Projekt 13974/01

Schnellanalytik bei der Altlastenerkundung und -sanierung

Projektdurchführung

Fachhochschule Gießen-FriedbergZentrum für Umwelttechnik (ZfU)Labor für analytische Chemie
Wiesenstr. 14
35390 Gießen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Immunoassay-Testkits könnten im Rahmen der Altlastenerkundung und -sanierung zur Vor-Ort-Analytik eingesetzt werden und zur Kosten- und Zeiteinsparung beitragen. Damit die Ergebnisse dieser Schnellanalytik als Grundlage für Entscheidungen herangezogen werden können, ist jedoch der Nachweis ihrer Zuverlässigkeit zu erbringen. Dafür wurden umfangreiche Vergleichsuntersuchungen an Proben von Altflächen durchgeführt, wobei die Ergebnisse der Testkit-Analytik denjenigen der anerkannten Laboranalytik gegenübergestellt wurden. Zahlreiche Proben unterschiedlichster Zusammensetzung wurden, in Abhängigkeit von der vorliegenden Altfläche, auf die Parameter polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Mineralölkohlenwasserstoffe (MKW) untersucht.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Validierung der Testkits im Labor wurde auf ein Minimum reduziert, da dies in einem vom BMBF geförderten Forschungsprojekt, das zeitgleich von der GSF in München durchgeführt wurde, bereits weitgehend abgehandelt wurde. Der Schwerpunkt der Validierung lag daher bei den Vor-Ort-Untersuchungen von Bodenproben mit einer Auswahl kommerziell erhältlicher Immunoassay-Testkits. Für den Parameter MKW wurden die Testkits Petro Risc, EnviroGard-TPH und DTech-BTEX eingesetzt, die PAK-Analytik erfolgte mit PAK Risc, EnviroGard-PAK und DTech-PAK.
In Zusammenarbeit mit Ingenieurbüros und den zuständigen Behörden wurden an aktuellen Altflächen Vergleichsuntersuchungen durchgeführt. Dazu wurden Proben vor Ort geteilt, eine Teilprobe wurde nach Möglichkeit sofort mit den Immunoassay-Schnelltests untersucht, während die andere Teilprobe an das jeweils offiziell beauftragte Analysenlabor weitergegeben wurde. Da aufgrund der einfachen Homogenisierungs- und Teilungsprozedur nicht unbedingt von identischen Teilproben ausgegangen werden konnte, wurden Reste der mit den Schnelltests erhaltenen Extrakte in Probenfläschchen abgefüllt und später im Labor untersucht. Die mittels HPLC bzw. GC-FID ermittelten Extrakt-Ergebnisse sollten bei der Interpretation der Ergebnisse helfen. So konnten starke Abweichungen zwischen den Immunoassay-Ergebnissen und den Laborergebnissen, die auf Inhomogenität des Probenmaterials oder auf Störsubstanzen zurückzuführen sind, erkannt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Im Gegensatz zu den DTech-Tests, die keine zuverlässigen Ergebnisse lieferten und deshalb im Februar 1999 vom Markt genommen wurden, eignen sich die Risc- und EnviroGard-Tests zur Bestimmung des PAK- bzw. MKW-Gehaltes von Bodenproben und können beim Vorliegen bestimmter Voraussetzungen zu einer Kosten- und Zeitersparnis bei der Altlastenbearbeitung beitragen.
Vor dem Einsatz der Tests muß jedoch standortspezifisch die Richtigkeit der Testergebnisse anhand von Vergleichsuntersuchungen mit der Referenzanalytik nachgewiesen werden. Art und Umfang dieser Validierung richten sich nach der analytischen Fragestellung. Grundsätzlich ist die Anwendung der Tests überall dort unproblematisch, wo ein mit der jeweiligen Testspezifikation vergleichbares Kontaminationsspektrum vorliegt und die Anwesenheit kreuzreaktiver Stoffe ausgeschlossen werden kann.
Die PAK-Schnelltests können beim Vorliegen einer für Gaswerksstandorte typischen PAK-Verteilung bereits nach einer kurzen Validierungsphase für die Altflächenuntersuchung eingesetzt werden. Der PAK Risc-Test kann dann als sehr zuverlässig bezeichnet werden, während der EnviroGard-PAK-Test häufiger Unterbefunde zeigt.
Die MKW-Schnelltests erfordern dagegen eine relativ umfangreiche Validierung, um die Richtigkeit der Testergebnisse zu gewährleisten. Der Mineralölgehalt einer Bodenprobe wird beim Petro Risc- und beim EnviroGard-TPH-Test in erster Linie über die Detektion leicht flüchtiger und gut abbaubarer Kohlenwasserstoffe ermittelt. Da sich der Anteil dieser Stoffe im Boden in Abhängigkeit von den Standortbedingungen und dem Alter des Schadens ändert, werden mit den Immunoassay-Testkits nicht immer richtige Ergebnisse erzielt. Weiterhin wurden an manchen Standorten Störungen durch Matrixeinflüsse beobachtet, welche die Testanwendung unmöglich machten. Generell liefern diese Tests bei Schmieröl-Kontaminationen erhebliche Unterbefunde, weil sie als Kraftstofftests konzipiert sind.
Vor allem die Risc-Tests erwiesen sich als feldtauglich und können unmittelbar an der Probenahmestelle von einer Person durchgeführt werden. Dennoch ist zur Anwendung der Risc- und EnviroGard-Tests ein wetterfester Meßstand empfehlenswert, da für die genaue Durchführung der einzelnen Testschritte ein gewisser Schutz vor Wind und Regen notwendig ist. Bei kalter Witterung ist ein geschlosse-ner und möglichst beheizter Raum oder Baucontainer unerläßlich, damit die zulässige Anwendungstemperatur nicht unterschritten wird.
Die Anwendungsbereiche der verwendeten Tests sind grundsätzlich für die Altlastenuntersuchung geeignet. Allerdings ist nur bei den Risc-Tests eine Abstimmung auf fallspezifische Entscheidungswerte von Seiten des Herstellers vorgesehen. Der EnviroGard-TPH-Tests eignet sich zur annähernd quantitativen Konzentrationsabschätzung, mit dem EnviroGard-PAK-Test kann dagegen nur geprüft werden, ob der PAK-Gehalt innerhalb einer frei wählbaren Konzentrations-Dekade liegt.
Der Einsatz der Immunoassays zur MKW-Analytik ist bei derzeitigem Preisniveau nur in Ausnahmefällen wirtschaftlich, da im Vorfeld eine umfangreiche Validierung notwendig ist. Dagegen verursacht der PAK-Test deutlich geringere Validierungskosten und kann beträchtliche Kosteneinsparungen bringen, insbesondere dann, wenn der Einsatz der Schnelltestanalytik in der Planung so berücksichtigt wurde, daß die Stillstandszeiten bei der Sanierung einer Altlastenfläche minimiert werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bei der ACHEMA 2000 wurde das Projekt anhand eines Posters, eines Exponates und einer Fotodokumentation vorgestellt, auf Handzetteln waren vorläufige Ergebnisse des Projektes nachzulesen.
In Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Wüst und Studierenden der Informatik wurde eine Multimedia-Präsentation über Immunoassays erarbeitet. Diese soll das Testprinzip erklären und Interessenten wichtige Informationen bieten. Eine Veröffentlichung in der Zeitschrift TerraTech ist geplant.


Fazit

Immunoassays stellen aufgrund ihrer Spezifität und ihrer Einsetzbarkeit vor Ort eine interessante Ergänzung zur konventionellen Analytik dar. Nach entsprechender Validierung bieten sie eine ausreichende Zuverlässigkeit. Trotzdem ist ihre Akzeptanz bei der Altlastenerkundung und -sanierung noch gering. Dies liegt vor allem daran, daß die Testdurchführung relativ aufwendig ist und die Kosten der Immunoassay-Analytik zu hoch sind.
Neueste Entwicklungen im Bereich der Immunoassays könnten diese Kritikpunkte schon bald widerlegen. Ein sogenannter Immunsensorchip für die Bestimmung von TNT in Wasserproben wird derzeit an der TU München in Zusammenarbeit mit der Fa. Merck entwickelt. Die Durchführung der Analyse mit diesem Chip soll fast so einfach wie bei einem Teststäbchen sein, sie wäre damit wesentlich schneller und kostengünstiger als bei den derzeitigen Immunoassays.