Untersuchung von Metaboliten ausgewählter Spurenstoffe in Oberflächengewässern
Die Verfügbarkeit von Wasser in ausreichender Quantität und Qualität ist eine der Grundvoraussetzungen für Leben, aber auch für das Funktionieren einer modernen Industriegesellschaft. Im Zusammenhang mit dem Schutz dieser Ressource werden daher vermehrt Schadstoffeinträge über Kläranlagen diskutiert, die eine Vielzahl an Stoffen aus Haushaltschemikalien, Pestiziden und Arzneimittel-rückständen enthalten. Fragen nach langfristigen Auswirkungen dieser Substanzen auf die Ökosysteme und den Menschen können jedoch oft nicht zufriedenstellend beantwortet werden und Untersuchungen der Gewässerkontamination beschränken sich häufig nur auf eine kleine Auswahl des vorhandenen Stoffspektrums. Außerdem werden die Einträge und die Bildung von Metaboliten und Abbauprodukten dieser Substanzen in der Umwelt nur in seltenen Fällen berücksichtigt. Dabei konnten einzelne Beispiele bereits zeigen, dass Phase-I-Metaboliten zum Teil in höheren Konzentrationen auftreten als ihre Ausgangsverbindungen und diese auch ein größeres (öko-) toxikologisches Potential aufweisen können. Durch ihre oft stärker polaren Eigenschaften durchwandern diese Metaboliten problemlos den Nutzungskreislauf des Wassers und sind teilweise bis ins aufbereitete Trinkwasser nachverfolgbar.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll das Verständnis zum Vorkommen und Verbleib von Schadstoffen in der aquatischen Umwelt erweitert werden und neue Erkenntnisse zu Transformationsprodukten und deren Analytik gewonnen werden. Zu diesem Zweck werden Proben aus Kläranlagen und Oberflächengewässern mittels hochauflösender Massenspektrometrie (LC-ESI-QTOF) analysiert und die Ergebnisse werden durch zum Teil selbst programmierte Algorithmen ausgewertet. Aufgrund der großen Datenmengen und derer Komplexität wird vor allem versucht eine vollständige Automatisierung der Arbeitsabläufe – von der Analytik bis zur Evaluierung der Daten – zu realisieren. Dadurch kann zusätzlich der Probendurchsatz erhöht werden und die Zeit für die Auswertung der Messungen nimmt signifikant ab, was auch für zukünftige Monitoringkampagnen von Oberflächengewässern hilfreich wäre.
Bereits existierende Computerprogramme zur Vorhersage potentieller Abbauprodukte (z.B. Meteor von Lhasa Limited) sollen außerdem in den Auswerteprozess integriert werden, um so gezielter nach (bislang unbekannten) Transformationsprodukten suchen zu können. Zur weitergehenden Identifizierung der Substanzen werden jedoch Referenzverbindungen benötigt, welche in Laborversuchen hergestellt werden sollen. Dabei werden vor allem biologische und photolytische Abbaumechanismen untersucht und zusätzlich werden elektrochemische Methoden eingesetzt, um natürliche Transformationsprozesse schnell und kostengünstig zu simulieren.
Neben der Auswertung der Messungen, spielt jedoch die Analytik der Proben eine oftmals entscheidendere Rolle. Aus diesem Grund sollen auch weitere Methoden für die Untersuchung komplexer Umweltproben evaluiert werden, um abschließend ggf. Empfehlungen für zukünftige Untersuchungen machen zu können. Bei Proben aus Kläranlagen und Oberflächengewässern handelt es sich nämlich meistens um Gemische hunderter oder tausender Substanzen, welche nur unzureichend mit eindimensionaler Flüssigchromatographie (1D-LC) getrennt werden können. Daraus ergeben sich häufig mehrere Probleme, wie z.B. Matrixeffekte, die die Qualität der aufgezeichneten Daten stark beeinträchtigen können. Aus diesem Grund werden mehrdimensionale Trenntechniken (2D-LC und LC-Ionenmobilitätsspektrometrie) mit hochauflösender Massenspektrometrie gekoppelt, um zu untersuchen inwieweit sich diese Methoden für komplexe Proben eignen. Zusätzlich soll auch die sogenannte All-Ions Messmethode zum Einsatz kommen, bei der MS und MS-MS (d.h. Strukturinformationen) Daten in einem Analysenlauf aufgezeichnet werden. Dadurch könnte die Anzahl der Messungen pro Probe reduziert werden und der Durchsatz zusätzlich gesteigert werden.