Mobile Messtechnik der TLU im Einsatz

Hinsichtlich der zu lösenden Aufgaben wurden folgende Bereiche festgelegt:

1. Analytische Qualitätssicherung in bezug auf die Akkreditierung und Überwachung privater Laboratorien in Thüringen.
   Im Zulassungsverfahren zur Anerkennung privater Prüflaboratorien im rechtlich geregelten Umweltbereich wird von der TLU die fachliche Befähigung durch Prüfung der Antragsunterlagen und Laborbegehungen bewertet. Die Überwachung der analytischen Qualitätssicherung erfolgt durch Ringversuche für die einzelnen Umweltmedien mit umweltrelevanten Parametern. Von 1993 bis 1998 wurden alle Ringversuche dazu von der TLU durchgeführt.
   Im Rahmen der länderübergreifenden Harmonisierung bei der Kompetenzfeststellung als Voraussetzung für die Notifizierung von Messstellen und Prüflaboratorien im rechtlich geregelten Umweltbereich werden seit Herbst 1998 länderübergreifende Ringversuche veranstaltet. Für die Privatlabore ergibt sich daraus der Vorteil der deutschlandweiten Anerkennung einer erfolgreichen Teilnahme und erspart ihnen die vorher mit hohem Aufwand verbundene Teilnahme an Ringversuchen der verschiedenen Bundesländer.
   Z. B. war Aufgabe des 1. Länderübergreifenden Ringversuchs, die für die Abwasserüberwachung relevanten Schwermetalle innerhalb einer realen Abwassermatrix zu bestimmen. Von den thüringischen Prüflaboratorien beteiligten sich 28 am Ringversuch: 19 (68 %) konnten den Ringversuch erfolgreich abschließen, neun analysierten ohne Erfolg.
   Auch innerhalb der Abteilung 6 der TLU erfolgt die konsequente Umsetzung der Forderungen der Qualitätssicherung. So betrug 1999 der Anteil der Qualitätssicherung und Methodenentwicklung 18 % des analytischen Gesamtumfanges im Referat Anorganische Chemie. Mit der Erarbeitung eines Qualitätsmanagementhandbuches und der Umsetzung seiner Festlegungen wird ein hoher Grad an analytischer Sicherheit garantiert. Sowohl das Zentrallabor in Jena als auch die vier Regionallaboratorien beteiligten sich erfolgreich an den länderübergreifenden Ringversuchen.
   Der hohe Anteil von Vergabeanalytik an Privatlaboratorien (1999 z. B.: 89.500 Einzelanalysen) machte auch hierfür zusätzliche Qualitätssicherungsmaßnahmen als externe Auftragsaudits notwendig.
    
2. In die Entwicklung und Anpassung von Vorschriften im Rahmen der Regelwerke, z. B. DIN, VDI, LAWA, und Dokumentation des neuesten Standes von Analysenmethoden und Verfahren sind die Mitarbeiter der Abteilung als Thüringer Vertreter regelmäßig eingebunden. Folgenden AQS-Merkblätter der LAWA wurden unter Thüringer Beteiligung erstellt:
    

A-3	Ringversuche zur externen Qualitätsprüfung von Laboratorien,
A-6/1	Qualitätsziele zum Führen von Mittelwertkontrollkarten,
A-7	Kalibrierung, Auswertung, Ergebnisangabe,
P-8/3	Probennahme von Fließgewässern,
P-9/4	Bestimmung der Hemmwirkung von Abwasser auf die Lichtemission von Photobacterium phosphoreum.

Weiterhin werden Arbeiten für die deutsche und internationale Normung der Phthalatanalytik und der Nonyl- und Octylphenolanalytik geleistet.

3. Mitarbeit in länderübergreifenden Messprogrammen. Thüringen ist Mitglied der ARGE Weser, so dass die Thüringer Untersuchungen mit den anderen Mitgliedsländern geplant und abgestimmt werden. Thüringen hat in diesem Zusammenhang die gesamte PAK-Analytik der Mitgliedsländer übernommen.
    
4. Entwicklung projektbezogener Spezialanalytik nach Bedarf und Problemlage in Thüringen und Mitarbeit bei problem- und projektbezogenen Forschungsvorhaben, die auf eine entsprechende Landesspezifik abgestimmt sind.

5. Wegen der relativ schlechten Datenlage zu Kontaminationen der Thüringer Gewässer mit polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) wurde der TLU ein Forschungsauftrag des BMBF erteilt. Ergebnis war, dass die Belastung der Saale mit PAK recht gering ist, aber trotzdem PAK-abbauende Bakterien in der Saale vorkommen.

6. Durchführung eines Teils der Routineanalytik für den Bereich des TMLNU mit den Bereichen Wasser- und Abfallwirtschaft und Immissionsschutz.

7. Umweltanalytik und Beratung in Störfällen, häufig in Amtshilfe für das Landeskriminalamt bzw. zu den für Umweltstraftaten zuständigen Kriminalpolizei-Inspektionen.

8. Beratung der Umweltbehörden bei Gewässerschadensfällen, z. B. in Verbindung mit Fischsterben; Gewährleistung einer Fachberatung nach Dienstschluss und an Wochenenden und Feiertagen; Möglichkeit des Einsatzes mobiler Messtechnik zur Unterstützung der Probenahme und Durchführung von Analysen.

Endosulfan

Endosulfan wurde in der Vergangenheit in der Land- und Forstwirtschaft eingesetzt. Es besitzt eine sehr hohe Toxizität gegenüber Fischen und war eindeutig die Ursache dieses Fischsterbens. Daneben konnten eine Reihe weiterer Wirkstoffe aus der Reihe der Herbizide und Insektizide, wie z. B. Terbutylazin, Metolachlor, DDT und HCH nachgewiesen werden. Diese und die weiteren Ergebnisse der anorganischen Analysen und der ökotoxikologischen Untersuchungen ergaben letztendlich ein aussagefähiges Ergebnis zur Bewertung dieser Gewässerschädigung.

Neben den zahlreichen Störfällen, an deren Aufklärung die Abt. 6 der TLU mit hohem Aufklärungserfolg beteiligt war, gibt es auch Beispiele, "hausgemachter" Umweltdelikte. Beispiel: Anzeige eines Bürgers bezüglich vorsätzlicher Schädigung seiner Fischzucht. Die in diesem Fall von der Kriminalpolizei übergebenen Proben enthielten übermäßig hohe Konzentrationen an Nährstoffen und oxidierbaren Bestandteilen. Die Vorort-Begehung durch Mitarbeiter des Labors ergab eine Kontamination der Fischteiche durch die eigene Tierhaltung (...Misthaufen im Grundstücksbereich mit direktem Ablauf in die Teiche). In Auswertung solcher Ereignisse und auch der z. T. mangelhaften Qualität der an das Labor zur Untersuchung übergebenen Proben, führt die Abteilung 6 zweimal pro Jahr Schulungen für die unteren Wasser- und Abfallbehörden und die Kriminalpolizei zur Probenahme und Vor-Ort-Aufklärung von Schadensereignissen durch.

Messplatz Gaschromatographie

Die Überwachung der Abwasserdirekteinleitungen in Gewässer zur Erhebung der Abwasserabgabe und für die Ahndung von Umweltverstößen im Abwasserbereich ist ein bedeutender Bereich in der Umweltanalytik. Sie steht im unmittelbaren Zusammenhang mit der Kontrolle und Überwachung der ökologischen Beschaffenheit der Gewässer. In der Wasseranalytik wurden schon 1992 die wesentlichen Schwermetalle, Ionen und Summenparameter ( CSB, BSB5) bestimmt. Dieser Stand wurde in den folgenden Jahren bezüglich der Automatisierung und erreichbaren Nachweisgrenzen optimiert durch die Anschaffung von instrumenteller Technik, wie der optischen Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES), der Kaltdampftechnik bzw. Hydridtechnik in der AAS oder der Ionenchromatographie. Weiterhin wurden die Bestimmung des gesamten organischen Kohlenstoffs und der adsorbierbaren organischen Halogenverbindungen eingeführt.

In der Überwachung des Versatzes und der Kalihalden ist das Analysenspektrum insbesondere auf vorwiegend feste Matrizes mit sehr unterschiedlichen Zusammensetzungen orientiert. Im Jahre 1999 wurden 245.000 Einzelanalysen durchgeführt, der Anteil an Routineüberwachung betrug dabei 74 %. Da sich der Anteil der Routineanalytik zur Überwachung auch in den Folgejahren nicht vermindern wird, und mit zusätzlichen Aufgaben, besonders durch die die Forderungen des Bundesbodenschutzgesetzes, zu rechnen ist, ist die Automatisierung weiter fortzuführen. Ebenso ist unbedingt notwendig, die strikte Realisierung der Analysenverfahren nach genormten Vorschriften durchzusetzen und die vorhandenen Analysenverfahren und Messgeräte so zu optimieren, dass die zu erreichenden Bestimmungsgrenzen die gesetzlich vorgegeben Überwachungswerte unterschreiten.
Auf dem Gebiet der organischen Spurenanalytik gab es gegenüber den alten Bundesländern einen besonderen Nachholbedarf, da den damaligen Oberflussmeistereien die entsprechende technische Ausrüstung und methodische Erfahrung nicht zur Verfügung stand. Eine Hilfe aus Hessen führte zur Übernahme eines ersten Gaschromatographen, der zur Analytik der leichtflüchtigen Halogenkohlenwasserstoffe eingesetzt wurde.

Messplatz LC/MS

Mit der Einrichtung des Zentrallabors der TLU wurde die in den Staatlichen Umweltämtern beschaffte Technik am Standort Jena zentralisiert, so dass ein gut ausgerüstetes Gaschromatographielabor entstand. Über ein BMBF-Projekt zum Vorkommen von Polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen in der Saale und ihren Nebenflüssen wurde die erste HPLC-Anlage des Labors in Betrieb genommen. Damit war es möglich, den größten Teil der umweltgefährdenden organischen Stoffe in Spurenkonzentrationen für die Umweltüberwachung zu analysieren. Die Hauptarbeit bestand in der Entwicklung von Methoden, da der Normungsstand noch nicht weit genug fortgeschritten war. Dabei half die Zusammenarbeit mit der Friedrich-Schiller-Universität Jena auch in Form von Diplomarbeiten und einer Promotion.

Neueste Entwicklungen für die Analytik von endokrinen Stoffen und Arzneimitteln in der Umwelt finden derzeit an einem hochmodernen LC/MS-System statt (Abbildung 43), so dass diese Stoffe auch in die Überwachung der Thüringer Umweltmedien aufgenommen sind.
Noch im Jahr 2000 wird mit der Inbetriebnahme eines weiteren Gaschromatographen für die Bestimmung des Kohlenwasserstoffindex entsprechend der neuen Normvorschrift zur Ablösung der bisherigen Bestimmung mittels Infrarotspektrometrie begonnen.

1999 konnte mit der Anschaffung eines weiteren Massenspektrometers für die spezielle Anwendung der Methoden der chemischen Ionisation ein weiterer großer Schritt zur Verbesserung der Nachweismöglichkeiten insbesondere zur Bestimmung von chlororganischen Verbindungen (z. B. Polychlorierte Biphenyle, chlorierte Phenole, verschiedene Pestizide) vollzogen werden. Die Anwendung dieses Verfahrens setzt die komplette Umstellung der bis zu diesem Zeitpunkt eingesetzten Methoden voraus und wird am Ende diesen Jahres beendet sein. Eine der jüngsten eingearbeiteten Methoden stellt das Verfahren zu Bestimmung von synthetischen Moschusverbindungen mittels GC/MS in Wasserproben dar.

Derzeit setzt sich der Gerätepark des Referats Organische Chemie aus fünf Gaschromatographen mit unterschiedlichen Arten der Detektion (darunter drei Massenspektrometer), drei HPLC-Anlagen (darunter eine LC/MS) und einem Infrarotspektrometer zusammen. Damit ergeben sich gute Voraussetzungen, die analytischen Untersuchungen für eine sehr breite Palette an organischen Spurenstoffen in den verschiedensten Umweltmedien ermöglichen. Dies und die gute Zusammenarbeit des Referats mit universitären Einrichtungen wird es auch in Zukunft ermöglichen, die Analytik für die Fachabteilungen der TLU und den Partnern außerhalb auf einem hohen Niveau fortzuführen.
Auch zukünftig werden sehr hohe Anforderungen an das Leistungsvermögen der organischen Analytik gestellt. In den nächsten Jahren werden zunehmend neue organische Verbindungen in den Mittelpunkt der Überwachungsaufgaben für die Umweltmedien Boden, Wasser und Luft rücken. Dazu müssen weitere Untersuchungsmethoden eingearbeitet bzw. entwickelt werden. So wird es eine Hauptaufgabe im Referat Organische Chemie sein, aus analytischer Sicht rechtzeitig auf die neu auf den Markt kommenden Wirkstoffe aus der Gruppe der Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel zu reagieren und entsprechende Methoden zur Bestimmung einzuarbeiten. Bereits jetzt stellt sich heraus, dass die Wirkstoffgruppe der Pharmaka und der endokrin wirksamen Substanzen in den Mittelpunkt der Beobachtungsaufgaben rücken wird.

Beim Aufbau des Referats Mikrobiologie/Toxikologie wurden drei inhaltliche Schwerpunkte Mikrobiologie, Algologie / Mikroskopie und Ökotoxikologie gesetzt. Die Aufgabenstellungen ergeben sich häufig aus Sonder- und Spezialaufträgen.
Im Sommer 1999 wurde eine mysteriöse Probe angeliefert, von der nur bekannt war, das sie aus einer Gallertschicht aus einem Werksgelände stammt, die über Nacht aufgetreten war. Die mikroskopische Diagnose sowie die anschließende Kultivierung ergab, dass es sich bei den Gallerten um Eier von Zuckmücken (Chironomidae) handelte. Weitere Untersuchungen erübrigten sich.
Im Sommer 2000 wurden zwei Proben aus rot gefärbten Gewässern angeliefert. Die sofort durchgeführten mikroskopischen Kontrollen ergaben in einem Fall ein Massenvorkommen von Haematococcus pluvialis, im anderen Fall ein Massenvorkommen von Schwefelpurpurbakterien.

Die mikrobiologischen Analysen für die Überwachung betreffen Wasserproben der Thüringer Trinkwassertalsperren hinsichtlich der Koloniezahlen bei 20 und 37 °C, der Bestimmung von Escherichia. coli sowie von Coliformen Keimen, des Nachweises von Fäkalstreptokokken und Salmonellen entsprechend der EG-Richtlinien. Darüber hinaus werden Spezialuntersuchungen auf Anforderung der Fachabteilungen der TLU durchgeführt. Hervorzuheben sind die mikrobiologischen Untersuchungen im Rahmen des Forschungsprojekts "Analyse und toxikologische Bewertung von Gehalten an polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) in der Saale und den Mündungen der Nebenflüsse Ilm und Unstrut" von 1994 bis 1996.

Das Gebiet der Ökotoxikologie wurde zunächst mit den "klassischen" Algen-, Daphnien- und Leuchtbakterientests bestritten. Zugute kamen dabei die Erfahrungen, die im LAWA-Unterarbeitskreis "AQS Biotests" gesammelt wurden. Kontinuierlich wurde das Spektrum der zur Verfügung stehenden Tests erweitert: Atmungs- und Atmungshemmtests in einem geschlossenen Respirometer, der Langzeit-Leuchtbakterientest, ein solid-phase-Leuchtbakterientest für Bodenproben, der Pseudomonas-Hemmtest, der umu-Test auf gentoxische Wirkungen (die Erlaubnis nach Gentechnikrecht liegt vor) sowie der Lemna-Test. In den letzten Jahren wurde verstärkt an der Übertragung der "Wasserbiotests" auf Boden- und Abfallproben gearbeitet. Z. B. wurde die Arbeitsvorschrift der DECHEMA zur Elution von Bodenproben getestet und der AT4-Test zur Erfassung der Atmung von Boden- und Abfallproben im geschlossenen Respirometer eingeführt. Darüber hinaus wurden Erfahrungen mit dem Einsatz von Enzym-Immuno-Assays zur Detektion von Pestiziden gesammelt. Die Biotests werden hauptsächlich zur Abwasserkontrolle, aber auch für Sonder- und Spezialuntersuchungen im Auftrag der Fachabteilungen der TLU sowie anderer Umweltbehörden und auch der Strafverfolgungsbehörden eingesetzt.

Perspektivisch wird im Bereich der Mikrobiologie die Anwendung miniaturisierter Verfahren gesehen, die mittels immunologischer bzw. molekularbiologischer Methoden entwickelt wurden. Im Bereich der Algologie / Mikroskopie soll verstärkt die Fluoreszenzmikroskopie zum Einsatz kommen, erste hoffnungsvoll erscheinende Ergebnisse wurden während einer Praktikumsarbeit einer Studentin der FH Jena erzielt. In der Ökotoxikologie kommt es darauf an, Lücken im Bereich terrestrischer und auf molekularbiologischer Grundlage beruhender Biotests zu schließen.