Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines hochselektiven und ultrasensitiven Verfahrens zur quantitativen Bestimmung ausgewählter Hormone in Wasser auf Basis der Fluoreszenzdetektion

Das Ziel des Projektes besteht in der Entwicklung eines ultrasensitiven und selektiven Verfahrens zur Bestimmung ausgewählter Estrogene in Wasser- und Abwasserproben auf Basis der Flüssigkeitschromatografie und Fluoreszenzdetektion. Durch Ausscheidungen von Menschen und Tieren gelangen Estrogene in Kläranlagen, die durch eine unzureichende Elimination als Punktquellen für den Eintrag von Estrogenen in die Umwelt anzusehen sind. Zur sicheren Quantifizierung und Überwachung der vorgeschlagenen Umweltqualitätsnorm nach Vorgaben der EU Wasserrahmenrichtlinie wird eine Bestimmungsgrenze von 10 pg L-1 angestrebt. Das Ziel des Projektes ist erreicht, wenn eine präzise Bestimmung der Zielverbindungen in ausgewählten Realproben im angestrebten Konzentrationsbereich möglich ist.

Zentraler Schwerpunkt der ersten Projektphase ist die Entwicklung eines Arbeitsablaufes zur Anreicherung und Aufreinigung der Zielsubstanzen in Realproben. Parallel dazu wird ein Versuchsaufbau realisiert, mit dessen Hilfe ein extrem sensitiver Nachweis der Hormone mittels Fluoreszenzspektroskopie möglich ist. In der zweiten Projektphase wird eine Optimierung bezüglich potenzieller Störverbindungen durchgeführt. Diese Untersuchungen werden anhand dotierter Realproben mittels Non-Target Analytik vorgenommen. Parallel dazu wird ein Auswertealgorithmus entwickelt, der mit einer vorher definierten Wahrscheinlichkeit eine Aussage zulässt, in welchem Maße die in den dotierten Realproben aufgezeichneten Fluoreszenzspektren von denen der Reinsubstanzen abweichen.

Das Innovationspotential dieses Projektes wird hauptsächlich in den Bereichen Umwelttechnik (Abwasserreinigung), Analysentechnik und Umweltanalytik identifiziert. Eine zuverlässige Analytik wird insbesondere für die Auslegung, Planung und anschließende Kontrolle von Abwasserreinigungs- und Trinkwasseraufbe-reitungsanlagen benötigt. KMU aus den Bereichen Analysentechnik und Laborautomation können neue Absatzmärkte erschließen. Darüber hinaus profitieren eine Vielzahl an KMU aus dem Bereich der Abwassertechnik und Ingenieurbüros bei Planung, Bau und Inbetriebnahme von neuen Abwasserreinigungsanlagen durch die Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit der neuen Abwasserreinigungsanlagen zu qualifizieren.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des IGF-Projektes wurde erfolgreich ein ultrasensitives und selektives Verfahren zur Bestimmung ausgewählter Estrogene in Wasser- und Abwasserproben auf Basis der Flüssigkeitschromatografie und Fluoreszenzdetektion nach Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie entwickelt. Im Vergleich mit modernen Hochleistungs-Massenspektometern mit vergleichbarer Sensitivität, können für den neuen Fluoreszenzdetektor um den Faktor 5-8 niedrigere Marktpreise abgeschätzt werden. Dies ist branchenübergreifend für alle KMU interessant, die auf eine sensitive Analytik angewiesen sind oder selbst als Analytikdienstleister auftreten.

Insbesondere im Falle des Ausbaus einer Kläranlage mit einer weitergehenden Reinigungsstufe oder der Entwicklung innovativer neuer Abwasserbehandlungsverfahren ist die Wahl der geeignetsten Methode von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Da diese Problematik im Hinblick auf die Estrogene bis jetzt nicht hinreichend beurteilt werden konnte, schafft dies große Unsicherheiten in den beteiligten Branchen (z. B. Ingenieurbüros, Anlagenbauer und -zulieferer). Somit profitieren durch die Entwicklung einer sensitiven Messmethode zur Bestimmung der Estrogene nicht nur die Betreiber der 9.632 kommunalen Kläranlagen und analytischen Labore, sondern auch alle am Analgenbau beteiligten Unternehmen. Mit Gesamtinvestitionen von ca. 4,8 Mrd. Euro in die Abwassertechnik stellte die Wasserwirtschaft 2014 einen der größten Auftraggeber für die Privatwirtschaft dar. Beim Abwasser werden 70% der Leistungen für Bau, Planung etc. an Fremdfirmen vergeben. Bei Planung, Fertigung und Vertrieb von erweiterten Abwasserreinigungsanlagen zur Spurenstoffelimination sind überwiegend kleine und mittlere Unternehmen beteiligt. Durch den Nachweis der Eliminationsrate für die genannten Hormone bietet sich diesen Unternehmen die Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit ihrer Anlagen zu belegen. Darüber hinaus lassen sich Fehlinvestitionen in nicht geeignete Verfahren vermeiden.