Der Eintrag von anthropogenen organischen Stoffen in die Umwelt stellt eine potenzielle Gefährdung der Rohwasserressourcen und somit auch des Trinkwassers dar. Ihr Vorkommen hängt u. a. von der Produktionsmenge, vom Anwendungsspektrum und dem Verhalten in der Umwelt ab. Industrie- und Haushaltschemikalien, Arzneimittel, Pflanzenschutzmittel (PSM) und deren Metabolite gehören zu den am häufigsten vorkommenden anthropogenen Stoffen in der aquatischen Umwelt [1-3]. Ihr Haupteintrag erfolgt je nach Anwendung direkt, wie beispielsweise durch Ausbringung von PSM, oder indirekt über die Kläranlagen, wie im Fall von Arzneimitteln und Haushaltschemikalien. Außerdem können organische Verunreinigungen über Altlasten oder Deponiesickerwasser sowie durch Unfälle in die Umwelt gelangen. Aus diesen Gründen ist es für einen Wasserversorger notwendig, die zur Trinkwassergewinnung genutzten Wasserressourcen regelmäßig und umfassend zu überwachen.

Mittels moderner physikalisch-chemischer Analysentechniken, wie der Gaschromatographie (GC) oder der Flüssigkeitschromatographie (LC) gekoppelt mit der Massenspektrometrie (MS), ist es heute möglich, Proben auf einige hundert Verbindungen simultan zu untersuchen. Diese klassischen Screening-Verfahren können nur Substanzen detektieren, die gezielt gesucht werden. Hierbei nicht berücksichtigte oder bisher noch unbekannte Substanzen bzw. Abbauprodukte werden mit diesen Methoden nicht erfasst. Eine Alternative stellt die Hochleistungs-Dünnschichtchromatographie mit automatisierter Mehrfachentwicklung (HPTLC/AMD) und ihren unterschiedlichen Detektionsmöglichkeiten dar [4, 5, GIT-Tipp: HPTLC Symposium 2011]. Die Messung der Lichtabsorption bei unterschiedlichen Wellenlängen (Mehrwellenlängenscan, MWL) ist eine effektive Möglichkeit des Screenings auf unbekannte Substanzen. Doch liefert die Detektion mittels physikalisch-chemischer Verfahren keine Aussage über die Wirkungen der Substanzen. Diese können nur durch biologische Testverfahren ermittelt werden, wobei hier unter Anwendung der klassischen Methoden lediglich der Summeneffekt mehrerer Substanzen festgestellt werden kann.

Deshalb nutzt die Landeswasserversorgung (LW) neben der herkömmlichen Target-Analytik mittels physikalisch-chemischer Detektion die wirkungsbezogene Analytik (WBA) nach Trennung der Substanzen auf der HPTLC-Platte als Teil eines multidimensionalen Screenings zur Überwachung ihrer Rohwässer, um auf diese Weise auch die biologische Wirkung einzelner Substanzen oder Substanzgruppen bestimmen zu können.

Die WBA koppelt physikalisch-chemische Trennverfahren mit biologischen Testsystemen. Durch diese Kombination ist es möglich, Aussagen über die Probenzusammensetzung und die biologische Wirkung der Inhaltsstoffe zu erhalten. Als besonders erfolgreich hat sich bisher die HPTLC/AMD in Kombination mit der Biolumineszenz-Detektion unter Verwendung des Leuchtbakteriums Vibrio fischeri erwiesen [6-10].

Methodik

Allgemeines
Bei der HPTLC/AMD-Trennung erfolgt die Entwicklung der Platte grundsätzlich mehrfach. Dabei wird jeweils die Höhe der Laufstrecke vorher definiert. Nach Erreichen der jeweiligen Stufenhöhe wird das Fließmittel aus der Entwicklungskammer entfernt und die HPTLC-Platte unter Vakuum getrocknet. Anschließend wird die Platte mit einer neuen Fließmittelzusammensetzung auf die nächst höhere Stufe entwickelt. Die Mehrfachentwicklung in Kombination mit einer Gradientenelution führt zu einer Fokussierung der Banden und steigert damit die Trennleistung [4, 5]. Da es sich bei der HPTLC/AMD um ein offenes Trennsystem handelt, lassen sich verschiedenste Detektionsarten anwenden:
Alle UV/VIS-aktiven Substanzen können durch das Messen der Remission über die Laufstrecken der Proben mittels eines Mehrwellenlängenscans ortsabhängig erfasst werden. Auch ist die Aufnahme eines UV/VIS-Remissions- und Fluoreszenzspektrums der einzelnen Substanzen möglich (TLC-Scanner, Camag).

Durch Tauchen der entwickelten Platte in eine Leuchtbakterien-Suspension (Vibrio fischeri) können bioaktive Substanzen erkannt werden. Hierbei wird das von den Bakterien emittierte Licht in einer Dunkelkammer (Bioluminizer, Camag) detektiert. Die Substanzen, die eine toxische Wirkung auf den Stoffwechsel von Vibrio fischeri besitzen und dadurch die Biolumineszenz hemmen, erscheinen als dunkle Banden im digitalen Bild. Aus den Graustufen der Pixel des digitalen Bildes erfolgt eine Berechnung der Hemmwerte, die sich ortsaufgelöst als Hemmwert-Chromatogramm oder als Gamma-Wert-Chromatogramm ( Γ-Wert = Hemmung [%] / (100 - Hemmung [%] ) darstellen lassen [9]. Verschiedentlich werden auch Biolumineszenz-Intensivierungen beobachtet.