungssystem wirkt sich kostensenkend aus. Eine Membranpumpe mit einer Reinigungskartusche lässt die Argonatmosphäre durch die hermetisch geschlossene optische Kammer zirkulieren, daher ist kein zusätzliches Spülgas erforderlich. SPECTRO Analytical Instruments GmbH Boschstrasse 10 D-47533 Kleve Telefon +49 (0)2821 89 20 spectro.info@ametek.com www.spectro.com

www.chemiextra.com 7–8/2013

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PRODUKTE

GASMET DX-4040 – Modernste Gasanalytik im Feld mit FTIR

Gasmet Technologies hat das neueste tragbare FTIR-Gasmessgerät, den DX4040, eingeführt. Es ist als Rucksackgerät zur Analyse der Umgebungsluft konzipiert und dank seines geringen Gewichts und der schnellen Analysezeit ein ausgezeichnetes Werkzeug für unterschiedlichste Anwendungsgebiete: Lecksuche und Industriehygiene (Arbeitsplatzkonzentrationen (MAK), VOCs, Freone, Anästhesie-Gase,

anorganische Gase etc.), toxische Räuchermittel in (Schiffs-)Containern, Störfälle in der Industrie, toxische Rauchgase bei Brandfällen sowie Bodenluftmessungen im Bereich von Deponien (chlorierte Kohlenwasserstoffe und BTEX). Dieser Nachfolger des bewährten DX-4030 wurde den Kundenanforderungen entsprechend weiter optimiert. Das Gerät kann im Feld bis 25 Gase gleichzeitig messen, wobei die Auswahl aus der 200-GaseDatenbank einfach via Touchscreen erfolgt (erweiterbar mit NIST-Datenbank auf rund 5000 Referenzspektren). Wird das Gerät mit einem Computer verbunden, können bis 50 Gase parallel gemessen werden. MBE AG Messtechnik Engineering CH-8623 Wetzikon Telefon +41 (0)44 931 22 88 contact@mbe.ch www.mbe.ch ILMAC Halle 1.0/C18

Lieferanten-Firma mit Potenzial

2012 wurden die beiden Lieferanten Beco und Teqcom von IPS, USA (International Polymer Solutions) übernommen. Die beiden Firmen werden vorläufig noch einzeln unter IPS geführt, da jede ihre Spezialitäten-Produkte weiterhin produziert. Das Kleinunternehmen PKM SA freut sich, der Kundschaft eine immer grössere Auswahl der interessanten Fluorpolymer-Produkte wie Verschraubungen, Ventile, Spritzpistolen, Schläuche in Fluorpolymer in diversen Qualitäten zu präsentieren. Eine Stärke von PKM SA ist die Verfügbarkeit von PTFE, PFA und FEP-

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Schläuchen ab Lager. Diese in verschiedenen metrischen und in zölligen Abmessungen sowie in diversen Farben. Auch ist das Unternehmen bestrebt, Spezialwünsche in guter Qualität zum besten Preis auszuführen. Ein Bestreben von PKM ist: «Wir wollen gemeinsam erfolgreich sein!» PKM SA Industriering 7 CH-3250 Lyss Telefon +41 (0)32 751 64 44 info@pkmsa.ch www.pkmsa.ch

Wiegender Hubwagen ProLine 2100 EXi von RAVAS Der neue ProLine 2100 EXi vom mobilen Wiegetechnik Hersteller RAVAS ist ein äusserst präzise wiegender Hubwagen, welcher vollständig auf den Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung ausgelegt ist. Das Wiegesystem ist ATEX zertifiziert und standardmässig mit Edelstahl-Gabelschuhen ausgerüstet. Der ProLine 2100 EXi ist konzipiert für das Abfüllen, Mischen und Dosieren in exgeschützten Umgebungen. Die Standardausstattung des Systems beinhaltet Edelstahl-Gabelschuhe, Batterien mit einer Standzeit von 100 Stunden, eine drehbare Anzeige, welche während des Dosierprozesses von allen Seiten einsehbar ist, sowie grosse Bedienknöpfe zur vereinfachten Bedienung mit Handschuhen. Die Vorteile sind: • Hervorragende Genauigkeit (max. Toleranz von 0,1 % der gewogenen Last) • Zum Mischen und Dosieren in Zone 1/21 • Antistatische Lenkräder

• • • • •

Edelstahl Gabelschuhe Auswechselbares Batteriemodul Grosse Druckknöpfe Drehbarer Indikator ATEX Zulassung II 2 G EEx ia IIB T4

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plette Winkelcharakterisierung einer Probe wird damit eine Sache von Stunden anstatt Tagen. Ob Gläser, Filter, Schichten oder Lacke, wo immer winkelabhängiges UVVis-NIR gefragt ist, ist das Agilent UMS die Lösung. Portmann Instruments AG Channel Partner Agilent Gewerbestrasse 18 CH-4105 Biel-Benken Telefon +41 (0)61 726 65 55 info@piag.net www.piag.net

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PRODUKTE

Innovative Prozess- und Dosierpumpen Die ProMinent Dosiertechnik AG verdeutlicht Kompetenz in puncto Pumpen. Highlights sind die neue Prozesspumpe Zentriplex, die Magnetpumpe delta, die neue Motordosierpumpe Sigma Steuerungstyp, die Hydraulik-Dosierpumpe Hydro/4 und die Schlauchpumpe der Baureihe Dulcoflex. Durch ihren vollkommen neuen Aufbau setzt die Prozesspumpe Zentriplex neue Massstäbe. Sie benötigt eine minimale Aufstellfläche, da Membrandosierköpfe und Hydraulikeinheiten sternförmig um ein Triebwerk angeordnet sind. Kompakt aufgebaut lassen sich mit geringeren Antriebsleistungen hohe Drücke und Dosierleistungen realisieren.

Prozessdosierpumpe Zentriplex mit sternförmig angeordneten Pumpenköpfen

Die schnelle Alterna ve zur CSB-Bes mmung!

Hohe Dosierqualität und Sicherheit wird mit der Membrandosierpumpe delta mit geregeltem Magnetantrieb optoDrive möglich. Mit der Dosierpumpe delta lassen sich Dosiergenauigkeiten realisieren, die sonst nur durch aufwändige Regelkreise erzielt werden. Die Produktlinie Motordosierpumpen Sigma Steuerungstyp wurde standardmässig mit abnehmbarem Bedienteil, Dosierprofilen, automatischer Überdruckabschaltung und Sicherheitsmembran ausgestattet. Die bedarfsgerechte Chemikaliendosierung durch an das Medium angepasste Dosierprofile schont die Umwelt und reduziert die Kosten für Chemikalien. Mit der Hydraulikmembran-Prozessdosierpumpe Hydro/4 wird der Einsatzbereich der bestehenden Baureihe durch die höheren Leistungsbereiche von 130 l/h–1450 l/h bei 25 bar bis 7 bar erweitert.

Die leistungsfähige Schlauchpumpe Typ DFDa 80 für Fördermengen bis zu 15 000 l/h rundet die Produktgruppe der Schlauchpumpen Dulcoflex ab. Die für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie geeignete Pumpe besticht durch ihr einfaches Funktionsprinzip und ihre kompakte, robuste Bauweise, arbeitet selbstansaugend, dichtungs- und ventillos. Auf dem ProMinent-Stand finden Besucher auch Produkte der Tochter Techema wie Fluid-Mix Rührwerke, Berstscheiben und Pumpen.

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Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren

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Hagmattstrasse 19 Tel. +41 (0)61 487 92 92 4123 Allschwil Fax +41 (0)61 487 92 99 blt@maxmuellerag.com www.maxmuellerag.com

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Gustav-Maurerstrasse 9 8702 Zollikon Tel. +41 44 396 80 00 www.SpiraxSarco.ch

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4416 Bubendorf Tel. +41 61 935 50 00 Aquasant Messtechnik AG info@aquasant-mt.com Aquasant mesure technique SA www.aquasant-mt.com

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Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49 www.waters.com

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Nordstrasse 9 5612 Villmergen T 056 619 89 19 F 056 619 89 18 info@labtec-services.ch www.labtec-services.ch

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ChemieXtra Ausgabe 7_ 8_2013  
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