HPLC-MS-MS (Flüssigchromatograph-hochauflösendes Massenspektrometer)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In folgenden Projekten des Instituts für Biologie V (Umweltforschung) wurde das Gerät eingesetzt: Metabolismus des 14C-markierten Herbizids Alachlor in verschiedenen Pflnazen und Pflanzenzellkulturen (BSc- und MSc-, Diplom-Arbeiten): Ziel war es, Unterschiede im Metabolitenmuster zu detektieren. Die Analytik erfolgte mit radioanalytischen Methoden, DC, HPLC, LC-MS, GC-MS. Insbesondere interessierten Glutathion- und Cystein-Konjugate von Alachlor, deren Strukturen mit dem LC-MS-Gerät bestätigt werden konnten. Schicksal des Insektizids Imidacloprid in einem natürlichen Bodenprofil (Doktor-Arbeit): Ziel war es, mögliche Wirkungen der Substanz auf Bodenorganismen in verschiedener Tiefe festzustellen. Hierfür war es entscheidend, welcher tatsächlichen Konzentration die Organismen ausgesetzt waren. Es wurden so ungestörte Bodenlysimeter unter Freilandbedingungen mit Imidacloprid behandelt. Nach unterschiedlichen Inkubationszeiten wurden Proben aus unterschiedlichen Bodentiefen auf Rückstände des Insektizids mit dem LC-MS-Gerät analysiert; bei den tieferen Schichten geschah dies im Spurenbereich. Schicksal des 14C-markierten Fungizids Metalaxyl in Böden und Wasser-Sediment Systemen (Diplom-, Doktorarbeiten): Ziel war es jeweils, die Metabolitenmuster (extrahierbare und nicht-extrahierbare Rückstände) in den verschiedenen Kompartimenten und Größenfraktionen (Ton, Schluff, Sand) aufzuzeigen. Nach radioanalytischen Methoden wurde so das LC-MS-Gerät für die Analytik der Proben einsetzt. Neben Metalaxyl und dem primären Metaboliten Metalaxyl-Säure konnte ein weiteres Transformationsprodukt des Fungizids über seine Masse identifiziert werden Die Arbeiten waren eingebunden in das DFG-Schwerpunktprogramm ‚Biogeochemical Interfaces in Soil‘ sowie das BMBF-finanzierte Yangtse-Projekt (Nachhaltige Bewirtschaftung des neu geschaffenen Ökosystems am Drei-Schluchten-Staudamm). Verhalten des 14C-markierten Herbizids Propanil und seines primären Metaboliten 3,4-Dichloranilin in Wasser-Sediment-Systemen (MSc-Arbeiten): Ziel war es, das Schicksal des im Reis eingesetzten Herbizids Propanil und seines Metaboliten 3,4-Dichloranilin (3,4-DCA) in Sediment-Wasser-Systemen zu studieren. Die Arbeiten waren eingebunden in das BMBF „Yangtse“ Projekt und wurden mit Sediment und Wasser aus Reis-Anbaugebieten (China, Italien) durchgeführt. 3,4-DCA ist ein prioritärer Schadstoff, der in Anteilen im Boden zu einem Azo-Dimer (Tetrachlorazobenzol = TCAB) umgewandelt wird. Sowohl 3,4-DCA und TCAB konnten in den Ansätzen über ihre Masse nachgewiesen werden. Daneben wurde das Acetanilid von 3,4- DCA detektiert, möglicherweise ein Aufarbeitungsartefakt. Das LC-MS-Gerät ermöglichte hierbei die Identifizierung der entstandenen Metaboliten. Metabolismus des Herbizids Propanil in Pflanzen aus dem Überschwemmungsgebiet des Yangtze-Dreischluchten-Staudamms (Doktorarbeit): Ebenfalls im Rahmen des Yangtse-Projekts wurden die Aufnahme und Metabolismus des 14C-markierten Herbizids in bestimmten Pflanzen, teilweise ihren Zellkulturen untersucht. Ziel war es, Pflanzen zu finden, die möglicherweise im Bereich des Staudamms zur Phytoremediation eingesetzt werden können; Propanil war Modellverbindung. Für die Analytik der im Pflanzengewebe gebildeten Metaboliten wurde und wird das LC-MS-Gerät verwendet. Metabolismus des 14C-markierten Herbizids Chlortoluron in Herbizid-toleranten/-empfindlichen bzw. Herbizid-resistenten Pflanzen (BSc-, Diplom-, Master-Arbeiten): Ziel war es, unterschiedliche Metabolitenmuster herauszuarbeiten und diese mit der Toleranz (Weizensorten) und Resistenz (Ackefuchsschwanz) zu korrelieren. Einige Metaboliten wurden als Referenzsubstanzen für die Analytik synthetisiert. Durch Nutzung von radioanalytischen Methoden und des LC-MS-Geräts gelang es ein breites Spektrum an Metaboliten über ihre jeweiligen Massen strukturell aufzuklären. Tierarzneimittelrückstände in Böden (Doktorarbeit): Im Rahmen der DFG-Forschergruppe wurden Veterinär-Antibiotika (14C-markiertes Sulfadiazin, Difloxacin) an Tiere appliziert und die resultierenden Rückstände in Gülle auf ihr Verhalten im Boden hin studiert. Ziel war, eine Risikoabschätzung für die Tierarzneimittel zu unterstützen. Neben radioanlytischen Methoden wurde das LC-MS-Gerät zur Identifizierung von Metaboliten eingesetzt; bei Sulfadiazin handelte es sich um 4-Hydroxysulfadiazin. Darüber hinaus konnte analog gezeigt werden, dass ein Teil der nicht-extrahierbaren Rückstände in Fulvinsäuren aus freiem Sulfadiazin und 4-Hydroxysulfadiazin bestanden, diese also möglicherweise noch bioverfügbar werden können. Toxizität von markiertem Triclocarban für Daphnien in Anwesenheit von TiO2-Nanopartikeln (Doktorarbeit): Ziel war die genaue Bestimmung der Konzentration (Spurenbereich) an Triclocarban, um Aussagen über die Toxizität der Substanz zu erhalten. Hierbei wurde auch der Einfluss von Sonnenlicht studiert. Die Analytik erfolgte mit dem LC-MS-Gerät.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2011): Characterization of non-extractable 14C- and 13C-sulfadiazine residues in soil including simultaneous amendment of pig manure. J. Environ. Sci. Health B 46, 137-149
Junge T, Meyer KC, Ciecielski K, Adams A, Schäffer A, Schmidt B
- (2011): Distribution, fate and formation of non-extractable residues of a nonylphenol isomer in soil with special emphasis on soil derived organo-clay complexes. J. Environ. Sci. Health, Part B 46, 394-403
Riefer P, Klausmeyer T, Schäffer A, Schwarzbauer J, Schmidt B
- (2011): First evidence for a stereoselective incorporation of nonylphenol diastereomers in soil derived organo-clay complexes. Environ. Chem. Lett. 9, 293-299
Riefer P, Schwarzbauer J, Klausmeyer T, Schäffer A, Schmidt B
- (2011): Formation and Fate of “Bound” Residues from Biomass and CO2 during the Biodegradation of 2,4-D in Soil. Environ. Sci. Technol. 45, 999-1006
Nowak KM, Miltner A, Gehre M, Schäffer A, Kästner M
- (2011): Rapid short term distribution of a nonylphenol isomer and the herbicide MCPA in soil derived organo-clay complexes. Environ. Chem. Lett. 9, 411-415
Riefer P, Klausmeyer T, Schwarzbauer J, Schäffer A, Schmidt B, Corvini PFX
- (2012): Fate of the veterinary antibiotic 14C-Difloxacin in soil including simultaneous amendment of pig manure with the focus on non-extractable residues. J. Environ. Sci. Health B 47, 858-868
Junge T, Classen N, Schaffer A, Schmidt B
- (2013) Carbon Dioxide as a C1 Building Block for the Formation of Carboxylic Acids by Formal Catalytic Hydrocarboxylation. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 1 - 6
Ostapowicz TG, Schmitz M, Krystof M, Klankermayer J, and Leitner W
- (2013): Contribution of microorganisms to non-extractable residue formation during biodegradation of ibuprofen in soil. Science of the Total Environment 445-446 (2013) 377-384
Nowak K, Girardi C, Miltner A, Gehre M, Schäffer A, Kästner M
- (2013): Incorporation mode of a branched nonylphenol isomer in soil derived organo-clay complexes during a 180-d incubation. Environm. Sci. Technol. 47, 7155-7162
Riefer P, Klausmeyer T, Adams A, Schmidt B, Schaeffer A, Schwarzbauer J
- (2014): A correlation between the fate and non-extractable residue formation of 14C-metalaxyl and enzymatic activities in soil. Journal of Environmental Science and Health, Part B
Pesticides, Food Contaminants, and Agricultural Wastes
Volume 49, 2014 - Issue 2, P. 69-78
Botterweck J, Claßen D, Zegarski T, Gottfroh C, Kalathoor R, Schäffer A, Schwarzbauer J, Schmidt B
(Siehe online unter https://doi.org/10.1080/03601234.2014.844600)
