Bei diesem sich noch in der Anfangsphase befindlichen Projekt des Berufsgenossenschaftlichen Institutes für Arbeitsschutz BIA im HVBG wurde die Toxizität verschiedener luftgetragener Substanzen mittels Leuchtbakterientest untersucht.
In der vorliegenden Arbeit wurden die Ergebnisse der Toxizitätsuntersuchungen der Reinstoffe n-Hexan und 2-Butanon sowie deren Mischung in verschiedenen Mischungsverhältnissen dargestellt.
Die Empfindlichkeit des Leuchtbakterientestes ist für n-Hexan zufriedenstellend, wobei n-Hexan den stärkeren Effekt hervorruft. Für Konzentrationen des MAK-Wertes liegt die Hemmung von n-Hexan bei über 60% gemessen nach 5 Minuten.
Betrachtet man den Kurvenverlauf der in Kapitel 5.2 dargestellten Grafik Nr.7 der prozentualen Hemmung von n-Hexan nach 5 Minuten bei verschiedenen Konzentrationen, so scheint sich eine Sättigungskurve darzustellen. Der Anfangsbereich folgt einer steilen Geraden, die bei der Konzentration von 1/2*MAK gipfelt und dann um einen Sättigungsbereich herum schwankt, der zwischen 62 und 70% Hemmung zu liegen scheint. Obwohl der Hemmwert für die 1/2*MAK-Wert Messung höher als die der höher konzentrierten Messungen ausfällt und dies sicherlich noch weiter zu untersuchen ist, liegt die Differenz zwischen den Werten doch relativ dicht beieinander (8%), so dass dies als normale Schwankung interpretiert werden kann. Insgesamt betrachtet kann somit angenommen werden, dass mit steigender Konzentration des n-Hexans auch die Hemmung steigt, die bei 1/2*MAK ihr Maximum erreicht und auch bei weiterer Steigerung der Konzentration nicht mehr prägnant zu steigen scheint. Nach zusammenfassender Betrachtung der Messergebnisse für n-Hexan kann der Einsatz des Screening-Tests via Leuchtbakterien für diese Substanz als bedingter Erfolg gewertet werden, da die für den Arbeitsschützer relevanten Bereiche unterhalb des MAK-Wertes liegen Ab einer Konzentration größer als 1/2*MAK ist jedoch keine Differenzierung möglich ist.
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Im Falle des 2-Butanon tritt für Konzentrationen des MAK-Wertes noch keine Hemmung der Leuchtintensität auf. Messbare Hemmwirkung tritt für den Fall des 2-Butanon erst bei einem dreifach konzentrierten MAK-Wert auf. Selbst bei der 10-fachen Stoffmenge steigt der Effekt der Hemmwirkung des 2-Butanon nicht über knapp 30% an. Betrachtet man die in Kapitel 5.4 dargestellte Grafik Nr.9 der prozentuellen Hemmung von 2-Butanon nach 5 Minuten, so liefert diese Darstellung eine Gerade mit fast linearem Verlauf. Die maximale Hemmung scheint hier bei fast 30% zu liegen und wurde gemessen bei der 10*MAK Lösung. Durch weitere Tests müsste geklärt werden, ob es bei noch höheren Konzentrationen, wie bei n-Hexan auch zu einer Sättigungskurve kommt, oder ob es bei einer bis 100% weiter steigenden Gerade bleibt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden höhere Konzentrationen nicht untersucht, da diese für den Arbeitsschutz nicht relevant sind. Hier wird anhand der Messergebnisse deutlich, dass der Leuchtbakterientest als Screening-Verfahren im Arbeitsschutz innerhalb der MAK-Wert-Grenzen bedingt einsetzbar ist, da eine Hemmwirkung bei Überschreiten des MAK-Wertes eintritt.
Bei beiden Substanzen ist eine Dosisabhängigkeit der Hemmwirkung zu beobachten, das heißt, dass mit steigender Konzentration der Substanzen auch der Effekt der Hemmwirkung zunimmt.
Ein häufig beim Leuchtbakterientest zu beobachtender Effekt ist, dass es mit zunehmendem Reaktionsverlauf zu einer „Erholung" der Leuchtbakterien kommt.
Dieser Effekt ist bei beiden Testsubstanzen zu beobachten, er dokumentiert sich in der Abnahme der Hemmwirkung mit der Zeit.
Erstmals wurden auch Effekte an Substanzgemischen untersucht. Gemäß, den Ergebnissen, die die Einzelmessungen lieferten, wurde erwartet, dass auch in den Substanzgemischen der Einfluss des n-Hexans stärker ausfällt und es zu einer Wirkverstärkung und somit Zunahme der Toxizität der Lösungsmittelmischung kommt. Diese Erwartung wurde nicht bestätigt. Bei der Betrachtung der einzelnen Messungen der Lösungsmittelmischungen orientiert sich der resultierende Effekt der Hemmung weitestgehend an dem Stoff, der die geringere Hemmwirkung bei den Reinstoffen hatte.
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Dieses unerwartete Ergebnis scheint nicht durch die eingangs erwähnten Effekte wie Synergie, Antagonismus oder unabhängige Wirkung erklärbar zu sein. Ein
Erklärungsversuch dieses ungewöhnlichen Verhaltens der Lösungsmittel-mischung resultiert vielleicht aus einer Wechselwirkung des 2-Butanon mit den Leuchtbakterien.
Betrachtet man die Einzelmessungen des 2-Butanon, so kommt es bei Einsatz sehr geringer Konzentrationen wie 1/10*MAK zu einer Zunahme der Leuchtintensität der Bakterien anstelle der Hemmung. Es schein, als fördere 2-Butanon den Stoffwechsel, was sich in vermehrtem Leuchten äußert. Dieser Effekt könnte möglicherweise auch auftreten, wenn es trotz der Zugabe des n-Hexans nicht zu einer prägnanten Änderung der Hemmung kommt.
Auch in der toxikologischen Literatur findet man nur sehr wenige Informationen Substanzmischungen betreffend. Wie die Ergebnisse der Messungen zeigen, ist eine Vorhersage des Verhaltens von Substanzmischungen sehr schwierig.
In Analogie zu den Einzelmessungen kann auch hier eine Abhängigkeit der Zunahme der Hemmung mit zunehmender Stoffmenge der Mischung betrachtet werden.
Analog ist mit der Zeit eine Abnahme der Hemmwirkung durch „Erholung" der Leuchtbakterien zu beobachten.
Fazit dieser Messungen ist, dass sich aus den durchgeführten Messungen auf Grund der Ergebnisse der Messungen von Einzelstoffen keine Aussagen über das Verhalten dieser Mischung machen lassen. Dies unterstreicht die Wichtigkeit der Messungen von Substanzgemischen.
Die Durchführung einer Vielzahl von Messungen der Lösungsmittelmischungen in verschiedenen Mischungsverhältnissen aber auch die Messungen anderer Substanzklassen liefern vielleicht zukünftig Hinweise auf eine Übertragbarkeit der erhaltenen Ergebnisse auf ganze Gruppen oder Substanzklassen. Zum jetzigen Zeitpunkt ist dies jedoch absolut nicht absehbar.
S Ausblick
Durch nachfolgende Untersuchungen müsste geprüft werden, inwie fern es wirklich zu einer Sättigung der Hemmung bei Konzentrationen größer als 1/2*MAK bei n-Hexan kommt. Außerdem gilt es durch Wahl von Konzentrationen, die kleiner sind als 1/10*MAK, den Bereich herauszufinden, bei dem es zu keiner Hemmwirkung mehr kommt.
Bei den noch vorzunehmenden Untersuchungen von 2-Butanon müssen noch Messungen mit Konzentrationen größer als 10*MAK folgen, um zu verifizieren, ob es in Analogie zu n-Hexan zu einer Sättigung und somit stagnierenden Werten der Hemmung bei steigender Konzentration der Schadstofflösung kommt.
Besonders bei den Lösungsmittelgemischen stehen noch eine Vielzahl von notwendig erforderlichen Messungen an. Untersuchungen von Mischungen befinden sich noch in der Anfangsphase. Bisher konnte nur ansatzweise ein Zusammenhang zwischen Einzelstoffen und Mischungen untersucht werden, es ist sehr schwierig aus den bisher erhaltenen Informationen Rückschlüsse auf Wechselwirkungen zu ziehen.
Weiterführende Tests sind deshalb erforderlich.
Durch die erhaltenden Messergebnisse und Einblicke kann jedoch angenommen werden, dass der Screening-Test mittels Leuchtbakterien geeignet ist, um gerade die sich noch an der Basis befindlichen Ergebnisse der Lösungsmittelmischungen zu vervollständigen.
Deshalb sollte es auch zur weiteren Entwicklung des Verfahrens
gehören, neben den bisher untersuchten leichtflüchtigen Stoffen auch mittel- bis schwerflüchtige Stoffe zu untersuchen und ein besonderes Augenmerk auf die Beurteilung komplexer Stoffgemische zu haben, denn letztendlich soll das Ziel der Verfahrensentwicklung und Optimierung sein, an realen Arbeitsplätzen eingesetzt zu werden, um dort als schnelles Testverfahren die Luft zu untersuchen und eine Gefährdung der Arbeitnehmer auszuschließen.
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Anhang
Messergebnisse aus dem Range Finding
1/10 n-Hexan, n-Hexan, 10 * n-Hexan 1/10 2-Butanon, 2-2-Butanon, 10 * 2-Butanon
Probe Hemmung d
t = 5 min
er Leuchtini
tensität in % t = 30 min
1/10 n-Hexan 13,00 7,92 6,62
1/10 n-Hexan 32,27 26,12 23,00
1/10 n-Hexan 21,39 15,17 12,49
1/10 n-Hexan 14,08 8,74 5,43
n-Hexan 64,00 57,52 54,29
n-Hexan 63,01 56,10 54,35
n-Hexan 61,96 55,12 52,98
n-Hexan 59,44 52,42 49,05
10 * n-Hexan 66,07 59,99 57,80
10 * n-Hexan 69,24 64,47 61,87
1 0 * n-Hexan 69,33 66,21 63,20
10 * n-Hexan 62,10 57,83 55,07
1/10 2-Butanon 2,19 4,35 6,53
1/10 2-Butanon -4,59 -4,21 -3,53
1/10 2-Butanon -9,59 -10,93 -9,16
1/10 2-Butanon -3,25 -3,01 -1,57
2-Butanon -1,86 -3,17 -3,08
2-Butanon -3,93 -2,57 -0,70
2-Butanon 4,11 2,63 2,62
2-Butanon -5,75 -6,62 -2,09
10* 2-Butanon 23,82 21,62 18,96
10* 2-Butanon 24,90 25,00 24,06
10* 2-Butanon 25,55 26,16 24,79
10* 2-Butanon 38,39 37,45 37,50
Messergebnisse aus den Messungen von:
1/5*MAK n-Hexan, 1/2*MAK n-Hexan, 2*MAK n-Hexan,
3*MAK 2-Butanon, 3*MAK 2-Butanon, 5*MAK 2-Butanon, 7*MAK 2-Butanon
Probe Hemmung d
t = 5 min
er Leuchtini t
tensität in % t = 30 min
1/5*MAK n-Hexan 5,98 4,16
1/5*MAK n-Hexan 53,56 19,98 17,89
1/5*MAK n-Hexan 42,73 34,41 37,26
1/5*MAK n-Hexan 49,04 37,45 32,09
1/2*MAK n-Hexan 65,83 52,97 47,29
1/2*MAK n-Hexan 69,99 59,10 54,83
1/2*MAK n-Hexan 71,96 63,44 58,91
1/2*MAK n-Hexan 68,77 59,33 58,78
2*MAK n-Hexan 67,43 57,51 55,13
2*MAK n-Hexan 69,69 58,21 53,52
2*MAK n-Hexan 67,74 56,27 50,73
2*MAK n-Hexan 71,54 65,02 62,85
3*MAK 2-Butanon 12,56 6,26 3,23
3*MAK 2-Butanon 11,74 3,66 3,27
3*MAK 2-Butanon 13,85 2,90 -0,23
3*MAK 2-Butanon 11,76 6,01 9,86
5*MAK 2-Butanon 21,55 14,43 15,55
5*MAK 2-Butanon 19,73 14,19 10,56
5*MAK 2-Butanon 19,67 11,12 10,38
5*MAK 2-Butanon 23,93 18,70 18,20
7*MAK 2-Butanon 27,26 17,02 13,20
7*MAK 2-Butanon 24,91 17,42 16,02
7*MAK 2-Butanon 29,67 21,28 17,84
7*MAK 2-Butanon 29,40 19,37 15,44
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