Die Überwachung von Chemikalien in Gewässern ist angesichts der zunehmenden Vielzahl herausfordernd. Insbesondere für die frühzeitige Aufdeckung von Belastungen sind zuverlässige innovative Methoden notwendig. Basierend auf den bisherigen Arbeiten der Bundesanstalt für Gewässerkunde wurde in diesem Projekt der Einsatz der Non-Target-Methodik mit Hilfe der hochauflösenden Massenspektrometrie für die Messung von Oberflächenwasserproben weiterentwickelt. Für Probenahme, Messung, Qualitätssicherung und Auswertung der großen Datensätze wurden praktische Empfehlungen abgeleitet und an zwei Messstellen der Bundeswasserstraßen erprobt. Mit der optimierten Methode gekoppelt mit einer Flüssigchromatographie können in Wasserproben mehr als 800 Verdachtsstoffe detektiert (Screening) und mit Hilfe von Auswertealgorithmen neue bisher unbekannte Spurenstoffe identifiziert werden. Dadurch ist es möglich, schneller und umfassender als mit der bisherigen Einzelstoffanalytik die zeitliche Dynamik, das Muster von Einträgen in Gewässer und deren Quellen zu identifizieren. Das NTS bietet daher für die chemische Gewässerüberwachung viele Anwendungsmöglichkeiten, besonders für die Priorisierung von umwelt- und gesundheitsrelevanten Chemikalien und die Identifizierung bisher nicht bekannter Umweltkontaminanten. Veröffentlicht in Texte | 144/2021.
Moos, Rebecca K.; Koch, Holger M.; Angerer, Jürgen; Apel, Petra; Schröter-Kermani, Christa; Brüning, Thomas; Kolossa-Gehring, Marike International Journal of Hygiene and Environmental Health 218 (2015), 7, 666-674 Parabens are widely used as antimicrobial preservatives in personal care and consumer products, food and pharmaceuticals. Due to their ubiquity, humans are constantly exposed to these chemicals. We assessed exposure to nine parabens (methyl-, ethyl-, n- and iso-propyl-, n- and iso-butyl-, benzyl-, pentyl- and heptyl paraben) in the German population from 1995 to 2012 based on 660 24 h urine samples from the German Environmental Specimen Bank (ESB) using on-line HPLC coupled to isotope dilution tandem mass spectrometry. The limit of quantification (LOQ) was 0.5 μg/L for all parabens. We detected methyl-, ethyl- and n-propyl paraben in 79–99% of samples, followed by n-butyl paraben in 40% of samples. We infrequently detected iso-butyl-, iso-propyl- and benzyl paraben in 24%, 4% and 1.4% of samples, respectively. Urinary concentrations were highest for methyl paraben (median 39.8 μg/L; 95th percentile 319 μg/L) followed by n-propyl paraben (4.8 μg/L; 95th percentile 74.0 μg/L) and ethyl paraben (2.1 μg/L; 95th percentile 39.1 μg/L). Women had significantly higher urinary levels for all parabens than men, except for benzyl paraben. Samples from the ESB revealed that over the investigation period of nearly 20 years urinary paraben levels remained surprisingly constant; only methyl paraben had a significant increase, for both men and women. We found strong correlations between methyl- and n-propyl paraben and between n- and iso-butyl paraben. These results indicate that parabens are used in combination and arise from common sources of exposure. Urinary excretion factors are needed to extrapolate from individual urinary concentrations to actual doses. doi:10.1016/j.ijheh.2015.07.005 Verwandte Publikation: Daily intake and hazard index of parabens based upon 24 h urine samples of the German Environmental Specimen Bank from 1995 to 2012
Göckener, Bernd; Weber, Till; Rüdel, Heinz; Bücking, Mark; Kolossa-Gehring, Marike Environment International 145 (2020), Dezember 2020, 106123; online 17. September 2020 The findings of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in humans and the environment all over the world have raised concerns and public awareness for this group of man-made chemicals. In the last three decades, this led to different regulatory restrictions for specific PFAS as well as shifts in the production and usage of these substances. In this study, we analyzed the PFAS levels of 100 human blood plasma samples collected from 2009 to 2019 for the German Environmental Specimen Bank (ESB) to further elucidate the time course of exposure towards this substance group as shown by Schröter-Kermani et al., (2013) with samples from 1982 to 2010. A spectrum of 37 PFAS, including perfluorocarboxylic (PFCA) and –sulfonic acids (PFSA) as well as potential precursors and substitutes like ADONA, GenX or F-53B was analyzed by UHPLC coupled with high-resolution mass spectrometry. Validation was successful for 33 of the substances. The two legacy substances perfluorooctanoic acid (PFOA) and perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) were detected in every sample of the 2009–2019 dataset and showed the highest concentrations with ranges of 0.27–14.0 ng/mL and 1.21–14.1 ng/mL, respectively. A significant portion of total PFOS analytes was present as branched isomers (mean: 34 ± 7%). High detection frequencies of 95% and 82% were also found for perfluorohexane sulfonic acid (PFHxS) and perfluorononanoic acid (PFNA), respectively, but in lower concentrations (PFHxS: <LOQ – 4.62 ng/mL; PFNA: <LOQ – 3.66 ng/mL) than PFOA and PFOS. Besides other PFCA and PFSA only 8:2 fluorotelomer sulfonic acid (8:2 FtS) and N-methyl perfluorooctane sulfonamidoacetic acid were detected in very few samples. In combination with the previous results from 1982 to 2010, declining temporal trends were observed for all PFAS (PFOA, PFNA, PFHxS, and PFOS) frequently detected in the ESB samples. The results of this study indicate a decrease in human exposure to known PFAS in Germany over the last three decades and emphasize the importance of long-term human biomonitoring studies for investigating the effects of chemical regulation. doi: 10.1016/j.envint.2020.106123
Koch, Holger M.; Kolossa-Gehring, Marike; Schröter-Kermani, Christa; Angerer, Jürgen; Büring, Thomas Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology 22 (2012), November/December, 610-616 Human exposure to Bisphenol A (BPA) is omnipresent. Both the extent of the exposure and its toxicological relevance are controversially discussed. We aim to reliably determine and evaluate the extent of BPA body burden in the German population from 1995 to 2009 based on 600 24 h urine samples and corresponding plasma samples from the Environmental Specimen Bank. We determined total and unconjugated BPA in urine and plasma using on-line solid-phase extraction high-performance liquid chromatography coupled to isotope dilution tandem mass spectrometry with a limit of quantification (LOQ) of 0.1 μg/l. In the stored urines, total BPA was quantifiable in >96% (median: 1.49 μg/l; 95th percentile: 7.37 μg/l), whereas unconjugated BPA was quantifiable only in <15% of the samples. Total BPA concentrations decreased over time, but 24 h urine volumes increased. Therefore, daily intakes calculated from the 24 h urines remained rather constant at a median of 0.037 and a 95th percentile of 0.171 μg BPA/kg body weight/day. In 60 corresponding plasma samples, total BPA levels were generally below the LOQ of 0.1 μg/l and, if quantifiable, most BPA was unconjugated, thus hinting to external contamination. We see total BPA in urine as the most appropriate and robust marker for BPA exposure assessment (if controlled for BPA contamination). Unconjugated BPA in urine and unconjugated or total BPA in plasma where contamination or breakdown of the glucuronide cannot be ruled out are of no value for human exposure assessment. doi:10.1038/jes.2012.39
Schmidtkunz, Christoph; Küpper, Katja; Weber, Till; Leng, Gabriele; Kolossa-Gehring, Marike International Journal of Hygiene and Environmental Health 228 (2020), Juli 2020, 113541; online 5. Mai 2020 The antioxidant 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol (butylated hydroxytoluene, BHT) is used ubiquitously in food, cosmetics, pharmaceuticals, fuels, plastics, rubbers and many other products. Therefore, exposure of the general population to this substance is likely. We analyzed the BHT metabolite 3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzoic acid (“BHT acid”) in 24-h urine samples from the German Environmental Specimen Bank with the aim of gaining a better understanding of the internal burden of BHT in young nonspecifically exposed adults. The study population consisted of students between 20 and 29 years of age at the time of sampling, all from Halle/Saale in Central Germany. In total, 329 samples collected in the years 2000, 2004, 2008, 2012, 2015, and 2018 were measured by ultra high performance liquid chromatography–tandem mass spectrometry (UHPLC-MS/MS). BHT acid was detected above the limit of quantification (0.2 μg/L) in 98% of the samples. The median of the measured concentrations was 1.06 μg/L and 1.24 μg/g creatinine respectively, the median of the daily excretion was 1.76 μg/24 h and – additionally normalized for body weight – 26.8 ng/24 h × kg bw respectively. The corresponding 90th percentiles were 3.28 μg/L, 3.91 μg/g creatinine, 5.05 μg/24 h, and 81.9 ng/24 h × kg bw. Medians of creatinine-corrected values were slightly higher in women than in men, while the opposite situation was observed for the volume concentrations and the 24-h excretion values (not corrected for body weight). Values simultaneously normalized both for 24-h excretion and body weight did not exhibit any significant differences between males and females, probably indicating a virtually identical magnitude of exposure for both genders. The background exposure of the investigated population was found to be largely constant since the year 2000, with only weak temporal trends at most. Daily intakes were estimated from excretion values and found to be largely below the acceptable daily intake (ADI) of BHT at 0.25 mg/kg bw: our worst-case estimate is a daily BHT intake of approximately 0.1 mg/kg bw at the 95th percentile level. However, these intake assessments rely on very limited quantitative data regarding human metabolism of BHT. doi: 10.1016/j.ijheh.2020.113541
Wie die HELCOM-Expertengruppe für Meeressäugetiere (EG MAMA; portal.helcom.fi, 2021) feststellt, liegen nur begrenzte Informationen über das Vorkommen, die (Öko-)Toxizität und die potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen von Neuen Schadstoffen bei Meeressäugern vor. Neue Schadstoffe werden durch verschiedene anthropogene Aktivitäten in die Umwelt eingebracht, und einige dieser Stoffe haben das Potenzial, in Meeres-, Süßwasser- und/oder terrestrische Nahrungsnetze zu gelangen, wo sie sich anreichern können. Gegenwärtig fehlen häufig Informationen über die Exposition, und es besteht ein dringender Bedarf an ausreichenden Daten zum Vorkommen und die Auswirkungen, um CEC bewerten und gegebenenfalls Maßnahmen zur Risikominderung einleiten zu können. Ziel des Projekts war das Screening auf potenziell gefährliche Neue Schadstoffe in Meeressäugetieren aus der Ostsee unter Verwendung modernster analytischer Methoden für ein weitreichendes Ziel- und Verdachtsscreening. Zu diesem Zweck wurden 11 gepoolte Leber- und eine nicht gepoolte Muskelprobe von 11 Meeressäugern (Schweinswal (Phocoena phocoena), Gewöhnlicher Delphin (Delphinus delphis), Kegelrobbe (Halichoerus grypus), Seehund (Phoca vitulina)) von HELCOM-Vertragsparteien aus Deutschland, Schweden, Dänemark und Polen zur Verfügung gestellt. Die interessierenden Verunreinigungen wurden aus den gefriergetrockneten Matrizes mit Hilfe allgemeiner Extraktionsmethoden extrahiert, und die endgültigen Extrakte wurden sowohl mit Flüssig- als auch mit Gaschromatographie in Verbindung mit hochauflösender Massenspektrometrie (HRMS; LC-ESI-QToF und GC-APCI-QToF) analysiert. Die Proben wurden quantitativ auf das Vorhandensein von mehr als 2,500 organischen Schadstoffen untersucht, darunter Verbindungen verschiedener Klassen wie Arzneimittel, Kosmetika, Biozide, Pflanzenschutzmittel, illegale Drogen, Stimulanzien, Süßstoffe und Industriechemikalien (z. B. Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), Flammschutzmittel, Korrosionsinhibitoren, Weichmacher, Tenside) sowie deren Umwandlungsprodukte (TPs). Darüber hinaus wurde eine Methode zur Analyse von 23 Verbindungen entwickelt, die in Sprengstoffen enthalten sind, die in der Vergangenheit in die Ostsee verklappt wurden, wobei ein anderes Verfahren zur Probenvorbereitung verwendet wurde. Eine spezifische Ziel-Screeningmethode, die dieselbe Probenvorbereitung verwendet, wurde auch für 13 neue phosphororganische Flammschutzmittel (OPFR) und zwei Dechloran-plus-Verbindungen angewandt.Das Verdachtsscreening von 65.690 umweltrelevanten Substanzen aus der NORMAN-Stoffdatenbank wurde an allen HRMS-Rohchromatogrammen durchgeführt. Die Chromatogramme wurden auch in die NORMAN Digital Sample Freezing Platform (DSFP) hochgeladen und stehen somit für das retrospektive Screening von noch mehr Verbindungen zur Verfügung, sobald die Informationen für deren Screening verfügbar sind. Insgesamt wurden in den untersuchten Proben 47 Schadstoffe aus verschiedenen chemischen Klassen festgestellt. Bei den meisten der nachgewiesenen Verbindungen handelte es sich um PFAS, gefolgt von Pflanzenschutzmitteln und deren TP, Industriechemikalien und Arzneimitteln und deren TP. Die am häufigsten vorkommenden Verbindungen waren PCB 101, l-PFOS, Hexachlorbenzol und 4,4-DDE (TP von DDT), die in allen untersuchten Proben nachgewiesen wurden. Die gemessenen Konzentrationen der einzelnen Stoffe wurden mit den PNEC-Werten (Predicted No-Effect Concentration) für Meeresfische aus der NORMAN-Ökotoxikologie-Datenbank verglichen, und 33 Verbindungen überschritten diese ökotoxikologischen Schwellenwerte, was auf mögliche negative Auswirkungen auf die Gesundheit der betroffenen Meeressäuger hinweist. Keiner der untersuchten Sprengstoffe wurde in einer der Proben oberhalb seiner Nachweisgrenze nachgewiesen. Fünf OPFRs wurden in mindestens einer Probe nachgewiesen, wobei Tris(3-chlorpropyl)phosphat in zehn von 12 Proben vorhanden war. Das Verdachtsscreening ergab das Vorhandensein von weiteren 30 Substanzen in den untersuchten Proben und ermöglichte eine halbquantitative Schätzung ihrer Konzentrationen. Diese Verbindungen wurden dann nach demselben Verfahren wie beim breit angelegten Ziel-Screening priorisiert. Das Ergebnis war, dass die Industriechemikalien 12-Aminododecansäure und 1,3-Dimethyl-3-phenylbutylacetat an erster Stelle standen, gefolgt von dem UV-Filter Octinoxat. Die meisten der entdeckten Chemikalien waren in der ECHA-Datenbank registriert, was auf ihre jährliche Produktion in großen Mengen hindeutet. Quelle: Forschungsbericht
Pelagische und demersale Fischarten aus Nord-und Ostsee wurden mikroskopisch auf auffällige Partikel und durch Pyrolyse Gaschromatographie Massenspektrometrie auf insgesamt 9 Kunststoffe (Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET), Polymethymethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyurethan (PUR), Polyamid (PA)) qualitativ und quantitativ untersucht. Dies erfolgte nach enzymatisch, chemisch-oxidativer Aufarbeitung und in einigen Fällen einer Dichtetrennung. Im Mittel wurde in 69% der untersuchen Fischproben aus Nord- und Ostsee Mikroplastik <1mm (S-MP) nachgewiesen. Die Fische der Ostsee enthielten tendenziell häufiger S-MP und eine größere Vielfalt an Kunststoffarten. Mit Ausnahme von PP wurden alle Kunststoffarten (s.o.) nachgewiesen. Als solche erkennbare, größere Kunststoffpartikel (> 1mm) fehlten vollständig. Es gab keinen pauschalen Trend zwischen der Häufigkeit der S-MP-Aufnahme, den nachgewiesenen, einzelnen Kunststoffarten und dem pelagischen oder benthischen Habitat der jeweiligen Fischarten. Menge und Qualität von S-MP scheinen mit der Art und Qualität der Nahrungsaufnahme der einzelnen Spezies zu variieren. Das S-MP Vorkommen ist wahrscheinlich stärker von lokalen Strömungs- und Sedimentationsbedingungen und physikalischen Kräften abhängig als von der Dichte der Kunststoffe. Eine semi-quantitative Abschätzung ergibt für Fische der Ostsee S-MP-Gehalte unterhalb von 20 (mikro)g in denen der Nordsee unterhalb von 15 (mikro)g/Probe. Die Mengen einzelner Kunststoffarten liegen vielfach unterhalb des derzeitigen Kalibrierbereiches. Die im Rahmen dieser Pilot-Studie untersuchten Fischarten eignen sich grundsätzlich, als vergleichsweise leicht verfügbare Indikatororganismen, zur Erfassung der Belastung ihres Lebensraums mit Mikroplastik. Sie sind von lokaler Aussagekraft und bei Langzeitstudien ein Trendindikator für die MP-Belastung. Eine Einschätzung zum Belastungszustand von Nord-und Ostseefischen mit MP sowie der potentiellen Gefährdung des Menschen durch Verzehr von Fischen wird gegeben. Quelle: Forschungsbericht
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