Glyphosat stellt aufgrund seiner physikochemischen Eigenschaften eine erhebliche analytische Herausforderung dar. Seine starke Adsorption an Bodenmineralien, die ausgeprägte Chelatbildung, die hohe Polarität und der Abbau in kleinere Moleküle erschweren eine zuverlässige und selektive Detektion. Besonders problematisch ist die Situation in Ländern mit niedrigem Einkommen, etwa in den afrikanischen Ländern südlich der Sahara, wo Glyphosat in der kleinbäuerlichen Landwirtschaft weit verbreitet ist, jedoch kaum reguliert wird und Sicherheitsmaßnahmen für Landwirte oft fehlen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit einer kostengünstigen, schnellen und einfach umsetzbaren Methode zum Nachweis von Glyphosat direkt im Feld.

Ein vielversprechender Ansatz hierfür sind kolorimetrische Chemosensoren, die durch eine gezielte Farbreaktion den Nachweis von Glyphosat mit bloßem Auge ermöglichen. Verschiedene Farbstoffsysteme wurden und werden daraufhin untersucht und optimiert, um eine hohe Sensitivität und Selektivität zu erreichen – insbesondere, da Glyphosat in Gewässern häufig nur in sehr niedrigen Konzentrationen vorliegt und komplexe Matrixeffekte die Analytik zusätzlich erschweren. Ein wichtiger Fortschritt wurde durch die Entwicklung von Smartphone-basierten Detektionsmethoden erzielt, die eine schnelle und präzise Quantifizierung direkt vor Ort ermöglichen. Die Kombination dieser Technik mit im Arbeitskreis entwickelten Aufkonzentrationsmethoden erlaubt es, die Nachweisgrenzen weiter zu senken und die Robustheit der Methode in realen Proben zu erhöhen.

Die kolorimetrischen Nachweise wurden darüber hinaus in Zusammenarbeit mit der Didaktik (AK Schwarzer) weiterentwickelt, um einen vereinfachten Schülerversuch zu gestalten. Dieser Versuch ermöglicht es Schülern, die aktuellen Forschungsfragen zur Glyphosat-Detektion eigenständig zu bearbeiten und ein grundlegendes Verständnis für analytische Methoden und Umweltchemie zu entwickeln. Dadurch wird nicht nur die wissenschaftliche Relevanz der Forschung vermittelt, sondern auch das Interesse an analytischer Chemie im Bildungsbereich gefördert.

Neben Glyphosat stehen auch Polyphosphonate wie DTPMP (Diethylenetriaminpentamethylphosphonsäure) im Fokus der Forschung, da gezeigt werden konnte, dass diese unter Umweltbedingungen zu Glyphosat abgebaut werden können. Polyphosphonate sind aufgrund ihrer noch stärkeren Adsorptions- und Chelatbildungseigenschaften analytisch besonders anspruchsvoll, da viele etablierte Methoden aufgrund von Signalunterdrückung und Analytenverlust an ihre Grenzen stoßen. Hier bieten CE-ESI-MS (Capillary Electrophoresis-Electrospray Ionization Mass Spectrometry) und HILIC (Hydrophilic Interaction Liquid Chromatography) vielversprechende Lösungsansätze. Beide Methoden sind für die Trennung und Identifizierung polarer und geladener Verbindungen besonders geeignet. CE-ESI-MS bietet dabei selbst in komplexen Probenmatrices eine hohe Sensitivität und Selektivität. Durch den Einsatz von Polymerkapillaren anstelle der üblichen Quarzglaskapillaren oder die gezielte Modifikation der Kapillaroberfläche mittels Coatings lässt sich die Adsorption von Polyphosphonaten effektiv unterdrücken. Dies ermöglicht die detaillierte Analyse von Abbauprozessen und Reaktionsmechanismen dieser Substanzen in realen Umweltproben.

Durch die Kombination von kolorimetrischen und chromatographischen Techniken entsteht ein umfassendes analytisches Werkzeugset, das die präzise Detektion und Charakterisierung von Glyphosat und Polyphosphonaten in komplexen Umweltmatrices ermöglicht. Auch können diese Methoden nun verwendet werden, um weiterführende Fragestellungen in der Umweltanalytik und darüber hinaus zu bearbeiten.