Struktur- und Bindungsuntersuchungen nichtextrahierbarer 15N- und 14C-Simazinrückstände im Boden (UBC)
Projektlaufzeit: 1997-2002
Leitung:
Prof. Dr. rer. nat. Andreas Schäffer
Bearbeitung:
Auftraggeber:
Finanzierung durch Lehrstuhl und Syngenta
Hintergrund:
Ziel des Projekts war die Charakterisierung der Struktur und Bindungsformen von nicht extrahierbaren Rückständen des Triazinherbizids Simazin.
Durch den Einsatz der 15N-NMR- Spektroskopie kann die chemische Umgebung sowohl der unveränderten als auch der metabolisierten Simazin-Moleküle in einer ungestörten Boden- oder Kompostmatrix untersucht werden. Aufgrund der niedrigen natürlichen Häufigkeit und der geringen Empfindlichkeit des 15N-Kerns wurde in den Experimenten 15N-markiertes Simazin eingesetzt. Um das Signal/Rausch-Verhältnis bei der NMR weiter zu verbessern und die Empfindlichkeit der Messung zu steigern, wurde neben nativem Boden ein Kompost aus 15N-abgereichertem Mais- und Weizenstroh als Modellsubstrat verwendet. Weiterhin wurden zur Strukturaufklärung reaktive Extraktionsmethoden wie der Natronlauge-Aufschluss und die Silylierung der organischen Matrix in Kombination mit der Radiotracertechnik eingesetzt. Zur Überprüfung und Interpretation der erhaltenen Spektren wurden zudem ab initio-Berechnungen für Simazin und dessen Metabolite sowie für deren Verbindung mit einer Huminstoff-Modellsubstanz durchgeführt.
Zur Erzeugung des Modellsubstrats wurden auf Sand gezogene 15N-abgereicherte Weizen- und Maispflanzen mit grobem Sand aerob kompostiert. Dieser Kompost wurde mit 14C-Simazin inkubiert, um die Bildung nicht extrahierbarer Rückstände in Abhängigkeit von der Applikationsmenge zu verfolgen. Basierend auf den dabei erhaltenen Ergebnissen erfolgte die Inkubation von Substrat und nativem Boden mit 15N-markiertem Simazin. Die erhaltenen Proben mit nicht extrahierbaren Rückständen wurden mittels 15N-CP/MAS- NMR untersucht. Durch vorheriges Absieben des Sandanteils aus dem Modellsubstrat wurde eine Aufkonzentrierung der festen organischen Matrix und somit eine wesentliche Empfindlichkeitssteigerung erreicht. Der Aufschluss der organischen Matrix mit Trimethylchlorsilan ermöglichte eine Unterscheidung zwischen physikalisch (Einschluss) und chemisch gebundenen Rückständen. Durch Extraktion mit Natronlauge und anschließende Huminstofffraktionierung wurde die Verteilung der nicht extrahierbaren Rückstände zwischen Fulvinsäuren, Huminsäuren und Humin ermittelt.