Entwicklung und Anwendung von GC/MS-Methoden zum Nachweis phenolischer Xenoestrogene sowie natürlicher und synthetischer Estrogene in aquatischen Umweltproben unter Berücksichtigung einer wirkungsbezogenen Analytik (E-Screen-Assay)

Abstract

Um die Verbreitung phenolischer Xenoestrogene wie 4-Nonylphenol, 4-tert-Octylphenol, Bisphenol A, 2-Hydroxybiphenyl, 4-Chlor-3-methylphenol sowie natürlicher und synthetischer Estrogene in der aquatischen Umwelt und deren Eintrag über Einleitungen von Kläranlagen untersuchen und feststellen zu können, wurden verschiedene Probenaufbereitungs- und GC/MS-Methoden entwickelt.Durchschnittlich höhere Konzentrationen der phenolischen Xenoestrogene und vor allem der natürlichen Estrogene wurden in einem stark mit Abwasser belasteten kleinen Fließgewässer im Vergleich zu einem naturnahen Bach während des Untersuchungszeitraum 1998 - 1999 gemessen. Diese Ergebnisse deuten darauf, dass Kläranlagen eine wesentliche Belastungsquelle für Fließgewässer darstellen. Obwohl die Bilanzierung des Ein- und Austrages einer Kläranlage während der Abwasser- und Schlammbehandlung zeigte, dass für einzelne Substanzen ein Eliminierungsgrad bis zu 99 Prozent erreicht wurde, werden estrogen wirksame Substanzen kontinuierlich in den Vorfluter eingetragen. Im Ablauf dieser Kläranlage lagen deutlich höhere Gehalte der phenolischen Xenoestrogene als in den Gewässern; neben den natürlichen Estrogenen wurde auch das synthetische 17a-Ethinylestradiol nachgewiesen. Die Klärschlammuntersuchungen zeigten, dass 4-Nonylphenol und Bisphenol A bis zu 35 Prozent in dieser Matrix angereichert wurden, wogegen 2-Hydroxybiphenyl und 4-Chlor-3-Methylphenol tatsächlich nahezu vollständig biologisch abgebaut wurden. In Flusssedimenten wurden die im Oberflächengewässer gefundenen phenolischen Xenoestrogene wie 4-Nonylphenol, 4-tert-Octylphenol, Bisphenol A und 2-Hydroxybiphenyl regelmäßig nachgewiesen.

Different sample preparation and GC/MS methods were developed to investigate the distribution of phenolic xenoestrogens like 4-nonylphenol, 4-tert-octylphenol, bisphenol A, 2-hydroxybiphenyl, 4-chloro-3-methylphenol as well as natural and synthetic estrogens in the aquatic environment and their release via sewage treatment plants. Elevated levels of the phenolic xenoestrogens and overall of the natural estrogens, measured during the sampling period of 1998 - 1999 in a stream with a high load of effluents of sewage treatment plants (STPs) compared to a brook free of sewage, identified STPs as a major source for their release into streams and rivers. Although the balances of in- and output of a municipal STP during wastewater and sludge treatment showed elimination rates up to 99 per cent for individual substances, a continuous release into surface water occurs. Recognizably higher concentrations of the phenolic xenoestrogens were detected in the effluent of this STP than in the surface water samples and besides of the natural estrogens also the synthetic 17a-ethinylestradiol was found. The sewage sludge analysis showed that 4-nonylphenol and bisphenol A were accumulated up to 35 per cent in this matrix, while 2-hydroxybiphenyl and 4-chloro-3-methylphenol were almost completely biodegradated. Phenolic xenoestrogens like 4-nonylphenol, 4-tert-octylphenol, bisphenol A and 2-hydroxybiphenyl, measured in surface water, were also regulary detected in riverine sediment.