Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Verwendung einer Klasse von
Aminoalkoholen als Mittel zur Kontrolle des Algenwachstums ("algistats").
Beschreibung des Standes der Technik
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Die nachfolgenden Dokumente des Standes der Technik werden gemäß den
Anforderungen von 37 CFR 1.56, 1.97 und 1.98 offenbart.
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US-5,169,848 vom 8. Dezember 1992 von Bettarini et al. beschreibt neue
Pyridazinone, die eine insektizide und eine milbenabtötende Aktivität aufweisen.
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US-3,520,931 vom 21. Juli 1970 von d'Ostrowick et al. beschreibt ein Verfahren zur
Trennung eines Gemischs optischer Antipoden eines primären alpha-Aralkylamins,
worin eines dieser Antipoden vorherrscht.
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US-5,011,996 vom 30. April 1991 von Kiel et al. beschreibt Reaktionsprodukte von
Oxoverbindungen und Aminen oder Ammoniak, wie (-(p-Chlorphenyl)-ethylamin
(Beispiel 1 darin).
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US-4,394,496 vom 19. Juli 1983 von Paul G. Schrader beschreibt Polyglycidylether
der (Hydroxyphenyl)alkane, deren Gemische mit anderen Epoxyverbindungen und
deren gehärtete Produkte.
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US-4,388,250 vom 14. Juni 1983 von Farber et al. beschreibt ein Verfahren zur
Herstellung von p-Hydroxybenzylnitriten (vgl. Tabelle I, Spalten 7 und 8).
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Andere US-Patente, welche verwandte Anwendungen betreffen und von Interesse
sein könnten, schließen US-2,298,284, US-3,366,684, US-3,739,026, US-3,225,098,
US-3,928,603, US-5,047,592 und US-4,394,496 ein.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern des
Algenwachstums durch Einbringen bestimmter substituierter Aminoalkohole in Flüssigkeiten oder
durch Beschichten bestimmter substituierter Aminoalkohole auf Oberflächen.
Genauer stellt diese Erfindung Aminoalkoholverbindungen zur Verwendung für die
Kontrolle des Algenwachstums bereit, die mit einer Kettenverlängerung ausgestattet
sind, welche die folgende allgemeine Formel aufweisen:
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wobei n 1-1000 ist und R&sub1; = R&sub2; und R&sub1; und R&sub2; aus der Gruppe, bestehend aus
-CH&sub2;-CH&sub2;-, -CH&sub2;-C(CH&sub3;)H- und -C(CH&sub3;)H-CH&sub2;-, ausgewählt sind, R&sub3; und R&sub4;, jeweils
unabhängig voneinander aus der Gruppe, bestehend aus H, -CH&sub3;, -CH&sub2;CH&sub3;,
-CH&sub2;OH und -CH&sub2;-CH&sub2;-OH, ausgewählt sind, und den diastereomeren Salzen
davon.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung stellt die neue Verwendung bestimmter
Aminoalkoholverbindungen bereit, die Derivate von 4-Hydroxyacetophenon, einem wohlbekannten
Synthesebaustein für eine Vielzahl organischer Verbindungen, sind. Diese neuen
Aminoalkohole weisen die allgemeine Formel auf:
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wobei:
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n 1 bis 1000 (vorzugsweise 1-100) ist;
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R&sub1; = R&sub2; und R&sub1; und R&sub2; aus der Gruppe:
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-CH&sub2;-CH&sub2;-, -CH&sub2;-C(CH&sub3;)H- und -C(CH&sub3;)H-CH&sub2;- ausgewählt sind,
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R&sub3; und R&sub4; jeweils unabhängig voneinander aus der Gruppe: -H, -CH&sub3;, -CH&sub2;CH&sub3;,
-CH&sub2;OH und -CH&sub2;-CH&sub2;-OH ausgewählt sind, und
den diastomeren Salzen davon.
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Die Verbindungen sind als Mittel zur Kontrolle des Algenwachstums geeignet.
Insbesondere sind die Verbindungen als Additive in Anstrichen, insbesondere Anstrichen
auf Wasserbasis, Beschichtungen, Polymeren, in der Papierherstellung, in
Schwimmbecken, in Zierteichen und -brunnen, in Verdampfungskühlern
(Kühltürmen), in Waschlösungen und ähnlichen Wasser-enthaltenden Materialien
geeignet. Diese Verbindung enthaltende Lösungen können verwendet werden, um
Oberflächen, beispielsweise von Duschen, Badeinrichtungen, Saunas,
Dampfräumen und von ähnlichen feuchten Bereichen zu behandeln. In bestimmten Gegenden
der Welt, in denen die durchschnittliche Feuchtigkeit hoch ist, kann eine Lösung
dieser Verbindungen zur Behandlung von Hausdächern, Wänden, für Kleidung zu
verwendende Stoffe, Zelte, Überdächer, Bodenmatten und ähnliches verwendet
werden.
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Die für die vorliegende Erfindung verwendbare Verbindung wird durch Umsetzen
eines Alkalimetallsalzes von 4-Hydroxyacetophenon mit einem organischen Oxid,
wie Ethylenoxid oder Propylenoxid, in Gegenwart eines geeigneten Katalysators,
anschließendes Unterziehen des Reaktionsprodukts einer reduktiven Aminierung
unter Druck zur Bildung der Verbindung hergestellt.
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Verfahren zur Herstellung der für die vorliegenden Erfindung geeigneten Verbindung
sind in US-Patent-Nr. 5,300,691 beschrieben und beansprucht.
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Geeignete Konzentrationen der Verbindung, wenn zur Kontrolle des
Algenwachstums in Flüssiganwendungen verwendet, können von etwa 1 bis etwa 100 mg/l,
vorzugsweise von etwa 2,5 bis etwa 10 mg/l, betragen. Zur Verwendung ist die
Verbindung vorzugsweise in einer minimalen Menge eines Lösungsmittels dafür gelöst und
wird anschließend in einer gewünschten Konzentration in Wasser dispergiert.
Lösungsmittel können Alkohole, Ketone, Ester, Ether und ähnliche einschließen. Wenn
eine Verbindung zur Kontrolle des Algenwachstums auf Oberflächen aufgebracht
wird, kann sie als eine Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel oder aus einer
Aufschlämmung in jeder nicht-wechselwirkenden Flüssigkeit auf die Oberfläche
aufgetragen werden.
Beispiel:
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Testverbindung: Verbindung (1), wobei n = 30, R&sub1; = R&sub2; = -CH&sub2;-CH(CH&sub3;)- und R&sub3; = R&sub4;
= H
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Testspezies: Grüne Frischwasseralgen (Selenastrum capricornutum), 4-Tage alte
Kultur zu Testbeginn
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Verdünnungsmedium: Frischwasseralgenwachstumsmedium mit einem anfänglichen
pH-Wert von 7,5 + 0,1, wobei die Testtemperatur in einem Bereich von 23,0 bis
25,6ºC liegt.
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Nominale Konzentrationen: Kontrolle, 0,63, 1,25, 2,50, 5,00 und 10,0 mg des
gesamten Materials (wm)/L
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Dauer der Untersuchung: 96 Stunden
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Ergebnisse: Der 96-Stunden-EC50 von S. capricornutum betrug 1,38 mg wm/L
(bezogen auf die nominalen Konzentrationen). Der 96-Stunden-NOEC betrug 0,63
mg wm/L, bezogen auf den Mangel an signifikanten inhibitorischen Wirkungen, die
bei dieser Testkonzentration beobachtet wurden.
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Die Testsubstanz war eine goldbraune viskose Lösung und die Reinheit betrug
> 98%. Die Testsubstanz wurde bei Umgebungstemperatur im Dunkeln gelagert. Die
nominalen Testkonzentrationen sind als Milligramm (mg) der Verbindung als
Gesamtmaterial (wm) pro Liter (L) des Frischwasseralgenmediums angegeben.
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Die getestete Frischwasseralge war die Grünalge Selenastrum capricornutum (UTEX
#3648). Die Kultur stammte aus einem Inoculum, das von der Universität Texas in
Austin erhalten wurde und seit 4. Oktober 1989 gehalten wurde. Die Algen wurden in
einem Frischwasseralgenmedium unter kontinuierlicher Belichtung kultiviert, was
ungefähr 50 Mikromol pro Quadratmeter pro Sekunde (pmol/m²/s) als Ausbeute ergab.
Die Kulturen wurden vor Testbeginn bei ungefähr 24 + 2ºC gehalten und wurden
wöchentlich bezüglich der Reinheit untersucht. Die Inoculumkultur war zu Testbeginn
vier Tage alt.
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Das Ausgangswasser für das Testmedium war entionisiertes Wasser. Das
Ausgangswasser wurde sterilisiert und mit analysenreinen Nährstoffen versetzt. Der pH-
Wert des Testmediums wurde vor der Verwendung in dem Test mit 0,1 N NaOH
oder HCl auf einen pH-Wert von 7,5 eingestellt. Das Testmedium wurde vor der
Verwendung durch einen 0,45 u-Membranfilter filtriert.
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Zwei statische Bereich-Auffindungstests wurden vor der Durchführung des
endgültigen Tests durchgeführt. Beide Tests wurden bei einer nominalen Testkonzentration
von 0,10, 1,00, 10,0, 100 und 1000 mg wm/L durchgeführt. Der erste Test wurde
aufgrund eines unregelmäßigen Algenwachstums zwischen den Kontrollen und den
Behandlungen verworfen. Für den zweiten Bereich-Auffindungstest betrug die
Inhibierung des Zellwachstums nach 96 Stunden Exponierung (bezogen auf die
Zellanzahl) im Vergleich zu den gesammelten Kontrollen von 23% bei 1,00 mg wm/L bis
99% bei 1000 mg wm/L. Es wurde eine stimulierende Wirkung des Algenwachstums
(5%) bei 0,10 mg wm/L beobachtet. Eine ungelöste Chemikalie wurde bei 100 und
1000 mg wm/L beobachtet. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden die nominalen
Testkonzentrationen
von 0,63, 1,25, 2,50, 5,00 und 10,0 mg wm/L für den endgültigen
Test ausgewählt. Die endgültige Exponierung wurde unter statischen Bedingungen in
einem umgebungsmäßig kontrollierten Kammersatz durchgeführt, um eine
Testemperatur von 24 + 2ºC bereitzustellen.
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Eine primäre Stammlösung (100,040 mg wm/L) wurde durch Einwiegen von 1,0004 g
der Testverbindung in einen 10 ml-Meßkolben hergestellt und anschließend mit
Aceton auf das Volumen eingestellt. Vier weitere Stammlösungen (50,020, 25,010,
12,505 und 6,253 mg wm/L) wurden ausgehend von der primären Stammlösung
durch Reihenverdünnung hergestellt. Jede Reihen-verdünnte Stammlösung wurde
durch Pipettieren von 5 ml der geeigneten Stammlösung in einen 10 ml-Meßkolben
hergestellt und mit Aceton auf das Volumen eingestellt. Testlösungen (d. h. 10,0,
5,00, 2,50, 1,25 und 0,63 mg wm/L) wurden durch Zugabe von 40 uL der geeigneten
Stammlösung zu 400 mL der Volumina des filtrierten Testmediums hergestellt. Eine
Kontrolle des Algentestmediums und eine Kontrolle des Lösungsmittels (Aceton)
wurden gleichzeitig mit den Testlösungen aufbewahrt. Die Acetonkonzentration in
der Lösungsmittelkontrolle und allen Testlösungen betrug 0,1 ml/L. Nach Rühren
wurden pH-Messungen durchgeführt und anschließend wurden vier 100 ml-Aliquote
von jeder Testlösung in sterilisierte 250 ml-Glaserlenmeyerkolben (einschließlich
einer chemischen Blindprobe) transferiert. Drei Replikate wurden mit Algen beimpft,
während die vierte als eine chemische "Blind"-Kontrolle für jede Behandlung etabliert
wurde und nicht mit Algen beimpft wurde. Alle Kolben wurden mit
Gasaustauschkappen verschlossen.
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Die 96-Stunden-Exponierung wurde mit der Beimpfung von ungefähr 10000
Zellen/ml in jedem Testkolben eingeleitet (234 ul einer Inoculum-Kultur mit einer
Zelldichte von 428 · 104 Zellen/ml). Die Testkammern wurden statistisch in einer
Temperaturkontrollierten Kammer unter kontinuierlicher Fluoreszenzbeleuchtung
positioniert und kontinuierlich auf einem Umlaufschütteltisch bei ungefähr 100 UpM
(Umdrehungen pro Minute) geschüttelt. Die Testkammern wurden täglich
unvoreingenommen umgeordnet, um die Auswirkungen aufgrund der Anordnung
auszuschließen. Die Lichtintensität lag in einem Bereich zwischen 35,3 und 63,3 (mol/m²/s,
gemessen durch ein LI-COR, Inc. "Model LI-189 light meter", ausgestattet mit einem
2π-Quantensensor).
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Das Algenwachstum wurde mindestens dreimal pro beimpften Kolben durch direkte
Zeltmessungen unter Verwendung eines elektronischen Teilchenzählers (Coulter
Counter Model 21) alle 24 Stunden gemessen. Morphologische Beobachtungen
wurden auch täglich auf jede Testbehandlung unter Verwendung eines
Verbundmikroskops durchgeführt, um eine abnormale Zellmorphologie und eine Verfärbung im
Vergleich zur Kontrolle zu bestimmen. Chemische "Blindproben" wurden gleichzeitig
mit jeder Testkonzentration gemessen, um ein Hintergundniveau, wenn überhaupt
vorhanden, zu etablieren. Um jedwede Wirkung des Hintergrunds während der
Zählungen auszuschließen, wurde das Mittel der Behandlungsblindprobe von den
geeigneten Zellzählungen der zusammenfallenden Replikate vor einer statistischen
Analyse für alle Behandlungen und Kontrollen abgezogen. Alle Zellzahlen, die in diesem
Bericht gezeigt sind, wurden hinsichtlich jedes bestimmten Hintergrunds korrigiert.
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Nach 96 Stunden war das Algenwachstum bei nominalen Konzentrationen von 5,00
und 10,0 mg wm/L (d. h. entweder kein Algenwachstum oder eine Nettoabnahme des
Algenwachstums im Vergleich zu dem anfänglichen Inoculum) maximal inhibiert;
daher war eine Beurteilung für eine algistatische gegenüber einer algiziden Antwort
notwendig. Dies wurde durch Entfernen eines 0,5 ml-Aliquots der Testlösung, die
Wachstums-inhibierte Algen von jeder Replikat-Testkammer enthielt, erreicht.
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Diese Aliquote (1,5 ml Gesamtvolumen) wurden für jede maximal inhibierte
Testkonzentration in neuen Testkolben vereint und mit frischem (Testsubstanz-freien)
Algenmedium auf 100 ml verdünnt, was in einer Testkonzentration von < 0,15 mg
wm/L resultierte (eine nominale Testsubstanzkonzentration, die das Wachstum im
Vergleich zu der Kontrolle nicht beeinflußt). Ein Kontrollkolben wurde auch mit einer
anfänglichen Zelldichte von ungefähr 10000 Zellen/ml eingestellt, um die Eignung
der Verfahren zu bestätigen. Die Subkulturen wurden unter den
Umgebungsbedingungen des endgültigen Tests inkubiert. Die Erholungsphase wurde für 6 Tage
durchgeführt und wurde nicht fortgeführt, sobald ein signifikantes Algenwachstum in
der maximal inhibierten Behandlung beobachtet wurde. Das Algenwachstum wurde
während der Erholungsphase durch direkte Zellzählungen unter Verwendung einer
Hämozytometer-Zählkammer mit einem Verbundmikroskop gemessen.
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Die Temperatur wurde in einem nicht inokulierten Kolben des Testmediums täglich
während des Tests gemessen. Der Temperaturbereich der umgebungsmäßig
kontrollierten Kammer wurde unter Verwendung eines Minimum/Maximum-
Thermometers angezeigt und die diurnalen Temperaturbereiche wurden täglich
aufgezeichnet. Die Lichtintensität wurde täglich während der 96-Stunden-
Exponierungsperiode bei dem Niveau der Testlösung gemessen. Der pH-Wert wurde
zu Testbeginn in den Zusammensetzungen und zu Testende in allen Kontroll- und
Testkolben unter Verwendung eines Fischer-Accumet® 1001 pH-Meters gemessen.
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Es wurden keine Wasserproben gesammelt oder während des Tests analysiert. Die
nominalen Konzentrationen wurden sowohl während der Bereichsfindung als auch
bei den endgültigen Tests verwendet.
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Die Algenwachstumsantwort (als prozentuale Inhibierung, I, oder Stimulierung, S. in
den Testlösungen im Vergleich zu den Kontrollen) wurde wie folgt berechnet:
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%I = -(C - T)/C · 100 oder %S = (T - C)/C · 100, wobei C = das mittlere Wachstum
der Kontrolle und T = das mittlere Wachstum der behandelten Kultur. Die mittlere
Abweichung und die Standardabweichung des Ansprechens der Algen bzw.
Algenresponse wurde berechnet und für jede Behandlung und Kontrolle aufgezeichnet.
Auf Basis der Ergebnisse des Tests (prozentuale Inhibierung des Zellwachstums)
wurden die 96-Stunden-EG&sub1;&sub0;-, -E0&sub5;&sub0;- und EC&sub9;&sub0;-Werte mit deren 95-Prozent-
Verlässlichkeitsgrenze berechnet.
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Nach 96 Stunden Exponierung betrugt die prozentuale Inhibierung der Zellanzahlen
im Vergleich zu gesammelten Kontrollen von 12 Prozent bei 0,63 mg wm/L bis 99+
Prozent bei 5,00 und 10,0 mg wm/L. Die täglichen mittleren Zellzählungen und
Standardabweichungen für die Kontroll- und Testlösungen sind in Tabelle 1 angegeben.
Die Wachstumskurven zeigen, daß die Algen in den Kontrollen und den geringen
Behandlungen die Form eines exponentiellen Wachstums während der 96-stündigen
Wachstumsperiode zeigten. Der Koeffizient der Variation für die Zellanzahlen in der
Kontrolle betrug 4%.
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Die Beobachtung der Zellmorphologie zeigte keine Unterschiede in den behandelten
Algenzellen im Vergleich zu den Kontrollzellen. Die 96-Stunden-EG&sub1;&sub0;-, -EC&sub5;&sub0;- und
-EC&sub9;&sub0;-Werte wurden unter Verwendung der "Probit"-Methode zu 0,64, 1,38 bzw. 2,97
mg wm/L berechnet. Der NOEC betrug 0,63 mg wm/L, bezogen auf den Mangel an
signifikanten inhibitorischen Wirkungen, die bei diesen Testkonzentrationen
beobachtet wurden. Keine ungelöste Chemikalie wurde in dem Testmedium während des
Tests beobachtet.
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Die gemessene Testtemperatur während der 96-stündigen Exponierung lag in einem
Bereich von 23,0 bis 25,6ºC.
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Der anfängliche pH-Wert der Kontrollen und aller Testlösungen lag in einem Bereich
von 7,1 bis 7,5. Alle pH-Werte wurden zu Testbeginn auf 7,5 + 0,1 vor der
Beimpfung mit den Algen eingestellt. Nach 96 Stunden lag der pH-Wert in den
Testlösungen in einem Bereich von 7,0 bis 7,3 und von 7,2 bis 7,8 in den Kontrollen.
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In der Erholungsphase der Untersuchungen, die durchgeführt wurden, um
algistatische von aligiziden Wirkungen der Testsubstanz zu trennen, wurde ein signifikantes
Wachstum der Algen in allen Erholungsbehandlungen nach 6 Tagen Inkubierung
beobachtet. Dies verdeutlicht, daß die Wirkung der Verbindung auf die
Frischwasseralgen hinsichtlich der Natur algistatisch und nicht algizid war. Die gemessene
Testtemperatur während der sechstägigen Erholungsperiode lag in einem Bereich
von 25,0 bis 27,0ºC. Die Lichtintensität lag in einem Bereich zwischen 50,6 und 55,3
umol/m²/s.
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Es wurden zwei Abweichungen von dem Testprotokoll während der Durchführung
dieser Untersuchung beobachtet.
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1. Die Stammalgenkultur war zu Testbeginn 4 Tage alt, anstelle von 5-10
Tagen, wie im Protokoll festgestellt. Der Beginn des Tests war auf die
Wachstumsbedingungen der Stammalgen (Form des exponentiellen Wachstums)
bezogen.
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2. Die Testtemperatur während der Erholungsphase lag in einem Bereich von
25,0 bis 27,0ºC, was den in dem Protokoll (24 + 2ºC) angegebenen Bereich
schwach übersteigt.
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Gemäß der wissenschaftlichen Meinung des Untersuchungsleiters beeinflussen
diese Abweichungen das Ergebnis oder die Gültigkeit der Testergebnisse nicht.
Tabelle 1. Zellanzahlen (bestimmt durch einen elektronischen Teilchenzähler) nach
96 Stunden kontinuierlicher Exponierung der Grünalgen Selenastrum capricornutum
unter statischen Testbedingungen
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Die Werte sind mittlere Abweichungen und Standardabweichungen von Dreifach-
Testkammern, die Standardabweichungen sind in Klammern angegeben.
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Prozentuale Inhibierung, bestimmt gegen eine gesammelte Kontrollzellanzahl bei 96
Stunden (235 · 104 Zellen/ml).
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Anmerkung: Variation des Koeffizienten = Standardabweichung · 100/Mittel