Immobilisierung bzw. Mobilisierung und Transport von Schadstoffen in der Umwelt, besonders in den Kompartimenten Boden und Wasser, sind von fundamentaler Bedeutung für unser (Über)Leben auf der Erde. Einer der Hauptreaktionspartner für organische und anorganische Schadstoffe (Xenobiotika) in der Umwelt sind Huminstoffe (HS). HS sind Abbauprodukte pflanzlichen und tierischen Gewebes, die durch eine Kombination von chemischen und biologischen Ab- und Umbauprozessen entstehen. Bedingt durch ihre Genese stellen HS außerordentlich heterogene Stoffsysteme dar, die eine Palette von verschiedenartigen Wechselwirkungen mit Schadstoffen zeigen. Die Untersuchung der fundamentalen Wechselwirkungsmechanismen stellt ebenso wie deren quantitative Beschreibung höchste Anforderungen an die Untersuchungsmethoden. Zur qualitativen und quantitativen Charakterisierung der Wechselwirkungen zwischen HS und Xenobiotika werden demnach analytische Methoden benötigt, die bei der Untersuchung von extrem heterogenen Systemen aussagekräftige Daten zu liefern vermögen. Besonders spektroskopische Verfahren, wie z.B. lumineszenz-basierte Verfahren, besitzen neben der hervorragenden Selektivität und Sensitivität, auch eine Multidimensionalität (bei der Lumineszenz sind es die Beobachtungsgrößen Intensität IF, Anregungswellenlänge lex, Emissionswellenlänge lem und Fluoreszenzabklingzeit tF), die es gestattet, auch heterogene Systeme wie HS direkt zu untersuchen. Zur Charakterisierung können sowohl die intrinsischen Fluoreszenzeigenschaften der HS als auch die von speziell eingeführten Lumineszenzsonden verwendet werden. In beiden Fällen werden die zu Grunde liegenden fundamentalen Konzepte der Wechselwirkungen von HS mit Xenobiotika untersucht und charakterisiert.<br> Für die intrinsische Fluoreszenz der HS konnte gezeigt werden, dass neben molekularen Strukturen besonders die Verknüpfung der Fluorophore im Gesamt-HS-Molekül von Bedeutung ist. Konformative Freiheit und die Nachbarschaft zu als Energieakzeptor fungierenden HS-eigenen Gruppen sind wichtige Komponenten für die Charakteristik der HS-Fluoreszenz. Die Löschung der intrinsischen Fluoreszenz durch Metallkomplexierung ist demnach auch das Resultat der veränderten konformativen Freiheit der HS durch die gebundenen Metallionen. Es zeigte sich, dass abhängig vom Metallion sowohl Löschung als auch Verstärkung der intrinsischen HS-Fluoreszenz beobachtet werden kann.<br> Als extrinsische Lumineszenzsonden mit wohl-charakterisierten photophysikalischen Eigenschaften wurden polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und Lanthanoid-Ionen eingesetzt. Durch Untersuchungen bei sehr niedrigen Temperaturen (10 K) konnte erstmals die Mikroumgebung von an HS gebundenen hydrophoben Xenobiotika untersucht werden. Im Vergleich mit Raumtemperaturexperimenten konnte gezeigt werden, dass hydrophobe Xenobiotika an HS-gebunden in einer Mikroumgebung, die in ihrer Polarität analog zu kurzkettigen Alkoholen ist, vorliegen. Für den Fall der Metallkomplexierung wurden Energietransferprozesse zwischen HS und Lanthanoidionen bzw. zwischen verschiedenen, gebundenen Lanthanoidionen untersucht. Basierend auf diesen Messungen können Aussagen über die beteiligten elektronischen Zustände der HS einerseits und Entfernungen von Metallbindungsstellen in HS selbst angeben werden. Es ist dabei zu beachten, dass die Experimente in Lösung bei realen Konzentrationen durchgeführt wurden. Aus Messung der Energietransferraten können direkte Aussagen über Konformationsänderungen bzw. Aggregationsprozesse von HS abgeleitet werden. / Transport and fate of xenobiotics in the environment, especially in water and soil, are of utmost importance for life on earth. A major reaction partner for xenobiotics in the environment are humic substances (HS). HS are degradation products of plant and animal tissue, which are formed in a combination of subsequent chemical and/or biochemical processes. Because of the complex history of their origin HS are extremely heterogeneous mixtures of different compounds. Consequently, they posses a great variety of interaction capabilities with various xenobiotics. The investigations of the fundamental interaction mechanisms between HS and xenobiotics make high demands on the analytical techniques used. Especially spectroscopic techniques are promising for the investigation of interaction mechanisms in complex systems. Luminescence spectroscopy has the great advantage of outstanding sensitivity and of multidimensionality, which in principle allows the investigation of HS under environmental relevant conditions. For the characterisation of interaction processes of HS with xenobiotics the intrinsic fluorescence of HS as well as the luminescence of extrinsic probes can be used.<br> The intrinsic HS fluorescence is determined by the molecular structure as well as the connection of the basic fluorophores. Conformational freedom as well as the presence of energy accepting groups in the neighbourhood of the fluorophores are highly important for the overall intrinsic HS fluorescence. The presence of metal ions can either quench or enhance the intrinsic HS fluorescence, which depends on the metal ion as well as on the origin of the HS investigated. While in most cases Al3+ ions enhance the intrinsic HS fluorescence, Ln3+ ions induce a fluorescence quenching.<br> Polycyclic aromatic hydrocarbons were used as extrinsic fluorescence probes in order to characterize the interaction of HS and hydrophobic organic xenobiotics. In investigations at ultra-low temperatures (10 K) it could be shown that pyrene is bound in a HS microenvironment with an polarity which resembles that of small alcohols (e.g., butanol).<br> In case of metal complexation, the lanthanide ions Eu3+ and Tb3+ were used as luminescence probes. Due to the outstanding luminescence properties of those ions, information about metal binding sites in HS were obtained. Based on the measurements of intramolecular and intermolecular energy transfer processes average distances of metal binding sites were deduced.

Die Anwendung von optischen Parametern zur Stoffcharakterisierung wird diskutiert. Dabei ist der Schwerpunkt der Diskussion auf absorptions- und fluoreszenzspektroskopische Methoden gesetzt. Beide Methoden können schnell und zuverlässig – auch im on-line Betrieb – eingesetzt werden. Der Beitrag soll einen Überblick über die grundlegenden Möglichkeiten der Anwendung beider Methoden geben.

Aquakultur ist essentiell um den heutigen Bedarf an Fisch als Nahrungsmittel zu decken. Einsatz von Antibiotika und Kontaminationen mit Schadstoffen in der Vergangenheit haben das Vertrauen von Verbrauchern in Fischprodukte aus Aquakulturproduktion massiv geschwächt. Zeitgleich sind die Ansprüche der Verbraucher an Qualität, Frische und Sicherheit von Lebensmitteln, aber auch das Bewusstsein, negative Auswirkungen der Lebensmittelproduktion auf die Umwelt zu minimieren, erheblich gestiegen. In der Dissertation wurde der Einsatz einer natürlichen organischen Substanz (Fulvosäure) auf die Fischgesundheit und das Immunsystem untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass die Zugabe zum Haltungswasser bei Salmoniden und Cypriniden zu verbesserter Stressresistenz und einer Anregung des Immunsystems führte. Dies hilft den Tieren sich auf natürliche Weise gegen Krankheitserreger zu verteidigen, reduziert den Einsatz umweltschädlicher Therapeutika und steigert gleichzeitig das Tierwohl. Weiterhin führte der Zusatz der Fulvosäure zu einer signifikanten Verbesserung der Futterumsatzrate, was sich ebenfalls in gesteigertem Wachstum der Tiere widerspiegelte. Huminstoffe, zu denen die Fulvosäure zählt, sind natürlicher Bestandteil aller aquatischen Ökosysteme. Die Zugabe zum Haltungswasser stellt daher nicht nur eine umweltfreundliche, sondern auch die ursprüngliche Expositionsroute mit diesen Immunstimulanzien für aquatischen Lebewesen dar. Weiterhin besteht mit diesem innovativen Ansatz erstmals die Option die extrem empfindlichen Embryo- und Larvenstadien ohne Zusatz von Antibiotika vor Krankheiten zu schützen. Zeitgleich wird der Metabolismus stimuliert und die Larven im Schlupf und Wachstum unterstützt. Da die Sterblichkeit in diesen Stadien bei über 80 % liegen kann, eröffnen die Ergebnisse der Dissertation ein immenses Potenzial den Tierschutz zu verbessern, und sowohl die Nachhaltigkeit als auch gesellschaftliche Akzeptanz und Konkurrenzfähigkeit der Aquakultur zu steigern. / Aquaculture has become imperative to cover the dietary demand for fish as food. The use of antibiotics and contaminations with harmful substances in the past have caused a lot of prejudices for fish products from aquaculture production. At the same time, consumer standards for quality, freshness and safety of food, as well as the awareness to minimize negative impacts of food production on the environment, have increased significantly. In the dissertation, the use of a natural organic substance (fulvic acid) on the health and immune system of fish was determined. Supplementing the water resulted in improved stress resistance and a stimulation of the immune system in salmonids and cyprinids. This helps the animals to defend themselves against pathogens in a natural way, thereby reduces the use of environmentally harmful therapeutics and at the same time increases animal welfare. Furthermore, the addition of fulvic acid led to a significant improvement in feed conversion rate, which was also reflected in increased growth of the animals. Humic substances, which include fulvic acid, are a natural component of all aquatic ecosystems. Therefore, the addition to the holding water represents not only an environmentally friendly but also the original route of exposure to these immunostimulants for aquatic organisms. Furthermore, this innovative approach provides for the first time the option to protect the extremely sensitive embryo and larval stages from disease without the need of antibiotics. At the same time, the metabolism is stimulated and larvae are supported in hatching and growth. Since the mortality in these stages can be more than 80 %, the results of the dissertation show an immense potential to improve animal welfare and to increase sustainability as well as social acceptance and competitive

In den letzten 15 Jahren wurde in einigen Mittelgebirgsregionen Zentraleuropas ein regional un-terschiedlich starker Anstieg der Konzentration gelösten organischen Kohlenstoffes (DOC) in Oberflächengewässern festgestellt. Besonders betroffen von dieser Entwicklung sind für die Trink-wasserproduktion genutzte Talsperren. Durch den erhöhten DOC-Gehalt wird die Trinkwasser-aufbereitung nicht nur kostenintensiver, sondern bekommt auch zunehmend Probleme bei der Wahrung der Trinkwasserqualität. Die Quellen des DOC sind in den Einzugsgebieten befindliche Moore und hydromorphe Nassstandorte. Die Ursachen für den in den vergangenen Jahren doku-mentierten Mehraustrag sind äußerst komplex und beinhalten sowohl klimatische als auch nut-zungsbedingte Veränderungen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist, den Charakter des DOC näher zu bestimmen, um die für die Wasseraufbereitung problematischen Fraktionen zu benennen und Ansatzpunkte für regulierende Maßnahmen aufzuzeigen. Die Charakterisierung erfolgte an einem LC-OCD-System (Liquid Chromatography – Organic Carbon Detection) am Beispiel der drei Tal-sperrensysteme Muldenberg, Carlsfeld (Westerzgebirge) und Fláje (Osterzgebirge, Tschechien). Die Talsperren weisen unterschiedliche DOC-Gehalte auf. Die Ergebnisse zeigen, dass der DOC aller Untersuchungsgebiete sowohl in den Zuflüssen, dem Talsperrenwasser bzw. Rohwasser als auch dem Reinwasser der Wasserwerke von Huminstoffen dominiert wird. DOC-Schwankungen sind folglich auf Schwankungen der Huminstoffkonzentrationen zurückzuführen. In den Zuflüs-sen treten die höchsten Huminstoffkonzentrationen während der Schneeschmelze im Frühjahr und bei Starkniederschlägen im Sommer und Herbst auf. Niedrige Konzentrationen sind an Bo-dengefrornis oder Trockenphasen im Sommer gebunden. In den Talsperren tritt im Sommer eine Schichtung der Huminstoffe auf, bei der an der Oberfläche durch photolytischen Abbau niedrige-re Konzentrationen und in Abhängigkeit von der Talsperrentiefe durch die Einschichtung der Zuflüsse am Grund höhere Konzentrationen auftreten. Die Verteilung im Winter ist allein von der Einschichtung der Zuflüsse abhängig. Die Verteilung der Building Blocks (Huminstoffhydrolysate) ist im Sommer der der Huminstoffe entgegengesetzt, da sich beim photolytischen Abbau von Hu-minstoffen Building Blocks bilden. Während der Zirkulationen sind die Konzentrationen der Hu-minstofffraktionen im gesamten Tiefenprofil gleich. In den Talsperren Muldenberg und Carlsfeld wurde im Untersuchungszeitraum unter Berücksichtigung der technischen Gegebenheiten und anderer Wassergütekriterien der optimale Rohwasserentnahmehorizont (niedrigstmögliche Hu-minstoffkonzentration) gewählt. In der Talsperre Fláje könnte die Rohwasserqualität durch Instal-lation eines schwenkbaren Entnahmerohres erheblich verbessert werden. In den Wasserwerken sind die Huminstofffraktionen mit abnehmender Molekülgröße schwieriger zu entfernen. Die relativ niedermolekularen Building Blocks sind die am schwersten entfernbaren DOC-Bestandteile. Auf Grundlage mathematischer Beziehungen zu SAK254 bzw. DOC wurde ein Programm (DOCQuaC – DOC-Quality Calculator) entwickelt, mit dessen Hilfe die Huminstofffraktionen über diese Grundparameter ermittelt werden können. Neben der Fraktionsquantifizie-rung besteht im Programm die Möglichkeit zur Berechnung der Eliminierungsleistung, so dass beispielsweise nach der Durchführung einer Maßnahme zur Verbesserung der DOC-Entfernung eine unmittelbare Aussage über den Effekt auf die Fraktionen vorliegt. / For the last 15 years a change of Dissolved Organic Carbon (DOC) has been taking place in surface waters of Middle European Highlands. The degree of this increase is regionally dependent. The reasons as well as the consequences of this development are of high complexity. The changes are expressed in an increase of middle DOC values and, additionally, an increase of annual changes. Reservoirs, used for drinking water production, are particularly affected, because the heightened DOC content increases the costs for drinking water treatment, and currently it is not possible to maintain a good drinking water quality. The main DOC source are peat bogs, situated in the catchments. The cause of the increasing DOC output from peat bogs are very complex and contain changes as well in climate as in land use. The aim of this presented dissertation was to gain more information about the character of DOC, so that those fractions can be determined which are problematically to remove inside the waterworks. On that base it should be possible to find some starting points for more regulating measures. The analytical characterisation was carried out by the help of a LC-OCD-System (Liquid Chromatography – Organic Carbon Detection), exemplary for the reservoir systems Muldenberg, Carlsfeld (Western Ore Mountains) and Fláje (Eastern Ore Mountains, Czech Republic). Although the DOC concentrations are very different in the reser-voirs, it was always dominated by humic substances, namely as well in the tributaries, as in the raw and treated water. Thus changes in the DOC concentration are due to changes in the concen-tration of humic substances. In spring and summer occur the highest concentrations of humic substances in the tributaries. Low concentrations are linked with frost in winter or dry periods in summer. In the reservoirs in summer a stratification of humic substances shapes up, with lower concentration near the water surface (caused by photolytical degradation) and accordingly higher concentration near the ground (layering of influxes). Distribution in winter only depends on the layering of the influxes. In summer the concentration of Building Blocks (humic substance hydro-lysates) is opposite to that of humic substances, because of the creation of Building Blocks at the photolytical degradation. During circulation the concentration of all humic substance fractions are equal in each reservoir layer. In the reservoirs Muldenberg and Carlsfeld, a further optimisation of the raw water withdrawal horizon is not possible. In the reservoir Fláje the raw water could be much improved by installing a movable withdrawal device. With decreasing molecular size the elimination of the humic fractions gets more difficult in the waterworks. Most difficult to eliminate are Building Blocks. On the basis of the mathematical cor-relation between humic fractions and the SAC254 and DOC a program (DOCQuaC – DOC-Quality Calculator) has been developed, which enables die calculation of humic concentrations by enter-ing these general parameters. In addition to the calculation of the concentrations it is possible to calculate the elimination capacity for the humic fractions. Thus the effects of measures on the humic fractions, which could be done for optimisation of the elimination capacity, can be imme-diately observed.

In den letzten 15 Jahren wurde in einigen Mittelgebirgsregionen Zentraleuropas ein regional un-terschiedlich starker Anstieg der Konzentration gelösten organischen Kohlenstoffes (DOC) in Oberflächengewässern festgestellt. Besonders betroffen von dieser Entwicklung sind für die Trink-wasserproduktion genutzte Talsperren. Durch den erhöhten DOC-Gehalt wird die Trinkwasser-aufbereitung nicht nur kostenintensiver, sondern bekommt auch zunehmend Probleme bei der Wahrung der Trinkwasserqualität. Die Quellen des DOC sind in den Einzugsgebieten befindliche Moore und hydromorphe Nassstandorte. Die Ursachen für den in den vergangenen Jahren doku-mentierten Mehraustrag sind äußerst komplex und beinhalten sowohl klimatische als auch nut-zungsbedingte Veränderungen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist, den Charakter des DOC näher zu bestimmen, um die für die Wasseraufbereitung problematischen Fraktionen zu benennen und Ansatzpunkte für regulierende Maßnahmen aufzuzeigen. Die Charakterisierung erfolgte an einem LC-OCD-System (Liquid Chromatography – Organic Carbon Detection) am Beispiel der drei Tal-sperrensysteme Muldenberg, Carlsfeld (Westerzgebirge) und Fláje (Osterzgebirge, Tschechien). Die Talsperren weisen unterschiedliche DOC-Gehalte auf. Die Ergebnisse zeigen, dass der DOC aller Untersuchungsgebiete sowohl in den Zuflüssen, dem Talsperrenwasser bzw. Rohwasser als auch dem Reinwasser der Wasserwerke von Huminstoffen dominiert wird. DOC-Schwankungen sind folglich auf Schwankungen der Huminstoffkonzentrationen zurückzuführen. In den Zuflüs-sen treten die höchsten Huminstoffkonzentrationen während der Schneeschmelze im Frühjahr und bei Starkniederschlägen im Sommer und Herbst auf. Niedrige Konzentrationen sind an Bo-dengefrornis oder Trockenphasen im Sommer gebunden. In den Talsperren tritt im Sommer eine Schichtung der Huminstoffe auf, bei der an der Oberfläche durch photolytischen Abbau niedrige-re Konzentrationen und in Abhängigkeit von der Talsperrentiefe durch die Einschichtung der Zuflüsse am Grund höhere Konzentrationen auftreten. Die Verteilung im Winter ist allein von der Einschichtung der Zuflüsse abhängig. Die Verteilung der Building Blocks (Huminstoffhydrolysate) ist im Sommer der der Huminstoffe entgegengesetzt, da sich beim photolytischen Abbau von Hu-minstoffen Building Blocks bilden. Während der Zirkulationen sind die Konzentrationen der Hu-minstofffraktionen im gesamten Tiefenprofil gleich. In den Talsperren Muldenberg und Carlsfeld wurde im Untersuchungszeitraum unter Berücksichtigung der technischen Gegebenheiten und anderer Wassergütekriterien der optimale Rohwasserentnahmehorizont (niedrigstmögliche Hu-minstoffkonzentration) gewählt. In der Talsperre Fláje könnte die Rohwasserqualität durch Instal-lation eines schwenkbaren Entnahmerohres erheblich verbessert werden. In den Wasserwerken sind die Huminstofffraktionen mit abnehmender Molekülgröße schwieriger zu entfernen. Die relativ niedermolekularen Building Blocks sind die am schwersten entfernbaren DOC-Bestandteile. Auf Grundlage mathematischer Beziehungen zu SAK254 bzw. DOC wurde ein Programm (DOCQuaC – DOC-Quality Calculator) entwickelt, mit dessen Hilfe die Huminstofffraktionen über diese Grundparameter ermittelt werden können. Neben der Fraktionsquantifizie-rung besteht im Programm die Möglichkeit zur Berechnung der Eliminierungsleistung, so dass beispielsweise nach der Durchführung einer Maßnahme zur Verbesserung der DOC-Entfernung eine unmittelbare Aussage über den Effekt auf die Fraktionen vorliegt. / For the last 15 years a change of Dissolved Organic Carbon (DOC) has been taking place in surface waters of Middle European Highlands. The degree of this increase is regionally dependent. The reasons as well as the consequences of this development are of high complexity. The changes are expressed in an increase of middle DOC values and, additionally, an increase of annual changes. Reservoirs, used for drinking water production, are particularly affected, because the heightened DOC content increases the costs for drinking water treatment, and currently it is not possible to maintain a good drinking water quality. The main DOC source are peat bogs, situated in the catchments. The cause of the increasing DOC output from peat bogs are very complex and contain changes as well in climate as in land use. The aim of this presented dissertation was to gain more information about the character of DOC, so that those fractions can be determined which are problematically to remove inside the waterworks. On that base it should be possible to find some starting points for more regulating measures. The analytical characterisation was carried out by the help of a LC-OCD-System (Liquid Chromatography – Organic Carbon Detection), exemplary for the reservoir systems Muldenberg, Carlsfeld (Western Ore Mountains) and Fláje (Eastern Ore Mountains, Czech Republic). Although the DOC concentrations are very different in the reser-voirs, it was always dominated by humic substances, namely as well in the tributaries, as in the raw and treated water. Thus changes in the DOC concentration are due to changes in the concen-tration of humic substances. In spring and summer occur the highest concentrations of humic substances in the tributaries. Low concentrations are linked with frost in winter or dry periods in summer. In the reservoirs in summer a stratification of humic substances shapes up, with lower concentration near the water surface (caused by photolytical degradation) and accordingly higher concentration near the ground (layering of influxes). Distribution in winter only depends on the layering of the influxes. In summer the concentration of Building Blocks (humic substance hydro-lysates) is opposite to that of humic substances, because of the creation of Building Blocks at the photolytical degradation. During circulation the concentration of all humic substance fractions are equal in each reservoir layer. In the reservoirs Muldenberg and Carlsfeld, a further optimisation of the raw water withdrawal horizon is not possible. In the reservoir Fláje the raw water could be much improved by installing a movable withdrawal device. With decreasing molecular size the elimination of the humic fractions gets more difficult in the waterworks. Most difficult to eliminate are Building Blocks. On the basis of the mathematical cor-relation between humic fractions and the SAC254 and DOC a program (DOCQuaC – DOC-Quality Calculator) has been developed, which enables die calculation of humic concentrations by enter-ing these general parameters. In addition to the calculation of the concentrations it is possible to calculate the elimination capacity for the humic fractions. Thus the effects of measures on the humic fractions, which could be done for optimisation of the elimination capacity, can be imme-diately observed.

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Motiviert durch die Zunahme der weltweiten Nachfrage nach hochwertigen Humusstoffen wurde am Institut für Holz- und Pflanzenchemie ein neuartiger Humusersatzstoff entwickelt. Dieses N-modifizierte Produkt wird auf Basis eines patentierten Normaldruckverfahrens der oxidativen Ammonolyse (OA) aus ligninhaltigen Ausgangssubstanzen, im vorliegenden Fall Lausitzer Braunkohle, hergestellt. Ziel war, die bisher vorliegenden Erkenntnisse der strukturellen Eigenschaften solcher Humusstoffe zu erweitern. Im Fokus standen die Gehalte und Charakteristik der Huminstofffraktionen (Humine, Humin- und Fulvosäuren). Der Stickstoff und die Art seines Einbaus in die organische Substanz spielt hierbei eine besondere Rolle. Für die Huminstoffisolierung kam die hinsichtlich der Ausbeuten und des Zeitaufwandes optimierte IHSS-Methode zum Einsatz. Wesentliche Merkmale N-modifizierter Substanzen sind erhöhte Huminsäurengehalte, zeitlich differenziert wirksame N-Bindungsformen und damit eine Diversifizierung der Funktionalität. Zusätzlich mit dem geringen Aschegehalt unterscheidet dies N-modifizierte Lausitzer Braunkohle von anderen auf Braunkohlebasis erzeugten Bodenverbesserungsmitteln des Marktes. Es konnte gezeigt werden, dass Huminsäuren hinsichtlich der Bereitstellung von Stickstoff und Funktionalität (z.B. Austauscherplätze) eine Schlüsselrolle einnehmen. Die Veränderungen durch die OA basieren stofflich auf der Bildung regenerierter Huminsäuren und chemisch u.a. auf der oxidativen Ringspaltung von Aromaten an nicht veretherten phenolischer OH-Gruppen von Methoxyphenolstrukturen. Dabei ist diese Reaktion entgegen früherer Annahmen nicht an eine Demethoxylierung gebunden und erfordert auch keine verschärften Reaktionsbedingungen (z.B. erhöhter Druck). Diese und weitere Reaktionsmechanismen führen zu ammoniumartig, amidartig und fest organisch gebundenen N-Bindungsformen. 15N-NMR-Spektroskopische Untersuchungen an einem 15N-angereicherten Produkt, Py-GC/MS-Untersuchungen und nasschemische Experimente zeigen, dass in der Vergangenheit die Bedeutung heterocyclischer, insbesondere heteroaromatischer N-Bindungsformen überschätzt wurde. Amidartiger Stickstoff präsentiert sich dabei als außerordentlich heterogen hinsichtlich seiner Hydrolysestabilität bzw. Pflanzenverfügbarkeit. Für die effektive Beurteilung möglicher Ausgangssubstanzen hinsichtlich ihrer Eignung für die Herstellung von Humusdüngestoffen nach dem Prinzip der OA kann der Huminsäurengehalt herangezogen werden. Er wird mit Hilfe eines degradativen Verfahrens ermittelt. Die mit dem Huminsäurengehalt in Verbindung stehenden Stoffeigenschaften von Kohlen korrelieren gut mit dem N-Einbau. Aus Sicht der Verfahrensführung hängt die Intensität des N-Einbaus eng mit dem Oxidationsregime zusammen. Durch Anwendung von reinem Sauerstoff anstelle von Luft als sehr einfach und günstig zu realisierende Maßnahme kann die Reaktionszeit halbiert werden. / The development of a novel artificial humus material at the Institute of Wood- and Plant Chemistry was accounted by the increasing demand for high grade humic matter. This N-modified product base on a patented ambient pressure technology of the oxidative ammonolysis. of lignin containing substances, in particular Lusitian lignite. Objective of the work was to broadening the current knowledge of structural properties with focus on the contents and characteristics of humic substances fractions (humins, humic acids, fulvic acids). Especially attention was given to nitrogen and its way of incorporation into organic matter. For isolating humic substances the IHSS method was used. The procedure was adapted in order to increase the yield of humic acids and decrease time needed. Main characteristics of N-modified substances are higher contents of humic acids and subtly differenciateted effective N-binding forms with leads to higher diversity of the chemical functionality. This and the low ash content makes the differences to other brown coal based soil improving agents available on the marked. It has been shown that humic acids give the main part providing nitrogen and functionality (e.g. cation exchange capacity). The oxidative ammonolysis leads to regenerated humic acids as well as e.g. the clevage of aromatic structures by reactions of free phenolic groups. In contrast to former assumptions the cleavage is not strongly related to demethoxylation or strong reaction conditions like high pressure. This and other reactions lead to short, middle, and long lasting N-binding forms. 15N-NMR-spectroscopic investigations on a 15N-enriched product, Py-GC/MS-investigations and conventional investigations show an overestimation of heterocyclic, in particular heteroaromatic N-binding forms up to now. Consequently amide like nitrogen reveals as extraordinary according to its persistent behaviour to hydrolysis and plant availability respectively. Corresponding the correlation of the N-incorporation and humic acid content of raw materials the latter can be used for evaluating possible raw material for its usage for N-modification. It can be easy obtained in a degratadive way. From the process engineering point of view the success of N-incorporating is strongly correlated to the oxidation conditions during processing. Using pure oxygen instead of air shorts the needed reaction at 50%.

Motiviert durch die Zunahme der weltweiten Nachfrage nach hochwertigen Humusstoffen wurde am Institut für Holz- und Pflanzenchemie ein neuartiger Humusersatzstoff entwickelt. Dieses N-modifizierte Produkt wird auf Basis eines patentierten Normaldruckverfahrens der oxidativen Ammonolyse (OA) aus ligninhaltigen Ausgangssubstanzen, im vorliegenden Fall Lausitzer Braunkohle, hergestellt. Ziel war, die bisher vorliegenden Erkenntnisse der strukturellen Eigenschaften solcher Humusstoffe zu erweitern. Im Fokus standen die Gehalte und Charakteristik der Huminstofffraktionen (Humine, Humin- und Fulvosäuren). Der Stickstoff und die Art seines Einbaus in die organische Substanz spielt hierbei eine besondere Rolle. Für die Huminstoffisolierung kam die hinsichtlich der Ausbeuten und des Zeitaufwandes optimierte IHSS-Methode zum Einsatz. Wesentliche Merkmale N-modifizierter Substanzen sind erhöhte Huminsäurengehalte, zeitlich differenziert wirksame N-Bindungsformen und damit eine Diversifizierung der Funktionalität. Zusätzlich mit dem geringen Aschegehalt unterscheidet dies N-modifizierte Lausitzer Braunkohle von anderen auf Braunkohlebasis erzeugten Bodenverbesserungsmitteln des Marktes. Es konnte gezeigt werden, dass Huminsäuren hinsichtlich der Bereitstellung von Stickstoff und Funktionalität (z.B. Austauscherplätze) eine Schlüsselrolle einnehmen. Die Veränderungen durch die OA basieren stofflich auf der Bildung regenerierter Huminsäuren und chemisch u.a. auf der oxidativen Ringspaltung von Aromaten an nicht veretherten phenolischer OH-Gruppen von Methoxyphenolstrukturen. Dabei ist diese Reaktion entgegen früherer Annahmen nicht an eine Demethoxylierung gebunden und erfordert auch keine verschärften Reaktionsbedingungen (z.B. erhöhter Druck). Diese und weitere Reaktionsmechanismen führen zu ammoniumartig, amidartig und fest organisch gebundenen N-Bindungsformen. 15N-NMR-Spektroskopische Untersuchungen an einem 15N-angereicherten Produkt, Py-GC/MS-Untersuchungen und nasschemische Experimente zeigen, dass in der Vergangenheit die Bedeutung heterocyclischer, insbesondere heteroaromatischer N-Bindungsformen überschätzt wurde. Amidartiger Stickstoff präsentiert sich dabei als außerordentlich heterogen hinsichtlich seiner Hydrolysestabilität bzw. Pflanzenverfügbarkeit. Für die effektive Beurteilung möglicher Ausgangssubstanzen hinsichtlich ihrer Eignung für die Herstellung von Humusdüngestoffen nach dem Prinzip der OA kann der Huminsäurengehalt herangezogen werden. Er wird mit Hilfe eines degradativen Verfahrens ermittelt. Die mit dem Huminsäurengehalt in Verbindung stehenden Stoffeigenschaften von Kohlen korrelieren gut mit dem N-Einbau. Aus Sicht der Verfahrensführung hängt die Intensität des N-Einbaus eng mit dem Oxidationsregime zusammen. Durch Anwendung von reinem Sauerstoff anstelle von Luft als sehr einfach und günstig zu realisierende Maßnahme kann die Reaktionszeit halbiert werden. / The development of a novel artificial humus material at the Institute of Wood- and Plant Chemistry was accounted by the increasing demand for high grade humic matter. This N-modified product base on a patented ambient pressure technology of the oxidative ammonolysis. of lignin containing substances, in particular Lusitian lignite. Objective of the work was to broadening the current knowledge of structural properties with focus on the contents and characteristics of humic substances fractions (humins, humic acids, fulvic acids). Especially attention was given to nitrogen and its way of incorporation into organic matter. For isolating humic substances the IHSS method was used. The procedure was adapted in order to increase the yield of humic acids and decrease time needed. Main characteristics of N-modified substances are higher contents of humic acids and subtly differenciateted effective N-binding forms with leads to higher diversity of the chemical functionality. This and the low ash content makes the differences to other brown coal based soil improving agents available on the marked. It has been shown that humic acids give the main part providing nitrogen and functionality (e.g. cation exchange capacity). The oxidative ammonolysis leads to regenerated humic acids as well as e.g. the clevage of aromatic structures by reactions of free phenolic groups. In contrast to former assumptions the cleavage is not strongly related to demethoxylation or strong reaction conditions like high pressure. This and other reactions lead to short, middle, and long lasting N-binding forms. 15N-NMR-spectroscopic investigations on a 15N-enriched product, Py-GC/MS-investigations and conventional investigations show an overestimation of heterocyclic, in particular heteroaromatic N-binding forms up to now. Consequently amide like nitrogen reveals as extraordinary according to its persistent behaviour to hydrolysis and plant availability respectively. Corresponding the correlation of the N-incorporation and humic acid content of raw materials the latter can be used for evaluating possible raw material for its usage for N-modification. It can be easy obtained in a degratadive way. From the process engineering point of view the success of N-incorporating is strongly correlated to the oxidation conditions during processing. Using pure oxygen instead of air shorts the needed reaction at 50%.