Kombinierte chemische und ökotoxikologische Überwachung von Schadstoffen in Gewässern

Abstract

Passivsammler reichern Schadstoffe in einer Sammelphase an, wenn sie in der Umwelt exponiert werden. Wenn Passivsammlerextrakte anschließend im Labor in Biotesten eingesetzt werden, kann das toxische Potential der Proben bestimmt werden, welches die Belastungssituation während der Expositionszeit der Sammler widerspiegelt. In dieser Studie wurde die Kombination der passiven Probenahme mit effekt-basierten Methoden für die Untersuchung der Oberflächengewässerqualität getestet. Silikonstreifen und Chemcatcher® wurden mehrere Wochen in Fließgewässern oder in einer kommunalen Kläranlage exponiert. Im Labor wurden Passivsammlerextrakte in verschiedenen Biotesten für phytotoxische, endokrine und dioxin-ähnliche Wirkungen untersucht und zusätzlich wurden Schadstoffkonzentrationen mittels LC-MS/MS oder GC-MS/MS quantifiziert. Zwei Bioteste, der Photosystem II-Inhibitionstest und der Yeast Estrogen Screen, wurden konventionell in Mikrotiterplatten und - für eine wirkungsorientierte Analyse - nach chromatographischer Fraktionierung der Proben auf einer Dünnschichtplatte als planare Bioteste durchgeführt. Mit diesem Ansatz konnten nicht nur räumliche und zeitliche Unterschiede in der Belastung eines Flusseinzugsgebietes mit phytotoxischen und endokrinen Substanzen detektiert, sondern auch Wirkprofile bewertet werden. In der Kläranlage zeigten die Wirkprofile die Elimination aber auch die Bildung phytotoxisch und endokrin wirkender Substanzen während der Abwasserbehandlung. Insgesamt hat die Kombination der passiven Probenahme mit effekt-basierten Methoden ein enormes Potential für das Monitoring von Oberflächengewässern beispielsweise für die Bewertung der Effizienz von Kläranlagen und der Kontrolle von Maßnahmen an Gewässern (z.B. Baumaßnahmen). In künftigen Studien könnten für eine wirkungsorientierte Analyse weitere planare in vitro Bioteste mit der passiven Probenahme kombiniert werden. Für die Anwendung im Routinemonitoring sind die Optimierung und Standardisierung der Methoden notwendig. Quelle: Forschungsbericht

Passive samplers accumulate contaminants in a sampling phase while being exposed in the environment. If the passive sampler extracts are subsequently subjected to bioassays integrative signals of toxic effects can be obtained that reflect the toxicological situation in the environment over the exposure time of the passive samplers. We tested this combination of passive sampling and effect-based methods for its applicability in surface waters. Silicone rubber sheets and Chemcatcher® were exposed for several weeks either in rivers or in a municipal waste water treatment plant. In the laboratory, passive sampler extracts were analysed in bioassays for phytotoxic, endocrine and dioxin-like activity and, additionally, contaminants were quantified by LC-MS/MS or GC-MS/MS. Two bioassays, the Photosystem II-inhibition assays and the Yeast Estrogen Screen, were applied conventionally in microplates and for effect directed analysis after chromatographic fractionation of the samples on a thin-layer plate as planar bioassays. With this approach, we could not only show differences in phytotoxic and endocrine potential in space and time in a river catchment but also assess activity profiles. In the WWTP, activity profiles indicate both elimination and formation of phytotoxic and endocrine active contaminants during the wastewater treatment train. Overall, the combination of passive sampling with effect-based methods has a high potential for surface water monitoring in particular for assessing the efficiency of waste water treatment and the effectiveness of measures in water bodies (e.g. construction work). For effect directed analysis, further planar in vitro bioassays could be combined with passive sampling to investigate other endocrine effects and dioxin-like activity in future studies. For application in routine monitoring campaigns, the methods need to be optimized and standardized. Quelle: Forschungsbericht

Die Überwachung von Chemikalien in Gewässern ist angesichts der zunehmenden Vielzahl und ihrer möglichen Mischung und Wirkung herausfordernd. Insbesondere für die frühzeitige Aufdeckung von chemischen Belastungen sind zuverlässige innovative Methoden notwendig. Im Projekt wurde die Kombination der passiven Probenahme mit effekt-basierten Methoden getestet. Silikonstreifen und Chemcatcher® wurden dazu mehrere Wochen in Fließgewässern und in einer kommunalen Kläranlage exponiert. Im Labor wurden die gewonnenen Passivsammlerextrakte auf phytotoxische, endokrine und dioxin-ähnliche Wirkungen in Biotesten untersucht. Durch die zusätzliche chromatographische Fraktionierung auf einer Dünnschichtplatte wurden räumliche und zeitliche Belastungsunterschiede in einem Flusseinzugsgebiet mit phytotoxischen und endokrinen Substanzen detektiert. Die Wirkprofile zeigten, dass während der Abwasserbehandlung derartig wirkende Substanzen entfernt aber auch neu gebildet werden. Insgesamt hat die Kombination der passiven Probenahme mit effekt-basierten Methoden ein enormes Potential für das Stoffmonitoring in Oberflächengewässern und ermöglicht beispielsweise für die Bewertung der Effizienz von Kläranlagen oder der Kontrolle von Baumaßnahmen an Gewässern.