Non-Target-Analytik organischer Schadstoffe im Grundwasser

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Fraunhofer Institut für Toxikologie u. Experimentelle Medizin (ITEM)

Die sichere Identifizierung unbekannter Verbindungen erfolgt bei den genannten Verfahren daher in den meisten Fällen durch den Vergleich der chromatographischen und spektroskopischen Daten mit denen der entsprechenden Referenzverbindungen. Bei quantitativen Untersuchungen sind diese für die Kalibrierung der Messverfahren ohnehin unverzichtbar. Für GC-MS und HPLC-MS wird dabei vorzugsweise auf isotopenmarkierte Referenzverbindungen zurückgegriffen. Für viele umweltanalytische Fragestellungen sind Referenzverbindungen auch kommerziell verfügbar, für Transformationsprodukte allerdings oft nicht. Dies führte in der Vergangenheit häufig dazu, dass nur bekannte Schadstoffkomponenten in die Untersuchungen einbezogen wurden. Bemühungen, weitere, bisher nicht erfasste Schadstoffe oder unbekannte Transformationsprodukte zu identifizieren, liefen meist darauf hinaus, die Grundwasserproben auf mögliche Begleitstoffe der Primärkontaminanten sowie auf die unter aeroben/anaeroben Bedingungen vermutlich gebildeten chemischen und mikrobiologischen Transformationsprodukte hin zu untersuchen. Falls diese kommerziell nicht erhältlich waren, mussten sie synthetisiert werden. Allerdings stand die Trefferquote bei einem solchen Vorgehen oft in keinem akzeptablen Verhältnis zum Syntheseaufwand.

Letztlich resultierte daraus, dass wichtige Komponenten des Schadstoffaufkommens oft übersehen und folglich bei Risikobewertungen und Prognosen bzw. bei Untersuchungen von Transformationsprozessen nicht berücksichtigt werden konnten.

Non-Target-Analytik und NMR

Die Einbeziehung der Kernspinresonanzspektroskopie (Nuclear Magnetic Resonance; NMR) in die Non-Target-Analytik hat sich als sehr erfolgreich erwiesen, da die NMR wichtige zur Massenspektrometrie komplementäre strukturanalytische Informationen liefert. So erlaubt die 1H-NMR-Spektroskopie, den Bindungszustand einzelner H-Atome (z.B. aliphatisch, olefinisch, aromatisch) aufgrund der Signallage (chemische Verschiebung) zu erkennen und Nachbarschaftsbeziehungen von H-Atomen und Teilstrukturen innerhalb eines Moleküls über Signalfeinaufspaltungen (Kopplungskonstanten) und Signalverstärkungen (Kern-Overhauser-Effekt) zu ermitteln. Im Gegensatz zur Massenspektrome-trie können sämtliche Strukturisomere unterschieden werden. Die Nutzung der NMR-Spektroskopie als Analysenmethode im Umweltbereich wurde aber erst möglich, nachdem mit Hochfeld-NMR-Spektrometern (> 500 MHz) und Kryomessköpfen die notwendige Auflösung und Empfindlichkeit erreicht wurde, um organische Schadstoffe nach den üblichen Anreicherungsverfahren (Flüssig-flüssig- oder Festphasenextraktion) mittels 1H-NMR im oberen ppt- und mittels zweidimensionalen NMR-Verfahren im ppb-Bereich (absolut) untersuchen zu können.

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