Umweltmonitoring

Arbeitskreis Umweltmonitoring

Aktivitäten 2021/22

Bedingt durch die COVID-19-Pandemie konnten im Jahr 2021 wiederum keine Präsenzveranstaltungen des Arbeitskreises (AK) Umweltmonitoring durchgeführt werden. Deshalb wurden im Laufe des Jahres zwei Vortragsveranstaltungen als virtuelle Treffen durchgeführt, zu deren Schwerpunktthemen jeweils Referentinnen und Referenten eingeladen wurden. Mehr

Forschungsprojekte

An den folgenden Umweltmonitoring-Vorhaben sind AK-Mitglieder aktiv beteiligt:  

Thematische Zusammenstellung von Veröffentlichungen

Die Mitglieder des Arbeitskreises Umweltmonitoring der GDCh-Fachgruppe Umweltchemie und Ökotoxikologie sind an unterschiedlichen Institutionen tätig. Neben VertreterInnen aus Bundes- und Landesbehörden sind auch KollegInnen aus Universitäten und Forschungsinstituten vertreten. Die Expertise der Mitglieder des AK deckt unterschiedliche Fragestellungen des Umweltmonitorings ab. AK Mitglieder sind auch an der Erarbeitung von vielen Fachartikeln und Berichten  beteiligt, die auf unterschiedliche Weise publiziert werden. Aktuelle Themen sind beispielsweise die Analytik von bromierten Flammschutz- mitteln in Fischen aus Binnengewässern, die Bestimmung von Schwermetalleinträgen in Waldgebiete oder die Untersuchung von Umweltproben auf Anteile von Mikroplastik. Teilweise sind Inhalte als „open access“  frei verfügbar oder Berichte werden auf den Internetseiten der betreffenden Institutionen zum Download zur Verfügung gestellt. Veröffentlichungen der letzten Jahre, an denen Mitglieder des AK beteiligt waren, wurden nun thematisch geordnet zusammengestellt. Die Publikationsübersichten sind unten als pdf-Dateien abrufbar und enthalten für viele Publikationen auch links zu den Fachzeitschriften oder den Downloadseiten der jeweiligen Herausgeber.

Themenfelder:

Tätigkeitsberichte/ Aktivitäten

Kontakt:

Dr. Heinz Rüdel, Fraunhofer
IME, Schmallenberg; Tel. 02972 302 301;
E-Mail: h.ruedel@go.gdch.de

2021/2022

Bedingt durch die COVID-19-Pandemie konnten im Jahr 2021 wiederum keine Präsenzveranstaltungen des Arbeitskreises (AK) Umweltmonitoring durchgeführt werden. Deshalb wurden im Laufe des Jahres zwei Vortragsveranstaltungen als virtuelle Treffen durchgeführt, zu deren Schwerpunktthemen jeweils Referentinnen und Referenten eingeladen wurden.

 

Thema der Veranstaltung im Juni 2021 war das Vegetationsmonitoring, wo Referentinnen und Referenten Entwicklungen und Ergebnisse aus dem Moosmonitoring sowie aus dem Umweltprobenbank-Programm vorstellten. Bei der Veranstaltung mit über 30 Teilnehmenden ging es beispielsweise um die Auswahl von Messstellen, die Probenahme und die Aufarbeitung von Moosproben, um Ergebnisse zu Metallbelastungen aus dem Moosmonitoring in Bayern und um die Analytik von halogenierten Flammschutzmitteln in Baumproben der Umweltprobenbank des Bundes. In einem weiteren Beitrag wurden Ergebnisse eines retrospektiven Monitorings von pflanzenassoziierten Arthropoden-Gemeinschaften mittels Umwelt-DNA-Metabarcoding aus archivierten Blätter- und Nadelproben der Umweltprobenbank präsentiert.

 

Das Schwerpunktthema der virtuellen AK-Sitzung Ende November 2021 mit etwa 50 Teilnehmenden war das Monitoring von Pflanzenschutzmittel-Wirkstoffen (PSM). Beiträge behandelten Untersuchungen von Kleingewässern auf PSM und die Rückkopplung zur PSM-Zulassung, Ergebnisse eines Luftmonitorings von PSM sowie Ergebnisse von PSM-Untersuchungen von Depositionsproben und Indikatorpflanzen aus Bayern.

Im September 2021 wurde vom AK Umweltmonitoring bei der virtuellen Tagung „Umwelt 2021“, die von der SETAC-GLB und der GDCh-Fachgruppe Umweltchemie und Ökotoxikologie organisiert wurde, eine Session zum Thema „Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) - Erfassung und Bewertung“ veranstaltet. Schwerpunkt waren Ansätze zur Analytik der potenziellen Gesamtbelastung in Umweltproben mit dem „total oxidizable precursors“-Assay (TOP-Assay) und anderen summarischen Ansätzen wie z.B. der Erfassung der extrahierbaren organischen Fluorverbindungen (EOF). Mit 70 Teilnehmenden war die Session gut besucht. Ein ausführlicher Bericht zur Session wurde in den Mitteilungen der Fachgruppe veröffentlicht (Heft 4, 2021; S. 122-124).

 

Auch das erste Treffen des AK Umweltmonitoring im Jahr 2022 konnte nur als virtuelle Veranstaltung organisiert werden. Anfang April 2022 nahmen über 40 Personen an der AK-Sitzung zum Thema Umweltmonitoring mit Schwebstoffen teil. Das Spektrum der Beiträge umfasste das Monitoring von Kunststoffadditiven und ihrer Quellen mit Schwebstoffproben der Umweltprobenbank, die Untersuchung von Trends von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) mittels Target- und TOP-Assay sowie mit Hilfe des Summenparameters EOF in Schwebstoffen. Weitere Präsentationen behandelten Ergebnisse und Fallbeispiele der retrospektive Non-Target-Analytik von Spurenstoffen in Schwebstoffen, Studien an Schwebstoffproben zur Belastung mit Quartären Alkylammoniumverbindungen und zur Multiresistenzentwicklung in Umweltorganismen in der COVID-19-Pandemie sowie retrospektive Biodiversitätsuntersuchungen mittels Umwelt-DNA aus Schwebstoffen der Umweltprobenbank im TrendDNA-Projekt.

Weitere Informationen zu den durchgeführten AK-Sitzungen sowie zum AK Umweltmonitoring allgemein sind über den auf dieser Seite angegebenen e-mail-Kontakt (siehe Kasten rechts) erhältlich.

 

Da coronabedingt die geplante Wahl auf einer Präsenzsitzung nicht durchgeführt werden konnte, ist die bisherige Leitung des AK Umweltmonitoring noch geschäftsführend tätig. Der AK wird bis zur im Laufe des Jahres 2022 geplanten Wahl gemeinschaftlich von Heinz Rüdel (Fraunhofer IME), Winfried Schröder (Uni Vechta) und Jan Schwarzbauer (RWTH Aachen) geleitet.

2020/ 2021

Im Jahr 2020 konnten drei Sitzungen des Arbeitskreises (AK) Umweltmonitoring organisiert werden. Im Januar 2020 fand in Berlin ein Treffen statt, bei dem freundlicherweise ein Raum des Umweltbundesamtes genutzt werden konnte. Auf der Sitzung mit ca. 20 Teilnehmenden stand das Thema „Phosphonate in der aquatischen Umwelt“ im Fokus. Fachleute aus verschiedenen Institutionen präsentierten und diskutierten Forschungsergebnisse zur Charakterisierung und Bestimmung technischer Phosphonsäuren in Abwasser- und Sedimentproben, zum biologischen Abbau von Aminophosphonaten und zu Untersuchungen von refraktärem Phosphor im Ablauf einer Kläranlage.

Coronabedingt konnten die weiteren Veranstaltungen des AK Umweltmonitoring im Jahr 2020 nur als Videokonferenzen stattfinden. Im Juli 2020 stellten verschiedene Beteiligte das EU-Projekt Life Apex (https://lifeapex.eu) vor, in dem die systematische Nutzung von Schadstoffdaten von Spitzenprädatoren und ihrer Beute im Chemikalienmanagement vorangetrieben werden soll. Hierbei sollen Methoden des non-target- und suspect-Screenings eingesetzt werden, um die Chemikalienbelastung in den Organismen zu charakterisieren und insbesondere mögliche Stoffanreicherungen in Spitzenprädatoren als Frühwarnsystem zu nutzen. 25 Teilnehmende diskutierten online unterschiedliche Aspekte zu diesem Thema. Eine weitere Sitzung des AK Umweltmonitoring fand dann Ende November 2020 statt. Bei diesem Treffen mit ca. 50 Teilnehmenden waren Umweltmonitoring und Risikobewertung von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) das Schwerpunktthema. Referentinnen und Referenten präsentierten beispielsweise Beiträge zum Stand der PFAS-Bewertung und -Regulierung, zu PFAS-Trenduntersuchungen der Umweltprobenbank des Bundes, zu Analysenmethoden von PFAS, in denen auch Vorläuferverbindungen erfasst werden (TOP-Assay), zu Hintergrundwerten von PFAS in Böden sowie zur Bewertung von PFAS in Lebensmitteln. In einer abschließenden Runde wurden die Ergebnisse rege diskutiert.

Im Jahr 2021 sind mindestens zwei Treffen des AK Umweltmonitoring vorgesehen. Auf der ersten Sitzung, die Anfang Juni als Videokonferenz stattfand, wurde als Thema das Vegetationsmonitoring behandelt. Referentinnen und Referenten stellten Entwicklungen und Ergebnisse aus dem Moosmonitoring sowie aus dem Umweltprobenbank-Programm vor. Dabei ging es beispielsweise um die Auswahl von Messstellen und die Entnahme von Moosproben, um Ergebnisse zu Metallbelastungen aus dem Moosmonitoring in Bayern und um die Analytik von halogenierten Flammschutzmitteln in Baumproben der Umweltprobenbank.

Der Arbeitskreis Umweltmonitoring wird gemeinschaftlich von Heinz Rüdel (Fraunhofer IME), Winfried Schröder (Uni Vechta) und Jan Schwarzbauer (RWTH Aachen) geleitet. Coronabedingt konnte die turnusgemäße Neuwahl der Leitung des AK Umweltmonitoring nicht wie geplant während einer Präsenzsitzung im Jahr 2020 durchgeführt werden. Dies soll Ende 2021 auf einer Sitzung nachgeholt werden. Sollte bis zum Ende des Jahres keine Sitzung möglich sein, würde die Wahl als Briefwahl durchgeführt. Weitere Informationen zu den durchgführten AK-Sitzungen sowie zum AK Umweltmonitoring allgemein sind über den auf dieser Seite angegebenen e-mail-Kontakt (siehe Kasten rechts) erhältlich.

2019/ 2020

Im Jahr 2019 fanden zwei Sitzungen des AK Umweltmonitoring statt. Beim Treffen im Mai 2019 wurde das Thema „Biotamonitoring“ behandelt. Während ein Beitrag das Fischmonitoring zur Überwachung von prioritären Stoffen der Wasserrahmenrichtlinie zum Thema hatte, beschäftigte sich eine weitere Präsentation mit der retrospektiven Untersuchung von cyclischen Methylsiloxanen in Fischen der Umweltprobenbank. Bei der zweiten Sitzung im Oktober 2019 stand das Thema „Umweltmonitoring von Quecksilber in terrestrischen Ökosystemen“ im Fokus. Hier stellten Forscher und Forscherinnen beispielsweise Untersuchungen zur Entwicklung einer Methode zur Messung der nassen Quecksilberdeposition unter dem Kronendach von Wäldern sowie zum atmosphärischer Eintrag von Quecksilber in alpinen Ökosystemen vor. Protokolle der Sitzungen sind für Interessierte verfügbar.

Themenschwerpunkte von zwei Sitzungen aus den Vorjahren waren die Basis von Publikationen, die im Jahr 2019 erschienen sind. Der Beitrag “Rating the risks of anticoagulant rodenticides in the aquatic environment: a review” (Environmental Chemistry Letters 2019, 17, 215-240; link.springer.com/article/10.1007%2Fs10311-018-0788-6) diskutiert unter anderem Befunde aus dem Umweltmonitoring von Rodentiziden. Aus der Sitzung vom Dezember 2018, auf der Wissenschaftler des UBA, UFZ, TZW Karlsruhe, TU München und LfU Bayern das Thema „Persistente, Mobile und Toxische Stoffe“ aus verschiedenen Blickwinkeln vorstellten, entstand ein weiterer Beitrag: Persistent, mobile and toxic substances in the environment: a spotlight on current research and regulatory activities (Environmental Sciences Europe 2020, 32:5; enveurope.springeropen.com/articles/10.1186/s12302-019-0286-x, open access).

Im Jahr 2020 sind wiederum zwei Treffen des AK Umweltmonitoring vorgesehen. Auf der ersten Sitzung Ende Januar steht das Thema „Phosphonate in der aquatischen Umwelt“ im Mittelpunkt. Für weitere Informationen zum AK Umweltmonitoring steht die AK-Leitung gerne zur Verfügung. Der Arbeitskreis Umweltmonitoring wird gemeinschaftlich von Heinz Rüdel (Fraunhofer IME), Winfried Schröder (Uni Vechta) und Jan Schwarzbauer (RWTH Aachen) geleitet.

2018/ 2019

Der Arbeitskreis Umweltmonitoring wird gemeinschaftlich von Heinz Rüdel (Fraunhofer IME), Jan Schwarzbauer (RWTH Aachen) und Winfried Schröder (Uni Vechta) geleitet. Im Jahr 2018 trafen sich die Mitglieder des AK zu einer Sitzung, auf der Kollegen von UBA, Ufz, TZW Karlsruhe, TU München und LfU Bayern das Thema „Persistente, Mobile und Toxische Stoffe“ aus verschiedenen Blickwinkeln vorgestellt haben. An der Sitzung, die im Umweltbundesamt in Berlin stattfand, nahmen ca. 20 AK-Mitglieder und Gäste teil. Ein Protokoll der Sitzung ist auf Anfrage erhältlich. Die letzte Sitzung fand im Mai 2019 statt und behandelte das Thema Biotamonitoring mit Beiträgen zum Fischmonitoring im Kontext der Wasserrahmenrichtlinie und zur retrospektiven Untersuchung von Methylsiloxanen in Fischen der Umweltprobenbank. Eine weitere AK-Sitzung ist für Oktober 2019 vorgesehen. Weitere Informationen zum AK Umweltmonitoring stellt die AK-Leitung gerne zur Verfügung.

 

2012 - 2017

2017

Wie in den vergangenen Jahren trafen sich die Mitglieder des Arbeitskreises Umweltmonitoring auch im Jahr 2017 zu zwei Sitzungen, auf denen verschiedene Themen von AK-Mitgliedern oder externen Referentinnen bzw. Referenten vorgestellt wurden. An den Sitzungen nahmen jeweils ca. 15 Mitglieder und Gäste teil. Beide Sitzungen fanden in Berlin statt. Mehr Mitt Umweltchem Ökotox 1/ 2018

2016

Die Mitglieder des Arbeitskreises Umweltmonitoring organisierten im Jahr 2016 zwei Sitzungen, auf denen verschiedene Themen von AK-Mitgliedern oder externen Referenten vorgestellt und zur Diskussion gestellt wurden. Bei den Sitzungen waren jeweils ca. 15 Personen - Mitglieder und Gäste - anwesend. Mehr Mitt Umweltchem Ökotox 4/16.

2015

Im Jahr 2015 wurden drei Sitzungen des Arbeitskreis (AK) Umweltmonitoring abgehalten, auf denen verschiedene Themen von Mitgliedern des AK oder externen Referenten vorgestellt und diskutiert wurden. Bei den Sitzungen waren jeweils ca. 15 Personen anwesend. Mehr Mitt Umweltchem Ökotox 4/15.

2012

In Vertretung von Dr. Heinz Rüdel informierte Dr. Albrecht Paschke auf der Mitgliederversammlung der Fachgruppe am 12.09.12 in Leipzig u.a., dass im August 2012 ca. 60 Personen durch die GDCh in einer Infomail angesprochen wurden, aktive Mitglieder des AK zu werden. 2013 stehen die Neuwahlen des Vorstands stehen an. Herr Dr. Rüdel (Fraunhofer IME), Herr Prof. Schröder (Hochschule Vechta) und Herr Dr. von der Trenck (LUBW) stehen zur Wiederwahl. Herr Prof. Wiesmüller sieht auf Grund gestiegener beruflicher Verpflichtungen keine Möglichkeit mehr zur Wiederkandidatur. Weitere Kandidaten sind willkommen. Mehr Mitt Umweltchem Ökotox 4/ 2012

Literatur

Mit dem Erscheinen des Positionspapiers "Substance-related environmental monitoring" in Environ Sci Pollut Res (2009, 16: 486-498) wurde die Beitragsserie "Chemical and Biological Environmental Monitoring" eingeleitet, in der inzwischen zahlreiche Beiträge von AK-Mitgliedern publiziert wurden.

Beiträge in der Zeitschrift "Environmental Science Europe - ESEU"

Article Series: Communications from the division "Environmental Chemistry and Ecotoxicology" of the German Chemical Society (GDCh) Statements and reports of the working groups "Environmental Monitoring" and "Soil Chemistry and Soil Ecology"
Rudel H, Hennecke D, Kordel W and Fischer K
Environmental Sciences Europe 2011, 23:35 (10 November 2011)

Beitragsserie "Chemical and Biological Environmental Monitoring" (CBEM)

Mit dem Erscheinen des Positionspapiers "Substance-related environmental monitoring" in Environ Sci Pollut Res (2009, 16: 486-498) wurde die Beitragsserie "Chemical and Biological Environmental Monitoring" eingeleitet, in der inzwischen zahlreiche Beiträge von AK-Mitgliedern publiziert wurden. 

2013

W. Kördel, H. Garelick, B. M. Gawlik, N. G. Kandile, W. J. Peijnenburg W J, H. Rüdel:
Substance-related environmental monitoring strategies regarding soil, groundwater and surface water - an overview
(Environ Sci Pollut Res March 2012, Volume 19 DOI: 10.1007/s11356-013-1531-2

2012

H. Rüdel, J. Müller, M. Quack, R. Klein:
Monitoring of hexabromocyclododecane diastereomers in fish from European freshwaters and estuaries (Environ Sci Pollut Res DOI: 10.1007/s11356-011-0604-3)  

N. Theobald, C. Caliebe, W. Gerwinski,  H. Hühnerfuss, P. Lepom:
Occurrence of perfluorinated organic acids in the North and Baltic Seas. Part 2: distribution in sediments (Environ Sci Pollut Res DOI: 10.1007/s11356-011-0559-4)

H. Rüdel, J. Müller, H. Jürling, M, Bartel-Steinbach, J. Koschorreck:
Survey of patterns, levels, and trends of perfluorinated compounds in aquatic organisms and bird eggs from representative German ecosystems
(Environ Sci Pollut Res (2011) 18: 1457–1470 DOI: 10.1007/s11356-011-0501-9)

N. Theobald, C. Caliebe, W. Gerwinski, H. Hühnerfuss, P. Lepom:
Occurrence of perfluorinated organic acids in the North and Baltic seas: Part 1: Distribution in sea water  (Environ Sci Pollut Res (2011) 18: 1057-1069 DOI: 10.1007/s11356-011-0451-2)

2010

J. Franzaring, I. Holz, J. Zipperle, A. Fangmeier:
Twenty years of biological monitoring of element concentrations in permanent forest and grassland plots in Baden-Württemberg (SW-Germany)
(Environ Sci Pollut Res (2010), 17:4–12 DOI: 10.1007/s11356-009-0181-x)

B. Kuch, F. Kern, J. Metzger J, K. T. von der Trenck:
Effect-related monitoring: estrogen-like substances in groundwater
(Environ Sci Pollut Res (2010), 17:250–260 DOI: 10.1007/s11356-009-0234-1)

J. Schwarzbauer, M. Ricking:
Non-target screening analysis of river water as compound related base for monitoring measures (Environ Sci Pollut Res (2010), 17:934–947 DOI: 10.1007/s11356-009-0269-3)

H. Rüdel, A. Fliedner, J. Kösters, C. Schröter-Kermani:
Twenty years of elemental analysis of marine biota within the German Specimen Bank - a thorough look at the data (Environ Sci Pollut Res (2010), 17:1025–1034 DOI: 10.1007/s11356-009-0280-8)

M. Holy, G. Schmidt, W. Schröder:
Potential malaria outbreak in Germany due to climate warming: risk modelling based on temperature measurements and regional climate models
(Environ Sci Pollut Res DOI: 10.1007/s11356-010-0388-x

G. Schmidt, M. Holy, R. Pesch, W. Schröder:
Changing plant phenology in Germany due to the effects of global warming
The International Journal of Climate Change. (Impacts & Responses (2010), 2:73–84 Link)

W. Schröder, R. Pesch:
Long-term monitoring of the metal accumulation in forests measured by use of the moss technique (Eur J Forest Res (2010), 129:475–488 DOI: 10.1007/s10342-009-0298-y)

M. Aden, G. Schmidt, S. Schönrock, W. Schröder:
Data analyses with the WebGIS WaldIS (Eur J Forest Res (2010), 129:489–497  DOI: 10.1007/s10342-010-0370-7)

2009

H: Rüdel, W. Schröder, K. Th. von der Trenck, G. A. Wiesmüller:
Preface to CBEM series (Environ Sci Pollut Res (2009), 16:483-484 DOI: 10.1007/s11356-009-0192-7)

H. Rüdel, K. Bester, A. Eisenträger, J. Franzaring, M. Haarich,  J. Köhler,  W. Körner, J. Oehlmann, A. Paschke, M. Ricking, W. Schröder, Ch. Schröter-Kermani, T. Schulze, J. Schwarzbauer, N. Theobald, K. T. von der Trenck,  G. Wagner, G. A. Wiesmüller:
Position paper on substance-related environmental monitoring
(Environ Sci Pollut Res (2009), 16:486-498 DOI: 10.1007/s11356-008-0085-1)

M. Holy, S. Leblond, R. Pesch, W. Schröder:
Assessing Spatial Patterns of Metal Bioaccumulation in France by means of an Exposure Index (Environ Sci Pollut Res (2009), 16:499-507 DOI: 10.1007/s11356-009-0146-0)

A. Kiss, E. Fries:
Occurrence of Benzotriazoles in German Rivers
(Environ Sci Pollut Res (2009), 16:702-710 DOI: 10.1007/s11356-009-0179-4)

Übersicht zu Untersuchungen von ‚emerging substances’ (Stand 05.02.11)

In den letzten Jahren gelangen zunehmend neue Stoffe in den Fokus der Umweltforschung (englisch "emerging substances"). Zum Teil hängt dies damit zusammen, dass diese Stoffe neu in die Umwelt emittiert werden. Viel häufiger liegt die Ursache aber darin, dass erst in letzten Jahren die analy-tischen Methoden zu ihrer Erfassung zur Verfügung stehen. In den 1990er Jahren waren es vor allem Optimierungen der GC/MS-Gerätetechnik, die zu verbesserten Nachweisempfindlichkeiten unpolarer bzw. mäßig polarer Stoffe führten und damit auch Verbindungen, die nur in niedrigen Konzentrationen in der Umwelt enthalten sind, erfassbar machten. Seit einigen Jahren spielen polarere Stoffe, die durch die Verfügbarkeit routinefähiger HPLC/MS-Systeme quantifizierbar werden, zunehmend eine Rolle.

Eine Reihe der im Arbeitskreis Umweltmonitoring aktiven Wissenschaftler beschäftigt sich mit der Untersuchung neuer Schadstoffe in den unterschied-lichen Umweltmedien sowie in pflanzlichen und tierischen Proben. Eine Über-sicht über Arbeiten der letzten Jahre ist hier zusammengestellt. Aufgeführt sind Untersuchungen aus dem terrestrischen Bereich, von Fließgewässern sowie aus Nord- und Ostsee. Die Palette der untersuchten Stoffe reicht von perfluorierten Verbindungen über Flammschutzmittel und Pflanzenschutz-mittel-Abbauprodukte bis zu metallorganischen Verbindungen. Soweit bereits verfügbar, werden Hinweise auf publizierte Arbeiten gegeben. Außerdem sind die e-mail-Adressen der jeweiligen Ansprechpartner aufgeführt, um für Interessierte einen direkten Kontakt zu ermöglichen.

Mit dieser Zusammenstellung soll dokumentiert werden, dass trotz aller Ver-besserungen der Umweltqualität der letzten Jahrzehnte doch immer noch eine Vielzahl von Stoffen in unserer Umwelt vorkommen, die eine Über-wachung erfordern. So sind einige der Stoffe, wie z.B. bestimmte DDT-Abbauprodukte, endokrin wirksam. Bei anderen Stoffen ist bislang nichts über ihre mögliche Wirkung bekannt. Für einige Substanzen wird auch diskutiert, ob sie die Kriterien als persistente organische Schadstoffe gemäß Stockholm-Konvention erfüllen (z.B. HBCD). In diesem Zusammenhang können Monitoring-Daten als ergänzende Information dienen.

Schwerpunktthema: Analytik von Nanopartikeln in komplexen Medien

Präsentation von Dr. Frank von der Kammer, Leiter der Gruppe Nanogeo-wissenschaften und des Kolloidlabors, Universität Wien zur 15. Sitzung des AK Umweltmonitoring am 27.11.2009 beim Umweltbundesamt, Bismarckplatz 1, 14195 Berlin

Zunächst geht Herr von der Kammer auf die Definition von Nanomaterialien ein. Die-se erfolgt über die Größe (< 100 nm für mindestens eine Dimension), die gewählte starre Grenze ist aber nicht unbedingt sinnvoll. In der Umwelt sind neben den tech-nisch hergestellten Nanopartikeln (engineered nano particles, ENP) auch natürliche NP präsent. Von der Größe her sind natürliche NP eine Unterfraktion der als Kolloide bezeichneten Partikel, die einen Größenbereich von 1 - 1000 nm umfassen. Im Un-terschied zu den natürlichen NP sind die technisch hergestellten allerdings meistens sehr gleichförmig. In Umweltmedien liegen die NP zumeist nicht als freie Partikel vor, sondern als aggregierte Cluster. Je nach Bedingungen können sich größere oder kleinere Aggregate bilden, auch gemischte, z.B. mit Biopolymeren oder anorga-nischen Partikeln. Auch können sich ENP in der Umwelt verändern (z.B. Zink-NP, die sich lösen, oder funktionalisierte NP, bei denen die Oberflächenbeschichtung, das „coating“, abgebaut werden kann).

Die Umweltrelevanz von Kolloiden wird seit 1989 diskutiert, da sie Träger von Konta-minanten sein können (McCarthy und Zachara: Subsurface transport of contami-nants. Environ. Sci Technol 1989, 23:496-502; link). Untersuchungen zur Umwelt-relevanz technischer NP gibt es erst seit einigen Jahren. Vor ca. fünf Jahren wurden erste Untersuchungen zur Wirkung von ENP auf Organismen bekannt (z.B. zur Fischtoxizität). Die Analytik von ENP in komplexen Matrices ist bislang nur in Ansätzen erfolgreich. Herr von der Kammer verweist in diesem Zusammenhang auf eine Stellungnahme der EU-Lebensmittelbehörde EFSA zur Analytik von ENP in Lebensmitteln (link). Dieses Defizit ist auch Hintergrund für ein EU-Projekt an dem die Universität Wien beteiligt ist und in dem entsprechende Routinemethoden entwickelt werden sollen.

In situ-Verfahren zur Untersuchung von NP stehen bislang nicht zur Verfügung, so dass vor der Messung jeweils eine mehr oder weniger stark die ursprünglichen Verhältnisse ändernde Probenvorbereitung erforderlich ist. Je nach Fragestellung müssen die NP in der Probe stabilisiert werden, evtl. vor-fraktioniert und schließlich angereicht werden.

Bildgebende Verfahren wie die Elektronenmikroskopie sind sehr hilfreich für die Untersuchung von NP, wie Herr von der Kammer an einer Reihe von Beispielen eindrucksvoll zeigt. Allerdings ist die Methodik nicht als „Goldstandard“ geeignet, da bei der Präparation leicht Artefakte entstehen können und die Auswertung subjektiv ist. Bei EM-Untersuchungen können mit geeigneten Geräten auch Elemente in den Partikeln analysiert werden (EDX, energy dispersive X-ray spectroscopy). Mittels dieser Methodik konnten Kaegi et al. (Environ Pollut 2008) z.B. synthetische Titan-dioxid-NP aus Farben in Fassadenabläufen nachweisen oder Kiser et al. (ES&T 2009) Titandioxid-NP in Klärschlamm.

Als aussichtsreich wird die Untersuchung mit der ‚laser induced breakdown spectro-metry’ (LIBD; Messprinzip: Plasmaanregung und Atomemissionsspektrometrie; link) angesehen. Weitere Verfahren, die für den entsprechenden Größenbereich der NP geeignet sind: atomic force microscopy, flow-field flow fractionation, Lichtstreuungs-methoden (dynamic light scattering, DLS), Streuung von Röntgenstrahlen und Neu-tronen. Auch die Ultrafiltration oder Trennungen über die Dichte (Sedimentation/Zen-trifugation) können für einige Fragestellungen sinnvoll sein. Eine lichtmikroskopische Technik, die für bestimmte Zwecke genutzt werden kann, ist die nanoparticle tracking analysis (NTA). Hier wird in Suspensionen über die Diffusionsbewegung der NP deren Größenverteilung (ab ca. 20-40 nm) und Konzentration berechnet.

Die Wahl der geeigneten Methode hängt vom jeweiligen Untersuchungsziel ab. Sol-len ENP nur qualitativ detektiert oder identifiziert werden, sollen sie quantifiziert wer-den oder soll eine weitergehende Charakterisierung über sein Set von Parametern erfolgen? Bei der Quantifizierung stellt sich die Frage, was genau bestimmt werden soll: z.B. die Anzahl bzw. Konzentration der NP, die Art bzw. chemische Zusammen-setzung (z.B. natürliche NP/ENP; Kohlenstoff-basierte/metallische NP; evtl. funk-tionalisierte NP), die Größe bzw. Größenverteilung, der Agglomerationsgrad, die Form, die Oberfläche (bislang nur bei Feststoffen messbar mittels Gasadsorption mit dem BET-Verfahren nach Brunauer, Emmett und Teller), die Oberflächenladung (z.B. als zeta-Potential), das Porenvolumen? Dabei zeichnet sich ab, dass eine einzelne Methode für eine umfassende Untersuchung nicht ausreichend ist. Herr von der Kammer erläutert, dass bestimmte Methoden auch nur optimal für relativ homogene Mischungen von NP sind (z.B. Lichtstreuung, wo messtechnisch bedingt große Par-tikel die Untersuchung kleinerer NP stören). Die für NP bestimmte Partikelform hängt auch stark von der eingesetzten Mess- bzw. Auswertemethode ab (insbesondere bei unregelmäßigen Partikelformen nur Näherungen).

Ein anderer Aspekt, der Untersuchungen von NP kompliziert ist, das auch eine repräsentative Probenahme, die die NP-Verteilung und Agglomeration nicht ver-ändert, aus Matrices wie Boden, Sediment oder Klärschlamm schwierig ist.
Im Folgenden geht Herr von der Kammer näher auf die asymmetric flow-field flow fractionation (Asymmetrische Fluss-Feldflussfraktionierung, AF4) ein. Diese Technik zur Größenauftrennung von Partikeln hat ein großes Potential, da an die Trennkam-mer verschiedene Detektoren gekoppelt werden können, die eine umfassende Cha-rakterisierung der entsprechend ihrer Größe aufgetrennten NP erlauben (z.B. UV, Fluoreszenz, DLS, ICP-MS, TOF-MS). Durch Kopplung von Flow-FFF und single particle ICP-MS konnten z.B. in Straßenabflusswasser Platin-Partikel aus Autoab-gas-Katalysatoren und Wolfram-Partikel aus Reifenabrieb nachgewiesen werden. Die Platin-NP waren dabei nicht im Transmissions-EM erkennbar, da sie nur in sehr geringer Konzentration vorlagen.

Zum Abschluss zeigt Herr von der Kammer eine Reihe von Beispielen, die die Mög-lichkeiten der verschiedenen Methoden darlegen. Sein Fazit ist, dass weitere Unter-suchungen klären müssen, welches die kritischen Parameter der Umweltrelevanz von NP sind, dass methodenorientierte Untersuchungsansätze erforderlich sind, und dass die verschiedenen Methoden komplementär eingesetzt werden sollten.

In der Diskussion zeigte sich, dass einige Kollegen an einem weiteren Austausch von Informationen zur Analytik von ENP sowie auch an gemeinsamen Verfahrensentwicklungen interessiert sind. Herr von der Kammer weist noch auf den Fachausschuss „Aquatic Nanoscience and Nanotechnology“ der

Datenportale zum stoffbezogenen Umweltmonitoring (Übersicht)

Links zu Datenportalen zum stoffbezogenen Umweltmonitring, u.a.  Umweltprobenbank des Bundes, Informationsplattform UNDINE und IKSR-Datenportal

Umweltprobenbank des Bundes
www.umweltprobenbank.de/de/documents/investigations/analytes
Kategorie: Binnengewässer, Küstengewässer, terrestrische Ökosysteme
Probenarten: biologische Proben, Gewässer-Schwebstoffe, Boden
In der Datenbank der Umweltprobenbank des Bundes (UPB) sind Ergebnisse von Zeitreihen-Untersuchungen abrufbar (Ausgabe der Messdaten als Tabellen, Grafiken oder als weiterbearbeitbare Dateien). Im Routine-Programm werden Metalle und persistente organische Verbindungen (POPs) untersucht. Retrospektive Sonderuntersuchungen der UPB sind beispielsweise zu Belastungen mit perfluorierten Verbindungen (z.B. PFOS), Organozinnverbindungen (z.B. TBT), Moschusduftstoffen oder bromierten Flammschutzmitteln (z.B. HBCD) durchgeführt worden. Hintergrundinformationen zur UPB, zu untersuchten Stoffen, den biologischen und abiotischen Proben sowie Ergebnisse und Berichte sind ebenfalls im Portal der UPB abrufbar. Weiterhin sind auch Resultate aus dem Human-Biomonitoring abrufbar (Umweltprobenbank des Bundes – Humanproben).

Informationsplattform UNDINE:
http://undine.bafg.de
Kategorie: Binnengewässer (derzeit Elbe, Oder, Rhein)
Probenarten: Wasser, Gewässer-Schwebstoffe
Für einen überregionalen Blick auf die großen Ströme Elbe, Oder, Rhein, Donau (in Bearbeitung) und Weser (in Bearbeitung) präsentiert die Informationsplattform "Undine" kompakte Beschreibungen historischer hydrologischer Extremereignisse (Hochwasser, Niedrigwasser), aktuelle Gewässergüte-Messwerte sowie historische Vergleichswerte und verweist auf vielfältige Informationsquellen. Ein Schwerpunkt der Betrachtung liegt auf der Darstellung der Gewässerbeschaffenheit bei Extremereignissen

IKSR-Datenportal
https://www.iksr.org
Kategorie: Binnengewässer - Rhein
Probenarten: Wasser, Gewässer-Schwebstoffe
Hier stellt die Internationale Kommission zum Schutz des Rheins (IKSR) Zahlentafeln der physikalisch-chemischen Untersuchungen des Rheinwassers und der Schwebstoffe zur Verfügung. Ergebnisse der koordinierten Messprogramme (international und national) zur Wasserqualität des Rheins und ausgewählter Nebenflüsse sind in Tabellen dargestellt. Mit einem Download-Modul lassen sich die langjährig erfassten Einzeldaten für eigene Auswertungen nutzen.

Datenportal des LANUV Nordrhein-Westfalen
http://luadb.lds.nrw.de/LUA/gues/welcome.htm
Kategorie: Binnengewässer NRW
Probenart: Wasser
Das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz (LANUV NRW) stellt hier Monitoring-Daten zur Gewässergüte online zur Verfügung (z.B. Daten zu Metallen, perfluorierten Verbindungen und Pflanzenschutzmitteln und Bioziden). Ein Teil der Daten stammen aus der Alarmüberwachung oder von kontinuierlichen Messungen.

Fachinformationssystem der FGG Elbe:
http://www.fgg-elbe.de/elbe-datenportal.html
Kategorie: Binnengewässer - Elbe
Probenarten: Wasser, Gewässer-Schwebstoffe, Sedimente, Biota
Das Fachinformationssystem (FIS) der Flussgebietsgemeinschaft (FGG) Elbe bietet die Möglichkeit, historische und aktuelle Fachdaten, die an wichtigen Messstationen im Bereich des Elbeeinzugsgebietes im Rahmen der nationalen Messprogramme erhoben worden sind, abzurufen und auszuwerten. Die Ausgabe kann auch als Daten-Datei erfolgen.

NORMAN Datenbank EMPODAT
https://www.norman-network.com/nds/empodat/
Kategorie: Binnengewässer, Küstengewässer, terrestrische Ökosysteme
Probenarten: Wasser, Gewässer-Schwebstoffe, Boden, biologische Proben
Das NORMAN-Netzwerk ist ein internationaler Zusammenschluss von Institutionen und Forschungseinrichtungen, die sich mit Untersuchungen zum Vorkommen und zur Wirkung von „emerging substances“ - d.h. Stoffe, die im aktuellen Monitoring (noch) nicht ausreichend erfasst werden -  befassen. Die Datenbank EMPODAT liefert europaweite geo-referenzierte Monitoring-Daten mit dem Schwerpunkt auf Gewässermonitoring (inkl. Sedimente und Biota). Zur Nutzung der NORMAN-Datenbanken ist eine Anmeldung erforderlich (zur Bestätigung der Nutzungsbedingungen).

Autoren: Dr. Martin Keller (BfG, Koblenz), Dr. Heinz Rüdel (Fraunhofer IME, Schmallenberg). Die Liste wird laufend ergänzt (Hinweise und Kommentare bitte an Heinz Rüdel, heinz.ruedel@ime.fraunhofer.de). Stand: Juni 2013

Kontakt

Dr. Heinz Rüdel
Fraunhofer Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie,
Auf dem Aberg 1,
57392 Schmallenberg
E-Mail

Vorstand

Dr. Heinz Rüdel, Schmallenberg
Prof. Dr. Winfried Schröder, Universität Vechta
Prof. Dr. Jan Schwarzbauer
, RWTH Aachen

zuletzt geändert am: 17.06.2022 11:28 Uhr von M.Kudra