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Optimierte Wasseranalytik

Hormonell wirksame Substanzen in wässrigen Matrices überwachen

| Autor / Redakteur: Vanessa Hinnenkamp*,**, Peter Balsaa*, Torsten C. Schmidt*,** / Dr. Ilka Ottleben

Abb. 1: Hormonell wirksame Substanzen wie 17α-Ethinylestradiol oder Estron finden sich auch in der aquatischen Umwelt.
Abb. 1: Hormonell wirksame Substanzen wie 17α-Ethinylestradiol oder Estron finden sich auch in der aquatischen Umwelt. (Bild: gemeinfrei, [M] Heimerl)

Hormonell wirksame Substanzen gelangen nach der Ausscheidung in die Kläranlagen, wobei diese dort nicht vollständig entfernt werden können und somit in Gewässer eingetragen werden. Ein Umstand, den es aufgrund ihrer potenziell schädlichen Wirkung zu kontrollieren gilt.

Substanzen mit hormoneller Wirkung stellen im aquatischen Milieu nach wie vor ein umweltrelevantes Problem dar. Sie werden meist über Kläranlagenabläufe in Oberflächengewässer eingetragen und werden für die Verweiblichung von Fischen verantwortlich gemacht. Da Flüsse und Seen Lebensgrundlage für Menschen und aquatische Organismen sind, müssen die Einträge minimiert und regelmäßig kontrolliert werden. In der so genannten „Watchliste“ aus dem Durchführungsbeschluss (EU) 2015/495 sind erstmals auch estrogen aktive Substanzen (17α-Ethinylestradiol (EE2), 17β-Estradiol (E2) und Estron (E1) mit UQN-Werten aufgelistet [1]. Weil hormonelle Wirkungen bereits in sehr kleinen Konzentrationen beobachtet werden, sind UQN-Werte für 17α-Ethinylestradiol von 0,035 ng/L und für 17β-Estradiol sowie Estron von 0,4 ng/L festgelegt worden. Um diese Anforderungen überprüfen zu können, bedarf es sensitiver Analysenmethoden, wie der Flüssigchromatographie gekoppelt mit der Tandemmassenspektrometrie (LC-MS/MS).

Wasseranalytik – neue Methoden und Regularien

Mülheimer Wasseranalytisches Seminar 2016

Wasseranalytik – neue Methoden und Regularien

14.07.16 - Wasser ist ein kostbarer Stoff. Aus diesem Grund gehört die Wasseranalytik zu den zentralen Tätigkeiten vieler Laboratorien. Auf dem zweiten Mülheimer Wasseranlytischem Seminar diskutieren am 14. und 15. September Experten aus Industrie, Politik und Wissenschaft über aktuellen Methoden und Regularien rund um die Analyse von Trink- und Abwasser. lesen

Mit den bisher beschriebenen LC-MS/MS-Methoden, bei denen mit der Direkt­injektion eines großen Probenvolumens von bis zu 250 µL bzw. mittels eines Online-Anreicherungsverfahren gearbeitet wurde, konnten niedrige Bestimmungsgrenzen für wässrige Proben mit geringer Matrixbelastung erzielt werden [2]. Allerdings erwiesen sich die Methoden bei der Analyse von Realproben, besonders bei Oberflächenwässern, als ungeeignet für eine sensitive Bestimmung von hormonell wirksamen Substanzen. Innerhalb weiterer Untersuchungen wurde in dieser Arbeit auf eine Anreicherung der Proben mittels SPE-Kartuschen zurückgegriffen und dabei das Auftreten der Matrixeffekte analysiert.

Methodenentwicklung

Die Methodenentwicklung erfolgte an einer Acquity-Ultrahochleistungsflüssigchromatographie-(UPLC)-Anlage gekoppelt mit einem Xevo-TQS-System (beides Waters). Für die chromatographische Auftrennung der Analyten wurde eine Waters-Acquity-HSS-T3-Säule (1,7 µm, 2,1 mm x 50 mm) bei einer Säulentemperatur von 40 °C mit einem Injektionsvolumen von 25 µL verwendet. Als mobile Phase wurden Wasser und Acetonitril mit einem Anteil von je 0,1% Ameisensäure und einer Flussrate von 0,35 mL/min gewählt. Die chromatographische Trennung der Analyten sowie der Verlauf des Gradienten sind in Abbildung 2 dargestellt. Die Elektrosprayionisierung erfolgte hier, anders als in vielen publizierten Arbeiten beschrieben, im positiven Modus [3-6]. Für die MRM-Methode wurden mithilfe des automatischen Tunes die zwei sensitivsten Übergänge vom jeweiligen Vorläuferion zu den spezifischen Fragmentionen ermittelt. Um möglichst niedrige Bestimmungsgrenzen zu erhalten, wurde darüber hinaus eine Anreicherungsmethode entwickelt.

Dazu wurden 1000 mL der Proben über eine Oasis-HLB-Kartusche der Firma Waters (Konditionierung mit 2 mL Methanol und 2 mL Wasser) angereichert. Danach wurde das Sorbens im Stickstoffgasstrom 15 min getrocknet. Anschließend erfolgte die Elution mit je 2 x 5 mL Methanol, die erforderlich waren, um die Substanzen nahezu vollständig von dem Sorbens zu eluieren. Nach der Elution wurde das organische Extrakt im Stickstoffgasstrom bis zur Trockene eingeengt. Anschließend erfolgte das Lösen der Analyten in 200 µL Wasser/Acetonitril (95:5). Für die einzelnen Substanzen konnten Wiederfindungsraten im Reinstwasser von 79 bis 105% und Bestimmungsgrenzen von < 10 ng/L erreicht werden, wobei die vorgeschlagenen UQN-Werte noch nicht erhalten werden können.

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