Effektbasierte Spurenanalytik für Wasser

#Wasserqualität #Spurenanalytik #effektbasierte Analytik #Abwasser #Oberflächenwasser
Die Abbildung zeigt estrogene Effekte in drei Abwasserproben, die mit dem planaren Yeast estrogen screen gemessen wurden. Die Proben sind in Spuren aufgetragen – die Zulaufprobe einer Kläranlage links, die dazugehörige Ablaufprobe rechts daneben. Ganz rechts sind zwei Spuren mit Referenzsubstanzen aufgetragen. Die Referenzsubstanzen sind Estron, aufgetragen 10 und 100 pg, 17-Estradiol und 17-Ethinylestradiol je 1 und 10 pg sowie 100 und 1000 pg Estriol. Nach der biologischen Testung sind Substanzen mit estrogenem Potenzial als blaue, linsenförmige Fluoreszenzsignale sichtbar. In allen Spuren zeigen sich mehrere Signale, die sich aufgrund ihrer Position zum Teil den Referenzsubstanzen zuordnen lassen. Die Aktivitätsprofile der Zulaufproben sind in allen drei Kläranlagen sehr ähnlich. Die Signalintensitäten in den Ablaufproben jedoch nehmen von der Kläranlage 1 zur Kläranlage 3 hin ab und deuten damit an, dass die Eliminationseffizienz für estrogene Verbindungen in den untersuchten Kläranlagen unterschiedlich ist.
Estrogene Effekte in Zu- und Ablaufproben von drei verschiedenen Kläranlagen (KA). Die blauen Fluoreszenzsignale zeigen die Gegenwart estrogener Verbindungen an. Die estrogenen Aktivitätsprofile zeigen den unterschiedlich effizienten Abbau estrogener Verbindungen in den drei untersuchten Kläranlagen.

Die entwickelte, effektbasierte Spurenanalytik erlaubt die sensitive und robuste Detektion auch von bislang nicht bekannten Schadstoffen in Umweltproben durch eine direkte Kopplung von Dünnschichtchromatographie mit biologischen Testverfahren.

Die Zahl der industriell hergestellten Chemikalien hat sich in den letzten 20 Jahren mehr als verdreifacht und liegt heute bei über 350.000 Substanzen. Gewässer werden in Europa auf ausgewählte Stoffe untersucht, die für Mensch und Umwelt gefährlich sind, sobald festgelegte Grenzwerte überschritten werden. Neben diesen Stoffen gibt es aber noch viele weitere gewässergefährdende Schadstoffe, die zum Teil bislang unbekannte sind und sich somit mit der klassischen chemischen Analytik nicht nachweisen lassen.

Hierin liegt der entscheidende Vorteil der im Projekt TREES entwickelten Analysetechnik, mit deren Hilfe problematische Substanzen anhand ihrer unerwünschten biologischen Effekte erkannt werden können. Proben, die oft einen Cocktail bekannter und unbekannter Substanzen enthalten, werden durch ein spezielles Verfahren – die Dünnschichtchromatographie – getrennt. Nach der Trennung untersucht man die Oberfläche der Dünnschichtplatte direkt mit verschiedenen biologischen Testverfahren. Getestet wird, ob die Probe gentoxische, dioxinähnliche, pflanzentoxische oder verschiedene hormonelle Wirkungen hervorruft. Mittels der Methode lässt sich z.B. das Kontrazeptivum 17a-Ethinylestradiol im unteren pg/l-Bereich in Umweltprobe nachweisen. Wenn der Test positiv verläuft, also die unerwünschten Effekte eintreten, kommen entsprechend wirkende Chemikalien in einer Probe vor. Auf Basis der verschiedenen Tests erzeugen die Forscher sogenannte Aktivitätsprofile. Diese lassen die Wissenschaftler gezielt auf die auslösende Stoffgruppe schließen – selbst wenn diese in der Umwelt zunächst noch gar nicht bekannt oder gelistet ist. Durch einen Vergleich der Aktivitätsprofile lassen sich Schadstoffquellen identifizieren aber auch technische Prozesse, z.B. zur Abwasserbehandlung, bewerten.

Das Werkzeug wurde im Rahmen des deutsch-israelischen Wassertechnologie-Kooperationsprojekts "Tracking effects of environmental organic micro-pollutants in the subsurface" (TREES) mit dem Förderkennzeichen 02WIL1387 entwickelt.

Wasser­ressource: Abwasser, Grundwasser, Oberflächenwasser
Produkttyp:
  • Monitoring & Analytik
TRL: 7
    TRL (Technology Readiness Level)
  • TRL 1 - Grundprinzipien beobachtet
  • TRL 2 - Technologiekonzept formuliert
  • TRL 3 - Experimenteller Nachweis des Konzepts
  • TRL 4 - Technologie im Labor überprüft
  • TRL 5 - Technologie in relevanter Umgebung überprüft (bei Schlüsseltechnologien im industrieorientierten Umfeld)
  • TRL 6 - Technologie in relevanter Umgebung getestet (bei Schlüsseltechnologien im industrieorientierten Umfeld)
  • TRL 7 - Test eines System-Prototyps im realen Einsatz
  • TRL 8 - System ist komplett und qualifiziert
  • TRL 9 - System funktioniert in operationeller Umgebung (bei Schlüsseltechnologien oder Raumfahrt wettbewerbsfähige Fertigung)
Anwendungs­sektor: Industrie, Städte und Kommunen, Wasserwirtschaft
Fördermaßnahme: DE-IL-WaTec
Projekt: TREES

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