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Strategies for the screening and identification of organic trace substances in water with HPLC-QTOF-MS

Strategien für das Screening und die Identifizierung organischer Spurenstoffe in Wasser mittels HPLC-QTOF-MS

  • One of the consequences of the manifold uses of various organic substances in households, agriculture, and industry is that these can eventually end up in the aquatic environment. Each of these anthropogenic substances represents a potential harmful contamination for the different water resources. Therefore, a constant and comprehensive monitoring of organic trace substances in the resources used for drinking water treatment is essential to protect of the quality of drinking water. In addition to the commonly used target screening, the non-target screening with high performance liquid chromatography-mass spectrometry (HPLC-MS) has gained in importance in recent years and became a useful tool for the monitoring of organic trace substances in water This work describes new strategies for the screening and identification of unexpected or unknown organic trace substances in water. The approaches consider all compounds detectable by the used analytical method for further data evaluation. That is the fundamental meaning of non-target screening. However, focusing on relevant contaminants during the screening process is required as large numbers of substances are being detected for each sample. Consequently, a sample is not regarded as an isolated specimen, but rather evaluated in relation to a set of other samples based on considerations of their temporal, spatial, or process-related connections. The efficiency of the different developed strategies were demonstrated successfully for the identification of unknown contaminants in monitoring samples of different water resources as well as for the screening and structural elucidation of ozonation by-products of known contaminants (4- and 5-methyl-1H-benzotriazole) of the Danube water. In addition, to effectively support the identification of compounds, the concept of the DAIOS (Database-Assisted Identification of Organic Substances) was introduced. The new described strategies for the screening and identification of organic trace substances in water opens the possibilities of various other applications in environmental analysis, for example in the environmental remediation of contaminated sites, as well as for the evaluation of the process steps during drinking and waste water treatment.
  • Der vielfältige Einsatz von unterschiedlichen organischen Substanzen in Haushalt, Landwirtschaft und Industrie hat zur Folge, dass diese eventuell in die aquatische Umwelt gelangen. Jede dieser Substanzen stellt potentiell eine Gefährdung der verschiedenen Wasserressourcen dar. Deshalb ist zur Sicherung der Trinkwasserqualität eine ständige und umfassende Überwachung der Ressourcen, die für die Trinkwasseraufbereitung verwendet werden, auf diese organischen Spurenstoffe notwendig. Als Ergänzung zum weitverbreiteten Target-Screening gewinnt das Non-Target-Screening mittels HPLC-MS in den letzten Jahren zunehmend bei der Überwachung von für die Trinkwasserherstellung genützter Wasserressourcen an Bedeutung. Diese Arbeit beschreibt neue Strategien für das Screening und die Identifizierung unerwarteter oder unbekannter organischer Spurenstoffe in Wasser mittels HPLC-QTOF-MS. Dabei werden alle Komponenten bei der Datenauswertung berücksichtigt, die mittels der verwendeten Analysenmethode detektierbar sind. Dies entspricht der Grundidee des Non-Target-Screenings. Dabei ist während des Screenings aufgrund der hohen Anzahl an detektierten Substanzen pro Probe eine Fokussierung auf wenige relevante Kontaminanten zwingend notwendig. Deshalb wird eine Probe nicht isoliert betrachtet, sondern es erfolgt eine vergleichende Betrachtung von mehreren Proben mit einer räumlichen, zeitlichen oder prozessbezogenen Beziehung. Die Effizienz der entwickelten Strategien konnte sowohl bei der Identifizierung von unbekannten Substanzen in Grundwasserüberwachungsproben als auch bei der Ermittlung von Oxidationsnebenprodukten von bekannten Kontaminanten (4- and 5-Methyl-1H-benzotriazol) bei der Ozonierung von Donauwasser erfolgreich gezeigt werden. Außerdem wurde für eine effektivere Unterstützung der Identifizierung von Substanzen das Datenbankkonzept DAIOS (Database-Assisted Identification of Organic Substances) angewandt. Schlussendlich können die beschriebenen neuen Strategien für das Screening und die Identifizierung organischer Spurenstoffe in Wasser für zahlreiche andere Anwendungsgebiete und Fragestellungen der Umweltanalytik, wie z.B. Überwachung von Altlastensanierung oder Prozessschritten der Trink- und Abwasseraufbereitung, eingesetzt werden.

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Metadaten
Author:Alexander Müller
URN:urn:nbn:de:gbv:luen4-opus-142315
URL: https://pub-data.leuphana.de/frontdoor/index/index/docId/617
Advisor:Wolfgang Ruck (Prof. Dr.)
Document Type:Doctoral Thesis
Language:Multiple languages
Year of Completion:2012
Date of Publication (online):2012/12/21
Publishing Institution:Leuphana Universität Lüneburg
Granting Institution:Leuphana Universität Lüneburg, Nachhaltigkeit
Date of final exam:2012/11/21
Release Date:2012/12/21
Tag:DAIOS; benzotriazole; identification; non-target-screening; water prification
GND Keyword:Screening; Wasseraufbereitung; Identifizierbarkeit; Benzotriazole; Rhodamin B
Institutes:Fak 3 - Umwelt und Technik (alt) / Nachhaltigkeitsmgmt./-ökologie
Dewey Decimal Classification:3 Sozialwissenschaften / 33 Wirtschaft / 333.7 Natürliche Ressourcen, Energie und Umwelt