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1. Einführung und
Problemstellung
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Die Reinhaltung von Luft und Wasser
ist ein wichtiger Aspekt für
den Schutz unserer belebten Umwelt und der Lebensqualität des Menschen.
Voraussetzung für
eine Risikobewertung möglicher Schadstoffpotentiale
in unterschiedlichen Umweltkompartimenten sind präzise Messdaten
bei vertretbarem personell-technischem Aufwand. Hierbei spielt die
Probennahme eine entscheidende Rolle.
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Konventionelle Methoden wie z. B.
eine 24-ständige
Luftmessung mit dem bekannten „High Volume
Sampler" können oftmals
solch präzise
Daten nur unter Vorbehalt liefern, weil Substanzen im Spurenbereich
nach dieser vergleichsweise geringen Expositionszeit oft noch nicht
nachweisbar sind. Zudem ist mit einem derartigen so genannten Aktivsammler
eine kontinuierliche Messung über
längere Zeitintervalle
nicht realisierbar, man spricht daher von einer kurzfristigen, episodenhaften
Messung, die in der Regel ein 24-ständiges Ansaugen von Umgebungsluft
voraussetzt. Besonders schwierig ist es demzufolge, wenn bisher
unbekannte toxisch relevante Schadstoffe in niedrigen Konzentrationen nachgewiesen
werden sollen. Weitere Nachteile dieser Direktmesstechnik im Freiland
sind der aufwendige Transport der Zubehörteile per Kfz-Anhänger (High
Volume Sampler und Stromaggregat) bzw. das unbedingte Vorhandensein
eines Stromanschlusses (zumeist sehr schwierig im Gelände). In
der Umweltüberwachung
stellen in letzter Zeit synthetische Passivsammler wie die bekannten
SPMDs (Semi-Permeable Membrane Devices) eine sinnvolle Alternative
zur konventionellen Stichprobennahme mit solchen Aktivsammlern bzw.
auch gegenüber
bisher durchgeführten
Biomonitoring-Untersuchungen dar. Seit etwa 1980 fanden zunächst Pflanzen
bzw. Pflanzenkompartimente als Passivsammler Verwendung. Moose,
Grünkohl,
Blätter
von Bäumen
oder Sträuchern
u.a. sowie insbesondere Koniferennadeln bezüglich ihrer längeren Vegetationsperiode
dienten der atmosphärischen
Schadstoffkontrolle von mittelflüchtigen
Organika, Schwermetallen und Bioelementen. Jedoch gab es zahlreiche
Störfaktoren
bei der Probennahme (Beschaffenheit des Materials ist abhängig von
der Spezies, dem oft schwer einzuschätzenden Vitalitätszustand
der Pflanze, der Vegetationsperiode, besonderen Standorteigenschaften einschließlich spezieller
klimatischer Faktoren usw.) sowie der Aufarbeitung (analytische
Reinigungsverfahren von Pflanzenmaterial sind oft sehr schwierig) und
der Analyse (Überlappung
von Schadstoffpeaks durch nicht abtrennbare Pflanzeninhaltsstoffe)
des Pflanzenmaterials.
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Durch die Verwendung synthetischer
Passivsammler können
Systemfehler des Biomonitoring vermieden werden. Die eingesetzte
Polyethylen-Folie und der Adsorber stellen ein weitestgehend einheitliches
Material dar, so dass eine gute Standardisierbarkeit und damit auch
Repro duzierbarkeit der Ergebnisse gewährleistet wird. Ein solcher
Passivsammler lasst sich an jedem ausgewählten oder beliebigen Probenahmestandort
ausbringen und gestattet dadurch exaktere Vergleiche der Schadstoffkonzentrationen
zwischen exponierten Standorten unabhängig vom Vorhandensein einer
gewünschten Pflanzenspezies
oder dem Zustand des Pflanzenmaterials. Zugleich ermöglicht er
die Bestimmung von zeitlich gewichteten, durchschnittlichen Schadstoffkonzentrationen über größere Zeiträume von
ca. 2 bis 4 Wochen oder länger.
Das hier vorliegende Gebrauchsmuster beschreibt auf dem Gebiet dieser
relativ neuen Passivsammlertechnik den erstmaligen Einsatz von Feststoffen
als Adsorber in Polyethylen-Folie und die sich daraus ergebenden
labortechnischen Vorteile bei der kommerziellen Anwendung.
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2. Stand der
Technik
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Im Folgenden wird auf den gegenwärtig bekannten
Stand der Technik, insbesondere auf die konventionelle Passivsammlertechnik
mit SPMDs (flüssiges
Triolein als Adsorber) verwiesen.
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Zur Thematik Nutzung von synthetischen Passivsammlertechniken
für die
Erfassung von mittelflüchtigen
organischen Schadstoffen in der Umgebungsluft wurde erst in den
letzten Jahren publiziert. Unter den getesteten Passivsammlern befinden
sich mit Wachs beschichtete Papierfilter, mit Fett beschichtete
Glasplatten oder Glasfaserfilter, mit stationärer GC-Phase beschichtete Glasplatten
und Textilien. Um innerhalb einer praktikablen Messzeit eine ausreichende
Schadstoffmenge aus der Atmosphäre anzureichern,
hat man zumeist Passivsammler mit einem großen Verhältnis Oberfläche zu Volumen konstruiert,
in der angelsächsischen
Literatur „badge-type" genannt. Diese Sammler
stellen ein potentielles Instrument dar, um gasförmige Schadstoffe aus der Luft
zu akkumulieren und ihre Luftkonzentration abzuschätzen. Bei „badge-type" Konfiguration besteht
jedoch ein potentielles Risiko der Abhängigkeit der Anreicherungskinetik
von der Windgeschwindigkeit, wenn das Sammelmedium im direkten Kontakt
zur Atmosphäre
steht.
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Als innovative Alternative kommen
seit kurzem neue Passivsammlertechniken, wie die „semipermeable
membrane device" (SPMD)-Technik,
zum Einsatz. Sie ist zwar vorzugsweise für den Außenbereich konstruiert, kann
aber auch im Innenraumbereich verwendet werden. Die Kosten für die Sammelausrüstungen
im Vergleich zu Aktivsammlern sind wesentlich niedriger, und es
ist kein Stromanschluß erforderlich.
Bisher angewandte Passivsammler wie der bekannte 3D-Sammler wurden
bisher in größerem Umfang
zum Monitoring der Arbeits platzatmosphäre im Innenraumbereich genutzt,
wobei es dabei bevorzugt die Erfassung von leichtflüchtigen
organischen Schadstoffen in der Umgebungsluft geht. Dagegen sind
beispielsweise Pestizide, chlororganische Schadstoffe und polyzyklische
Kohlenwasserstoffe (PAKs) mit dieser Sammeltechnik nicht erfassbar.
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Die Verwendung von SPMD-Passivsammlern
für die
Luftüberwachung
im Freiland ist relativ neu. Brown publizierte vor drei Jahren eine
erste Übersichtsarbeit
[Brown, R.H. (2000): Monitoring the ambient environment with diffusive
samplers: theory and practical considerations. Journal of Environmental
Monitoring 2, 1-9.] über
das Potential diffuser Sammler zur Überwachung der Luftqualität im Freiland.
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Die SPMDs gehören in der Umweltüberwachung
zu den integrativen Passivsammlern von atmosphärischen und auch Wasserschadstoffen.
Handelsübliche
SPMDs bestehen aus einer schlauchförmigen Polyethylen-Membran
geringer Dicke (75-90 μm),
die einen dünnen
Film des neutralen synthetischen lipophilen Fettsäureesters
Triolein (hohes Molekulargewicht von > 600 Da) im Innern enthält. Lipophile
chemische Substanzen, wie z. B. die Organochlorverbindungen HCH-Isomere,
polychlorierte Biphenyle, Chlorbenzole, p,p'-DDT und seine Abbauprodukte p,p'-DDE und p,p'-DDD sowie auch PAHs, Herbizide
und andere Pestizide können
durch diese semipermeable Membran diffundieren und werden dort in
einem lipiden Fettsäureester,
dem Triglycerid Triolein akkumuliert bzw. konzentriert. Das gewährleistet
den Nachweis umweltrelevanter Schadstoffe im Spurenbereich. Die
SPMD-Technologie, die auf der Verwendung von Triolein als Adsorber
basiert (US-Patent 5,098,573 A), ermöglicht dadurch die Bestimmung
von zeitlich gemittelten Konzentrationen der sowohl im Wasserkörper gelösten als
auch in der Atmosphäre
gasförmig
transportierten persistenten organischen Verbindungen.
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Das von Huckins et al. [Huckins,
J.N.; Manuweera, G.K.; Petty, J.D.; Mackay, D.; Lebo, J.A. (1993):
Lipid-containing semipermeable membrane devices for monitoring organic
contaminants in water. Environ. Sci. Technol. 27, 2489-2496.] eingeführte Verfahren
wurde vorrangig entwickelt, um Belastungen von aquatischen Systemen
mit lipophilen organischen Schadstoffen anzuzeigen. Dabei sollte
das verwendete lipophile Triolein als Modell für Fischfett betrachtet werden.
Später
ist die Anwendbarkeit der SPMDs auch für die Luftüberwachung von gasförmigen Rückständen wie
PCBs, organochlorierten Pestiziden und PAKs gezeigt worden.
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3. Nachteile der bisher
angewandten SPMD-Technik mit Triolein als Flüssigadsorber
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Die seit einigen Jahren angewandte
konventionelle Methode unter Verwendung von Triolein weist allerdings
einige labortechnische Nachteile auf. Als ungünstig zeigte sich bei der Anwendung
dieser SPMD-Technik eine pro Standard-SPMD (Länge: 91 cm) zeitintensive Probenaufarbeitung
(ca. 48 h) mit verhältnismäßig hohem
Verbrauch an Lösemitteln (520
ml) bei der erforderlichen dialytischen Rückgewinnung von an Triolein
akkumulierten organischen Substanzen (US-Patent 5,395,426 A). Jeder
SPMD wird bisher entsprechend dem wissenschaftlichen Stand zunächst für 24 h in
260 ml n-Hexan als Lösemittel
dialysiert, da sich nach dieser Zeit ein Konzentrationsgleichgewicht
zwischen den Schadstoffanteilen im Inneren des SPMDs (absorbiert
an Triolein) und denen im äußerlich
angewandten Dialysiermittel n-Hexan eingestellt hat. Danach wird
das Lösemittel erneuert
und die Probe kann für
weitere 24 h dialysiert werden [Huckins, J. N.; Tubergen, M.W.;
Lebo, J. A.; Gale, R.W.; Schwartz, T.R. (1990). A new approach for
the cleanup of organic contaminants: Polymeric film dialysis in
organic solvent media. J. Assoc. Off. Anal. Chem. 73:290-293.].
Eine gleichzeitige Aufarbeitung mehrerer Proben nebeneinander bedeutet
neben der Blockierung einer größeren Arbeitsfläche im Labor
einen hohen zeit- und arbeitsintensiven Aufwand. Die Verwendung
von solch preisintensiven langen 91 cm Standard-SPMDs erweist sich zudem
sowohl bei der Anbringung in Expositions-Boxen als auch bei der
Probenaufarbeitung als sehr hinderlich. Ein weiterer Nachteil dieser
Methode ist, dass nach der Dialyse im aufkonzentrierten Endextraktjeweils
noch etwa 4-5% an mitdialysiertem Triolein enthalten sind. Zur Aufreinigung
der Extrakte wird eine Silica-Chromatographie mit sich anschließender Ausschlusschromatographie
zur Abtrennung der die Analyse störenden Trioleinreste durchgeführt, wozu zusätzlich eine
kostenintensive HPLC (Hochdruckflüssigchromatographie)-Anlage
benötigt
wird. Jedoch gelingt auch hiermit keine vollständige Abtrennung störender Trioleinreste.
Bei der nachfolgenden sensitiven GC-MS-Analyse führt das oftmals zu Überlagerungen
von Schadstoffpeaks in bestimmten Bereichen des Schadstoffchromatogramms.
Betroffen davon sind vor allem bei der bisher untersuchten Schadstoffpalette
Vertreter der DDX-Gruppe (Abbauprodukte des Pestizides p,p'-DDT), einige polychlorierte
Biphenyle (PCBs) wie PCB 101 und PCB 138 sowie PAKs wie Pyren, Benz(a)anthracen,
Chrysen, Benzo(b) bzw. Benzo(k)fluoranthen. Diese Schadstoffe konnten
teilweise gar nicht oder nur ungenügend exakt bestimmt werden.
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4. Schadstoff-Tester mit
einem Feststoff als Adsorptionsmittel für die Kontrolle atmosphärischer
Schadstoffe im Freiland und in Innenräumen
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Zur Beseitigung dieser Nachteile
des Flüssigadsorbers
Triolein wurde ein Schadstoff-Tester entwickelt, bei dem erstmalig
ein Feststoff als Adsorptionsmittel für mittelflüchtige organische Schadstoffe eingesetzt
wird. Das feste Adsorptionsmittel wird im inneren Raum einer semipermeablen
Polyethylen-Folie platziert, die eine mittlere Stärke von
etwa 80 μm
aufweist. Sie ist nur für
gasförmig
transportierte Schadstoffe durchlässig. Schadstoffanteile, die
an Partikeln gebunden vorliegen, können somit nicht in den inneren
Folienraum eindringen und haften an der Folie. Diese partikelgebundenen
Anteile können nach
zwei unterschiedlichen Methoden erfasst werden. So lassen sich die
Partikel mit einem unpolaren Lösemittel
oder Lösemittelgemisch
wie z. B. n-Hexan oder einem Gemisch von n-Hexan/Aceton äußerlich von der Polyethylenfolie
abspülen,
anschließend
extrahieren und dann analysieren, so dass neben dem gasförmigen auch
der partikelgebundene Anteil eines Schadstoffs bestimmt werden kann.
Nach einer anderen – von
uns bevorzugten – Methode,
die wesentlich exakter ist und auf die später noch eingegangen wird,
verwenden wir spezielle, beidseitig vor der Polyethylenfolie angebrachte,
luftdurchlässige
Glasfaser-Filter. Damit können
einerseits unterschiedliche Windgeschwindigkeiten und daraus resultierende mögliche Verwirbelungen
der Luft in der Expositions-Box nivelliert werden. Andererseits
lässt sich gleichfalls
durch Extraktion des Glasfaser-Filters und Analyse des Extraktes
auch eine Bewertung partikelgebundener Anteile der Schadstoffe vornehmen. Zum
effektiven Ausbringen des Schadstoff-Testers wurde eine dazugehörige Ausstattung
entwickelt, die unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten und Ansprüchen, insbesondere
auch bezüglich
der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, gerecht wird. Als Grundeinheit
wird eine auf 130 x 45 mm begrenzte schlauchförmige Polyethylen-Folie verwendet.
Eine Schweißnaht
in der Mitte der Folie teilt den Schadstoff-Tester in zwei Kammern,
die aus Gründen
einer besseren Verteilung des Adsorbermittels getrennt mit einer
definierten Menge an Feststoffadsorber gefüllt und anschließend beidseitig
verschweißt
werden. An beide Endseiten des Schlauches sind durch Umklappen des
Schlauchmaterials und anschließendes
Anschweißen
Schlaufen angesetzt. Diese können
dann zum Aufhängen
des Testers in Expositions-Boxen (vgl. 1) verwendet werden. Besonders vorteilhaft gelingt
das Aufhängen
an Metallstäben
in Expositions-Boxen aus Locheisenmaterial (Löcher d = 3 mm), wobei die Stäbe erst
durch die Schlaufen und dann durch die seitlichen Löcher der
Box Expositions-Box kann in der Umgebung einer vermuteten Schadstoffquelle
z.B. mit Hilfe eines Kabelbinders an Bäumen oder anderen geeigneten
Gegenständen bzw.
Vorrichtungen aufgehängt
werden.
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Die Windgeschwindigkeit hat wetterbedingt einen
größeren Einfluss
auf den Grad der Anreicherungskinetik der Schadstoffe und somit
auch auf die Qualität
der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. Bei der atmosphärischen
Messung ist eine stete Nivellierung unterschiedlicher Windgeschwindigkeiten
bereits durch die Verwendung der Expositions-Boxen gegeben, wobei
die ankommende Luft beim Eintritt durch die Löcher (d = 3 mm) der Expositionsbox
stark abgebremst wird. Ein noch höherer Grad der Nivellierung
der Windgeschwindigkeit ist durch den Einsatz der bereits oben erwähnten Glasfaser-Filter
möglich. Dazu
wird jeweils ein geeignetes luftdurchlässiges Filtermaterial an Vorder-
und Rückseite
der Folie angebracht. Die Kombination Filter-Folie-Filter macht die
Verwendung einer Einspannvorrichtung notwendig. Hierfür werden
zwei rechteckige Metallrahmen (vgl. 2 und 3) verwendet, zwischen denen
die Polyethylen-Folie und das beidseitig angebrachte Filtermaterial
zur Schadstoffexposition fest verspannt werden. Bedingt durch die
Größe des Rahmens
steht eine für
die Permeation bzw. Adsorption der Schadstoffe jeweils freie konstante
Fläche
der Polyethylen-Folie bzw. der Filter von ca. 100 x 30 mm zur Verfügung. Sie
bietet den gasförmigen
Schadstoffanteilen eine genügend
große
Fläche
von 60 cm2 zur Permeation durch die Polyethylen-Folie
bzw. den Partikeln zur Adsorption an den Glasfaser-Filtern.
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Am Rahmen Teil A dienen zwei Ösen als Führung für einen
Metallstab (vgl. 4)
zur waagerechten Aufhängung
in der Box. Somit werden in der beschriebenen Box durch das verwendete
Locheisen die Polyethylen-Folie und der Filter gegen extreme Witterungseinflüsse (Wind
und Regen) sowie durch Anbringung von einem überstehenden Dach (V2A-Platte,
kein Locheisen) und durch eine aufklappbare Bodenplatte gegen das
Eindringen von Tieren bzw. Insekten zusätzlich geschützt, was
bei den längeren
Expositionszeiten im Freiland notwendig ist. Für die Untersuchungen stehen
zwei unterschiedlich große
Expositions-Boxen zur Verfügung. Bis
zu 6 Schadstoff-Testern sind in einer größeren Box für die Durchführung von
Testreihen bzw. auch Mehrfachbestimmungen einsetzbar. In einer zweiten kleineren
Box finden bis zu 2 Schadstoff-Tester für Expositionsuntersuchungen
Platz. Da als Adsorptionsmittel ein kristalliner Feststoff verwendet
wird, müssen
die Schadstoff-Tester zur besseren Verteilung des Adsorbers im inneren
Raum der Polyethylen-Folie in waagerechter Position aufgehängt werden.
Alle notwendigen Zubehörteile
wie Doppelrahmen und Expositions-Boxen einschließlich der Metallstäbe zum Aushängen der
Polyethylen-Folie sind aus korrosionsbestandigem V2A-Edelstahlmaterial gefertigt.
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5. Anwendung
für die
Erfassung von Wasserschadstoffen
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Die Vorbereitung der Polyethylen-Folie
erfolgt analog der Vorbereitung für die Exposition zur Erfassung
von Luftschadstoffen. Glasfaser-Filter finden hier keine Verwendung.
Der Schadstoff-Tester wird mittels eines Metallstabes, der entweder
durch die angesetzten Schlaufen der Folie oder nach Verspannung
innerhalb der beiden V2A-Rahmen durch die Ösen des Doppelrahmens geführt wird,
innerhalb der Expositions-Box aufgehängt. Zur Positionierung einer
solchen Expositions-Box in einer bestimmten Wasserhöhe kann
Material zum Beschweren an der Box angebracht werden (als Anker
verwendbares Material wie Steine, eiserne Gegenstände usw.).
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6. Extraktion
der Schadstoffe
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Für
die Extraktion der Schadstoffe ergeben sich mehrere Möglichkeiten.
Durch Öffnen
des Schadstoff-Testers mittels einer Schere kann das entfernte kristallartige
LiChrolut-Material beider Kammern gemeinsam bzw. im Fall ausreichend
hoher Konzentrationen auch getrennt (Doppelbestimmung) extrahiert
werden. Eine zweite Möglichkeit
besteht darin, dass – falls
eine „Beschleunigte
Lösemittelextraktion" (ASE – Accelerated
Solvent Extraction) der Fa. Dionex zur Verfügung steht, entsprechend der Beschreibung
des Deutschen Patentes Nr. 102 19554, der Schadstoff-Tester innerhalb
eines Metallnetzes direkt in einer 33 mL-Zelle in etwa 40 min optimal
dialysiert werden kann.
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7. Verbesserung
der bisherigen Technik
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Der beschriebene Schadstoff-Tester
auf der Basis eines Feststoffadsorbers stellt eine effektive und
zudem kostengünstige
Variante zur Erfassung von umweltrelevanten organischen mittelflüchtigen Schadstoffen
wie z.B. Pestiziden, chlororganischen Schadstoffen oder PAKs sowohl
im Innen- als auch im Außenbereich
dar.
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Entsprechend dem Gebrauchsmuster
liegt ein routinemäßig und
kommerziell einsetzbarer Schadstoff-Tester vor, der sowohl im wissenschaftlichen
Umweltbereich im Freiland (Forschungsinstitute, Landesämter für Umweltschutz
und vergleichbare staatliche Ämter
und Einrichtungen) als auch im Innenraum-Bereich (Pestizidausdünstungen
z.B. nach Holzschutzanwendungen, Kontrolle von mit Pestiziden kontaminierten
Lagerhallen usw.) einsetzbar ist. Dabei werden gegenüber dem
bisher verwendeten konventionellen und Triolein enthaltenden SPMDs Material
und Arbeitsschritte eingespart. Der Schadstofftester mit Feststoffen
als Adsorber hat gegenüber
der konventionellen Standard-Methode mit flüssigem Triolein folgende Vorteile:
-
- – Die
hohe Empfindlichkeit des verwendeten festen Adsorbermaterials und
des GC-MS-Analysengerätes (Nachweisempfindlichkeit
im Picogramm (10-12 g)-Bereich gewährleistet
die Verwendung von in ihren Ausmaßen weitaus kleineren und damit
praktikableren Schadstoff-Testern. Das ist von Vorteil sowohl für das Ausbringen
zur Exposition mit einer für die
Permeation von Schadstoffen zur Verfügung stehenden Fläche von
nur 100 x 30 mm (insgesamt 60 cm2 freie
Fläche
zur Schadstoffaufnahme) als auch für Extraktion des Absorbers
und die Analyse des Extraktes.
- – Der
Materialaufwand an Adsorber und Polyethylen-Folie ist dadurch bedeutend
geringer.
- – Es
führt auch
zur Einsparung bedeutender Mengen an Lösemitteln bei der Ultraschallextraktion
(USE) mit etwa 300 ml anstelle von 520 ml bzw. bei der „Beschleunigten
Dialyse" (ASE 200)
mit nur 90 ml anstelle von 520 mL.
- – Die
Extraktion des Feststoffs ist einfacher und schneller (Ultraschallextraktion,
etwa 30 bis 40 min) gegenüber
der konventionellen Dialyse mit dem zähflüssigem Triolein (etwa 48 h
Dialyse, 1 h HPLC-Trennung).
- – Parallel
dazu besteht die Möglichkeit
der Durchführung
einer „Beschleunigten
Dialyse" in etwa
40 min unter Verwendung der Extraktionsapparatur ASE 200 der Fa.
Dionex entsprechend dem Patent Nr. 102 19 554.
- – Auswahl
und Anwendung eines geeigneten Filters zur Nivellierung der Windgeschwindigkeit,
was zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Methode führt und
die Bestimmung partikelgebundener Anteile ermöglicht.
- – Die
Kombination Filter-Folie-Filter macht die Verwendung einer Einspannvorrichtung
notwendig; hierfür
verwendet man zwei rechteckige V2A-Rahmen, zwischen denen zur Schadstoffexposition
die beiden Filter und die Polyethylen-Folie in der angegebenen Reihenfolge
fest verspannt werden und waagerecht in der Edelstahlbox zur Exposition
aufgehängt
werden.
- – Es
liegt nach der Extraktion ein sauberer Extrakt vor, eine Aufreinigung
ist nicht erforderlich.
- – Mehrere
Arbeitsschritte können
dadurch gegenüber
der konventionellen Triolein-Methode eingespart werden; das betrifft
beispielsweise die zeitaufwendige Dialyse der Schadstoffe (48 h),
eine zusätzliche HPLC-Fraktionierung
zur Abtrennung von mitdialysierten Triolein-Resten und aufwendige
Aufkonzentrierungsschritte; die Aufarbeitungszeit wird deutlich verkürzt, Materialien
werden eingespart, die Laborarbeit wird generell erleichtert.
- – Die
GC-MS-Analyse verläuft
total störungsfrei,
was einen weiteren Vorteil bei der Bewertung der Ergebnisse bedeutet;
alle Schadstoffklassen lassen sich somit äußerst effektiv und sensitiv
analysieren.
- – Durch
Aufhängung
in einer aus Locheisenmaterial (Durchmesser der Löcher 3 mm)
gefertigten Expositions-Box wird der Einfluss der Windgeschwindigkeit nivelliert;
damit verbessert sich die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zusätzlich.
- – Die
für den
Doppelrahmen und die Expositions-Boxen verwendeten Materialien sind
aus korrosionsbeständigem
V2A-Edelstahl.
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8. Ausführungsbeispiel
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8.1 Material
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Material für Feststoff als Adsorptionsmittel: LiChrolut
EN (40-120 μm)
der Fa. Merck, Darmstadt.
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Eingesetzte Menge: 250 mg LiChrolut
EN, ultraschallgereinigt mit den Lösemitteln, die zur Extraktion
verwendet werden.; die getrocknete Substanz wird luftdicht verschlossen
und im Kühlschrank
bis zur Anwendung aufbewahrt. Material für halbdurchlässige Polyethylen-Folie:
Polyethylen, PEW Synthen der Fa. Polymer-Synthese-Werk GmbH, Rheinberg.
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Breite: 38 mm, Wandstärke: 0,080 μm; Reinigung
der Polyethylen-Folie vor der Anwendung für 24 h in n-Hexan, getrocknet
und luftdicht verschlossen im Kühlschrank
aufbewahrt bis zur Anwendung.
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8.2 Methodischer Ablauf
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Die Durchführung der Exposition, Extraktion und
Analyse wurde wie folgt vorgenommen:
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8.2.1 Exposition
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Zunächst wird eine Mittelnaht auf
der schlauchförmigen
Polyethylen-Folie (Größe 130 x
45 mm) geschweißt;
von einer Seite werden 125 mg LiChrolut EN (40 bis 120 μm) als Feststoffadsorber eingefüllt; in
einer Entfernung von 50 mm von der mittleren Schweißnaht wird
eine zweite Schweißnaht gesetzt,
damit ist eine Kammer fertig gefüllt;
von der anderen Seite werden nun ebenfalls 125 mg LiChrolut EN (40
bis 120 μm)
als Feststoffadsorber eingefüllt
und in einer Entfernung von 50 mm von der Mittelnaht wird eine dritte
Schweißnaht
gesetzt; damit ist auch die zweite Kammer gefüllt; im Schadstoff-Tester sind
insgesamt 250 mg LiChrolut als Adsorber enthalten.
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Um die Polyethylen-Folie und das
beidseitige Glasfaser-Filter innerhalb des Doppelrahmens einzusetzen,
werden Löcher
an beiden Endseiten der Folie bzw. des Filters mit Hilfe einer Schablone
gesetzt; durch diese Löscher
erfolgt die Verschraubung der beiden Rahmen. Ein an einem Ende abgewinkelter
Metallstab wird nun durch beide Ösen
des oberen Rahmens und die Löcher
der Seitenwände
der Expositions-Box geführt
und durch das Aufstecken eines Gummipuffers am gegenüberliegenden
Ende arretiert.
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Als Probennahmestandort diente eine
stark frequentierte Autokreuzung in der City von Leipzig, die Expositions-Box
befand sich in etwa 3 m Höhe
an einem Baum in ca. 50 m Entfernung vom Mittelpunkt der Kreuzung.
Die Expositionszeit betrug 15 d.
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8.2.2 Extraktion
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Die Extraktion des LiChrolut-Adsorbers
erfolgte nach Aufschneiden der Folie und Umfüllen in ein Becherglas als
Ultraschall-Extraktion bzw. durch Einsetzen der intakten Schlauchfolie in
33 mL-Kartuschen zur Accelerated Solvent Extraction mit dem ASE
200 Extaktionsgerät
der Fa. Dionex.
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8.2.3 Analyse
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Die Analyse erfolgte mit einem GC-MS-Gerät der Fa.
Agilent Technologie. Die analysierten Schadstoffwerte lagen bei
getrennten Doppelbestimmungen für
insgesamt 21 analysierte Chlororganika innerhalb der DDX-Gruppe
im Bereich zwischen 1600 bis 2000 pg, für die PCBs zwischen 5700-6100 pg,
für die
Chlorbenzole zwischen 670 und 690 pg sowie für 22 ausgewählte PAHs einschließlich der EPA-PAHs
zwischen 190 000 und 215000 pg/ 250 mg LiChrolut.
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Legende:
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1:
Prinzipieller Aufbau der Expositionsbox
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- 1
- Abdeckung
mit Befestigungsöse
- 2
- Gehäuse aus
Locheisen zur Aufnahme der Schadstoff -Tester
- 3
- Klammer
zur Öffnung
und Arretierung der Bodenplatte
- 4
- Bodenplatte
aus Locheisen
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2:
Doppelrahmen Teil A
-
- 5
- lasergeschweißter V2A-Edelstahlrahmen
- 6
- Bohrlöcher mit
Gewinde (Verwendung von Schraube mit Gewinde in Teil A zur
-
- Befestigung
von Folie, Filter und Rahmen Teil B)
- 7
- Ösen aus
V2A-Edelstahl, angeschweißt,
zum Aushängen
des Rahmens am Metallstab
- 8
- freie
Fläche
der Polyethylen-Folie zur Aufnahme der gasförmigen bzw. gelösten
-
- Schadstoffanteile
-
3:
Doppelrahmen Teil B
-
- 9
- Bohrlöcher ohne
Gewinde
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4:
Metallstab zur Aushängung
des Rahmens in Expositionsbox
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- 10
- Gummipuffer
- 11
- Metallstab