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A method for the determination of the novel brominated flame retardant tetrabromobisphenol A bis(2,3-dibromopropylether), 1,1'-(isopropylidene)bis[3,5-dibromo-4-(2,3-dibromo-propoxy)-benzene] (TBBPA-dbpe), was developed. Technical TBBPA-dbpe was purified and the results of a thorough physical characterisation are reported. The application of APCI-MS is discussed and the fragmentation patterns are described. Quantification of TBBPA-dbpe was done by HPLC-DAD using external calibration. The validation of the method was accomplished using sediment and sewage sludge samples spiked with defined amounts of authentic TBBPA-dbpe. The average recovery rates of TBBPA-dbpe from spiked samples ranged from 35 to 91% (sediment) and from 57 to 98% (sewage sludge) depending on the respective extraction method. Pressurised fluid extraction (PFE) and fluidised bed extraction were superior to classical Soxhlet and sonication procedures and yielded recovery rates between 90 and 98% with relative standard deviations of 2%. The limits of detection (DTC), identification (ID) and determination (DTM) using HPLC-DAD were 10, 21 and 30 ng g-1 in sediment and 22, 44 and 72 ng g-1 in sewage sludge, respectively.
Fuel contamination of soils display complex and variable hydrocarbon mixtures with different volatility and toxicity characteristics. A recently suggested headspace procedure for the structure-based quantification of volatile hydrocarbons is evaluated regarding repeatability, reproducibility, and practical robustness. Three aliphatic and three aromatic fractions covering the boiling range between 69 and 216°C were defined as summation parameters by their respective equivalent carbon number ranges. A standard mixture of 35 aliphatic and aromatic hydrocarbons was used for calibration on basis of selected mass fragments specific for the aliphatics and aromatics, respectively. Two standard soils were fortified with the standard mixture or different fuels, respectively, and submitted to the analytical procedure. Limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) were for all fractions lower than 0.1 and 0.3 mg/kg, respectively. Analyte recovery was linear up to between 20 and 110 mg hydrocarbons/kg soil depending on the fraction. Hydrocarbon recovery ranged between 80% and 110% depending on the fraction and the repeatability was typically better than 10%. Finally, the impact of extraction solvent variation, column solid-phase polarity, and alternative summation of fractions were investigated. The procedure was applied to liner samples taken from a site contaminated with aviation fuel and its practicability is discussed.
The development of a test to evaluate the degradation of semi-volatile fuels as diesel by microorganisms is presented. This method is based on the principles described in the CEC-L-103 Standard procedure that is exclusively meant for testing the biodegradability of non-volatile lubricants. Therefore, significant modifications involve aseptic conditions for testing specific microorganisms and conducting the test in closed vessels avoiding evaporation losses, while fuel quantification using gas chromatography-flame ionization detection (GC-FID) is retained. It is suggested that the modified procedure should enable routine application for semi-volatile hydrocarbon-based fuels. GC-FID provides additionally valuable information on the alteration of fuel component patterns during biodegradation. The procedure was successfully tested using two bacteria (Pseudomonas aeruginosa and Sphingomonas sp.) and two yeasts (Moesziomyces sp. and Candida sp.) isolated from real diesel contamination cases. All tested microorganisms caused a significant degradation of diesel fuel achieving hydrocarbon degradation percentages ranging from 23% to 35%. Specific aspects on the test modification and prospects for further modification regarding targeted investigations in the field of fuel contamination by microorganisms are briefly discussed.
The key comparison CCQM-K102: Polybrominated diphenyl ethers in sediment was coordinated by the JRC, Directorate F - Health, Consumers & Reference Materials, Geel (Belgium) under the auspices of the Organic Analysis Working Group (OAWG) of the Comité Consultatif pour la Quantité de Matière (CCQM). Thirteen National Metrology institutes or Designated Institutes and the JRC participated. Participants were requested to report the mass fraction (on a dry mass basis) of BDE 47, 99 and 153 in the freshwater sediment study material. The sediment originated from a river in Belgium and contained PBDEs (and other pollutants) at levels commonly found in environmental samples. The comparison was designed to demonstrate participants' capability of analysing non-polar organic molecules in abiotic dried matrices (approximate range of molecular weights: 100 to 800 g/mol, polarity corresponding to pKow < −2, range of mass fraction: 1–1000 μg/kg). All participants (except one using ultrasonic extraction) applied Pressurised Liquid Extraction or Soxhlet, while the instrumental analysis was performed with GC-MS/MS, GC-MS or GC-HRMS. Isotope Dilution Mass Spectrometry approach was used for quantification (except in one case). The assigned Key Comparison Reference Values (KCRVs) were the medians of thirteen results for BDE 47 and eleven results for BDE 99 and 153, respectively. BDE 47 was assigned a KCRV of 15.60 μg/kg with a combined standard uncertainty of 0.41 μg/kg, BDE 99 was assigned a KCRV of 33.69 μg/kg with a combined standard uncertainty of 0.81 μg/kg and BDE 153 was assigned a KCRV of 6.28 μg/kg with a combined standard uncertainty of 0.28 μg/kg. The k-factor for the estimation of the expanded uncertainty of the KCRVs was chosen as k = 2.
A Proof of Concept: Are Detection Dogs a Useful Tool to Verify Potential Biomarkers for Lung Cancer?
(2018)
Early and reliable diagnostic test is essential for effective therapy of lung cancer. Volatile organic compounds that are characteristic for cancer could serve as valuable biomarkers in cancer diagnosis. Both trace analytical and detection dog approaches give some evidence for the existence of such biomarkers. In this proof of concept, study dogs and trace analysis were implemented in combination to gain more information concerning cancer biomarkers. Two dogs were trained to distinguish between absorbed breath samples of lung cancer patients and healthy persons and succeeded with correct identification of patients with 9/9 and 8/9 and correct negative indications from of 8/10 and 4/10 samples from healthy individuals. A recent observational study found that breath samples from lung cancer patients showed an increase in 1-butanol, 2-butanone, 2-pentanone, and hexanal. Synthetic air samples were therefore fortified with these compounds and adsorbed to a fleece. Tested against breath samples from healthy probands, on presentation to the dogs these synthetic samples provoked an indication in three out of four samples. We were able to demonstrate that a combination of the natural nose of a dog and a trace analytic technique can be a valuable concept in the search for cancer biomarkers.
A sedimented freshwater suspended organic matter fortified with particles of polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), and polyethylene terephthalate (PET) was employed in an interlaboratory comparison of thermoanalytical methods for microplastics identification and quantification. Three laboratories performed pyrolysis gas chromatography-mass spectrometry (Py-GC-MS), three others provided results using thermal extraction desorption followed by gas chromatography coupled to mass spectrometry (TED-GC-MS). One participant performed thermogravimetry-infrared spectroscopy (TGA-FTIR) and two participants used thermogravimetry coupled to mass spectrometry (TGA-MS). Further participants used differential scanning microscopy (DSC), a procedure based on micro combustion calorimetry (MCC) and a procedure based on elemental analysis.
Each participant employed a different combination of sample treatment, calibration and instrumental Settings for polymer identification and quantification. Though there is obviously room for improvements regarding the between-laboratory reproducibility and the harmonization of procedures it was seen that the participants Performing Py-GC-MS, TED-GC-MS, and TGA-FTIR were able to correctly identify all polymers and to report reasonable quantification results in the investigated concentration range (PE: 20.0 μg/mg, PP: 5.70 μg/mg; PS: 2.20 μg/mg, PET: 18.0 μg/mg). Although for the other methods limitations exists regarding the detection of specific polymers, they showed potential as alternative approaches for polymer quantification in solid environmental matrices.
The increasing request for hair ethyl glucuronide (HEtG) in alcohol consumption monitoring according to cut-off levels set by the Society of Hair Testing (SoHT) has triggered a proficiency testing program based on interlaboratory comparisons (ILC). Here, the outcome of nine consecutive ILC rounds organised by the SoHT on the determination of HEtG between 2011 and 2017 is summarised regarding interlaboratory reproducibility and the influence of procedural variants. Test samples prepared from cut hair (1 mm) with authentic (in-vivo incorporated) and soaked (in-vitro incorporated) HEtG concentrations up to 80 pg/mg were provided for 27–35 participating laboratories. Laboratory results were evaluated according to ISO 5725-5 and provided robust averages and relative reproducibility standard deviations typically between 20 and 35% in reasonable accordance with the prediction of the Horwitz model. Evaluation of results regarding the analytical techniques revealed no significant differences between gas and liquid chromatographic methods In contrast, a detailed evaluation of different sample preparations revealed significantly higher average values in case when pulverised hair is tested compared to cut hair. This observation was reinforced over the different ILC rounds and can be attributed to the increased acceptance and routine of hair pulverisation among laboratories. Further, the reproducibility standard deviations among laboratories performing pulverisation were on average in very good agreement with the prediction of the Horwitz model. Use of sonication showed no effect on the HEtG extraction yield.
Als Folge der industriellen Produktion und der vielfältigen industriellen Nutzung von organischen Lösungsmitteln sind eine Vielzahl von Edukten, Zwischen- und Endprodukten in die Umwelt eingetragen worden und führen zu massiven Verunreinigungen des Bodens und des Grundwassers. Die Untersuchung und Sanierung des Grundwassers stellt einen aktuellen Schwerpunkt in der Altlastenbearbeitung dar. Vielfach werden klassische pump & treat-Verfahren zur Grundwassersanierung verwendet. Diese aktiven Sicherungs- und Sanierungsmaßnahmen werden jedoch unter dem Gesichtspunkt der Verhältnismäßigkeit häufig als ineffizient eingeschätzt. Als Alternative sollen die natürlichen Abbauprozesse im Grundwasserleiter genutzt oder gezielt verstärkt werden, um auf diesem Weg eine in-situ-Sanierung des Grundwasserleiters zu erreichen. In den letzten Jahren haben sich verschiedene Sanierungsverfahren etabliert, bei denen durch die Zugabe von Hilfsstoffen die mikrobiologische Aktivität des Aquifers erhöht wird bzw. Stoffe zugeführt werden, die mit den Schadstoffen reagieren (in-situ chemische Oxidation bzw. Reduktion, ISCO). An ausgewählten Standorten ist auch die aktive Sanierung (pump & treat, on-site- Sanierung) mit biologischem Schadstoffabbau (Bio-Filter) kombiniert worden. Um den Sanierungsverlauf zu verfolgen und zu optimieren, ist die Beprobung von Grundwasser aus dem Grundwasserleiter oder aus laufenden Anlagen erforderlich. In Fällen der gesteigerten mikrobiologischen Aktivität des Grundwassers treten gehäuft Probleme bei der Stabilisierung der Wasserproben auf. Die forcierten Abbauprozesse der Schadstoffe gehen nach der Probenahme in der Probenflasche weiter, bis die Energiebasis der Mikrobiologie aufgebraucht ist. Durch eine geringe Temperaturerhöhung beschleunigen sich diese Prozesse zusätzlich. In der Folge können die Schadstoffgehalte teilweise innerhalb weniger Stunden stark reduziert werden. Im Analysenlabor wird dann ein Schadstoffgehalt nachgewiesen, der nicht mehr die Verhältnisse im Aquifer bzw. im Ablauf der Reinigungsstufen widerspiegelt. Eine Einschätzung des Sanierungsfortschritts oder der Reinigungsleistung ist unter diesen Bedingungen stark fehlerbehaftet und kann zu groben Fehlinterpretationen führen. Grundwasserproben, die einem Aquifer mit hoher natürlicher oder initiierter mikrobiologischer Abbauaktivität entstammen, müssen daher zusätzlich stabilisiert werden, um den Ist-Zustand zum Zeitpunkt der Probenahme zu erfassen. Die Konservierung von Wasserproben bei der Probenahme von Grundwasser ist in der Normung umfangreich beschrieben: Die EN ISO 5667-3 von 2004 ist im Normausschuss (NA 119-01-03-01-01) überarbeitet und 2012 als Norm verabschiedet worden (EN ISO 5667-3, 03.12, deutsche Fassung DIN EN ISO 5667-3, 03-2013) [1], In Einzelfällen hat sie sich nicht als ausreichend erwiesen, um die Stabilität der organischen Schadstoffe in den oben beschriebenen Wasserproben zu gewährleisten.
Ein Vergleich der Gehalte von Difluoressigsäure (DFA) und Trifluoressigsäure (TFA) in Regen- und Oberflächenwässern im Berliner Raum ergab ein TFA/DFA Verhältnis in Regenwasser von 10:1. Im Gegensatz dazu wies Grundwasser aus dem Einzugsbereich einer historischen Kontamination durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) ein TFA/DFA-Verhältnis von 1:3 auf. Dies und die ungewöhnlich hohe DFA-Konzentration an dieser Stelle wird vor dem Hintergrund der beobachteten mikrobiellen Abbauprodukte des ursprünglichen eingetragenen FCKW 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan (R113) diskutiert. Eine mikrobielle Umwandlung des bekannten Abbauproduktes Chlortrifluorethylen (R1113) zur DFA wurde bislang nicht in Umweltkompartimenten beobachtet und wird hier auf Basis bekannter Stoffwechselwege vorgeschlagen.
TFA wurde in Regenwasser, Oberflächenwasser und Grundwasser in vergleichbaren Größenordnungen von ca. 500 ng/L bestimmt. Im Gegensatz dazu wurde DFA in Grundwasserproben im Bereich der Schadstoffquelle der FCKW-Kontamination mit bis zu 2.000 ng/L nachgewiesen. Die Summe von TFA und DFA im Grundwasser korreliert nicht mit dem Eintrag aus Niederschlag und Oberflächenwasser. Darum liegt die Vermutung nahe, dass es für DFA andere Quellen als den direkten Eintrag oder den möglichen Abbauweg über TFA geben muss. DFA ist vermutlich ein Abbauprodukt von R1113. FCKWs, die im ersten Abbauschritt zu 1,1-Difluorethenen metabolisieren, stehen im Verdacht, in der Folge zu DFA zu hydrolysieren. Entscheidend scheint, dass bereits im Ausgangsprodukt ein CF2-Strukturelement enthalten ist, das dann zur Bildung von DFA führen kann. Somit würde aus dem ursprünglichen Eintrag des Kältemittels R113 über schrittweise Dechlorierung via 1,2-Dichlor-1,2,2-Trifluorethan (R123a) und R1113 die Bildung des beobachteten DFA folgen. Es ist also sinnvoll, DFA in die Diskussion zur Regulierung der Endprodukte des Abbaus fluorhaltiger Kälte- oder Lösungsmittel einzubeziehen. Die Ergebnisse wurden im Normausschuss Wasserwesen (NAW) des DIN vorgestellt und es soll ein Arbeitskreis gegründet werden, der ein Normverfahren zur Quantifizierung von TFA und DFA in Wasser erarbeitet. Interessierte Laboratorien sind herzlich eingeladen, die Normungsarbeit zu unterstützen.