Einsatz radioaktiv markierter Verbindungen in der organischen Umweltchemie

Transkript

1 Einsatz radioaktiv markierter Verbindungen in der organischen Umweltchemie Dr. Dirk Löffler Bundesanstalt für Gewässerkunde - Referat Gewässerchemie 15. Chemisches Kolloquium 27. September 2006

2 Struktur: ragen an die organische Umweltchemie Radiotracer Methodik Messung der Radioaktivität Anwendungsbeispiele Zusammenfassung

3 ragen der organischen Umweltchemie Wie verhalten sich organische Substanzen in der Umwelt? Verteilungsverhalten (z.b. Sediment/Wasser) Abbauverhalten - Abbaubarkeit (Abbauwege, Abbaukinetik, Persistenz) - Bildung von Transformationsprodukten - Bildung nicht-extrahierbarer Rückstände

4 Radiotracer Methodik Prinzip Untersuchung von Prozessen mit Verbindungen deren Moleküle durch radioaktive Isotope markiert sind.

5 Radioaktive Markierung Herstellung der 14 C/ 3 H-markierten Verbindungen durch Radiosynthese Vorzugsweise 14 C-Markierung Ringmarkierung Seitenkettenmarkierung N I N H * * * * I * * I H N Bsp. Iopromid 14 C Bsp. Ibuprofen Vorteil: Markierung verbleibt lange konserviert Nachteil: Aufwendige Synthese Vorteil: Einsatz bei speziellen ragestellungen Nachteil: Schneller Verlust der Markierung

6 Radiotracer Methodik (RTM) Sehr geringe Hintergrundbelastung. Radioaktivität = Information die einer Ursprungsverbindung eindeutig zugeordnet werden kann und die damit die Verfolgung des Verbleibs einer Substanz in Umweltprozessen ermöglicht.

7 Leistungsfähigkeit der RTM Rückstandsanalytik Radiotracermethodik volatile Ausgangssubstanz bekannte volatile TPs Testsystem Luft Wasser unbekannte volatile TPs C (Mineralisierungsprodukt) 2 Ausgangssubstanz bekannte TPs unbekannte TPs Ausgangssubstanz Sediment bekannte TPs unbekannte TPs gebundene Rückstände - - Bilanzierbarkeit

8 Nachteile der RTM Aufwendig durch Strahlenschutzmaßnahmen Radioaktiver Abfall

9 Messung der Radioaktivität Messverfahren: Häufig lüssig-szintillationsmessung 1. Messung/Bilanz der Radioaktivität Sediment / Boden / Biota Natronkalk (C 2 -alle) Verbrennung Austreiben des 14 C 2 Sorption von 14 C 2 in Carbosorb Wasser Szintillationsmessung

10 Messung der Radioaktivität 1. Messung/Bilanz der Radioaktivität 2. Spezifizierung der Radioaktivität in den Kompartimenten Wasser Sediment / Boden / Biota Anreicherung / Clean-up Extraktion / Clean-up Chromatographie LC, TLC, GC Radiometrische Detektion

11 Anwendungsbeispiele

12 1. ate von Iopromid in W/S-Systemen Glaswolle Gasaustausch Natronkalk Glaswolle Luft Wasser Sediment C 2 -alle Experimentdauer: 100 d Probenahme nach: 0, ¼, 1, 2, 7, 14, 28, 56, 100 d Konzentration Testsubstanzen: µg/kg Testgefäß Adaptiert nach ECD 308

13 1. ate von Iopromid in W/S-Systemen 14 C-Iopromid 14 C-Iopromid Radioaktivität Wasserkompartiment in den Kompartimenten HN I I * I NH N C/C 0 [%] C/C 0 [%] Radioaktivität im Wasser Total Iopromid TP A TP B Relativer Konzentration TP Can Radioaktivität in Wasser TP D Sediment Kalkfallen allen Kompartimenten Iopromid Röntgenkontrastmittel Versuchslaufzeit [d] [d] Löffler et al., 2005, ES&T

14 2.Verlagerungsverhalten von Iopromid in Böden HN I * NH I I N Iodiertes Kontrastmittel Sehr polar (log K W = -2.33) 14 C-Ringmarkierung ppel et al., 2004, Sci. Tot. Env. Bodensäulen in einer Leaching- Studie. Sektionierbare Glasssäulen (350 mm lang, 50 mm I.D.)

15 2.Verlagerungsverhalten von Iopromid Radioaktivität im Boden und im Leachat (Sickerwasser) EuroSoil 5 LUA 2.2 Recovery 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Recovery 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Soil depth [cm] Soil depth [cm] Leachate Leachate

16 2.Verlagerungsverhalten von Iopromid Zusammensetzung der Radioaktivität in den Leachaten (Mittelwert von 2 Bodensäulen) LUA 2.2 EuroSoil 5 Iopromid - 85 ± 9% Metabolit 1 63 ± 2% 15 ± 9% Metabolit 2 23 ± 1% - Metabolit 3 14 ± 3% - Summe 100% 100%

17 3. Abbau von 14 C-8:2-T in aeroben Belebtschlammsystemen Perfluortelomeralkohol Produktion weltweit (~ 5000 Tonnen) 14 C Beschichtungen (Wasser- und ettabstoßend) Synthesevorstufe, Polymerzusätze, uvm.

18 3. Abbau von 14 C-8:2-T in aeroben Belebtschlammsystemen Wang et al., 2005, ES&T

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20 Zusammenfassung wertvolle Methodik für die Aufklärung von Umweltprozessen erlaubt Bilanzierung des Verbleibs von Substanzen sehr empfindlich sehr geringe Backgroundproblematik zielführend bei der Identifizierung von Transformationsprodukten Ergänzung zur Rückstandsanalytik (v.a. Massenspektrometrie)

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr. Dirk Löffler Referat Gewässerchemie Bundesanstalt für Gewässerkunde Am Mainzer Tor Koblenz Tel.: 0261/ , ax: 0261/ Loeffler@bafg.de