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333.7 Natürliche Ressourcen, Energie und Umwelt

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Author

  • Herrmann, Manuel (1)
  • Müller, Alexander (1)

Year of publication

  • 2012 (1)
  • 2016 (1)
  • 2017 (1)

Document Type

  • Doctoral Thesis (2)
  • ResearchPaper (1)

Language

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Wetterstationen (2017)
Die Arbeiten dieser Anthologie wurden im Rahmen von Wetterstationen, einem Projekt mit fünf internationalen Partnern, das vom Kulturprogramm der Europäischen Union gefördert wird, in Auftrag gegeben. Schriftsteller und Schüler an den fünf Standorten nahmen an dem Projekt teil und der vorliegende Band enthält eine Auswahl ihrer Arbeiten.
Neurologika in der aquatischen Umwelt: Identifizierung relevanter Arzneistoffe, ihr Verbleib und ihr Verhalten am Beispiel von Gabapentin und Quetiapin (2016)
Herrmann, Manuel
Verbräuche von Arzneistoffen, die auf das menschliche Nervensystem wirken (Neurologika), unterliegen aufgrund der auf dem Markt befindlichen Arzneistoffvielfalt einem ständigen Wandel. Zudem waren die Haupteintragspfade für Neurologika in die aquatische Umwelt bisher nicht eindeutig geklärt. Haushalte (diffuser Eintrag) und Einrichtungen des Gesundheitswesens (punktueller Eintrag), wie psychiatrische Fachkliniken oder Pflegeheime, wurden als maßgebliche Eintragspfade diskutiert. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, Arzneimittelverbräuche und damit verbundene Arzneistoffemissionen durch Haushalte und Einrichtungen des Gesundheitswesens mit Hilfe einer neu entwickelten Methode abzuschätzen. Bei dieser Methode wurde das jeweilige Ausmaß der Emissionen durch die Kalkulation von Abwasserkonzentrationen und den Vergleich von Verbrauchsmengen an Arzneistoffen bestimmt. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass sich Arzneimittelverbrauchsmuster in psychiatrischen Fachkliniken und Pflegeheimen von denen in allgemeinen Krankenhäusern und Haushalten unterscheiden. Außerdem konnte mit dieser Methode deren jeweiliger Beitrag am gesamten Arzneistoffeintrag in das kommunale Abwasser eingeschätzt und in hohen Mengen in das Abwasser eingetragene Arzneistoffe identifiziert werden. Durch Haushalte wurde das hinsichtlich des Umweltverbleibs und -verhaltens wenig untersuchte Antiepileptikum Gabapentin in hohen Mengen in das Abwasser eingetragen. Die Bedeutung von Einrichtungen des Gesundheitswesens am Arzneimitteleintrag in das kommunale Abwasser konnte für alle untersuchten Einrichtungstypen im Vergleich zu Haushalten als gering eingestuft werden. Bestimmte einrichtungstypische Arzneistoffe, insbesondere Neurologika, können bei regionaler Betrachtung jedoch eine größere Rolle spielen. Insbesondere Quetiapin wurde in psychiatrischen Fachkliniken und Pflegeheimen als Substanz mit hohen Verbrauchsmengen und hohem Emissionspotential identifiziert. Ausgehend von diesen Erkenntnissen wurden Gabapentin und Quetiapin tiefergehend hinsichtlich ihres Verbleibs und ihres Verhaltens in der aquatischen Umwelt charakterisiert. Beide Arzneistoffe wurden bei verschiedenen Startkonzentrationen zur Simulation eines technischen Behandlungsverfahrens mit UV-Licht bestrahlt. Im weiteren Verlauf wurden Gabapentin und Quetiapin und die jeweilige Muttersubstanz im Gemisch mit gebildeten Phototransformationsprodukten hinsichtlich biologischer Abbaubarkeit im Closed Bottle Test und im Manometrischen Respirationstest nach OECD-Richtlinien und hinsichtlich toxischer Eigenschaften im Leuchtbakterientest und im Umu-Test beurteilt. Die Strukturaufklärung von Photo- und Biotransformationsprodukten erfolgte mittels hochauflösender Massenspektrometrie. Im Ergebnis konnten weder Gabapentin noch Quetiapin bei hohen Startkonzentrationen durch Photolyse über 128 min mineralisiert oder vollständig eliminiert werden. Identische Phototransformationsprodukte wurden bei unterschiedlichen Startkonzentrationen für die UVBehandlung gebildet. Die Arzneistoffe Gabapentin und Quetiapin waren nach OECD-Richtlinien im Closed Bottle Test nicht leicht biologisch abbaubar. Die photolytischen Gemische von Gabapentin sind nicht besser als Gabapentin selbst abbaubar und die Phototransformationsprodukte wurden im Closed Bottle Test ebenfalls nicht eliminiert. Auch das photolytische Gemisch von Quetiapin im Closed Bottle Test war nicht besser biologisch abbaubar als Quetiapin selbst. Die Phototransformationsprodukte von Quetiapin und Quetiapin selbst unterlagen beim Closed Bottle Test und im Manometrischen Respirationstest verschiedenen biologischen Transformationsprozessen und führten zur Bildung von verschiedenen Biotransformationprodukten. Das in biologischen Abbautests von Quetiapin maßgeblich gebildete Biotransformationprodukt BTP 398 konnte in diversen Flusswasserproben nachgewiesen werden. Dies lässt sich höchstwahrscheinlich damit erklären, dass BTP 398 unter anderem auch beim humanen Metabolismus gebildet wird. Die Langzeit-Leuchthemmung und die Zellvermehrungshemmung im Leuchtbakterientest stiegen im Verlauf der Photolyse von Gabapentin durch Bildung von Phototransformationsprodukten. Dies deutet auf eine erhöhte Toxizität der Phototransformationsprodukte im Vergleich zu Gabapentin hin. Bei Quetiapin war unter Photolyse keine Abnahme der schon vorhandenen Toxizität beim Leuchtbakterientest zu erkennen. Gabapentin, Quetiapin und deren Phototransformationsprodukte wiesen im Umu-Test keine Genotoxizität auf. …
Strategies for the screening and identification of organic trace substances in water with HPLC-QTOF-MS (2012)
Müller, Alexander
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.
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