LC-MS/MS
Final Report Abstract
Durch die Separation von belastetem Urin könnte die Emission von Pharmaka und iodierten Röntgenkontrastmittel in die aquatische Umwelt zumindest vermindert werden. Die Behandlung von z.B. separiertem Krankenhaus-Urin hat den Vorteil, dass das zu behandelnde Volumen sehr gering ist. Im Rahmen des Projektes „PharmaTreat“ wurde geprüft, ob die Behandlung mit elementarem Eisen hierzu geeignet ist. In der Endphase des Projektes wurde das neue LC-MS/MS eingesetzt um die entstehenden Transformationsprodukte zu detektieren um Strukturvorschläge erstellen zu können. Seit mehreren Jahren ist bekannt, dass natürlich gebildete organische Bromverbindungen saisonal in Berliner Oberflächengewässern detektiert werden können. Cyanobakterien bzw. Blaualgen sind hier maßgeblich beteiligt. Im Rahmen des DFG Projektes „Algenbürtige organische Bromverbindungen: Charakterisierung, Nachweis, Identifizierung und Bedeutung für das Trinkwasser“ wurden Algentoxine in Oberflächenwasserproben sowie in Algenkulturen quantifiziert. Des Weiteren wurden durch die selektive Detektion organischer Bromverbindungen unbekannte bromierte Verbindungen detektiert und durch nachfolgende LC-MS Analysen das Molekulargewicht sowie das Fragmentierungsmuster bestimmt. Die Transformation von organischen Verbindungen während der Bodenpassage hängt von zahlreichen Parametern ab. Eine bedeutende Rolle spielt hier das Redoxpotential. Um das Transformationsverhalten von Sulfamethoxazol eingehend zu untersuchen wurden unterschiedliche Bedingungen in Bodensäulen eingestellt. Dazu gehören u.a. unterschiedliche Redoxmilieus, unterschiedliche Kohlenstoffquellen sowie unterschiedliche Ausgangskonzentrationen des Analyten. Die Analytik des Sulfamethoxazols und seiner Metabolite erfolgt am neuen LC-MS/MS, teilweise nach online-Anreicherung. In einem weiteren Projekt, dass sich ausschließlich mit Carbamazepin beschäftigt wird die Transformation unter reduzierten Bedingungen (Fe-/Mn-Rücklösung) eingehend untersucht. Bisher ist unbekannt, ob die unter diesen Bedingungen mögliche Transformation biotisch und/oder abiotisch erfolgt. Die Quantifizierung des Carbamzepins sowie die Detektion von Transformationsprodukten erfolgt nach online Anreicherung mit dem neuen LC-MS/MS System. In Berlin sowie an vielen anderen urbanen Standorten wird für die Trinkwassergewinnung Uferfiltrat eingesetzt. Im Gegensatz zu Grundwasser handelt es sich bei Uferfiltrat um Oberflächenwasser welches nach einer Untergrundpassage aus ufernahen Brunnen gefördert wird. Neben klassischen Filtereigenschaften weist das Ufer als Filter auch eine hohe Dichte an verschiedenen Mikroorganismen auf. Aus Feldstudien geht hervor, dass die Reduktion bis hin zur vollständigen Entfernung von gelösten organischen Kohlenstoffe und zahlreichen Spurenstoffen auf mikrobielle Aktivität zurückzuführen ist. Die Abbau- bzw. Transformationsleistung wird dabei von zahlreichen Parametern wie Redoxbedingung, Temperatur oder zur Verfügung stehenden Substraten beeinflusst. Ein Substrat stellen dabei die Biopolymere dar, welche sich als eine Fraktion des gelösten organischen Kohlenstoffs überwiegend aus Proteinen und Polysacchariden zusammen setzten. Vorangegangene Arbeiten weisen auf einen Zusammenhang zwischen dem Abbau von Biopolymeren und einigen Spurenstoffen hin. Ähnlich der Biopolymere wird zum Beispiel das Röntgenkontrastmittel Iopromid als Vertreter der Spurenstoffe unmittelbar nach der Infiltration unabhängig von der Temperatur fast vollständig abgebaut bzw. transformiert. Detaillierte Kenntnisse über die im Ufer stattfindenden biologischen Prozesse liegen aber bisher nicht vor. Das neue LC-MS/MS wird des Weiteren in den Projekten ASKURIS und IST4R eingesetzt. Beide Projekte beschäftigen sich mit Verfahren für die 4. Reinigungsstufe von Kläranlagen (im Pilotmaßstab; weitergehende Abwasserbehandlung, Adsorption Aktivkohle). 15 Pharmazeutische Stoffe werden regelmäßig quantifiziert. Im Projekt OXOSAT soll die weitergehende Aufbereitung von gereinigtem Abwasser mit Verfahren der Oxidation mit Ozon und mit ozonbasierten erweiterten Oxidationsverfahren vor einer Versickerung untersucht werden. Dabei soll insbesondere i) die Entfernung ausgewählter Spurenstoffe bei der Oxidation, ii) die Bildung und biologische Entfernbarkeit von Metaboliten und Oxidationsnebenprodukten und iii) der Einfluss der Oxidation auf die Redoxbedingungen im Boden erforscht werden. Im Bereich der Lebensmittelchemie wurde auf mehreren verschiedenen Themen gearbeitet. Ein Thema war die Identifizierung von isolierten Verbindungen (Polyphenolen) durch typische Fragmente und die Ermittlung von Reaktionsprodukten aus der Fentonreaktion verschiedener Phenole (Aufklären des Reaktionsmechanismus und der Angriffsstellen am Molekül). Ein weiteres Thema war die Untersuchung von verschiedenen Glucosinolaten und deren Abbauprodukten. Als drittes Thema wurde die D-Galacturonsäure in der nicht-enzymatischen Bräunung verfolgt. Unbekannte Intermediate/Abbauprodukte wurden verifiziert (Formylpyrrol) und die Reinheit von isolierten Intermediaten/Abbauprodukten wurde bestimm. Außerdem wurden verschiedene Oxidationsreaktionen (enzymatisch, radikalisch, etc.) an Polyphenolen untersucht. Ein weiteres Thema war die Messung von gesättigten und ungesättigten Oligogalacturonsäuren um deren Veresterungs- sowie Polymerisationsgrad zu bestimmen. Prinzipiell wurden in allen Themenbereichen mit Hilfe der LC-MS positive Ergebnisse erzielt und der Kenntnisstand der aktuellen Forschungen verbessert. Gezielte Aufgabenstellungen konnten erfüllt werden und die Grundlagenforschung wurde vorangetrieben.
Publications
- Bedeutung von Langzeitstudien für die Untersuchung des Spurenstoffabbaus- Transformation von Sulfamethoxazol in der simulierten Bodenpassage. Vom Wasser, 2011,109(2), 5154
Baumgarten B., Jekel M.
- Long term laboratory column experiments to simulate bank filtration: factots controlling removal of sulfamethoxazol. Water Research, 2011,45(1), 211-220
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- Treatment of pharmaceuticals and diagnostic agents with zerovalent iron -kinetic studies and assessment of transformation product assay. Environmental Science & Technology, 2011,45(11), 4944-4950
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- Abbauverhalten von lopromid und Biopolymeren in Bodensäulen. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh. NeuUlm, 2012, S. 134-138. ISBN 978-3-936028-71-3
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- Abiotische Reduktion von Carbamazepin. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh. NeuUlm, 2012, S. 382-386. ISBN 978-3-936028-71-3
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- Characterization of products from the reaction of glucosinolate-derived isothiocyanates with cysteine and lysine derivatives formed in either model systems or broccoli sprouts. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2012; 60, 7735-7745
F. S. Hanschen, N. Brüggemann, A. Brodehl; I. Mewis; M. Schreiner; S. Rohn; L. W. Kroh
- Entfernung von Carbamazepin und seinen Transformationsprodukten durch die kombinierte Behandlung mit Ozon und Grundwasseranreicherung. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh. Neu-Ulm, 2012, S. 47-51. ISBN 978-3-936028-71-3
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- Mechanistische Untersuchungen zur aeroben Behandlung von Pharmaka mit nullwertigem Eisen, Fe0. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh. NeuUlm, 2012, S. 313-317. ISBN 978-3-936028-71-3
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- Natürlich gebildete organische Bromverbindungen: Charakterisierung und eine Abschätzung zum Verhalten bei der Trinkwasseraufbereitung. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh, NeuUlm, 2012, Seite 360-364. ISBN 978-3-936028-71-3
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- Optimized removal of dissolved organic carbon and trace organic contaminants during combined ozonation and artificial groundwater recharge. Water Research, Elsevier, 46 (2012), Nr. 18, S.6059-6068
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