Metallische Nanopartikel sind in der heutigen Zeit nahezu allgegenwärtig, ob in der Kleidung, Automobilen oder Medikamenten. Diese Partikel mit einer Größe von maximal 100nm bringen viele Vorteile mit sich und die Entwicklung neuer Anwendungen auf diesem Gebiet ist rasant. Diese anthropogenen Nanopartikel finden durch Abnutzung, Auswaschung oder Entsorgung den Weg in Wasser, Böden und Luft. Auf Grund ihrer geringen Größe weisen Nanopartikel ein verändertes Diffusions- und Agglomerationsverhalten auf als beispielsweise solvatisierte Ionen desselben Metalls. Die antimikrobielle Wirkung einiger Nanopartikel beruht auf der Tatsache, dass diese Partikel in Zellen eindringen und diese modifizieren können. Was im Fall von medizinischen Anwendungen die erwünschte Wirkung der Partikel ist wird bei der Eintragung in Gewässer für Wasserorganismen, Pflanzen und höhere Lebewesen zur Gefahr. Untersuchungen zur Umweltverträglichkeit von Nanopartikeln gibt es nur in wenigen Einzelfällen, die aber bei Weitem keine systematische Risikobewertung zulassen. Auch gibt es nur wenige Untersuchungen zur Abschätzung der Emissionsraten und daher auch keinerlei Regelungen zu Emissionsgrenzen. Dies ist vor allem dem Fehlen von robusten, leicht anwendbaren Nachweis- und Quantifizierungsmethoden zu zuschreiben.
An diesem Punkt wird das vorliegende Forschungsvorhaben ansetzen. Im Rahmen dieses Promotionsprojekts wird eine Methode zum simultanen Nachweis verschiedener metallischer Nanopartikel in Gewässerproben entwickelt werden. Reale Wasserproben enthalten eine Vielzahl an Begleitstoffen, wie natürliche Nanopartikel, gelöste Ionen, usw., die zum Nachweis der anthropogenen Metallnanopartikel abgetrennt werden müssen. Da die Konzentration metallischer Nanopartikel in Oberflächengewässern erwartungsmäßig sehr gering sein sollte, ist außerdem eine Anreicherung der Nanopartikel geplant. Dadurch wird die Nachweisstärke der im Anschluss verwendeten Charakterisierungs- und detektionsmethoden erhöht. Für die beiden Schritte der Abtrennung und Anreicherung werden mittels Dialyse und Ligand-unterstützter Festphasenextraktion geeignete Methoden entwickelt. In einem nächsten Schritt wird die Elementzusammensetzung mit Hilfe der nicht-invasiven Totalreflexionsröntgenfluoreszenz ermittelt. Quantitative Aussagen über die Zusammensetzung komplexer Nanopartikelgemische sollen durch die Entwicklung und den Einsatz multivariater Kalibrationsmodelle ermittelt werden. Anschließend werden die Partikel derselben Probe mittels bildgebender Methoden (Elektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie) in Bezug auf Größe und Form charakterisiert. Somit wird ein umfassendes Bild des Vorkommens metallischer Nanopartikel in Gewässern in Bezug auf Elementzusammensetzung und Größenverteilung erzeugt. Diese Entwicklung einer nachweisstarken und anwenderfreundlichen Methodik zur Untersuchung von Wasserproben bereitet den Weg zu einem tieferen Verständnis der Verteilungswege und Akkumulationsmöglichkeiten metallischer Nanopartikel in Gewässern. Die Kenntnis solcher Daten ist ein wichtiger Schritt hin zu einer einheitlichen Regulierung des Einsatzes und der Emission von Nanopartikeln in die Umwelt.