Staatliche Umweltbetriebsgesellschaft Neusörnewitz, den Sachgebiet Qualitätsmanagement

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1 Neusörnewitz, den Sachgebiet Qualitätsmanagement Auswertung des LÜRV B3 Chlorophyll im Oberflächenwasser 2008 Anlagen: - Parameterangaben (n und Sollwerte) - Zusammenfassung der Labormittelwerte - Grafische Darstellung der Ergebnisse (Einzeldarstellungen je Parameter und Niveau) - Grafiken der Zu-Scores aller Teilnehmer Der Ringversuch wurde vom LAWA-Unterarbeitskreis als Länderübergreifender Ringversuch konzipiert. Somit gelten für die beiden ausrichtenden Bundesländer Baden-Württemberg und Sachsen einheitliche Bedingungen zur Probenherstellung, Auswertung und Bewertung. Die Parameter Chlorophyll-a und Phaeopigment sind Bestandteil des Fachmoduls Wasser Teilbereich 9. Sie wurden erstmalig im Rahmen der Länderübergreifenden Ringversuche als Parametergruppe angeboten. Der Ringversuch soll die Fähigkeit der Labore zur vollständigen Durchführung der Norm L16 prüfen. Daher wurden bewusst keine vorfiltrierten Proben verschickt. Außerdem wurden zur Vereinheitlichung der Analysenmethodik und in Präzisierung der Normenvorgaben folgende Vorgaben gemacht: - Es sind zur Filtration der Wasserproben zwingend Glasfaserfilter einzusetzen. - Schnellanalysen mit einer Extraktionsdauer < 6 Stunden sind nicht zulässig. Als Matrix wurde durch den sächsischen Ausrichter Elbwasser mit natürlichem Phytoplanktongehalt verwendet. Die Probenahme erfolgte am in Coswig bei Dresden, die Probe wurde durch ein Sieb mit 0,25 mm Maschenweite vorfiltriert. Niveau A wurde unverdünnt abgefüllt, den Niveaus B und C wurde Verdünnungswasser beigemischt, das aus dem Elbwasser durch Filtration (1 µm) hergestellt wurde. Alle Proben wurden sofort nach Herstellung und Abfüllung dunkel bei 2-5 C gelagert und einen Tag nach der Herstellung gekühlt verschickt. Der Gehalt an mineralischen Trübstoffen und Detritus im Elbwasser war gering. Die taxonomische Zusammensetzung (Biovolumenanteile; Zählung nach MISCHKE et al.) war: 82 % Bacillariophyceae (fast ausschließlich Centrales), 16 % Chlorophyceae und 2 % Chrysophyceae, Cyanobacteria, Euglenophyceae und Cryptophyceae. Die Auswertung ist unter Anwendung des LAWA-Merkblattes A-3 nach der robusten Q-Methode unter Einbeziehung des Hampel-Schätzers durchgeführt worden [1]. Die Verwendung robuster statistischer Methoden ist wegen der starken Abweichung der Ergebnisse von der Normalverteilung unbedingt geboten. So zeigen die Werte von Chlorophyll-a eine deutlich linksschiefe Verteilung, während die Phaeopigmente noch stärker rechtsschief verteilt liegen. Dies deutet auf systematische Analysenfehler bei vielen Laboren hin (s.u.). Die Q-Methode ist ein robustes Verfahren zur Bestimmung der Vergleichsstandardabweichung. Der Hampel-Schätzer dient zur Berechnung des Mittelwertes. In die Berechnung des Mittelwertes gingen nur die Ergebnisse ein, die auf Grundlage des für den Ringversuch zugelassenen genormten Analysenverfahrens DIN L16; ermittelt worden waren. Der aus den zugelassenen Analysenmethoden berechnete Mittelwert wurde als Sollwert definiert. Zur Bewertung der Laboratorien wurden die n mit Hilfe der Z u -Scores ermittelt. In diese Berechnung gehen der Mittelwert und die Vergleichsstandardabweichung ein. 1

2 Für die Vergleichsstandardabweichung wurden Ober- und Untergrenzen festgelegt. War die berechnete Vergleichsstandardabweichung größer als die festgelegte Obergrenze, wurde die Vergleichsstandardabweichung auf die Obergrenze limitiert (d. h. der Toleranzbereich wurde kleiner). Lag die berechnete Vergleichsstandardabweichung innerhalb der festgelegten Ober- und Untergrenze, wurde die berechnete Vergleichsstandardabweichung zur Ermittlung der n verwendet. In der Anlage Parameterangaben werden diese Daten zusammengefasst dargestellt: - die festgelegten Ober- und Untergrenzen der Vergleichsstandardabweichung (RSTMax, RSTMin) - die berechnete Vergleichsstandardabweichung (rel. STD) - die zur Auswertung verwendete Vergleichsstandardabweichung (Rel. Soll-STD). Werte mit Z u > 2 wurden als falsch bewertet. Aufgrund der geringen Parameterzahl wurde bei der Bewertung von den Festlegungen des AQS- Merkblatt A 3 abgewichen. Für eine erfolgreiche Teilnahme müssen 4 von 6 Werten eines Labors innerhalb der n liegen. Nicht untersuchte Parameter sowie Werte, die mit einem von den vorgegebenen Analysenverfahren abweichenden Verfahren ermittelt wurden, wurden als falsch bewertet. Alle nach anderen Verfahren ermittelten Ergebnisse wurden für die statistischen Berechnungen nicht berücksichtigt. Um jedoch Anwendern anderer Methoden die Möglichkeit zu geben, methodische Hinweise aus dem Ringversuch zu erhalten, wurden diese Ergebnisse für beide RV-Ausrichter in Tabelle 1 zusammengefasst und mit den Ergebnissen der zugelassener Verfahren verglichen. Außerdem sind die Messergebnisse der durch das Institut für Pflanzenphysiologie, Uni Leipzig durchgeführten Vergleichsanalysen (HPLC und Photometrie mit Acetonextraktion) angegeben. Anhand der wenigen Ergebnisse sind leider kaum allgemeine Aussagen zu den alternativen Bestimmungsmethoden möglich. Auch gibt es für keines dieser Verfahren einen deutschen Standard, so dass die Vergleichbarkeit ohnehin schwierig ist. Häufiger verwendet wurde das HPLC-Verfahren mit Methanol als Extraktions- und Elutionsmittel. Alternative photometrische Verfahren (Messwellenlänge immer 665 nm, Extraktionsmittel Aceton oder Ethanol) und die In-situ-Fluorometrie wurden ebenfalls verwendet. Während die extraktiven Verfahren generell zum Ziel haben, die Gesamtkonzentration des in den abfiltrierbaren Schwebstoffen enthaltenen Chlorophyll-a zu erfassen, und daher bei akzeptabler Wiederfindungsrate Messwerte produzieren sollten, die denen des DIN L16- Verfahrens gleichwertig sind, trifft das für die In-situ-Fluorometrie nicht zu: hier wird nur das photosynthetisch aktive, in intakten Reaktionszentren des Photosystems II eingebundene Chlorophyll-a erfasst, so dass die Messwerte tendenziell niedriger als die extraktiver Messverfahren sind. In den Fällen, in denen extraktive Verfahren zu niedrige Chlorophyll- und Phaeopigmentkonzentrationen ergaben, muss von einer mangelhaften Pigmentextraktion ausgegangen werden. Aus diesem Grund ist auch die L16-Variante mit Kurzextraktion als kritisch anzusehen. Wenn dagegen zu niedrige Chlorophyllwerte mit zu hohen Phaeopigmentkonzentrationen gepaart auftreten, ist davon auszugehen, dass vor der photometrischen oder HPLC-Messung (also während Filtration der Wasserprobe oder Extraktionsprozess) ein Abbau des Chlorophyll-a zu Phaeopigmenten erfolgt sein muss. Diese Fehlerkombination ist auch bei Verwendung der DIN L16 der häufigste systematische Fehler. Ursachen können mangelnder Lichtschutz, nicht ausreichende thermische Inaktivierung der beim Extraktionsprozess freigesetzten Chlorophyllasen (zelleigene, Chlorophyll abbauende Enzyme, die in intakten Zellen nicht ungehemmt wirken können), sowie andere das Chlorophyll schädigende Faktoren sein. 2

3 Tabelle 1: Zusammenfassung der Analysenergebnisse nicht zugelassener Bestimmungsmethoden. Chl-a = Chlororphyll-a, Phae = Phaeopigmente. Kursive Ergebniswerte liegen außerhalb des für das L16-Verfahren ermittelten Ausschlussgrenzen. Einheit: µg/l Niveau A / Niveau 1 Niveau B / Niveau 2 Niveau C / Niveau 3 Chl-a Phae Chl-a Phae Chl-a Phae Ausrichter Sachsen Ergebnisse der statischen Auswertung nach DIN L16 obere 113,9 56,9 48,0 28,3 31,7 18,1 untere 49,1 11,9 23,1 6,0 12,1 3,8 Sollwert 78,2 30,5 34,4 15,2 20,8 9,7 Labor Methode Messwerte nicht zugelassener Verfahren SN-Uni Leipzig Methanol-Extrakt, HPLC 88,4 12,9 40,5 6,1 23,6 4,0 SN-Uni Leipzig Acetonextrakt, Photometrie,5 45,6 26,5 SN-Labor 11 Kurzextraktion (mod. DIN L16) 33,6 35,0 24,9 12,4 12,5 8,7 SN-Labor 17 Methanol-Extrakt, HPLC 34,2 16,9 12,9 SN-Labor 18 Fluorometrie (bbe Moldaenke) 26,2 12,1 7,7 SN-Labor 65 Methanol-Extrakt, HPLC 74,6 31,8 18,9 Ausrichter Baden-Württemberg Ergebnisse der statischen Auswertung nach DIN L16 obere 118,1 40,7 33,4 12,5 18,2 7,0 untere 62,0 8,5 18,1 2,6 9,8 1,5 Sollwert 87,8 21,8 25,2 6,7 13,7 3,8 Labor Methode Messwerte nicht zugelassener Verfahren BW-Labor 08 Acetonextrakt, Photometrie 33,8 52,2 7,6 33,6 6,5 10,9 BW-Labor 16 Ethanol-Extraktion, Photometrie 83,0 34,0 BW-Labor 31 Fluorometrie (bbe Moldaenke) 81,8 17,5 9,1 BW-Labor 75 Methanol-Extrakt, HPLC 104,7 30,2 16,1 Insgesamt zeigt die große relative Standardabweichung der Ergebnisse nach DIN L16, sowie die mindestens genauso große Streuung der Ergebnisse alternativer Bestimmungsmethoden, dass der für die Bewertung von Gewässern nach EU-WRRL und anderen nationalen Bewertunsgverfahren sehr wichtige Parameter Chlorophyll nach wie vor nicht mit befriedigender Genauigkeit analysiert werden kann. Insbesondere die große Anzahl von Laboren, die aufgrund systematischer Fehler den RV nicht bestehen konnten, sollte ausreichend Anlass geben, die relativ unpräzise formulierte, aufgrund der schlecht reproduzierbaren Ansäuerung zur Phaopigmentdifferenzierung seit langem kritisierte Norm DIN L16 nicht länger als akzeptiertes Referenzverfahren hinzunehmen. Die Anstrengungen zur Entwicklung einer die modernen analytischen Möglichkeiten, vorzugsweise der HPLC, nutzenden Norm sollten verstärkt werden. Großes Gewicht sollte dabei auf streng definierte Randbedingungen während des Extraktionsprozesses gelegt werden. A. Simon M. Paul SGL QM Ref. Gewässerökologie Literatur [1] AQS-Merkblätter für die Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung, Merkblatt A 3 Herausg.: Länderarbeitsgemeinschaft Wasser, Erich Schmidt Verlag, Berlin, 10. Lieferung,

4 LÜRV B3 "Chlorophyll im Oberflächenwasser" 2008 Parameterangaben Probe Parameter Maßeinheit Sollwert Toleranz unten Toleranz oben RSTDMin [%] RSTDMax [%] rel. STD [%] Rel. Soll-STD [%] PROBEA CHLORO µg/l 78,22 49,11 113, ,272 20,272 PROBEA PHAEO µg/l 30,46 11,91 56, ,828 35,000 PROBEB CHLORO µg/l 34,44 23,10 47, ,769 17,769 PROBEB PHAEO µg/l 15,20 5,97 28, ,878 34,878 PROBEC CHLORO µg/l 20,80 12,13 31, ,897 22,897 PROBEC PHAEO µg/l 9,70 3,79 18, ,176 35,000

5 Zusammenfassung Labormittelwerte LÜRV B3 "Chlorophyll im Oberflächenwasser" 2008 Labor CHLORO PHAEO Probe: Probe A (hohes Niveau) E: Zu-Score > 2 µg/l µg/l 88,500 28,700 80,500 29,300 93,100 20, ,000 < 1,000 66,500 37,800 35,500 40,500 70,900 47,100 88,880 16,760 93,500 31,800 99,500 32,000 72,500 24,500 87,000 32,400 72,200 43,600 85,000 23,800 80,400 31,200 80,926 35,762 91,600 19,400 89,000 50,300 50,700 92,400 32, ,000 77,800 30,300 79,800 28,800 76,361 46, ,427 13,386 63,300 65,600 75,200 37,640 83, ,400 17,200 8,620 93,200 2,800 67,700 28,000 51,200 18,700 81,100 31,200 85,100 31,900 38,000 27,000 74,900 32,000 77,800 17,900 68,100 35,900 78,700 31,700 84,000 38,200 Sollwert 78,222 30,457 Rel. Soll-STD 20,27% 35,00% unt. Toleranzgr. 49,112 11,915 ober. Toleranzgr. 113,862 56,898

6 Zusammenfassung Labormittelwerte LÜRV B3 "Chlorophyll im Oberflächenwasser" 2008 Labor CHLORO PHAEO Probe: Probe B (mittleres Niveau) E: Zu-Score > 2 µg/l µg/l 36,700 15,300 35,800 13,400 39,200 15,200 37,800 22,500 28,900 16,300 22,600 17,500 31,000 22,300 37,500 7,570 41,800 14,700 50,900 9,400 30,200 11,000 36,100 17,600 33,700 18,800 34,100 16,000 39,200 13,600 34,869 17,173 42,800 6,810 34,100 19,900 24,600 41,000 3,110 59,700 33,400 14,800 35,800 14,500 31,854 25,082 44,976 7,358 32,000 23,800 33,890 17,170 32,600 46,600 8,290 4,190 47,400 14,100 29,800 16,400 20,300 11,000 34,900 16,250 37,400 15,700 20,000 15,000 33,000 16,000 33,000 9,030 29,600 18,200 35,500 11,100 37,200 21,500 Sollwert 34,438 15,198 Rel. Soll-STD 17,77% 34,88% unt. Toleranzgr. 23,105 5,972 ober. Toleranzgr. 47,972 28,337

7 Zusammenfassung Labormittelwerte LÜRV B3 "Chlorophyll im Oberflächenwasser" 2008 Labor CHLORO PHAEO Probe: Probe C (niedriges Niveau) E: Zu-Score > 2 µg/l µg/l 22,200 9,420 23,900 7,250 24,400 5,910 26,500 15,000 16,700 11,400 11,100 11,400 19,500 17,500 25,900 < 1,000 24,100 10,000 32,000 3,200 17,900 8,510 18,900 12,600 17,200 14,000 23,400 7,950 23,100 8,470 23,759 10,353 23,900 5,540 22,600 13,800 15,500 22,900 11,800 35,000 20,600 9,170 22,000 7,700 19,554 16,393 27,433 4,537 24,900 7,380 21,090 11,150 17,200 28,100 5,030 2,660 27,000 5,200 17,700 11,500 6,000 3,700 21,000 9,800 22,200 10,800 13,000 9,000 21,100 8,030 21,100 5,910 17,000 13,100 22,600 8,660 21,000 12,800 Sollwert 20,799 9,696 Rel. Soll-STD 22,90% 35,00% unt. Toleranzgr. 12,133 3,793 ober. Toleranzgr. 31,691 18,113

8 Einzeldarstellung Probe: Probe A (hohes Niveau) Parameter: Chlorophyll a Anzahl Labore: 39 Sollwert: 78,222 µg/l (empirischer Wert) Rel.Soll STD: 20,27% (Limited) n: 49, ,862 µg/l ( Zu-Score < 2,00) Sollwert µg/l Labor 2007

9 Einzeldarstellung Probe: Probe B (mittleres Niveau) Parameter: Chlorophyll a Anzahl Labore: 39 Sollwert: 34,438 µg/l (empirischer Wert) Rel.Soll STD: 17,77% (Limited) n: 23,105-47,972 µg/l ( Zu-Score < 2,00) Sollwert µg/l Labor 2007

10 Einzeldarstellung Probe: Probe C (niedriges Niveau) Parameter: Chlorophyll a Anzahl Labore: 39 Sollwert: 20,799 µg/l (empirischer Wert) Rel.Soll STD: 22,90% (Limited) n: 12,133-31,691 µg/l ( Zu-Score < 2,00) 32, , ,5 Sollwert 20 µg/l 17, ,5 10 7,5 5 Labor 2007

11 Einzeldarstellung Probe: Probe A (hohes Niveau) Parameter: Phaeopigment Anzahl Labore: 38 Sollwert: 30,457 µg/l (empirischer Wert) Rel.Soll STD: 35,00% (Limited) n: 11,915-56,898 µg/l ( Zu-Score < 2,00) µg/l Sollwert <1,000 Labor 2007

12 Einzeldarstellung Probe: Probe B (mittleres Niveau) Parameter: Phaeopigment Anzahl Labore: 39 Sollwert: 15,198 µg/l (empirischer Wert) Rel.Soll STD: 34,88% (Limited) n: 5,972-28,337 µg/l ( Zu-Score < 2,00) µg/l Sollwert 10 0 Labor 2007

13 Einzeldarstellung Probe: Probe C (niedriges Niveau) Parameter: Phaeopigment Anzahl Labore: 38 Sollwert: 9,696 µg/l (empirischer Wert) Rel.Soll STD: 35,00% (Limited) n: 3,793-18,113 µg/l ( Zu-Score < 2,00) µg/l 15 Sollwert 10 5 Labor <1,