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Wassergewinnung: wirkungsbezogene Analytik mittels HPTLC

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Autor: Kathrin Mundt

Wassergewinnung: wirkungsbezogene Analytik mittels HPTLC
Forschungsarbeit am IWW in Mülheim

Im Februar 2021 startete das DVGW-Forschungsprojekt WBA-NTS-ProTrink (Förderkennzeichen W202003) zur Integration der WirkungsBezogenen Analytik in die Non-Target-Screening-basierte Bewertung von Prozessen der Trinkwassergewinnung.

Ziel des Forschungsprojekts ist es, basierend auf den Erkenntnissen des Vorgängerprojektes WBA-BeReit (DVGW-Förderkennzeichen W201518, Laufzeit 07/2017 bis 06/2019) die entwickelte Methodik der Wirkungsbezogenen Analytik (WBA) komplementär zum Non-Target-Screening (NTS) einzusetzen und die Kombination der Verfahren weiterzuentwickeln.

Dieser Ansatz ermöglicht eine toxikologische Bewertung von bislang noch unbekannten Spurenstoffen sowie deren Transformationsprodukten, wie sie etwa während der Trinkwasseraufbereitung entstehen. Somit kann auch das Verhalten von Spurenstoffen in der Trinkwassergewinnung systematisch untersucht werden. Anhand von Proben aus Wasserwerken sowie Laborversuchen werden einzelne Prozesse, einschließlich deren Resilienz in Extremfällen, untersucht und relevante Prozessparameter identifiziert. Die Ergebnisse sollen anhand von Toxizitätsäquivalenten standardisiert und mit NTS-Resultaten zu einem Bewertungsindex verknüpft werden.

Monitoring von Roh- und Trinkwässern

Konkret konnte in WBA-BeReit die WBA/HPTLC – eine Kombination aus Fraktionierung mittels Hochleistungsdünnschichtchromatographie (HPTLC) und Bioassay (biologisches Testverfahren) – erstmals für ein Monitoring von Roh- und Trinkwässern routinemäßig angewandt, ausgewertet und verglichen werden. Hier konnte gezeigt werden, dass durch den Aufbereitungsprozess die Wirkungen deutlich reduziert werden. Die Ergebnisse konnten auch mit den Ergebnissen eines Non-Target-Screenings (NTS) korreliert werden. Eine Kombination von WBA und NTS scheint folglich eine weitergehende Beurteilung der Leistungsfähigkeit einzelner Aufbereitungsschritte bzw. der gesamten Trinkwassergewinnung zu ermöglichen – Aussicht auf ein starkes Risikomanagementtool.

Für die bisherige Untersuchung unterschiedlicher Wirkungen in den getesteten Wässern wurden Bakterien und Hefezellen eingesetzt. Diese Organismen sind sehr gut mit der Methodik der HPTLC kompatibel, so dass sie Biotests direkt auf der Dünnschichtplatte mit der fraktionierten Probe durchgeführt werden können. Um die Relevanz für den menschlichen Organismus besser abbilden zu können, sind Biotests mit humanen Zellen besser geeignet, jedoch methodisch anspruchsvoller.

Um den Einsatz von humanen Zellen mit der entwickelten Methodik zu prüfen, wird in diesem Projekt am IWW eine Machbarkeitsstudie durchgeführt. In einem ersten Schritt wird das Wachstumsverhalten der Zellen auf Dünnschichtplatten untersucht und im weiteren Verlauf die Eignung der entsprechenden Testverfahren. Die Herausforderung besteht u.a. darin, die Zellen nach der Entwicklung der Proben auf der HPTLC-Platte aufzubringen und dann mit genügend Medium zu versorgen, um ihre Lebensfähigkeit zu erhalten. Gleichzeitig muss verhindert werden, dass es zu einer Ablösung des Plattenmaterials oder einer Diffusion der Probenbanden auf der Platte kommt. Diesem Spagat widmet sich die Gruppe des Geschäftsfelds Toxikologie im Bereich Wasserqualität des IWW.

Projektpartner sind der Zweckverband Landeswasserversorgung, Langenau, das TZW: DVGW Technologiezentrum Wasser, Karlsruhe und IWW Rheinisch Westfälisches Institut für Wasserforschung gemeinnützige GmbH, Mülheim an der Ruhr.

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