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Rationale: (Eco-)toxicological effects are mostly derived empirically and are notcorrelated with metal uptake. Furthermore, if the metal content is determined,mostly bulk analysis of the whole organism population is conducted; thus, biologicalvariability is completely disregarded, and this may lead to misleading results. Toovercome this issue, we compared two different solid sampling techniques for theanalysis of single organisms.Methods: In this study, complementary electrothermal vaporization/inductivelycoupled plasma mass spectrometry (ETV/ICP-MS) , laser ablation/inductivelycoupled plasma mass spectrometry (LA/ICP-MS)-based methods for the analysisof individual organisms were developed and the results obtained were comparedwith the concentrations obtained after digestion and measured using ICP-MS.For this purpose, a common (eco-)toxicological test organism, the mud shrimpCorophium volutator, was selected. As proof-of-concept application, these organismswere incubated with environmentally relevant metals from galvanic anodes, whichare often used for protection against metal corrosion in, for example, offshorewind farms.Results: The bulk analysis revealed that large quantities of the incubated elementswere detectable. Using the ETV/ICP-MS method, we could identify a highbiovariability within the population of organisms tested. Using the LA/ICP-MSmethod, it could be determined that the large quantities of the elements detectedwere due to adsorption of the metals and not due to uptake, which correlates wellwith the absence of (eco-)toxicological effects.Conclusions: The results obtained imply the efficiency of complementary methods toexplain the absence or presence of (eco-)toxicological effects. In particular, methodsthat allow for single-organism analysis or provide even a spatial resolution supportthe interpretation of ecotoxicological findings.
In den vergangen Jahren hat das Umweltbewusstsein in der Bevölkerung stark zugenommen und somit auch das Interesse an der Vermeidung von anthropogenen (Schad-)Stoffen in der Umwelt. Eine (neue) Substanzklasse, deren Umweltauswirkungen noch nicht vollständig untersucht sind und die in den vergangenen Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen hat, sind (metallbasierte) Nanomaterialien. Im Gegensatz zu bspw. Elementspezies weisen Nanomaterialien eine Vielzahl von Eigenschaften auf und lassen sich nicht über nur ein Merkmal beschreiben - dies stellt eine große analytische Herausforderung dar. Hier haben sich vor allem die Feld-Fluss-Fraktionierung (AF4) und die single-particle-ICP-MS als leistungsstarke analytische Methoden herausgestellt. In (aquatischen) Umweltmatrizes (z.B. Oberflächengewässern) liegen neben artifiziellen auch natürliche Partikel vor, was eine weitere große Herausforderung für den Nachweis von Nanomaterialien darstellt.
Neben dem Nachweis von anthropogenen Stoffen in der Umwelt ist zudem deren ökotoxikologische Bewertung wichtig. In der aquatischen Ökotoxikologie werden hierzu Testorganismen mit den jeweiligen Substanzen über die Wasserphase exponiert. Effektkonzentrationen (EC50) werden dabei auf Basis der Konzentrationen in der Wasserphase abgeleitet - tatsächlich bioakkumulierte Mengen werden hierbei jedoch meist nicht ermittelt; eine weitere große Herausforderung besteht zudem in der Bewertung von Mischungstoxizitäten. Gängige Testorganismen sind u.a. Kieselalgen (Diatomeen). Diatomeen stehen am Anfang der Nahrungskette - toxikologisch relevante Metalle/Nanomaterialien können sich hierüber im Nahrungsnetz der Oberflächengewässer anreichern und ggf. nachhaltig auswirken.
Im ersten Teil des Vortrages werden zunächst neue elementanalytische Methoden zum Nachweis von metallbasierten Nanopartikeln in Umweltmatrizes auf Basis der AF4/ICP-SFMS sowie stabilen Isotopenlabeln am Beispiel von Eisennanopartikeln vorgestellt.
Im zweiten Teil wird eine neue elementanalytische Methode als komplementäre Technik zur ökotoxikologischen Bewertung von (Schad-)Stoffen vorgestellt. Die neue Methode basiert auf der on-line Kopplung von HPLC mit der single-cell-ICP-(ToF)-MS (sc-ICP-(ToF)-MS) [1, 3-5]. Hierüber konnten wir erfolgreich die automatisierte Multielementanalytik einzelner Diatomeen realisieren und zur Analyse von mit Metallen inkubierten Diatomeen (cyclotella meneghiniana) einsetzen. Wir konnten zeigen, dass die sc-ICP-ToF-MS zukünftig eine leistungsstarke, komplementäre Technik in der aquatischen Ökotoxikologie zum z.B. Test von Metallen und Nanomaterialien darstellt.