Entwicklung zweier methodischer Ansätze zur Charakterisierung von Emissionen aus Tierhaltungsanlagen mit der MALDI-TOF Massenspektrometrie und der NIR-Spektroskopie

Abstract

Diese Arbeit präsentiert zwei innovative Analyseansätze zur Charakterisierung von Bioaerosol-Emissionen aus Tierhaltungsanlagen: die <strong>Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS)</strong> und die <strong>MALDI-TOF Massenspektrometrie</strong>. Ziel war es, bestehende Limitierungen durch kultivierungsbasierte Verfahren zu überwinden, indem schnelle, kostengünstige und direkt einsetzbare Methoden entwickelt wurden. Die NIRS wurde zur spektralen Erkennung von Veränderungen im Gesamt-Bioaerosol eingesetzt, z. B. zur Beurteilung der Staubmenge oder der Filtereffizienz. Die MALDI-TOF-MS ermöglichte erstmals eine kultivierungsunabhängige Identifikation der bakteriellen Fraktion von Bioaerosolen direkt aus Impingerproben. Beide Methoden wurden unter Praxisbedingungen getestet, wobei reproduzierbare und übertragbare Ergebnisse erzielt wurden. Die Verfahren leisten einen Beitrag zur Emissionsbewertung, zur Prozessüberwachung und zur potenziellen Weiterentwicklung im Arbeitsschutz. Teile der Arbeit sind bereits in Normungsprozesse eingeflossen (DIN EN 13098:2019-12).

This thesis presents two innovative analytical approaches for characterizing bioaerosol emissions from livestock facilities: <strong>Near-Infrared Spectroscopy (NIRS)</strong> and <strong>MALDI-TOF Mass Spectrometry</strong>. The aim was to overcome the limitations of cultivation-based methods by developing rapid, cost-effective, and directly applicable techniques. NIRS was used to detect spectral changes in the overall bioaerosol, for example, to assess dust levels or filtration efficiency. MALDI-TOF-MS enabled, for the first time, a cultivation-independent identification of the bacterial fraction in bioaerosols directly from impinger samples. Both methods were tested under real-world conditions and produced reproducible and transferable results. These techniques contribute to emission assessment, process monitoring, and potential advancements in occupational health protection. Parts of this work have already been incorporated into standardization processes (DIN EN 13098:2019-12).