Erfahrungen mit Passiv-Sampling Methoden für polare organische Spurenstoffe

Abstract

Auf Grund der Vorteile, die sie bieten, sind Passiv-Sampling-Verfahren für das Monitoring von organischen Spurenstoffen schon seit einigen Jahren von großem Interesse. Seit sich allerdings im Laufe der Forschung zu diesem Thema gezeigt hat, dass es nicht ohne weiteres möglich ist, die verschiedenen Methoden quantitativ miteinander zu vergleichen und deren Ergebnisse unter Verwendung der bekannten Parameter zu reproduzieren, wurden viele Versuche unternommen um einfachere Verfahren und bessere Berechnungsmodelle zu entwickeln, die eine Standardisierung von Passiv-Sampling-Verfahren möglich machen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der aktuelle Stand der Forschung aufgegriffen und eigene Versuche zu diesem Themengebiet durchgeführt. Der Fokus lag dabei auf der Analyse von polaren organischen Spurenstoffen. Zunächst wurden die Mechanismen untersucht, die bei der Adsorption von polaren Stoffen durch eine Sorbensphase zum Tragen kommen. Die draus resultierenden mathematischen Modelle wurden genutzt um die Ergebnisse aus den selbst durchgeführten Versuchen zu interpretieren. Für die Versuche wurden Passiv-Sampler der Firma ChemCatcher® mit SDB-RPS Sorbensdisks und PES-Diffusionsmembrane verwendet. Einerseits wurden mehrere Versuche im Labor durchgeführt um die Methode zu kalibrieren, andererseits wurde die Methode auch im Feld getestet und dort letztendlich in einer einmonatigen Kampagne, neben anderen Sampling-Methoden parallel eingesetzt, um alle Methoden miteinander vergleichen zu können. Die Referenzkonzentrationen wurden dabei aus Tagesmischproben gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Durchschnittsgewässerkonzentrationen, die mittels Passiv-Sampler bestimmt wurden, für manche Stoffe nahe am Referenzwert lagen (Carbamazepin 75%-98%, Benzotriazol 60%-85%). Andere Stoffe, wie Diclofenac zeigen, mit einem Verhältnis von 30%, dagegen schlechtere Übereinstimmungen mit den Mischprobenergebnissen. Einige Stoffe konnten nicht verglichen werden, da sowohl die Messwerte der Passiv-Sampler, als auch diejenigen der Referenzproben, unter der Bestimmungsgrenze lagen. Des Weiteren stellte sich heraus, dass die genaue Bestimmung der Sampling-Raten entscheidend für die Präzision der Methode ist. Aus der Auswertung mehrerer Kalibrationsversuche, lies sich ableiten, dass einzelnen Fällen große Unsicherheiten von bis zu Faktor 10 in den Sampling-Raten vorhanden waren.

Due to the advantages they offer, passive sampling techniques for the monitoring of organic trace substances have been of great interest for several years. However, since research on this topic has shown that it is not yet possible to quantitatively compare the different methods and to reproduce their results using the known parameters, many attempts have been made to simplify procedures and develop better computational models that make standardization of passive sampling possible. In the context of this work the current state of knowledge was observed and own experiments were conducted on this topic. The focus was on the analysis of polar organic trace substances. First, the mechanisms involved in the adsorption of polar substances by a sorbent phase were investigated. The resulting mathematical models were used to interpret the results of the self-conducted experiments. For the experiments, ChemCatcher® passive samplers with SDB-RPS sorbent discs and PES diffusion membranes were used. On the one hand, several experiments were carried out in the laboratory to calibrate the method; on the other hand, the method was also tested in the field and finally used in a one-month campaign, in parallel with other sampling methods to compare them. The reference concentrations were measured from daily mixed water samples. The results showed that the mean water concentrations determined by passive samplers were close to the reference value for some substances (carbamazepine 75% -98%, benzotriazole 60% -85%). Other substances, such as diclofenac, show worse matches with the mixed sample results, with a ratio of 30%. Some substances could not be compared because both the passive sampler and reference sample measurements were below the limits of detection. Furthermore, it has been found that the exact determination of the sampling rates is crucial for the precision of the method. From the evaluation of several calibration experiments, it could be deduced that in some cases large uncertainties of up to a factor of 10 were present in the sampling rates.