Kerstin Kefenbaum Bonn, April 2003 eingereicht von der Universität Leipzig zum Postgradualstudium Toxikologie Abschlussarbeit UND VON AUF DIE ZUM

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ZUM

VON AUF DIE

UND

Abschlussarbeit

zum Postgradualstudium Toxikologie der Universität Leipzig

eingereicht von

Kerstin Kefenbaum

Bonn, April 2003

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1 Einleitung 2

2 Grundlagen des Leuchtbakterientests 3

3 Methoden und Geräte 5

3.1 Geräteaufbau 6

4 Versuchsbeschreibung 8

4.1 Phenolstandard 9

4.2 Range Finding 10

4.2.1 n-Hexan 10

4.2.2 2-Butanon 16

5 Messungen 20

5.1 Messungen n-Hexan 20

5.2 Zusammenfassung der Messergebnisse n-Hexan 20

5.3 Messungen 2-Butanon 23

5.4 Zusammenfassung der Messergebnisse 2-Butanon 23 6 LösungsmitteSgemische aus n-Hexan und 2-Butanon 26

6.1 Messungen der Lösungsmittelgemische 27

6.2 2-Butanon:n-Hexan/1:1 29

6.6 2-Butanon:n-Hexan /1:10 34

7 Zusammenfassung und Diskussion 37

8 Ausblick 40

9 Anhang 41

9.1 Verzeichnis der R-Sätze 46

10 Literatur 49

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1 Einleitung

Die Sicherheit der Arbeitnehmer ist schon von jeher die wichtigste Motivation eines jeden Arbeitsschützers.

Viele Maßnahmen, die den Arbeitnehmern eine größere Sicherheit am Arbeitsplatz bieten, sind oftmals für den Anwender unkomfortabel oder kostspielig in Anschaffung oder Unterhalt. Deshalb ist es sinnvoll, solche Maßnahmen zu umgehen und durch Einsatz von weniger gefährlichen oder unbedenklichen Stoffen Abhilfe zu schaffen.

Die meisten der für den Arbeitnehmer gefährlichen Stoffe am Arbeitsplatz befinden sich in der Luft und können über die Atmung oder Kontakt mit der Haut zu einer Schädigung der Gesundheit führen.

Für die Beurteilung der in der Luft am Arbeitsplatz als Gas, Dampf oder Schwebstoff auftretenden Konzentration nicht krebserzeugender, reiner Gefahrstoffe stellen MAK-Werte eine Grundlage dar.

Grenzwerte für Stoffgemische in der Luft am Arbeitsplatz lassen sich derzeit nicht wissenschaftlich begründen [10]. Da Stoffgemische am Arbeitsplatz aber häufig auftreten, wird für die zu treffenden sicherheitstechnischen Maßnahmen eine Orientierungshilfe benötigt.

Angeregt durch ein Projekt des Berufsgenossenschaftlichen Institutes für Arbeitsschutz (BIA) im Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaft (HVBG), ein Testverfahren zu entwickeln, durch das einfach und schnell die Toxizität der Luft am Arbeitsplatz abgeschätzt werden kann, wurden die Messungen zu Gefahrstoffen durchgeführt, die in nachfolgender Abschlussarbeit dargelegt werden.

Hierbei wurden erstmals auch Lösungsmittelmischungen via Leuchtbakterientest ihre Toxizität betreffend untersucht.

Ein im BIA entwickeltes Verfahren, das die Luftproben auf einem Adsorbens sammelt und mittels Thermodesorption mit Kryofocussierung aufarbeitet, wird mit dem bereits standardisierten Leuchtbakterientest kombiniert. Mit diesem Testverfahren werden Aussagen über die Toxizität von Stoffen und Stoffgemischen in der Luft am Arbeitsplatz ermöglicht, über die nur wenig oder gar keine Informationen vorliegen.

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2 Grundlagen des Leuchtbakterientests

Als Leuchtbakterien bezeichnet man Vertreter einiger Bakterienarten, die die Fähigkeit besitzen, als Produkt ihres Stoffwechsels kaltes Leuchten, die so genannte Biolumineszenz, zu erzeugen.

Die Biolumineszenz ist ein Spezialfall der Chemolumineszenz, mit der Unterscheidung, dass die chemisch angeregten Moleküle bei der Biolumineszenz mittels enzymatisch katalysierter Reaktion angeregt werden und unter Lichtabgabe wieder in den Grundzustand übergehen. Alle Enzyme, die Leuchtreaktionen katalysieren, werden unabhängig von ihrem jeweiligen Wirkungsmechanismus Luciferasen genannt.

Die Quantenausbeute im bakteriellen System beträgt 0,1, d.h. dass aus zehn umgesetzten Molekülen ein angeregtes entsteht, das Photonen emittiert. Das Leuchten ist ein integraler Bestandteil des bakteriellen Energiestoffwechsels. Es erfordert Reduktionsäquivalente in Form von Flavin-mono-nukleotid (FMNH2), das über Nicotinamid-adenin-dinucleotid (NADH) gebildet wird.

Die bakterielle Luciferase katalysiert die Leuchtreaktion mit den Substraten FMNH2

und O2 in mehreren Schritten, wobei gleichzeitig ein drittes Substrat, ein Aldehyd, zu seiner korrespondierenden Fettsäure oxidiert wird.

FMNH2 + R-CHO + O2 --- *• R-COOH + H2O + dDBL*h*v

mit

dpBL= Quantenausbeute der Biolumineszenz h=

Plancksches Wirkungsquantum (6,6+10"³⁴ J) v=

Frequenz

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Nachfolgende Darstellung des Reaktionsschemas der bakteriellen Biolumineszenz verdeutlicht die Entstehung des bakteriellen Leuchtens.

FMNH2

NADP

/ " A D P ^ ^ R C H O \

r Y

^>

I E 3

^ ATP / \RCOOH*"

[ N AD PH |

«_ 02

El

A'tmungskettenphosphorylierung

Angeregtes MolekUl

H20

•Licht

E,: Luciferase E2: FMN-Reductase E3: Myristinsäure-Reductase

Grafik 1: Reaktionsschema der bakteriellen Biolumineszenz [1]

H20

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Die Leuchtreaktion bedeutet einen erheblichen energetischen Aufwand für die Bakterienzelle. Störungen im Energiestoffwechsel werden indirekt durch die Lumineszenz angezeigt. Ein Eingriff in den Stoffwechsel, wie es z.B. die Zugabe einer toxischen Substanz ist, führt zu einer Beeinträchtigung des Stoffwechsels und somit zu einer Abnahme des Leuchtens.

Die im Versuch verwendeten Bakterien sind mariner Herkunft und gehören zum Stamm der Vibrionaceae.

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Nachfolgendes Foto zeigt auf einer Nährlösung befindliche Leuchtbakterien:

Foto: R. Uhlig BIA im HVBG

Foto 1: Leuchtende Kolonien auf Agarnährboden

Seit dem 26. März 1990 ist der Leuchtbakterientest DIN-zertifiziert (DIN EN ISO 11348-3). Er findet weit verbreiteten Einsatz, so z. B. beim Schutz des Trinkwassers, Kläranlagensanierungen, Chemikalienprüfungen und medizinischen Verträglichkeits- prüfungen, um nur einige Beispiele zu nennen [6].

3 Methoden und Geräte

Im Berufsgenossenschaftlichen Institut für Arbeitsschutz BIA/HVBG wurde ein Verfahren entwickelt, das die Probenaufbereitung mittels Thermodesorption mit dem standardisierten Leuchtbakterientest verbindet. Innerhalb dieses sich noch in der Anfangsphase befindlichen Projekts werden Untersuchungen zu verschiedenen Substanzenklassen durchgeführt, deren Gefährdungspotential hinreichend bekannt

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ist, um die Allgemeinanwendbarkeit des Verfahrens zu überprüfen und die Verfahrensbedingungen zu optimieren.

Der Leuchtbakterientest ist ein einfaches Testverfahren zur Ermittlung der toxischen Wirkung von Substanzgemischen sowie wenig bekannter oder unbekannter Substanzen.

Das patentierte Messsystem Microtox® wurde speziell als Mess- und Auswerteinheit für den Leuchtbakterientoxizitätstest entwickelt und entspricht den Anforderungen nach DIN EN ISO 11348-1/2/3.

Der Microtox-Screening Test wird mit dem Luminometer Microtox® Modell 500 und der Software „MicrotoxOmni™" durchgeführt.

3.1 Geräteaufbau

Foto 2: Luminometer Microtox ® Modell 500

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Der Aufbau des Luminometer Microtox ® Modell 500 ist im Folgenden dargestellt.

Ausschnittsvergrößert ist der Thermoblock des Luminometers abgebildet. Zum besseren Verständnis ist eine beispielhafte Belegung dargestellt.

A B

C

Thermoblock A

SOOpl NaCL 10 l B kt i

SOOpl NaCL 1 0 l B kt i

SOOpl NaCL 1 0 l B kt i SOOpl NaCI SOOpl NaCI 10pl SOOpl NaCI SOOpl NaCI SOOpl NaCI

SOOpl NaCI SOOpl NaCI

4-

10pl Bakterien SOOpl NaCI SOOpl NaCI SOOpl NaCI

SOOpl NaCL SOOpl NaCL SOOpl NaCL SOOpl NaCL SOOpl NaCL

SOOpl NaCL 10 l B kt i A

B

C

D

E

F SOOpl NaCL 10 l B kt i

Abbildung 1: Aufbau des Microtox 500 Luminometers mit ausschnittsvergrößertem Thermoblock A: Thermoblock mit 30 Stellplätzen und Temperaturkontrolle (bei 15°C).

Hier erfolgen der Ansatz und die Inkubation der Testansätze. B:

Leuchtbakterien-Vorratsschacht mit Temperaturkontrolle (bei 5°C).

Hier werden die reaktivierten Leuchtbakterien gelagert. C:

Messschacht mit Temperaturkontrolle.

Hier erfolgt die Messung der Leuchtintensität der Testansätze. D: <set>-Taste.

Sobald diese Taste gedrückt wird, erfolgt eine automatische Kalibrierung

des Microtox Modell 500 bezüglich der Leuchtintensität der eingesetzten reaktivierten Leuchtbakteriensuspension. E: <READ>-Taste. Durch Drücken dieser Taste erfolgt die Messung der Leuchtintensität

der im Messschacht befindlichen Küvette. F: Warn- und

Signalleuchten. G: Digitales, alphanumerisches LCD-Display. Hier werden die gemessenen

Leuchtintensitäten angezeigt. H:

Kühlgebläse und Filter.

l: Stromanschlussbuchse, Sicherungen, Spannungswählschalter.

J: Dreiwege-Schalter zur Einstellung des gewünschten Testmodus.

G

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Der Thermoblock (A) ist das Reaktionszentrum des Gerätes, es umfasst 30 Stellplätze für Glasküvetten, in denen die Reaktionen durchgeführt werden. Durch photometrische Messung im Messschacht (C) kann eine Veränderung der Leuchtintensität gemessen werden.

Die für die Messungen verwendete Wellenlänge beträgt 560 nm. Die gemessenen Daten werden mittels Software „MicrotoxOmni ™" dokumentiert und bearbeitet.

4 Versuchsbeschreibung

Da die Leuchtbakterien zum regulären Wachstum eine 2%ige Kochsalzlösung benötigen und die meisten der zu untersuchenden Stoffe hydrophob sind, muss ein Reaktionsmedium gefunden werden, das die Bakterien tolerieren und die hydrophoben Teststoffe in Lösung bringt. Es konnte ermittelt werden, dass neben DMSO und Ethanol auch Methanol ohne nennenswerte Verringerung des Leuchtens verwendet werden kann. Alle drei Lösungsmittel können bis zu einer Konzentration bis zu 5%( Vol.) in der Testlösung mit Bakterien eingesetzt werden.

Die Testsubstanzen Substanzen werden durch Verdünnungsreihen hergestellt, in Ethanol überführt und den Bakterienlösungen zugegeben.

Die zur Messung verwendeten Leuchtbakterien werden vor Versuchsbeginn

„aufgeweckt", d.h. sie werden von ihrer Lagertemperatur bei -20 °C in tiefgefrorenem Zustand mit 1 ml Rekonstitutionslösung (aq. bidest) aufgeschlemmt. Um sich an die Versuchsgegebenheiten anzupassen, verbleiben sie 30 Minuten bei 5°C im

Leuchtbakterien-Vorratsschacht ( B ) des Messgeräts.

Während einer regulären Messung wird aus einem externen Messblock heraus die Schadstofflösung in den Thermoblock hinein pipettiert und die Veränderung des Leuchtens der Bakterienlösungen betrachtet. Dabei wird zuerst das Ausgangsleuchten der Bakterien bestimmt. Nach Zugabe der Testlösung wird die Veränderung der Leuchtintensität nach 5, 15 und 30 Minuten gemessen.

Den eigentlichen Messversuchen vorausgehend wird eine eichungsähnliche Standardmessung vorgenommen, deren Funktion es ist, Gerät und Bakterien vor

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Versuchsbeginn auf Funktionalität zu untersuchen. Dieser Test wird Phenolstandard genannt, weil als toxisches Agens Phenol verwendet wird.

4.1 Phenolstandard

Entsprechend dem nachfolgenden Belegungsmuster werden die zu messenden Proben im Messblock vorbereitet. In Reihe A wird eine phenolische Konzentrationsreihe erstellt. Zunahme der Konzentration von Messplatz A1 (reine Kochsalzlösung) nach A5 (reine phenolische Stammlösung). Die restlichen Belegplätze werden mit Glasküvetten befüllt. Sie enthalten je 500 ul Kochsalzlösung und 10 ul Bakterienlösung.

A

1,5mlNaCL 1,5mlNaCL + 1 ,5 ml des Gemisches aus 3

1,5mlNaCL + 1,5 ml des Gemisches aus 4

1,5mlNaCL +

1,5 ml phenolische Stammlösung

1,5ml phenolische Stammlösung

(90mg/l) SOOul NaCI

+ 10|jl Bakterien

500u! NaCI + 10ul Bakterien

500(jl NaCI + 1 0ul Bakterien

500|jl NaCI + 10ul Bakterien

SOOul NaCI + 10ul Bakterien 500[jl NaCI +

1 0|jl Bakterien 500|jl NaCI + 10(jl Bakterien

500JJI NaCI + 10ul Bakterien

500MI NaCI + 10ul Bakterien

SOOMl NaCI + 10ul Bakterien

Tabelle 1: Belegmuster des Messblocks im Luminometer

Die Reaktionsgefäße mit Bakterienlösungen adaptieren ca. 15 Minuten. Einleitend erfolgt der Nullabgleich. Dazu wird eine beliebige Bakterienprobe aus Reihe B oder C gewählt und das Grundleuchten dieser Probe als Nullwert festgelegt. Anschließend erfolgt die sogenannte Nullrnessung der Küvetten in B und C. Der gemessene Wert stellt die Bezugsbasis zu den folgenden Werten dar. Alle im Folgenden als Leuchtintensität aufgeführten Werte sind daher dimensionslos.

Zu Beginn der Reaktion wird die Schadstofflösung aus Reihe A Zeile 1-5 jeweils in die Reihen B und C pipettiert. Man folgt dabei der Reihenfolge: 500ul aus A1 werden jeweils in B1 und C1 pipettiert, SOOul Schadstofflösung aus A2 wird analog in B2 und

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Es erfolgt eine 5 Minuten dauernde Wirkzeit der Schadstofflösung auf die Leuchtbakterien, nach deren Ablauf die Veränderung der Leuchtintensität der Bakterienlösung gemessen wird.

Die ermittelten Werte werden zur Berechnung des ECso- Wertes verwendet. (Dieser Wert gibt an, bei welchem Wert eine Hemmung der Leuchtintensität von 50% eintritt).

Für die aktuelle Messung wurde ein Wert von 17 mg/l ermittelt. (Die Toleranzwerte für die Funktionalität dieses Wertes liegen zwischen 13 und 26 mg/l).

Nachdem so die Funktionalität des Messgerätes und der Bakterien nachgewiesen wurde, kann mit den eigentlichen Tests begonnen werden.

4.2 Range Findling

Im Rahmen des Forschungsvorhabens des BIA im HVBG wurden Toxizitätstests mittels Leuchtbakterien zu einer Reihe von häufig in der Industrie eingesetzten Lösungsmitteln durchgeführt. Die Testungen erfolgen an weithin schon untersuchten Lösungsmitteln, um die Anwendbarkeit des entwickelten Testverfahrens sicherzustellen und später dann auf unbekannte oder wenig untersuchte Stoffe übertragen zu können. Im Folgenden wird über die Ergebnisse berichtet, die die Messungen von n-Hexan, 2-Butanon und deren Mischungen liefern. n-Hexan und 2- Butanon gehören zu den so genannten „high production volume chemicals". Diese Stoffe werden in Mengen von mehr als 1000 Tonnen pro Jahr in der Europäischen Union (EU) hergestellt oder in die EU importiert [11].

4.2.1 n-Hexan

t ^C

n-Hexan ist ein farbloser, flüchtiger und feuergefährlicher Kohlenwasserstoff. Die Einwirkung von n-Hexan-Dämpfen führt zu Schwindel, Kopfschmerzen, Reizung der Augen und der Luftröhre sowie Übelkeit und Erbrechen. Bei Konzentrationen ab

10

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500 ppm ist bereits mit ersten narkotischen Symptomen zu rechnen. Bei chronischer Exposition kommt es zu Nervenschädigungen, z. B. Lähmungen an den Extremitäten. Die Maximale Arbeitsplatz Konzentration (MAK) beträgt 180 mg/m³ bzw. 50 ml/m³. Es ist ein wassergefährdender Stoff mit der Wassergefährdungsklasse WGK1. Auf die Haut wirkt n-Hexan stark entfettend und ekzembildend. Als häufiger Bestandteil von Klebstoff-Verdünnern wird n-Hexan als Schnüffelstoff missbraucht.

n-Hexan ist unlöslich in Wasser, löslich in Alkohol, Ether, Benzin und Benzol und ist Bestandteil des Benzins und Petroleums. Er gilt als gesundheitsschädlicher Arbeitsstoff und hat nachfolgende EG-Einstufung (nach der 25. Anpassungsrichtlinie 98/98/EG):

F, Feuergefährlich R11

Repr.Cat.3; R62, Xn; R65-48/20 Xi; R38; R67

N; Umweltgefährdend R51/53

Der Wortlaut der R-Sätze ist im Anhang aufgeführt.

Der MAK-Wert (Maximale Arbeitsplatzkonzentration) eines Stoffes gibt die Konzentration eines reinen Stoffes in der Luft am Arbeitsplatz an, der die Gesundheit bei täglich 8-stündiger Aufnahme nicht schädigt. Er ist ein ständig wiederkehrender Begleiter eines jeden Arbeitsschützers und wird mithin auch für die Testung von n- Hexan als Ausgangskonzentration gewählt [12].

Es wird eine Stammlösung in der Konzentration des einfachen MAK-Wertes als Grundlage für die Testungen erstellt, um herauszufinden, in welchen Konzentrationsbereichen die Leuchtbakterien besonders sensibel reagieren. Dieses Range Finding wird für n-Hexan mit den Konzentrationen einfacher MAK-Wert, einzehntelfacher MAK-Wert und zehnfacher MAK-Wert durchgeführt. Der Nachfolgend dargestellte Reaktions- und Thermoblock verdeutlicht das Belegschema.

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D

SOOplNaCL . . . ' +

10jjj BdctoTCiT

500[J| NaCL + __j!0|jj_^aMerieri_

_

500pl NaCL +

1 0(jl Bakterien 500|J| NaCL + 10|jl Bakterien

500pl NaCL + 10 M l Bakterien 500(jl NaCI

+ 10|jl Bakterien

500|jl NaCI + 10p! Bakterien

SOOpl NaCI + 10|jl Bakterien

500|J| NaCI + 10(jl Bakterien

500|jl NaCI + 10|jl Bakterien 500pl NaCI + 1

0|jl Bakterien

500|jl NaCI + 10|jl Bakterien

SOOpl NaCI +

10pl Bakterien 500|jl NaCI + 10|jl Bakterien

SOOpl NaCI + 10pl Bakterien 500pl NaCL +

lOgl Bakterien

500|jl NaCL + 10pl Bakterien

500MI NaCL + 10pl Bakterien

500(Ji NaCL + 10pl Bakterien

500|jl NaCL + 10(jl Bakterien SOOpl NaCL +

10 p l Bakterien

500(j! NaCL + 10pl Bakterien

SOOpl NaCL + 10|jl Bakterien

500|JI NaCL + 10|jl Bakterien

500MI NaCL + 10|jl Bakterien SOOpl NaCL

+ 10|jl Bakterien

500|jl NaCL + 10|jl Bakterien

500|jl NaCL + lOpl Bakterien

500|jl NaCL + 10|jl Bakterien

Tabelle 2: Befüllungsschema des Thermoblocks zum Range Finding für n-Hexan

Grau unterlegt dargestellt sind die sogenannten Kontrollblocks, die später zur Bestimmung des Korrekturfaktors für die Berechnung der prozentuellen Hemmung dienen (s.S.14). Als Reaktionsblock bezeichnet, wird eine zweite Reaktionsplatte vorbereitet, die die Schadstofflösung enthält. Diese ist wie folgt belegt:

A

D 1470|jlNaCL

..'.:+

30|jl Ethanol

1470MlNaCL + 30Ml Ethanol

1470[jlNaCL + 30|jl Ethanol

1470|jlNaCL + 30|jl Probe

1470|jlNaCL + 30|jl Probe 1470[jlNaCI

+ 30|j| Probe

1470[jlNaCI + 30|jl Probe

1470MlNaCI + 30|jl Probe

1470|jlNaCI + 30|jl Probe

1470|jlNaCI + 30pl Probe 1470|jlNaCI

+ 30|jl Probe

1470MlNaC! + 30|jl Probe

1470MlNaCI + 30pl Probe

1470|jlNaCI + 30|jl Probe

1470plNaCI + 30|jl Probe 1470MlNaCL +

30|jl Probe

1470MlNaCL + 30|jl Probe

1470|jlNaCL + SOpl Probe

1470|jlNaCL + 30|jl Probe 1470[jlNaCL +

30|jl Probe

1470MlNaCL + 30|jl Probe

1470|jlNaCL + SOpl Probe

1470(jlNaCL + SOpl Probe

1470|jlNaCL + 30pl Probe 1470MlNaCL

+ SOpl Probe

1470(jlNaCL + 30|jl Probe

1470|jlNaCL + 30|jl Probe

1470[jlNaCL + 30|jl Probe

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Tabelle 3: Befüllungsschema des Reaktionsblocks zum Range Finding für n-Hexan

Fünfzehn Minuten, nachdem die Bakterien in den Thermoblock pipettiert wurden, ist ihre Adaptation so weit abgeschlossen, dass die eigentliche Reaktion stattfinden kann. Zur Bestimmung der Ausgangswerte wird mit einem beliebigen

12

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Reaktionsgefäß der Nullabgleich vorgenommen. Anschließend werden alle Proben durchgemessen, um das Ausgangsleuchten (Nullwert) der einzelnen Reaktionsgefäße zu bestimmen. Jetzt kann die Schadstofflösung hinzugegeben werden. Dabei muss streng darauf geachtet werden, dass die Schadstofflösung aus dem Reaktionsgefäß A1 des Reaktionsblocks auch in das Reaktionsgefäß A1 des Thermoblockes gelangt und so weiter.

Nach 5 Minuten Einwirkzeit der Schadstofflösung auf die Leuchtbakterien wird die Veränderung der Leuchtintensität erstmals gemessen. Weitere Messungen erfolgen nach 15 und 30 Minuten Einwirkzeit. Die Messergebnisse sind in nachfolgender Tabelle dimensionslos dargestellt:

Probe Leuchtintensität t = 0min t = 5min t = 15 min t = 30 min

1/10n-Hexan 88,39 83,41 91,60 _ 94,01

1/10n-Hexan 94,32 69,29 78,42 82,72

1/10 n-Hexan 97,88 83,46 93,44 97,56

1/10n-Hexan 93,05 86,72 95,57 100,23

n-Hexan 85,92 33,55 41,08 44,73

n-Hexan 94,79 38,03 46,83 49,29

n-Hexan 92,81 38,29 46,88 49,70

n-Hexan 99,90 43,95 53,49 57,97

10 * n-Hexan 94,05 34,61 42,35 45,21

10 * n-Hexan 98,08 32,72 39,22 42,60

10 * n-Hexan 92,06 30,63 35,01 38,59

10 * n-Hexan 97,23 39,97 46,14 49,76

Tabelle 4: Messwerte der Messungen von n-Hexan

Mittelwert der Leuchtintensität

Probe Leuchtintensität t = 0 min t = 5 min t = 15 min t = 30 min

1/10 n-Hexan 93,41 80,71 89,76 93,63

n-Hexan 93,36 38,46 47,07 50,42

1 0 * n-Hexan 95,36 34,48 40,68 44,04

Tabelle S: Mittelwert der Leuchtintensität von n-Hexan

13

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Mittelwert der Leuchtintensität n-Hexan

i°n nn

inn nn -

N

e 80,00 -j$?ii;^($3:^ ,V "-;.,•/;;•:, "; - '. ~ v . T;.

0)

M ^^^^^^^^^SSSl^tS^y^SVftjfö-ii

Rn nn «a««?i«fi»i«äSs»iaet»«3a>iKß«i»j«K---a<;~» - t- :-f:y:-~ ••Ki- :•( ': •^ c l818SiiSSi|8i8iSÄSii*iSf«ißiS:S^

E iiltlSlilS%llltt>§l;%l!tpÄ^iip^^^ ^;i =^[* " = "l

3 _{40,00 -}

20,00 -

0,00 -

t = 0min t = 5min t = 15 min t = 30 min — •— n-Hexan

Zeit [min] ¹⁰ * n-Hexan

Grafik 2: Grafische Darstellung der Messergebnisse von n-Hexan

Wie in Grafik 2 zu sehen ist, liegen die Messwerte für den einfachen MAK-Wert des n-Hexans und die des 10-fachen MAK-Wertes sehr dicht beieinander. Eine weitaus geringere Hemmung ruft der Einfluss einer 1/10-fachen Lösung von n-Hexan auf die Leuchtbakterien hervor. Somit wird deutlich, dass auf eine Untersuchung im Konzentrationsbereich zwischen einfachem und 10-fachem MAK Wert weitestgehend verzichtet werden kann, da hier keine prägnante Unterscheidung vorliegt. Es ist jedoch sehr interessant zu sehen, was im Bereich zwischen der 1/10-fachen und einfachen Konzentration passiert.

Zur weiteren Testung werden später die Konzentrationen 1/7 * MAK, 1/5* MAK, 1/2 * MAK, sowie 2 * MAK hergestellt, (s. Kap.5)

Unter Anwendung folgender Formel wird aus den gemessenen Leuchtintensitäten der einzelnen Messungen die prozentuale Hemmung bestimmt.

mit

o

L

L 100

X =

Leuchtintensität zurzeit T=0

LH=Leuchtintensität zurzeit T = 5 Minuten Lt2= Leuchtintensität zurzeit T = 15 Minuten L(3= Leuchtintensität zurzeit T = 30 Minuten Korrekturfaktor

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Der Korrekturfaktor wird ermittelt aus den Messwerten des Kontrollblocks (s.S. 10), der keine Schadstofflösung enthält. Er ergibt sich aus den jeweiligen Messwerten der Kontrolllösung zu den einzelnen Messzeitpunkten (5, 15 und 30 Minuten). Der Wert sollte nahe an 1 liegen.

Probe Hemmung der Leuchtintensität in % t

= 5 min t = 1 5 min t = 30 min

1/10 n-Hexan 13,00 7,92 6,62

1/10n-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

10 * n-Hexan 69,33 66,21 63,20

10 * n-Hexan 62,10 57,83 55,07

Tabelle 6: Hemmung durch n-Hexan

Nachfolgend sind die Mittelwerte der prozentualen Hemmung grafisch dargestellt:

% Hemmung n-Hexan ^{t = 30 min}

H1/10 n-Hexan

• n-Hexan D10

* n-Hexan

Grafik 3: Hemmung von durch-Hexan

Die Grafik zeigt die auftretende Hemmung der Leuchtintensität nach Zugabe des Schadstoffs gemessen nach 5, 15 und 30 Minuten.

15

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Während die Werte der Hemmung bei der 1/10-fachen Konzentration von n-Hexan einen maximalen Wert von 20% nach 5 Minuten erreicht und dann eine Erholung der Bakterien einsetzt, die sich darin dokumentiert, dass die Hemmung auf 12% nach 30 Minuten abnimmt, liegen die Werte für 1-fachen MAK und 10-fachen MAK-Wert deutlich höher. Die stärkste Hemmung tritt auch hier nach 5 Minuten Einwirkzeit des Schadstoffs auf die Leuchtbakterienlösung auf. Sie liegt zwischen 60 und 65%

Hemmung.

Auch hier kommt es zu einer gewissen Erholung, die sich in der Abnahme der Hemmung mit der Zeit und folglich in Zunahme der Leuchtintensität dokumentiert.

Der Effekt ist aber hier nicht so deutlich.

4.2.2 2-Butanon

H

₃

C-C-CH

₂

-CH3

2-Butanon ist eine farblose, brennbare, Aceton- ähnlich riechende Flüssigkeit. Dämpfe und Flüssigkeit reizen die Augen und die Haut. Es wirkt in

höheren Konzentrationen narkotisch. Der MAK-Wert liegt bei 600 mg/m³ bzw.

200 ml/m³. Der LD50 Wert (Ratte, oral) beträgt 2737 mg/kg. 2-Butanon ist ein wassergefährdender Stoff mit der Wassergefährdungsklasse WGK 1 und ist in Wasser gut löslich. 2-Butanon ist nach Aceton das technisch bedeutendste Keton.

Es ist vor allem ein Lack- und Harzlösemittel und dient zur Entparaffinierung von Schmierölen.

2-Butanon ist gesetzlich wie folgt eingestuft:

F Leichtentzündlich R11

Xi Reizend R 36 R 66 R 67

16

O

n

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Auch bei den Versuchen mit 2-Butanon beginnt die Testung mit dem Range finding.

In Analogie zu den Versuchen des n-Hexans werden für 2-Butanon die Konzentrationen einfacher MAK-Wert, einzehntelfacher MAK-Wert und zehnfacher MAK-Wert gewählt.

Probe Leuchtintensität t = 0 min t = 5 min t = 1 5 min t = 30 min

1/10 2-Butanon 101,03 107,19 108,75 107,56

1/10 2-Butanon 100,95 114,52 118,39 119,04

1/10 2-Butanon 95,18 113,14 118,82 118,34

1/10 2-Butanon 99,82 1 1 1 ,79 115,72 115,48

2-Butanon 98,40 108,72 114,25 115,53

2-Butanon 103,01 116,12 118,91 118,15

2-Butanon 94,87 98,67 103,96 105,22

2-Butanon 94,51 108,41 113,40 109,90

10* 2-Butanon 97,50 80,57 86,00 90,00

10* 2-Butanon 100,33 81,73 84,68 86,78

10* 2-Butanon 90,26 72,89 75,01 77,32

10* 2-Butanon 63,16 42,21 44,46 44,96

Tabelle 7: Range finding 2-Butanon

Aus den Messwerten der Leuchtintensitätwerden Mittelwerte gebildet:

Mittelwerte der Leuchtintensität

Probe Zeit t = 0 min t = 5 min t = 15 min t = 30 min

1/10 2-Butanon 99,25 111,66 115,42 115,11 2-Butanon 97,70 107,98 112,63 112,20

10* 2-Butanon 96,00 78,40 81,90 84,70

Tabelle 8: Mittelwerte der Leuchtintensität von 2-Butanon

17

(21)

Mittelwert der Leuchtintensität von 2-Butanon 140,00 -i

190 nn -

100 00 -

O N RO 00

O •— cn pio

3

— i AC\no 20,00 - o no

t = 0 min t = 5 min t = 1 5 min t = 30 min Zeit

— • — 1/10 2-Butanon

— • — 2-Butanon 10*

2-Butanon

Grafik 4: Mittelwerte der Leuchtintensitäten für 2-Butanon

Grafik 4 veranschaulicht, dass anders als beim n-Hexan, nur für die 10-fachen MAK- Wert konzentrierte Lösung eine Hemmwirkung der Leuchtbakterien auftritt. Die Testlösungen mit der Konzentration des einfachen MAK-Wertes und des 1/10-fachen MAK-Wertes führen sogar zu einer Zunahme der Leuchtintensität. Die letzten beiden Werte liegen zudem noch sehr dicht beieinander, so dass bei einer weiteren Untersuchung die Werte zwischen 1-fächern und 10-fachem MAK-Wert zu betrachten sind.

Zur weiteren Untersuchung (s.Kap.5) werden somit die Konzentrationen 3*MAK, 5*MAK, 7*MAK und 10-facher MAK-Wert herangezogen.

(22)

in Analogie zu dem schon bei n-Hexan Erwähnten wird die prozentuale Hemmung berechnet und die Werte grafisch dargestellt.

Probe Hemmung der Leuchtintensität in % t 5 i t 1 5 i t 30 i

1/102-Butanon 2,19 4,35 6,53

1/102-Butanon -4,59 -4,21 -3,53

1/102-Butanon -9,59 -10,93 -9,16

1/102-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 Tabelle 9: Hemmung der Leuchtintensität in Prozent für 2-Butanon

prozentuale Hemmung 2-Butanon

v .. ^^eit H 1/10 2-Butanon B 2-Butanon D 10* 2-Butanon Grafik 5: Hemmung durch 2-Butanon

Wie in der Grafik ersichtlich, kommt es nur bei der Konzentration des 10-fachen MAK-Wertes zu einer Leuchthemmung. Die Hemmwirkung liegt dabei im Bereich zwischen 25 und 30%. Bei den 1/10-fach und 1-fach konzentrierten Lösungen kommt es zu einer Zunahme der Leuchtintensität auf bis zu 115%.

19

(23)

5 Messungen

5.1 Messungen n-Hexan

Das Range finding für n-Hexan in Kapitel 4.2.1 liefert das Ergebnis, dass die prozentuale Hemmung in einer Schadstoffkonzentration von einfachem MAK und zehnfachem MAK in ihrem Wirkspektrum sehr dicht beieinander liegen. Deutlich geringere Hemmeffekte der Leuchtintensität treten bei einer Schadstoffkonzentration in 1/10-facher Höhe des MAK-Wertes für n-Hexan auf.

Auf Grund dieser Ergebnisse soll ein besonderes Augenmerk auf den Einfluss von Schadstofflösungen gesetzt werden, deren Konzentrationen sich zwischen einfachem MAK-Wert und 1/10-fachem MAK-Wert befinden.

Es wurden mittels Verdünnungsreihen Schadstofflösungen mit den Konzentrationen:

1/7-facherMAK 1/5-facherMAK 1/2-facherMAK 2- facher MAK-Wert hergestellt.

Die Leuchtbakterientests werden wie in Kapitel 4 beschrieben durchgeführt und liefern folgende Ergebnisse:

5.2 Zusammenfassung der Messergebnisse n-Hexan

Es wurden insgesamt sieben Lösungen verschiedener Konzentrationen hergestellt.

Die Stammlösung ist in jedem Falle die der einfachen MAK Konzentration. Es wurden zu jeder Messung im Minimum vier Parallel-Versuche durchgeführt. Die in

nachfolgender Tabelle aufgeführten Werte entsprechen den Durchschnittswerten der jeweiligen Parallelmessungen.

(24)

Nachfolgende Tabelle liefert die Zusammenfassung aller für n-Hexan ermittelten Werte.

Leuchtintensität Probe t = 5 min t = 15 min t = 30 min

1/10*MAK 22,01 13,74 9,34 1/7*MAK 23,72 15,92 8,05 1/5*MAK 52,93 36,78 34,03 1/2*MAK 70,36 61,73 58,63 1*MAK 62,10 55,29 52,67 2*MAK 66,71 57,57 53,47 10*MAK 66,69 62,13 59,49

Tabelle 10: Zusammenfassung der Messwerte für n-Hexan

Eine grafische Darstellung der Ergebnisse ist im Folgenden dargestellt:

on nn Prozentuale Hemmung n-Hexan

yn nn

cr\ nn

cn nn

O)

c ^ Af\ nn

vp C 4U.UU

* E

0)

3C o« nn

9n nn

iJBjiifc-gilli^ ^; ii:

•in nn

-*- 1/10*MAK

— •— 1/7*MAK 1/5 *MAK

^<^-1/2*MAK -

^ - 1 * M A K t = 5 min t = 1 5 min t = 30 min

Zeit

- « - 2 * M A K — l— 10*MAK

Grafik 6: Zusammenfassung der Ergebnisse für n-Hexan

21

(25)

Während die Schadstoffkonzentrationen 1/10-facher MAK und 1/7-facher MAK-Wert dicht beieinander liegen und eine Hemmung von nicht mehr als maximal 25 Prozent nach 5 Minuten Einwirkzeit hervorrufen, liegt die Hemmwirkung für die Konzentration von dem 1/5-fachen MAK-Wert nach 5 Minuten schon auf der doppelten Höhe.

Auch bei den restlichen Konzentrationen ist eine Zunahme der Hemmwirkung mit zunehmender Konzentration an n-Hexan festzustellen. Jedoch kann hier eine Besonderheit festgestellt werden. Der Wert der Hemmung nach 5 Minuten Einwirkzeit einer 1/2-fachen MAK Lösung ist höher als der Wert der Hemmung der 10-fachen MAK-Lösung. Im weiteren Verlauf „normalisiert" sich die Hemmung wieder dahingehend, dass der Hemmwert nach 30 Minuten am höchsten bei der 10-fachen MAK-Konzentration ist.

Um dieses Phänomen genauer zu betrachten, werden nachfolgend nur die Messwerte, die nach 5 Minuten Einwirkzeit resultieren, aufgeführt.

prozentuale Hemmung nach 5 Minuten

Grafik 7: Hemmung nach 5 Minuten Einwirkzeit von n-Hexan in verschiedenen Konzentrationen

(26)

Aus der Grafik wird deutlich, dass der Wert der Hemmung, den die 1/2-fach MAK- Konzentrierte Schadstofflösung liefert, über dem Wert der Hemmung liegt, der aus Zugabe der 1-fach, 2-fach oder 10-fach konzentrierten Lösung resultiert.

Demzufolge hat die Konzentration des 1/2-fach konzentrierten MAK-Wertes von n- Hexan eine noch durch weitere Untersuchungen zu untersuchende Sonderstellung.

5.3 Messungen 2-Butanon

Das Range finding für 2-Butanon in Kapitel 4.2.2 lieferte das Ergebnis, dass die Werte der Leuchthemmung für die gemessenen Konzentrationen von 1/10-fachem MAK Wert und 1-fächern MAK-Wert sehr dicht beieinander liegen und prozentual gesehen zu keiner Leuchthemmung führen.

Der 10-fache MAK-Wert liefert eine messbare Leuchthemmung, die im Bereich von 28% Hemmung nach 5 Minuten Einwirkzeit der Schadstofflösung auf die Leuchtbakterien liegt.

Resultierend aus diesem Ergebnis werden hier weitere Messungen im Bereich zwischen einfachem MAK-Wert und 10-fachem MAK-Wert durchgeführt.

Es werden Schadstofflösungen mit den Konzentrationen:

3-facher MAK 5- facher MAK 7- facher MAK-Wert hergestellt.

Entsprechend den Durchführungsbeschreibungen in Kapitel 4 werden die Leuchtbakterientests für 2-Butanon durchgeführt.

5.4 Zusammenfassung der Messergebnisse 2-Butanon

Ausgehend von einer zehnfach MAK-Wert konzentrierten Stammlösung werden 4 verschiedene Schadstofflösungen hergestellt. Auch bei diesen Messungen wurden mindestens 4 Parallel-Versuche zu jedem Testwert gemacht, und jeder der

23

(27)

nachfolgend in der Tabelle aufgeführten Werte ist der Mittelwert der prozentualen Hemmung aus den Parallelbestimmungen.

Probe Leuchtintensität t=5 min t=15min t=30 min

1/10*MAK -5,81 -6,05 -4,75

1*MAK -3,85 -5,18 -1,96

3*MAK 9,86 4,18 2,73

5*MAK 18,69 14,62 12,95

7*MAK 23,18 20,09 18,4

10*MAK 28,17 27,56 26,33

Tabelle 11: Zusammenfassung der Messwerte für 2-Butanon

Wie aus den Werten ersichtlich wird, setzt erst mit einer Konzentration des dreifach konzentrierten MAK-Wertes eine messbare Leuchthemmung ein.

prozentuale Hemmung von 2-Butanon

-1/10*MAK -1*MAK 3*MAK - 5*MAK - 7*MAK - 10*MAK

Zeit

Grafik 8: Zusammenfassung der Ergebnisse für 2-Butanon

Erste messbare Leuchthemmungen in der Größenordnung von 10 Prozent nach 5 Minuten Schadstoffeinwirkzeit werden erst bei der 3-fach konzentrierten

(28)

MAK-Lösung sichtbar. Mit zunehmendem Gehalt an 2-Butanon steigt auch messbar die Leuchthemmung. Sie erreicht ihr Maximum bei knapp 30 Prozent Leuchthemmung bei der 10-fach konzentrierten MAK-Stammlösung. Da bei den Messungen im Konzentrationsbereich um 1-facher MAK und geringerer Konzentrierung keine messbare Leuchthemmung auftritt, soll anhand eines Vergleiches der Werte der Leuchthemmung nach 5 Minuten Einwirkzeit der Bereich etwas betrachtet werden, bei dem die Leuchthemmung einsetzt.

Nachfolgend sind die Werte aufgeführt, die nach 5 Minuten Einwirkzeit des Schadstoffes auf die Leuchtbakterien resultieren:

prozentuale Hemmung nach 5 Minuten bei 2-Butanon

-t = 5 min

Grafik 9: Hemmung nach 5 Minuten Einwirkzeit von 2-Butanon in verschiedenen Konzentrationen

25

(29)

Aus der Grafik wird deutlich, dass der Konzentrationsbereich, bei dem der Beginn der Leuchthemmung messbar wird, zwischen einfachem und dreifachem MAK Wert liegt. Dieser Bereich ist deshalb für weitere Messungen besonders geeignet.

(30)

6 Lösungsmittelgemische aus n-Hexan und 2-Butanon

Zu den meisten in der Industrie oder in Labors angewendeten Lösungsmitteln existieren in mehr oder minder guter Qualität Angaben zur Toxizität der verwendeten Stoffe. Wenige Informationen liegen im Bereich der Zubereitungen vor. Angaben zu Gemischen von Stoffen sind bisher noch nicht systematisch untersucht worden, und oftmals liegen gar keine Angaben vor. Der Grund für diese eher dünne Informationslage liegt, wie bei den Reinstoffen schon erwähnt, in den kostenaufwendigen und zudem langwierigen Untersuchungen und Einstufungs- verfahren. Der Einsatz eines einfachen und preiswerten „Schnelltestverfahrens" wie des Leuchtbakterientests könnte eine gewisse Abhilfe im Informationsdilemma schaffen.

Bei der Untersuchung von Stoffmischungen in unterschiedlichen Zusammen- setzungen stellt sich die Frage, in wiefern es zu Veränderungen der Toxizität im Gemisch kommt.

Tritt eine Wirkungsverstärkung auf, so liegt Synergismus vor. Wirkungsverstärkung ist das Zusammenwirken mehrerer Stoffe oder Faktoren, wobei die gemeinsame Wirkung größer ist als die Summe der Einzelwirkungen; die synergistische (synergetische) Wirkung übertrifft die additive Wirkung. Nach anderer Definition ist bei einem Synergismus die gemeinsame Wirkung größer als die größte Einzelwirkung, so dass dann für die gemeinsame Wirkung multiplikative, additive und potenzierende Kombinationswirkungen unterschieden werden.

Man spricht von Antagonismus oder antagonistischer Wirkung, wenn die Wirkung einer Substanz durch einen zweiten anwesenden Stoff abgeschwächt wird. Liegt der Fall vor, dass die einzelnen Stoffe sich weder direkt noch indirekt in ihrer Wirkung beeinflussen, sprich man von unabhängiger Wirkung.

27

(31)

6.1 Messungen der Lösungsmittelgemische

Sowohl für n-Hexan als auch für 2-Butanon existiert ein MAK-Wert. Entsprechend den oben angeführten Definitionen kann es zu verschiedenen Formen der Wirkungsveränderung kommen. Um Aussagen über das Verhalten eines Gemisches aus n-Hexan und 2-Butanon machen zu können, werden Mischungen verschiedener Verteilungen erstellt.

Ausgehend von der 5-fach MAK Lösung des 2-Butanon und der 1/10-fach MAK Lösung des n-Hexans werden nachfolgende Mischungen hergestellt. Diese Konzentrationen der Einzelsubstanzen wurden gewählt, weil ihre Messwerte für die prozentuelle Hemmung vergleichbar nahe beieinander liegen.

2-Butanon:n-Hexan 1:1 2-Butanon:n-Hexan 2:1 2-Butanon:n-Hexan 1:2 2-Butanon:n-Hexan 5:1 2-Butanon:n-Hexan 1:5 2-Butanon:n-Hexan 1:10

In Analogie zu den Messungen in Kapitel 4 werden auch hier Leuchtbakterientests mit mindestens 4 parallelen Bestimmungen gemacht. In nachfolgender Tabelle sind die jeweiligen Mittelwerte der Messungen zusammengefasst.

Mittelwerte der Lösungsmittelgemische

Probe Hemmung der Leuchtintensität in % t

= 5min t =15 min t = 30 min

2-Butanon:n-Hexan 1:1 21,93 15,52 11,49

2-Butanon:n-Hexan 2:1 18,61 12,86 11,15

2-Butanon:n-Hexan 1:2 27,43 20,28 16,60

2-Butanon:n-Hexan 5:1 15,15 10,21 7,76

2-Butanon:n-Hexan 1:5 19,04 11,99 8,31

2-Butanon:n-Hexan 1:10 15,52 11,54 10,84

Tabelle 12: Mittelwerte der Leuchtintensität der Lösungsmittelgemische

(32)

Nachfolgend die graphische Darstellung der Ergebnisse:

Zusammenfassung Lösungsmittelmischungen

30,00

25,00

O, 20,00 c

3

E E OJ 15,00

10,00

5,00

—*— 2-Butanon:n- Hexan 1:1

—>— 2-Butanon:n- Hexan 2:1 2-Butanon:n- Hexan1:2

—X— 2-Butanon:n- Hexan 5:1

—*—2-Butanon:n- Hexan1:5

—•—2-Butanon:n- Hexan1:10

Grafik 10: Zusammenfassung der Leuchtintensitätshemmung für die Lösungsmittelgemische

Die Kurven für die Mischungsverhältnisse 1:2, 1:1 und 1:5 haben annähernd einen ähnlichen Kurvenverlauf. Als fast lineare Gerade fällt der Wert der Hemmung vom Wert gemessen nach 5 Minuten Einwirkzeit der Mischung bis hin zum Wert gemessen nach 30 Minuten Einwirkzeit der Schadstoffmischung gleichmäßig ab.

Dies deutet auf eine kontinuierliche „Erholung" der Leuchtbakterien nach dem ersten Schadstoffschock hin. Die Kurven für die Mischungsverhältnisse 2:1 und 5:1 zeigen eine verlangsamte „Erholung" der Bakterien. Die Kurve fällt nach 15 Minuten weniger steil ab. Noch deutlicher ist der Kurvenverlauffür das Mischungsverhältnis 1:10. Hier kommt es im Bereich zwischen 15 und 30 Minuten Einwirkzeit der Schadstoffmischung auf die Bakterien fast zu keiner Erholung. Betrachtet man die Ergebnisse in einer anderen Darstellung, wird ersichtlich, dass die Mischung 2- Butanon zu n-Hexan 1:2 die höchste Hemmung von allen erzeugt.

29

t = 5 min

(33)

Zusammenfassung der Lösungsmittelmischungen

30,00 O) 25,00 c

| 20,00

E

Jg 15,00 35 10,00 5,00

t = 5 min t

= 30 min

Grafik 11: Zusammenfassung Lösungsmittelmischungen

Um nun Aussagen über Wirkungsveränderungen machen zu können, wird es notwendig, die Ergebnisse in vergleichbaren Bezug zu stellen. Die Ausgangslösungen wurden in Konzentrationen hergestellt, die der Konzentration des MAK-Wertes der jeweiligen Stoffe entsprechen. Um nun die verschiedenen Messungen in Bezug setzen zu können, werden die Stoffmengen der jeweiligen Lösungsmittelgemische betrachtet.

6.2 2-Butanon:n-Hexan

Die erste Messung erfolgt mit einer 1:1 Mischung aus der 5-fachen MAK Lösung des 2-Butanon und der 1/10-fach MAK-Lösung des n-Hexans. Um nun einen Effekt der Wirkungsveränderung entdecken zu können, werden die Messergebnisse der jeweiligen Einzelwerte und das Ergebnis der Messung des Lösungsmittelgemisches gemeinsam in einer Grafik dargestellt:

Probe % Hemmung t = 5 min t = 1 5 min t = 30 min

2-Butanon:n-Hexan 1:1 21,93 15,52 11,49

5*MAK 2-Butanon 18,69 14,62 12,95

1/10*MAKn-Hexan 22,01 13,74 9,34

Tabelle 9: Messwerte der Lösungsmittelmischung 1:1

(34)

2-Butanon : n-Hexan / 1:1

25,00 20,00 D) | 15,00 E

ö>

X 10,00

55

5,00

t = 5 min t = 15 min Zeit

t = 30 min

-2-Butanon:n-Hexan 1:1 -5*MAK2-Butanon 1/10*MAK n-Hexan Grafik 12: Grafische Darstellung der Messwerte der Lösungsmittelmischung 1:1

Die Messwerte der Messung des Lösungsmittelgemisches liegen voll im Bereich der Messwerte der Einzelmessungen. Der Startwert der Messung gemessen nach 5 Minuten entspricht dem Wert der Einzelmessung für n-Hexan. Bei der Messung nach 30 Minuten befindet sich der Messwert des Lösungsmittelgemisches genau zwischen den Werten der Einzelmessungen. Die für die Einzelmessungen ermittelten Werte für n-Hexan übersteigen die Werte der Hemmung für 2-Butanon. Die Mischung der beiden Komponenten zeigt weder eine Wirkverstärkung noch eine Wirkminderung.

Die starke Leuchthemmung des n-Hexans beeinflusst augenscheinlich die Leuchthemmung der Mischung bei dem ersten Messwert nach 5 Minuten. Im weiteren Verlauf der Reaktion kommt es jedoch zu einer Art Mittelwertbildung, wie es erwartet wird, wenn es zu keiner Wirkbeeinflussung kommt.

6.3 2-Butanon:n-Hexan / 2:1

Die Messwerte des Mischungsverhältnisses 2-Butanon zu n-Hexan 2:1 werden der Vergleichbarkeit halber mit den Einzelmessungen der Stoffmengen 10*MAK 2- Butanon und 1/10*MAK n-Hexan in Bezug gesetzt.

3l

(35)

Probe % Hemmung t = 5min t = 15 min t = 30 min

2-Butanon:n-Hexan 2:1 18,61 12,86 11,15

10*MAK2-Butanon 28,17 27,56 26,33

1/1 0*M AK n-Hexan 22,01 13,74 9,34

2-Butanon zu n-Hexan / 2:1

on nn

ilissifijlgjjjjß^^

oU,UU 25,00 20,00

IO,UU

m nn

IU,UU

c nn

% Hemmung

o,uu

t = 5min t = 15 min t = 30 min

Zeit ~~*~~ ²-^Butanon:n-^Hexan^2:¹

-*-10*MAK2-Birtanon 1/10*MAK n-Hexan

Grafik 13: Grafische Darstellung der Messwerte der Lösungsmittelmischung 2:1

Die Stoffmenge des 2-Butanon ist bei dieser Messung verdoppelt worden, die Stoffmenge des n-Hexans wurde beibehalten. Bei der Betrachtung der grafischen Darstellung der Messwerte für die Mischung der Lösungsmittel und der Einzelstoffe wird deutlich, dass die Messwerte der Lösungsmittelmischung weitestgehend den Messwerten des n-Hexan entsprechen, obwohl die Stoffmenge des 2-Butanon verdoppelt wurde. Die Messwerte für n-Hexan und der Lösungsmittelmischung liegen sehr dicht beieinander. Obwohl die Verdopplung der Stoffmenge des 2-Butanon zu einer vermehrten Hemmung führt, kann keine Erhöhung der Hemmwirkung der Lösungsmittelmischung festgestellt werden, die aus einer Beeinflussung der Einzelkomponenten entsteht.

(36)

6.4 2-Butanon:n-Hexan 11:2

Die Messwerte des Mischungsverhältnisses 2-Butanon zu n-Hexan 1:2 werden in nachfolgender Messung zu den Einzelmessungen der Stoffmengen 5*MAK 2- Butanon und 1/5*MAK n-Hexan in Bezug gesetzt.

2-Butanon :n-Hexan 1:2 27,43 20,28 16,60

5*MAK 2-Butanon 18,69 14,62 13,74

1/5*MAK n-Hexan 52,93 36,78 34,03

2-Butanon zu n-Hexan/1:2

fin nn -, ... - _ __

50 00 t-« 4n nn c

3

E

?n nn

0)

o? on nn m nn

iSiäliiiilliSlSfliiisSi^^

t = 5 min t = 1 5 min t =30 min Zeit — * — 2-Butanon:n-Hexan 1:2 — «— 5*M AK 2- Butanon 1/5*MAK n-Hexan

Bei den nun in Bezug zu setzenden Messwerten wurde die Stoffmenge des n- Hexans verdoppelt und die des 2-Butanon, beibehalten. Obwohl die Hemmwirkung des n-Hexans mehr als doppelt so hoch ist wie die des 2-Butanon ist bei den

33

(37)

Messwerten des Lösungsmittelgemisches keine prägnante Erhöhung der Hemmwirkung feststellbar.

Die Messwerte des Lösungsmittelgemisches 1:2 liegen zwischen denen der Einzelmessungen, jedoch sind die Werte der Komponente ähnlicher, die eine geringere Hemmwirkung hervorruft, in diesem Falle dem 2-Butanon. Betrachtet man den Kurvenverlauf (Steigung der Geraden) der Kurve für das Lösungsmittelgemisch, so ist der erste Teil der Kurve (zwischen den Messungen nach 5 Minuten und 15 Minuten) der Kurve des 2-Butanon ähnlicher, während der Bereich gemessen nach 15 Minuten mit einer schnelleren Erholung eher den Werten des n-Hexans gleicht.

Grundsätzlich kann aber auch hier keine Erhöhung der Hemmwirkung der Lösungsmittelmischung festgestellt worden, die aus einer Beeinflussung der Einzelkomponenten resultiert.

6.5 2-Butanon :n-Hexan /1:5

Betrachtet man die Messwerte des Mischungsverhältnisses 2-Butanon zu n-Hexan 1:5, die in nachfolgender Messung zu den Einzelmessungen der Stoffmengen 5*MAK 2-Butanon und 1/2*MAK n-Hexan in Bezug gesetzt wurden, so ist zu erkennen, dass die Messwerte für die Lösungsmittelmischung und die Messwerte des 2-Butanon sehr nahe beieinander liegen.

Probe % Hemmung t = 5min t = 15 min t = 30 min

2-Butanon:n-Hexan 1:5 19,04 11,99 8,31

5*MAK 2-Butanon 18,69 14,62 13,74

1/2*MAK n-Hexan 70,36 61,73 58,63

(38)

2-Butanon zu n-Hexan / 1:5

80,00 n

§SISSSi?tl^^iffiffi|f|:S:C«S:|;5:;^-ii:>f^: ^i". ftlö'Hov/i"'. ^--V^^CA-x- i'^:^:: --^v;:«' ^Ä--^^:^"«?"*--fcis$^Si 3 a i S » i « i W » S B » ! l M « s ; » A » * . - s : S ^

70,00-

60,00-

C D) 3 ^50,00-

E ^40,00- 0) X _30,00-

^ ^20,00-

10,00-

0,00- ! l

t=5min t = 15min t=30min

^»— 2-Butanon:rvhb<an 1 :5 1/2*IVW<n-l-b<ai

Die Stoffmenge des n-Hexans wurde bei dieser Messung gegenüber der Stoffmenge des 2-Butanon verfünffacht. Aus den Messwerten der Einzelmessungen des reinen n-Hexans ist bekannt, dass die Werte um das Dreifache höher liegen als die des 2- Butanon. Betrachtet man die Kurve der Messwerte des Lösungsmittelgemisches, so liegen die Werte erstaunlich nahe an den Werten des 2-Butanon, obwohl der Einfluss des n-Hexans eine Erhöhung der Hemmwirkung vermuten ließe. Die hohe Hemmwirkung der Einzelkomponente n-Hexan scheint keinen Einfluss auf die Hemmwirkung des Lösungsmittelgemisches zu haben.

6.6 2-Butanon:n-Hexan/1:10

Abschließend werden die Messwerte des Mischungsverhältnisses 2-Butanon zu n- Hexan / 1:10, die in nachfolgender Messung zu den Einzelmessungen der Stoffmengen 5*MAK 2-Butanon und 1*MAK n-Hexan in Bezug gesetzt wurden, betrachtet.

35

(39)

2-Butanon:n-Hexan 1:10 15,52 11,54 10,84

5*MAK 2-Butanon 18,69 14,62 13,74

1*MAKn-Hexan 62,10 55,29 58,63

Tabelle 13: Messvverte der Lösungsmittelmischung 1:10

2-Butanon zu n-Hexan / 1 :10 yn nn -, ___

/U,UU

Rnnn^nnn

4finn

^nnn

20,00

•in nn

% Hemmung

IU,UU

t = 5 min t = 15 min t = 30 min 7 ..

— 4— 2-Butanon:n-Hexan 1:10 ^£ßl1 —•— 5*MAK 2- Butanon 1*MAK n-Hexan

Die Stoffmenge des n-Hexans wurde gegenüber der des 2-Butanon um das Zehnfache erhöht und liegt nun bei der Stoffmenge des MAK-Wertes. Obwohl die Werte der Hemmung des n-Hexans um fast das Dreifache höher sind, als die des 2- Butanon, liegen die Messwerte der Hemmung des Lösungsmittelgemisches sehr nahe an denen des 2-Butanon.

Auch hier, wie schon bei allen anderen Lösungsmittelmischungen, ist eine große Analogie zwischen den Messwerten des Lösungsmittelgemisches und den Werten der Hemmung des Reinstoffes festzustellen, der die geringere prozentuale Hemmwirkung hat und somit auch eine geringere Toxizität.

Dieses Ergebnis ist in Anbetracht der großen Differenz zwischen den Messwerten der reinen Substanzen und der vermuteten Toxizität der Einzelstoffe nicht vorhersehbar gewesen. Es scheint somit für dieses Lösungsmittelgemisch keine Wirkverstärkung vorzuliegen.

(40)

6.7 2-Butanon:n-Hexan / 5:1

Der Vollständigkeit halber sollen noch die Messwerte für das Mischungsverhältnis 2- Butanon zu n-Hexan 5:1 aufgeführt werden, für die es jedoch keine Vergleichswerte für die Einzelmessung von 2-Butanon gibt.

Probe % Hemmung t

= 5min t = 15 min t = 30min

2-Butanon :n-Hexan 5:1 15,15 10,21 7,76

1/1CFMAK n-Hexan 22,01 13,74 9,34

2-BiJarion zu n-Hexan / 5:1

25,00 ö) 20,00 l 15,00

® 10,00 55 5,00

2-Butarmnrhtexan5:1

1/IOTVPKn+texm

37

(41)

Zusammenfassung und Diskussion

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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Kerstin Kefenbaum Bonn, April 2003 eingereicht von der Universität Leipzig zum Postgradualstudium Toxikologie Abschlussarbeit UND VON AUF DIE ZUM

ZUM

VON AUF DIE

UND

Abschlussarbeit

zum Postgradualstudium Toxikologie der Universität Leipzig

eingereicht von

Kerstin Kefenbaum

Bonn, April 2003

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5 Messungen

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6 Lösungsmittelgemische aus n-Hexan und 2-Butanon

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Zusammenfassung und Diskussion

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