Analytische Chemie
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Portable, antikörperbasierte Analysenverfahren für die Schadstofferfassung im Wasserkreislauf
(2021)
Die Wasseranalytik wird bestimmt von zwei Hauptbedarfen, einerseits der Erfassung der Gewässergüte und Grundwassergüte als Basis für die Bereitstellung einwandfreien Trinkwassers und zum anderen des Monitorings der Wasserqualität in den Prozessen der Wasseraufbereitung und der Abwasserreinigung. Für beide Anwendungsbereiche ist eine laborbasierte Analytik eher hinderlich, werden die Analysenergebnisse doch eigentlich vor Ort benötigt, um etwa Beprobungskampagnen rasch anpassen zu können. Des Weiteren werden die Daten auch schnell benötigt, um zeitnah in die technischen Prozesse einzugreifen. Organische Kontaminanten werden meist über chromatographische Verfahren, häufig gekoppelt mit einer massenspektrometrischen Detektion, in instrumentellen Labormethoden erfasst, und die hochauflösende Massenspektrometrie und die Non-target-Analytik haben viel zum Wissen über das Vorkommen, insbesondere von sogenannten „Emerging Contaminants“, beigetragen, sowie zum Verständnis der beteiligten Eintragspfade und Abbauwege. Moderne, portable Analysenmethoden und insbesondere Sensoren werden zukünftig aber ihren Platz in der Schadstofferfassung im Wasserkreislauf einnehmen. Dies gilt insbesondere für antikörperbasierte Analysenverfahren, da erst diese oft die nötige Selektivität und Sensitivität in die Detektionsmethoden einbringen.
Portable, antikörperbasierte Analysenverfahren für die Schadstofferfassung im Wasserkreislauf
(2021)
Die Wasseranalytik wird bestimmt von zwei Hauptbedarfen, einerseits der Erfassung der Gewässergüte und Grundwassergüte als Basis für die Bereitstellung einwandfrei-en Trinkwassers und zum anderen des Monitorings der Wasserqualität in den Prozes-sen der Wasseraufbereitung und der Abwasserreinigung. Für beide Anwendungsbe-reiche ist eine laborbasierte Analytik eher hinderlich, werden die Analysenergebnisse doch eigentlich vor Ort benötigt, um etwa Beprobungskampagnen rasch anpassen zu können. Desweiteren werden die Daten auch schnell benötigt, um zeitnah in die technischen Prozesse einzugreifen. Organische Kontaminanten werden meist über chromatographische Verfahren, häufig gekoppelt mit einer massenspektrometrischen Detektion, in instrumentelle Labormethoden erfasst und die hochauflösende Massen-spektrometrie und die Non-target-Analytik haben viel zum Wissen über das Vorkom-men, insbesondere von sog. „emerging contaminants“, beigetragen, sowie zum Ver-ständnis der beteiligten Eintragspfade und Abbauwege. Moderne, portable Analy-senmethoden und insbesondere Sensoren werden zukünftig aber ihren Platz in der Schadstofferfassung im Wasserkreislauf einnehmen. Dies gilt insbesondere für anti-körperbasierte Analysenverfahren, da erst diese oft die nötige Selektivität und Sensitivität in die Detektionsmethoden einbringen.
A vast number of emerging pollutants has been detected in the environment over the last decades. Analytical methods suitable for trace analysis are needed that are desirably also fast, inexpensive and, if possible, robust and portable. Immunoanalytical, i.e. antibody-based, methods which are available in a broad range of formats, can be profitably used here to analyse for the distribution and the trends of concentration levels of contaminants in the environment. Some of these formats are single-analyte but high-throughput methods. In order to use them wisely, indicator substances, sometimes called anthropogenic markers, should be selected and used in screening approaches. Other methods are suitable to be performed on portable instrumentation in the field (on-site) or in facilities such as wastewater treatment plants for on-line monitoring. Furthermore, there are array technologies that allow for parallel (multiplex) analysis of several analytes of interest.
The microtiter-plate based ELISA (Enzyme-linked Immunosorbent Assay) is the method of choice for the analysis of a large number of samples [1]. ELISAs are available to monitor for anthropogenic markers such as the antiepileptic carbamazepine, the analgesic diclofenac, the antihistaminic cetirizine, the steroid hormone estrone, the antimicrobial sulfamethoxazole, the stimulants caffeine and cocaine, the priority pollutant bisphenol A, and the bile acid isolithocholic acid. For on-site screening and monitoring, simpler formats, like mix-and-read assays, e.g. the Fluorescence Polarization Immunoassay (FPIA) [2] or Lateral-flow Immunoassays (LFIA) [3] are more suitable tools, the latter based on dipsticks or cassettes, that is why they are also called pregnancy test-like assays. The suitability of multi-analyte formats such as immunomicroarrays depends on the choice of a signal-producing system that provides small uncertainties and good reproducibility of the measurements. Bead-based (“suspension”) arrays read out in flow cytometers are a powerful platform for multiplex assays [4]. Electrochemical formats run on portable devices provide additional advantages as no light source is required. They are most promising for stand-alone analysers and biosensors
A vast number of emerging pollutants is being detected in the environment. Another lingering problem are health-threatening contaminants, such as mycotoxins, that deteriorate food and feed.
Analytical methods, suitable for trace analysis, are needed that are desirably also fast, inexpensive and, if possible, robust, and portable. Immunoanalytical, i.e., anti-body-based technologies, which are available in a broad range of formats, can be profitably used here to analyze for the distribution and the concentration trends of contaminants.
Some of these formats are single-analyte but high-throughput methods. To use them wisely, indicator substances or sum parameters must be established to be used in screening approaches. Other methods are suitable to be performed on portable in-strumentation in the field (on-site), more precisely at the point-of-need. Furthermore, there are array technologies that allow for parallel analysis of several analytes of interest (multiplexing). The talk reports on methods and data for compounds con-sidered as anthropogenic contamination markers (the antiepileptic carbamazepine, the analgesic diclofenac, the anti-histaminic cetirizine, the steroid hormone estrone, the antimicrobial amoxicillin, the stimulants caffeine and cocaine, the endocrine disruptor bisphenol A, and a bile acid). Some work on mycotoxins (ochratoxin A and ergot alkaloids) is also presented. It is demonstrated that antibody-based technolo-gies have a huge potential to gain analytical insights at the point-of-need.
Antibody-based analytical techniques have gained increasing importance in environmental analysis. Rapid assays, portable devices and formats that require a limited number of steps have a high potential for on-site analysis in outdoor environments or in environmentally relevant facilities such as wastewater treatment plants. Many of these methods have become more sensitive and more versatile due to new, advanced materials, such as novel particles, specifically prepared surfaces, new labels, specifically coated electrodes etc. The talk shows some of our works in this context.
A vast number of emerging pollutants is being detected in the environment. Another lingering problem are health-threatening contaminants, such as mycotoxins, that deteriorate food and feed.
Analytical methods, suitable for trace analysis, are needed that are desirably also fast, inexpensive and, if possible, robust, and portable. Immunoanalytical, i.e., antibody-based methods, which are available in a broad range of formats, can be profitably used here to analyze for the distribution and the concen-tration trends of contaminants.
Some of these formats are single-analyte but high-throughput methods. To use them wisely, indicator substances or sum parameters are being established and used in screening approaches. Other methods are suitable to be performed on portable instrumentation in the field (on-site), more precisely at the point-of-need. Furthermore, there are array technologies that allow for parallel analysis of several analytes of interest (multiplexing).
The talk reports on methods and data for compounds considered as anthropogenic contamination markers (the antiepileptic carbamazepine, the analgesic diclofenac, the anti-histaminic cetirizine, the steroid hormone estrone, the antimicrobial amoxicillin, the stimulants caffeine and cocaine, the endo-crine disruptor bisphenol A, and a bile acid). Some work on mycotoxins (ochratoxin A and ergot alka-loids) is also presented. It is demonstrated that antibody-based approaches have a huge potential to gain analytical insights at the point-of-need.
In coastal systems, organisms are exposed to amultitude of stressors whose interactions and effects are poorly studied. Pharmaceutical drugs and Climate Change consequences, such as lowered pH, are examples of stressors affecting marine organisms, as bivalves. Although a vast literature is available for the effects of these stressors when acting individually, very limited information exists on the impacts that the combination of both can have on marine bivalves. For this reason, this study aimed to evaluate the impacts of a simulated ocean acidification scenario (control pH, 8.0; lowered pH, pH 7.6) on the effects of the antiepileptic carbamazepine (CBZ, 1 μg/L) and the antihistamine cetirizine (CTZ, 0.6 μg/L), when acting individually and combined (CBZ + CTZ), on the edible clam Ruditapes philippinarum. After 28 days of exposure, drug concentrations, bioconcentration factors and biochemical parameters related to the clams' metabolic capacity and oxidative stress were evaluated. The results showed that R. philippinarum clams responded differently to pharmaceutical drugs depending on the pH tested, influencing both bioconcentration and biological responses. In general, drug combined treatments showed fewer impacts than drugs acting alone, and acidification seemed to activate at a higher extension the elimination processes that were not activated under control pH. Also, lowered pH per se exerted negative impacts (e.g., cellular damage) on R. philippinarum and the combination with pharmaceutical drugs did not enhance the toxicity.
Vortrag zum Kick-off des Projektes.
Ziel des Projektes ist es, die Eignung der Bestimmung eines oder mehrerer der genannten anthropogenen Marker im Abwasser zur Volumenkorrektur („Kalibration“) im SARS-CoV-2-Monitoring von Abwässern auf der Basis eines von der BAM zu erhebenden Messdatensatzes zu evaluieren.
ESI-CorA ist ein nationales Verbundprojekt mit dem Ziel des Nachweises von SARS-CoV-2 im Abwasser.
Das UBA hat als Teilprojekt das Projekt MARKERIA (VH1802) an die BAM vergeben.
Ziel des Projektes ist es, die Eignung der Bestimmung eines oder mehrerer der genannten anthropogenen Marker im Abwasser zur Volumenkorrektur („Kalibration“) im SARS-CoV-2-Monitoring von Abwässern auf der Basis eines von der BAM zu erhebenden Messdatensatzes zu evaluieren.
1. Projektreffen mit dem Umweltbundesamt für das Projekt MARKERIA (VH1802).
Ziel des Projektes ist es, die Eignung der Bestimmung eines oder mehrerer der genannten anthropogenen Marker im Abwasser zur Volumenkorrektur („Kalibration“) im SARS-CoV-2-Monitoring von Abwässern auf der Basis eines von der BAM zu erhebenden Messdatensatzes zu evaluieren.