Das Vorkommen von organischen Spurenstoffen im Wasserkreislauf und damit potenziell auch in den Rohwasserressourcen der Trinkwasserversorger steht seit vielen Jahren in der Diskussion. Aus diesem Grund ist es notwendig, über leistungsfähige analytische Verfahren und Strategien zur Überwachung bekannter als auch unbekannter bzw. noch nicht berücksichtigter Kontaminanten zu verfügen. Das Betriebs- und Forschungslaboratorium des ZV Landeswasserversorgung (LW) nutzt u.a. die Hochleistungsdünnschichtchromatographie (HPTLC) in Form der automatisierten Mehrfachentwicklung (AMD) und die Nano-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (Nano-HPLC) mit Flugzeitmassenspektrometrie (QTOF-MS) im Rahmen eines multidimensionalen Screenings für eine möglichst umfassende Vorfeldanalytik. Hierbei konnte in Grund- und Abwasser aus dem Wasserschutzgebiet „Donauried-Hürbe" sowie in Oberflächengewässern dieser Region das Vorkommen von 1H-Benzotriazol und Tolyltriazolen nachgewiesen werden.

Kontaminationen mit Benzotriazolen sind in erster Linie durch ihren Einsatz in Farben und Lacken als Korrosionsschutzmittel [1] für Kupfer und dessen Legierungen, in Kühlflüssigkeiten und Schmierstoffen von Motoren sowie zum Silberschutz in Reinigungs- und Spülmitteln verursacht. Weiterhin gelangen sie nach ihrer Verwendung in Frostschutz- und Flugzeugenteisungsmitteln in die Umwelt. Zum Vorkommen der Substanzen in der aquatischen Umwelt wurden bisher nur wenige Untersuchungen durchgeführt [2, 5]. Dennoch kann festgehalten werden, dass 1H-Benzotriazol und die Tolyltriazole zu den am häufigsten und in verhältnismäßig hohen Konzentrationen gefundenen Umweltchemikalien in Fliessgewässern gehören. So wurde 1H-Benzotriazol in 94% und Tolyltriazole in 81% aller untersuchten Proben nachgewiesen. Die Mediankonzentration betrugen 230 ng/l für 1H-Benzotriazol bzw. 140 ng/l für die Tolyltriazole [6].

Untersuchungskonzept der Landeswasserversorgung (LW)

Im Rahmen eines Überwachungsprogramms der von der LW genutzten Rohwässer und deren Umfeld (z.B. Vorfeldmessstellen, Oberflächengewässer und Kläranlagenabläufe) wurden neben den umfassenden und regelmäßig durchgeführten chemischen, chemisch-physikalischen sowie mikrobiologischen Untersuchungen zusätzlich „Non-Target-Screening-Verfahren" zur Erkennung von bisher nicht berücksichtigten Kontaminanten oder unbekannten Substanzen durchgeführt.

Hierbei kam u.a. ein Screening mittels HPTLC/AMD [7] zum Einsatz. Dabei konnte festgestellt werden, dass sowohl in Extrakten von Kläranlagenabläufen als auch von Oberflächen- und Grundwasserproben Peaks auftraten (Abb. 1), die im Rahmen der bei der LW bisher durchgeführten Target-Analytik-Untersuchungen nicht zugeordnet werden konnten.

Deshalb wurde zur Identifikation dieser bisher nicht berücksichtigten Kontaminanten zunächst die den Peak 2 (Abb. 1a) bildende organische Substanz mit Hilfe der in Abbildung 2 dargestellten Extraktionsapparatur (TLC-MS-Interface, Camag) von der HPTLC-Platte (LiChrospher-Platten, Merck) extrahiert und nach Nano-LC mittels QTOF-MS (nano-HPLC 1200 Series, 6520 QTOF beides Agilent) untersucht (ESI+). Dabei konnten zwei intensive Peaks (Peak A bei RT = 3.2 min und Peak B bei RT = 3.4 min) erkannt werden (Abb. 1b).

Zur Identifizierung der den beiden Peaks zuzuordnenden Substanzen wurde eine im Betriebs- und Forschungslaboratorium der LW erstellte Substanzdatenbank mit den jeweiligen Summenformeln und exakten Massen von in der Literatur beschriebenen potenziellen Umweltkontaminanten eingesetzt. Mit Hilfe dieser Datenbankabfrage war es anhand der bestimmten exakten Molekülmassen als auch über die Isotopenmuster möglich, Peak A als 1H-Benzotriazol zu identifizieren und Peak B den Tolyltriazolen (4-Methyl-1H-benzotriazol bzw. 5-Methyl-1H-benzotriazol) zuzuordnen. Eine Unterscheidung der Tolyltriazol-Isomere konnte unter den gewählten Nano-LC-Bedingungen nicht erfolgen, da diese chromatographisch nicht getrennt werden konnten. Zur Bestätigung der Identität wurden Produktionenspektren (MS/MS) der von der HPTLC-Platte extrahierten Substanzbande nach Trennung mit der Nano-LC aufgenommen (Abb. 3) und mit kommerziell erhältlichem Referenzmaterial verglichen. Sowohl die Retentionszeiten als auch die Massenspektren stimmten überein. Zudem zeigte sich, dass die Produktionenspektren der Tolyltriazol-Isomere nahezu identisch sind. Als zusätzliche Bestätigung wird in Abbildung 4 die Migration der Referenzsubstanzen (UV-Absorption) im Vergleich zu den Extrakten unterschiedlicher Kläranlagenausläufe bei der HPTLC/AMD gezeigt.

Durch den Wechsel des Ionisationshilfsmittels bei der chromatographischen Methode (Trennsäule Zorbax Exclipse, Eluenten Wasser und Methanol jeweils mit einem Zusatz von 2 mmol/l Ammoniumcarbonat) ist es gelungen, die Tolyltriazol-Isomere besser zu trennen. Dies ist besonders dann wichtig, wenn sich die Konzentrationen der Isomere deutlich unterscheiden. Zur Detektion wurde ein Triple-Quadrupol-Massenspektrometer (API 5000, Applied Biosystems) mit Elektrospray-Ionisation im positiven Modus eingesetzt.