Unterstützende Prognose der humanen Resorptionsverfügbarkeit mittels Alkyl-PAK-BPCA-Index zur Quellidentifizierung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen in Böden

Hümmler, Anna; Achten, Christine; Leisner, Jörg

Abstract

Im Rahmen des Projektes wurden 55 Proben urbaner Böden und Steinkohle auf die Gehalte von 71 PAK-Einzelsubstanzen und auf ihre PAK-Quellen untersucht. Die Charakterisierung der pyrogenen und petrogenen PAK-Quellen erfolgte mittels Bestimmung der Alkylierten-PAK-Verteilung, der Benzenpolycarboxyl-Säuren-Analytik (BPCA) und der Ansprache der >2 mm-Fraktion. Anschließend wurden 12 Proben ausgewählt, die petrogene und pyrogene PAK-Quellen enthalten, um Zusammenhänge zwischen der PAK-Quelle und der Humanen Resorptionsverfügbarkeit (RV) nach DIN 19738: 2017-06 zu ermitteln. Um weitere Erkenntnisse zu erhalten, wurde außerdem die RV von vier der Proben in gemahlenem Zustand ermittelt. Weiterhin wurden künstliche Mischproben aus einer petrogenen und einer pyrogenen Probe in unterschiedlichen Anteilen zusammengestellt und untersucht. Die RV-Untersuchungen deuten darauf hin, dass der RV-Anteil von PAK aus Steinkohle/petrogenen PAK-Quellen deutlich geringer ist, als der aus pyrogenen PAK-Quellen. In den gemahlenen Mischproben ist dies deutlich erkennbar. In ungemahlenen Mischproben und urbanen Böden, die komplexe Gemische aus verschiedenen PAK-Quellen enthalten, ist dieser Effekt nur in geringerem Maße erkennbar. Die RV korreliert vor allem mit der PAK-Quelle, jedoch weniger mit der molekularen Masse. Eine Korrelation zwischen Alkylierten-PAK-Index und RV ist abhängig von den einzelnen PAK-Substanzen: Niedermolekulare oder alkylierte PAK, die typischerweise in größerem Umfang in petrogenen Proben vorkommen, korrelieren mit dem Alkylierten-PAK-Index, dagegen höhermolekulare PAK aus pyrogenen PAK-Quellen nicht. Zahlreiche methodische Artefakte wurden beobachtet, sodass die Bestimmung der RV nach DIN 19738 insbesondere bei Proben mit petrogenen Bestandteilen oft zu Fehlinterpretationen führt. In der DIN formulierte Qualitätskriterien hinsichtlich Wiederfindungsrate und Standardabweichungen können häufig nicht eingehalten werden, da die natürliche Probenheterogenität auch bei pyrogenen Proben oft große Schwankungen hervorruft. Darüber hinaus führt bei petrogenen Proben die unterschiedliche Effektivität der Extraktion des Gesamtgehaltes bei verschiedenen PAK-Quellen zu einer systematischen Unterschreitung der Wiederfindungsrate (<80%). Zudem liegen Hinweise vor, dass PAK aus verschiedenartigen Quellen durch unterschiedliche Lösemittel aus Böden ungleich effektiv extrahiert werden. Für die Interpretation der Analysenergebnisse ist die Effektivität des eingesetzten Extraktionsverfahrens bzw. Lösemittels für die jeweiligen PAK-Quellen zu beachten. Aufgrund der unterschiedlichen RV von PAK je nach Quelle und der unterschiedlichen Effektivität von verschiedenen Extraktionsverfahren und Lösemitteln bei der Gesamtgehaltsbestimmung wird davon abgeraten, resorptionsverfügbare PAK-Anteile aus den Gehalten im Mobilisat und dem vorab ermittelten Gesamtgehalten zu berechnen. Sowohl aus methodischer als auch aus fachlicher Sicht erscheint dieser Bezug ohne definierte Anforderungen an die Extraktionsverfahren und die verwendeten Lösemittel und ohne Berücksichtigung der natürlichen Probenheterogenität nicht sinnvoll bzw. nicht machbar. Ein Bezug der resorptionsverfügbaren Konzentration im Mobilisat auf die Summe aus Mobilisat und Sedimentrückstand erscheint demgegenüber sinnvoller (obwohl auch hier ebenso unterschiedliche Extraktionseffizienzen von PAK aus pyrogenen und petrogenen Quellen aus dem Sedimentrückstand einen Einfluss haben). Als optimale Lösung der Problematik wird abschließend allein die Verwendung des absoluten PAK-Gehaltes im Mobilisat empfohlen, da diese sicherer und verlässlicher bestimmbar sind (keine Feststoffextraktion) als relative resorptionsverfügbare Anteile. Es wird empfohlen, diese ermittelten Messwerte im Rahmen der abschließenden Gefahrenbeurteilung unmittelbar als Grundlage für die Bewertung zu nutzen.