Eintrag von Duftstoffen aus Wasch-, Reinigungs

266 Pages·2014·9.09 MB·German

Eintrag von Duftstoffen aus Wasch-,
Reinigungs- und Desinfektionsmitteln aus
Einrichtungen des Gesundheitssystems in das
kommunale Abwasser und deren Verbleib
Inauguraldissertation
zur Erlangung des Doktorgrades
der Fakult¨at fu¨r Nachhaltigkeit
der Leuphana Universit¨at Lu¨neburg
vorgelegt von
Richard Bolek
aus Biberach/Riß
2013
.
Vorsitzende der Promotionskommmission: Prof. Dr. Brigitte Urban
Gutachterausschuss:
Betreuer: Prof. Dr. Klaus Ku¨mmerer
Gutachter: Prof. Dr. Alexandra-Maria Klein
Gutachter: Prof. Dr. Ralf Ebinghaus
Datum der Promotion: 18.12.2013
I
Considerate la vostra semenaza:
fatti non foste a viver come bruti,
ma per seguir virtute e canoscenza.
Bedenkt den Samen, den ihr in euch tragt:
Geschaffen wart ihr nicht, damit ihr lebet wie die Tiere,
vielmehr um Tugend und Erkenntnis anzustreben.
Dante Alighieri, Die G¨ottliche Kom¨odie, Gesang XXVI, Ll. 117-120
II
Danksagung
Kein Mensch ist eine Insel und so haben viele mich unterstu¨tzt, diese Arbeit
zu vollenden. Zuerst meine Lehrer an der Universit¨at Ulm, hier vor allem Prof.
T. Welsch, der in mir die Liebe zur analytischen Chemie startete, und Prof.
M. Ayasse, der mich fu¨r das Thema der chemischen Kommunikation interes-
sierte. Dann natu¨rlich Frau Prof. U. Klaschka, der ich das Thema verdanke.
Meinen Doktorv¨atern, Prof. K. Ku¨mmerer und Prof. M. Jung sowie meinem
Vertrauensdozenten Prof. J. Huss fu¨r die anregenden Diskussionen. Mein Dank
gilt auch den Kollegen aus Freiburg und Lu¨neburg fu¨r die Zusammenarbeit im
Labor und die Absacker am Abend.
Schließlich m¨ochte ich noch meiner Familie fu¨r die Unterstu¨tzung und die
Geduld danken, insbesondere natu¨rlich meiner Frau fu¨r die vielen Abende und
Wochenenden.
Allen gilt mein herzlichster Dank, ohne euch h¨atte ich es nicht geschafft.
III

Zusammenfassung
Neben optischen und akustischen Reizen werden verschiedenste Chemikalien fu¨r
den Austausch von Informationen zwischen Lebewesen benutzt. Sie signalisieren
Nahrungsquellen, Geschlechtspartner, Konkurrenten, Feinde und vieles mehr.
Chemikalien, die fu¨r den Austausch von Informationen benutzt werden, wer-
den als Botenstoffe, englisch Infochemicals, bezeichnet. Die Eigenschaft einer
Substanz, als Botenstoff zu wirken, wird als Infochemical Effect“ bezeichnet.
”
Zu diesen Botenstoffen geh¨oren auch viele Substanzen, die als Duftstoffe in
Produkten des t¨aglichen Bedarfs eingesetzt werden. Viele Produkte zur Des-
infektion, Reinigung und K¨orperpflege enthalten Duftstoffe, um unangenehme
Geru¨che zu maskieren und das Ergebnis zu unterstreichen. Der u¨berwiegende
Teil dieser Stoffe gelangt, wenn sie bestimmungsgem¨aß angewendet werden, ins
Abwasser. Wenn sie nicht durch die Abwasserbehandlung mineralisiert werden,
k¨onnen sie in die aquatische Umwelt gelangen, als Botenstoffe Organismen er-
reichen und diese zu falschen Reaktionen veranlassen. Diese St¨orung wird als
anthropogenic Infochemical Effect“ bezeichnet.
”
¨
Uber einen Zeitraum von drei Jahren wurde fu¨r das Universit¨atsklinikum
Freiburg (UKF) und die Friedrich-Husemann-Klinik (FHK) der Einkauf von
Duftstoffen aus Wasch-, Reinigungs- und Desinfektionsmitteln bilanziert. Aus-
gew¨ahlte, am UKF verwendete Produkte wurden mit Festphasen-Mikroextraktion
(Solid Phase Micro Extraction) (SPME), Gaschromatographie gekoppelt mit
Flammenionisationsdetektor (GC-FID) und Gaschromatograph gekoppelt mit
Massenspektrometer (GC-MS) auf die in ihnen enthaltenen Duftstoffe unter-
sucht. Die gefundenen Duftstoffe wurden auf ihre biologische Abbaubarkeit
und ihr Verhalten bei UV-Bestrahlung untersucht. Zus¨atzlich wurden die be-
rechnete regionale Umweltkonzentration (Predicted Environmental Concentra-
tion) (PEC ) und, soweit Daten zur Toxizit¨at vorlagen, auch der Risiko-
regional
quotient (Risk Characterization Ratio) (RCR) berechnet.
Fu¨r das UKF war der Verbrauch pro Bett und Tag und die Abwasserkon-
zentration h¨oher als an der FHK. Die Duftstoffe wurden bei beiden Klini-
V
ken u¨ber dieselben Produktgruppen eingetragen. Die Daten aus der Bilan-
zierung mit EUSES dagegen ergab fu¨r die meisten untersuchten Substanzen
eine wesentlich geringere Umweltkonzentration. Keiner der Duftstoffe erreich-
te einen RCR u¨ber eins. In den Abbautests nach Norm 301D und 301F der
Gemeinschaft fu¨r wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (Organi-
sation for Economic Co-operation and Developement) (OECD) erwiesen sich
einige Duftstoffe als nicht leicht biologisch abbaubar. Fu¨r den Duftstoff 2-(-
4-tert-Butylbenzyl)propionaldehyd konnten verschiedene Transformationspro-
dukte gefunden werden. Zwei dieser Transformationsprodukte konnten identifi-
ziert und entsprechende Standards synthetisiert werden. Die Modellierung toxi-
scher Effekte durch Programme, die quantitative Struktur-Wirkungs-Beziehung
(Quantitative Structure-Activity Relationship) (QSAR) Berechnungen verwen-
den ergab, dass die Transformationsprodukte h¨ohere Aktivit¨aten als die Ur-
sprungssubstanz besitzen. Fu¨r einige der untersuchten Substanzen wurden Wirk-
schwellen fu¨r einen Infochemical Effect ermittelt. Keiner der Duftstoffe erreichte
mit seinem PEC diese Wirkschwelle. Ein anthropogener Infochemical Ef-
regional
fect kann aber nicht ausgeschlossen werden, da Daten zu Wirkschwellen nur fu¨r
einzelne Organismen gefunden werden konnten.
VI
Abstract
Besides optic and acustic stimuli, information exchange between organisms of-
ten takes place through chemicals. These chemicals mark food sources, mating
partners, enemies and much more. Chemicals, which are used for the exchange
of information, are called infochemicals. The property of the chemical is called
infochemical effect.
Many of the chemicals used as scents in products for cleansing, disinfection
and personal care are also infochemicals. These scents are added into the pro-
ducts, in order to mask unwanted scents or enhance the result. Most of these
products are introduced into the sewage system after proper usage. If these
substances are not mineralized completely, they might end up in the aquatic
environment and disturb information exchange in the environment. This effect
is called the anthropogenic infochemical effect.
For two hospitals, data from the purchasing department regarding disinfecti-
on, cleansing and personal care products was analyzed regarding scents. Con-
centrations of scents in selected products were analyzed using solid phase micro
extraction. Additionally, regional environmental concentrations and risk cha-
racterization ratios were calculated using EUSES. Found scents were tested for
readily biodegradability and photolysis. Toxicity of transformation products
were calculated using QSAR.
For the two investigated hospitals, calculated concentration of scents in the
sewage was higher for the bigger hospital. Scents were introduced into the hos-
pitals through the same product categories. Half of the scents did not pass the
criteria for readily biodegradability. For three transformation products of 2(-4-
tert-Butylbenzyl)propionaldehyde, structures could be proposed and for two of
these, structures could be validated synthesizing standards. Risk characteriza-
tion ratios indicated no acute risk, but QSAR calculations predicted increased
toxicity of the transformation products compared to parent compound. For no
scent an acute anthropogenic infochemical effect could be found. Nevertheless,
due to the scarce data regarding concentration for an infochemical effect, it
VII
cannot be excluded.
VIII
Ergebnisse dieser Arbeit wurden in folgenden Medien ver¨offentlicht:
Poster auf der Internationalen Konferenz Xenowac 11.03.2009 bis 13.03.2009
Phaphos/Zypern
Buchkapitel: Bolek, Ku¨mmerer; 2010; Fate and Effects of Little Investigated
Scents in the Aquatic Environment; pp. 87-100; Xenobiotics in the Urban Water
Cycle; Editoren: Fatta-Kassinos, Bester, Ku¨mmerer; Springer, Heidelberg
Vortrag auf der EuCheMS in Nu¨rnberg 2010; Scents in Products of Everyday
Use - Determination of Degradability and Dead End Transformation Products
in the Aquatic Environment by Solid Phase Microextraction and LC-MS/MS
Diese Arbeit wurde gef¨ordert durch:
Franz-Daschner-Stipendium der viamedica Stiftung (2007 bis 2008)
Mittel des Bundesministeriums fu¨r Bildung und Forschung durch ein Promoti-
onsstipendium der Friedrich-Naumann-Stiftung fu¨r die Freiheit (2009 bis 2010)
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