Der Bericht stellt Ergebnisse der Deutschen Umweltstudie zur Gesundheit 2014–2017 (GerES V) zur Schadstoffbelastung der Innenraumluft bei Kindern und Jugendlichen vor. Repräsentativ ausgewählte Haushalte wurden auf flüchtige organische Verbindungen ( VOC ), Aldehyde, sowie ultrafeiner Partikel in der Innenraumluft untersucht. Ein Vergleich mit toxikologisch abgeleiteten Innenraumrichtwerten ermöglicht eine gesundheitliche Einordnung der Messwerte. Der Bericht liefert Aussagen zu den vermuteten Ursachen der Schadstoffe sowie Ungleichheiten der Belastung in Abhängigkeit von Geschlecht, Wohnumständen und sozioökonomischen Faktoren. Die Daten dieser Studie stellen einen Referenzdatensatz zur Grundbelastung der Innenraumluft im Wohnumfeld in Deutschland dar. Veröffentlicht in Umwelt & Gesundheit | 01/2025.
Die Auswirkungen von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) auf die Luftqualität und damit auf die Gesundheit der Menschen auf lokaler oder regionaler Skala sind direkt offenkundig durch die schädlichen Effekte auf die Lebenswelt. Noch bedeutender ist die kritische Rolle, die VOC in chemischen Prozessen der Atmosphäre einnehmen. Die Bildung vieler sekundärer organischer Schadstoffe in der Atmosphäre wie Ozon, Peroxide, Aldehyde, Peroxyacetylnitrate und sekundäre organische Aerosole hängt entscheidend von der Verfügbarkeit der VOC und ihrer Vorläufersubstanzen ab. Wir planen die Messung von Isotopenverhältnissen und Konzentrationen spezifischer VOC in der Abluft großer Ballungszentren (MPC) in Europa und Asien durch Einsatz des Luftprobensammlers MIRAH auf den HALO-Missionen EMeRGe-EU und EMeRGe-Asia. Die Luftproben werden im Labor mittels Gaschromatographie-Verbrennungs-Isotopen-Massenspektrometrie analysiert. Isotopenverhältnisse in VOC sind wertvolle Indikatoren zur Untersuchung von Reaktionen, die derzeitigen Messverfahren nicht direkt zugänglich sind. Transport- und Mischungsprozesse in der Atmosphäre können damit visualisiert werden, wertvolle Information über dominante Prozesse, an denen VOC beteiligt sind, gewonnen werden. Bereits in den letzten HALO-Missionen, TACTS/ESMVal und den beiden OMO-Missionen, konnten wir zeigen, dass die beantragte Messmethode ein sensitives Werkzeug ist, z.B. für Quellstudien von VOC, zur Ableitung von Transportwegen und deren Einfluss auf die Verteilung der VOC, zur Abschätzung des Mischungsgrads, der Unterscheidung zwischen dynamischen und chemischen Prozessen, als auch zur Untersuchung atmosphärischer Umwandlung und Verweilzeit spezifischer VOC. Die Wertstellung dieser Ergebnisse wird sogar noch gesteigert durch den Vergleich mit Ergebnissen aus 3-dimensionalen Chemie-Transport-Modellen. Die folgenden geplanten wissenschaftlichen Zielsetzungen betten sich in die übergreifenden Ziele von EMeRGe-EU and EMeRGe-ASIA: (1) Messung der Zusammensetzung der in Europa und Asien entspringenden Schadstofffahnen und Bestimmung des Beitrags bestimmter VOC an der Zusammensetzung der Atmosphäre; (2) Bestimmung der weitreichenden Luftverschmutzung sowie deren Einfluss auf die Verteilung bestimmter VOC; (3) Identifizierung möglicher Unterschiede im Transport und der Umwandlung von VOC, die mit besonderen einzigartigen Charakteristiken europäischer und asiatischer MPCs verbunden sind; (4) Identifizierung von Oxidations- und Zwischenprodukten des VOC-Abbaus; (5) Informationsgewinnung über Oxidationswege durch Messung von Vorläufer- und Oxidationsprodukten; (6) Altersbestimmung von Luftmassen in unterschiedlichen Stadien der Schadstofffahnen; (7) Gegenüberstellung photochemischer Prozessierung gegen Transport und Mischung; (8) Verbindung der Informationen aus Isotopenverhältnissen mit bestimmten regionalen meteorologischen Daten; (9) Bereitstellung der Messdaten für Chemietransportmodelle.
Aufbauend auf den Erfahrungen des Antragstellers auf dem Gebiet der mehrdimensionalen Gaschromatographie (GC) und der Luftanalytik wird eine Analysenmethode zur simultanen Bestimmung polarer und unpolarer flüchtiger Luftinhaltsstoffe (volatile organic compounds (VOC)) mittels zweidimensionaler GC entwickelt. Dazu werden Säulen unterschiedlicher Polarität für die Trennung der unpolaren und polaren Verbindungen getestet. Die aufgrund der ersten Untersuchungen ausgewählten Säulen werden seriell gekoppelt. Es wird eine GC-Methode entwickelt, mit deren Hilfe eine Ausschnittsdosierung der unpolaren Verbindungen auf die zweite Säule erfolgt. Weiterhin wird eine geeignete Strategie für die Probenahme entwickelt. Die Untersuchungen fokussieren sich dabei sowohl auf die adsorptive Anreicherung als auch auf die Probenahme mit Hilfe von Edelstahlkanistern. Es werden verschiedene Adsorbentien getestet und charakterisiert. Bei der Probenahme in Kanistern wird die Stabilität der polaren Verbindungen (Aldehyde, Ketone, Alkohole) im Kanister und der vollständige Probentransfer der Analyten in das Analysensystem untersucht. Zur Validierung der entwickelten gaschromatographischen Methode und zur Validierung der jeweiligen Probenahmestrategie werden Feldexperimente durchgeführt.
Aufbau einer Trennungs- und Nachweisprozedur, die die Charakterisierung der Verbindungen erlaubt; Untersuchung der Derivatisierung, der Stabilitaet der Derivate und der Trennung auf einem isokratischen und einem Gradienten-HPLC-System; Einfluss der Kettenverlaengerung auf die Parameter, die die Trennung beschreiben.
Die breite Verfügbarkeit des Naturstoffs Pektin in Deutschland mit vielfältigen positiven Eigenschaften (Wasserlöslichkeit, Biokompatibilität, Bioabbaubarkeit) und der breiten öffentlichen Akzeptanz gepaart mit einem enormen, bisher ungenutzten Potential zur Entwicklung von biobasierten Produkten und Materialien sind Ausgangspunkt für die geplanten Untersuchungen. Die aus Pektin gut zugängliche Plattformverbindung Pektinhydrazid weißt interessante Reaktivitäten auf, die es erlauben eine praktisch unüberschaubare Zahl von funktionellen Gruppen in das Pektin einzuführen, wobei vor allem natürlich vorkommenden Aldehyde und Ketone im Mittelpunkt des Interesses stehen. Damit ist auch eine breite Palette von Funktionspolymeren und Materialien zugänglich, im Vordergrund stehen Tenside und Emulgatoren für die Kosmetik und die Waschmittelindustrie, um Stoffe auf der Basis von synthetischen Polymeren zu ersetzen. Hier wird ein Beitrag zur Vermeidung von Mikroplastik und/oder der Wasserverschmutzung durch wasserlösliche Polyacrylate geleistet. Weiterführend sollen für den medizinischen Sektor funktionalisierte, vernetzte Materialien hergestellt und auf ihre Einsatzfähigkeit hin untersucht werden. Gleichzeitig sollen die biologisch relevanten Eigenschaften (Biokompatibilität sowie Bioabbaubarkeit) auf gezielte Anwendungen hin maßgeschneidert werden. Hier sollen besonders vernetzte Pektinhydrazidderivate zur Blutreinigung, speziell zur Entfernung von gesundheitsschädlichen, carbonylierten Proteinen, untersucht werden. Weiter sind funktionalisierte Pektinmaterialien als Wundauflagen, die einem Infektionsschutz dienen und keine allergenen Reaktionen auslösen, attraktive Verwendungszwecke dieser neuen intensiv zu erforschenden Materialgruppe.
Entwicklung eines Frueherkennungssystems, anhand dessen das Risikopotential bei Vermeidung, Verminderung, Verwertung und Beseitigung von Abfaellen ermittelt werden kann. Identifizierung von Schwelgasen, getrennte Erfassung von halogenierten Kohlenwasserstoffen. Multisensorkopf zur Erfassung von krebserregenden Loesungsmitteln (Benzol etc.) in geringen Konzentrationen in Gemischen mit Ketonen, Alkoholen, Aldehyden etc. (Schnelltest, Verwendung neuronaler Netze).
Epidemiologische Untersuchungen belegen einen Zusammenhang zwischen Luftschadstoffbelastung und entzündlichen Erkrankungen der Atemwege. Einen besonderen Stellenwert hat in diesem Zusammenhang die Lösungsmittel- und Aldehyd-induzierte Rhinitis. Eigene Vorarbeiten haben gezeigt, dass auch niedrige Schadstoffdosen subklinische Schleimhautentzündungen verursachen können. Im Rahmen des Projektes werden mit Hilfe eines von unserer Arbeitsgruppe entwickelten in vitro Models Expositionen gegenüber arbeitsmedizinisch relevanten Schadgasen durchgeführt und die Synthese und Freisetzung von entzündungsrelevanten Zytokinen mittels ELISA-assays und quantitativer mRNA-Analytik untersucht. Wir konnten die Hochregulation verschiedener Zytokine nach Exposition mit hohen Gaskonzentrationen beobachten, was einen möglichen Wirkmechanismus nahe legt.
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