(1) Einleitung: "Probenahme"
Grundsätzlich ist einer der wichtigsten Schritte, bei der sowohl qualitativen als auch quantitativen Analyse eines Stoffes X, oder mehrerer Stoffe (A -…), die Probenahme. Die Qualität und Genauigkeit der gewonnenen analytischen Daten hängen im höchsten Maße mit der Präzision und Genauigkeit der Probenahme - Prozedur zusammen.
Systematische Fehler, die während der Probenahme aufgetreten sind, können bei der weiteren analytischen Untersuchung nicht korrigiert werden. [7]
Das primäre Ziel bei der Probenahme, insbesondere bei Probenahmen im Rahmen der forensischen Umweltanalyse, ist es, eine repräsentative bzw. mehrere repräsentative Probe(n) zu nehmen, die die Ziel gerichtete und problemorientierte Fragestellung des Analytikers beantwortet.
Jede Probenahme und spätere Analyse der Probe wird jedoch nicht nur durch ganz spezifische Fragestellungen, sondern auch von den Bedingungen der Probe selbst und speziell aus dem Umfeld, aus dem die Probe zu nehmen ist, geprägt. [7]
Aus diesen Gr ünden ist jeder Probenahme - Prozess unter Berücksichtigung technischer, analytischer und statistischer Methoden zu planen, mitunter auch unter Berücksichtigung geographischer Besonderheiten. [7]
Die Planung repräsentativer Probenahmen basieren auf der von Green [1] im Jahre 1979 entwickelten Methodik und wurden von P. Hoffmann [2], unter Berücksichtigung weiterer Aspekte, erweitert und verfeinert. Unter den nachfolgenden Punkten sind diese zusammen gefasst :
• Probenahmeort, Lage und Position des Probenahmeortes
• Größe, Volumen und Menge einer Probe
• Anzahl der Proben
• Haltbarkeit der Proben
• Wiederholung der Probenahme pro Zeiteinheit
• Mögliche jahreszeitliche Abhängigkeit der Probenahme
• Homogenität der Probe
• Verunreinigung der Probe
• Reinigung und Aufarbeitung der Probe
• Lagerung der Probe sowie
• Probenahmeutensilien. [7]
Um zu garantieren, dass eine Probenahme, wo auch immer diese auf der Welt durchgeführt wird, einem internationalen bzw. nationalen Standard genügt, wurden nationale und internationale Verfahrensweisen verabschiedet, die in der Bundesrepublik
rechtsverbindlichen Charakter, respektive ist nicht jede ISO - Vorschrift rechtlich bindend in der Bundesrepublik Deutschland, die anstelle der ISO - Vorschrift eine DIN - Vorschrift erlassen hat oder erlassen kann. [7]
Dazu ist hinzuzufügen, dass sich nationale und internationale Vorschriften aber weitestgehend decken bzw. sich sinnvoll ergänzen, denn das gemeinsame Ziel aller Vorschriften und Verfahrensweisen ist es, systematische Fehler bei der Probenahme auszuschließen, um Qualität und Präzision der gewonnenen analytischen Daten weltweit zu garantieren. [7]
Diese Abschlussarbeit setzt sich mit diesem Thema auseinander, respektive am konkreten Beispiel der Wasserbeschaffenheit. Nach einer generellen Einführung in dieses Thema, speziell sei hier zu nennen die Richtlinie für die Erstellung von Probenahmeprogrammen gemäß ISO 5667-1, die Richtlinie zur Probenahmetechnik gemäß ISO 5667-2 und die Richtlinie (Anleitung) für die Aufbewahrung und Behandlung von Proben gemäß ISO 5667-3, wird am ganz spezifischen Beispiel "Probenahme aus natürlichen und künstlichen Seen (stehende Gewässer) [Sampling from lakes, natural and man - made], gemäß DIN 38402-12 / [ISO 5667-4], aufgezeigt werden, wie eine präzise Probenahme zu realisieren ist; dies unter der Annahme, dass das stehende Gewässer mit unbekannten, jedoch (öko-)toxikologisch relevanten Substanzen kontaminiert ist.
(1.1) Standardisierte Methoden im Rahmen der Probenahme von Wasser
Verschiedene Normen, z.B. des Europäischen Komitees für Normung (European
Committee for Standardization [CEN]), des Deutschen Institutes für Normung [DIN] und der Internationalen Organisation für Normung (International Organization for
Standardization [ISO]), beschäftigen sich mit den jeweiligen Aspekten der Probenahme von Wasser.
• Wasserqualität:
Probenahme Teil 1: Richtlinie (Anleitung) für die Erstellung von Probenahme- programmen [ISO 5667-1 und EN 25667-1]
Probenahme Teil 2: Richtlinie zur Probenahmetechnik [ISO 5667-2 und EN 25667-2]
Probenahme Teil 3: Richtlinie (Anleitung) für die Aufbewahrung und Behandlung von Proben [ISO 5667-3 und EN ISO 5667-3]
Probenahme Teil 4: Richtlinie zur Probenahme aus natürlichen und künstlichen Seen
Probenahme Teil 6: Richtlinie (Hinweise) zur Probenahme aus Flüssen und Bächen (Fließgewässer) [ISO 5667-6]
Probenahme Teil 7: Richtlinie zur Probenahme von Kühlwasser für den industriellen Gebrauch [ISO 5667-7 ]
Probenahme Teil 8: Richtlinie (Hinweise) zur Probenahme von Regenwasser [ISO 5667-8 ]
Probenahme Teil 9: Richtlinie (Hinweise) zur Probenahme von Meerwasser [ISO 5667-9 ]
Probenahme Teil 10: Richtlinie (Hinweise) zur Probenahme von Abwasser [ISO 5667-10]
Probenahme Teil 11: Richtlinie (Hinweise) zur Probenahme von Grundwasser [ISO 5667-11]
Probenahme Teil 12: Richtlinie (Hinweise) zur Probenahme von Sedimenten [ISO 5667-12]
Probenahme Teil 13: Richtlinie (Anleitung) zur Probenahme von Schlämmen aus Abwasserbehandlungen und Wasseraufbereitungsanlagen [ISO 5667-13]
Probenahme Teil 14: Richtlinie zur Qualitätssicherung bei der Durchführung von umweltbezogenen Probenahmen [ISO 5667-14]
Des weiteren: Statistische Interpretation der Testergebnisse gemäß ISO 2602, Vokabular in der Statistik gemäß ISO 3534,Vokabular zur Wasserqualität gemäß ISO 6107/1 und ISO 6107/2 und Probenahme zur (mikro-)biologischen Untersuchung von Wasser gemäß ISO 7828 und ISO 8265.
• Deutsche Standardmethoden:
Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung.
Probenahme aus stehenden Gewässern (A12): DIN 38402-12
Probenahme aus Grundwasserleitern (A13): DIN 38402-13 Probenahme von Rohwasser und Trinkwasser (A14): DIN 38402-14 Probenahme aus Fließgewässern (A15): DIN 38402-15
PN von fallenden Niederschlägen in fl. Aggregatzustand (A17): DIN 38402-17
Probenahme von Wasser aus Mineral- und Heilquellen (A18): DIN 38402-18
Probenahme von Schwimm- und Badebeckenwasser (A19): DIN 38402-19
Probenahme aus Tidegewässern (A20): DIN 38402-20
Probenahme von Kühlwasser für den industriellen Gebrauch (A22): DIN 38402-22
Physikalische und physikalisch-chemische Kenngrößen/ Bestimmung des pH-Wertes:
DIN 38404-5 (Gruppe C/ PH - Wert Gruppe C5)
(2) Generelle Einführung in die ISO - Vorschriften 5667- (1 bis 3) als grundlegende Basis einer Probenahme von Wasser
Die internationalen Standards ISO 5667-1, 5667-2 und 5667-3, sind als gemeinsame und zwingende Grundlage jeder nachfolgenden Wasserprobenahme und Wasseranalytik zu betrachten.
Diese Vorschriften befassen sich so zu sagen mit Richtlinien und Anleitungen, die ein Analytiker no ch vor der eigentlichen, praktischen Probenahme zu realisieren hat.
Genau genommen hat sich der Analytiker vor der Durchführung einer praktischen Probenahme, anhand der genannten Standards, darüber Gedanken zu machen, wie das Probenahmeprogramm zu erstellen ist, wie und mit welcher Technik die Probe zu entnehmen ist und wie diese Probe nach Entnahme zu behandeln und wie aufzubewahren ist.
Da eine richtige Verfahrensweise genannter Arbeiten darüber (mit-)entscheidet, von welcher Qualität und Präzision die späteren, gewonnenen analytischen Daten sind, werden alle drei Standards vorgestellt werden.
Die internationalen Standards 5667- (1 bis 3) sind vom Technischen Komitee (ISO/ TC 147) der Internationalen Organisation für Normung (ISO) ausgearbeitet worden und werden grundsätzlich jeweils dem Stand der Technik und dem Stand der Wissenschaft angepasst.
(2.1) ISO 5667-1: Richtlinie für die Erstellung von Probenahmeprogrammen
Die ISO-Vorschrift wurde im Jahr 1980 durch das Technische Komitee (ISO/ TC 147) nach Ausarbeitung als Richtlinie (Anleitung) veröffentlicht und umfasst insgesamt 13 Seiten, die sich mit der Erstellung von Probenahmeprogrammen beschäftigen.
Die Richtlinie ist in 1. Sphäre in vier Grundeinheiten untergliedert, die wie folgt zu benennen sind:
1) Definition des Hauptzieles der Probenahme und der späteren Analyse der Probe 2) Identifikation der jeweiligen, spezifischen Probenahmesituation
3) Häufigkeit und Zeitpunkt der Probenahme
4) Mess- und Strömungsgeschwindigkeiten aber auch Strömungsverhalten von Wasser im Rahmen der Probenahme.
In plakativer Kurzform werden die wichtigsten Fragen aus den vier Grundeinheiten
zusammengefasst:
Was soll wie aus welchem Grund als Probe entnommen werden?
Welcher Natur ist die Probe, und wo ist die Probe zu entnehmen? Womit soll die Probe entnommen werden?
Wie ist die Probe zu lagern, und wie muss die Probe ggf. für die Analyse aufgearbeitet werden?
Wie ist eine repräsentative Probe im Rahmen der Fragestellung zu nehmen?
Wie groß (Volumen und/ oder Fläche) ist das gesamte zu untersuchende Probengelände und wie viele Probenahmen zu welchem Zeitpunkt müssen genommen werden?
Haben sich aktuelle Katastrophen (z.B. Tankerhavarien) abgespielt, die die Probenahme und die spätere Analyse beeinträchtigen?
Weiß man von Rüstungsaltlasten, Müllaltlasten und sonstigen Altlasten, die auf die Probenahme und die spätere Analyse Einfluss hätten?
Gefährde ich mich gar se lbst bei der Durchführung einer Probenahme?
Welche geographischen, lokalen oder sonstigen Besonderheiten hat der gesamte Probenahmeort einschließlich der Peripherie?
Ist der Geruch oder das Aussehen des Probenahmeortes besonders hervorzuheben?
Ist es möglich, den Ort der Probenahme ohne Gefahr zu erreichen?
Gibt es Unterschiede in der Probenqualität während der Jahreszeiten bzw. an verschiedenen Tageszeiten?
Unter welchen Wetterbedingungen wird die Probe entnommen?
Beeinträchtigen die Gezeiten oder sonstige Besonderheiten die Probenahme?
Besonders bei nicht stehenden Gewässern: Verä ndern Strömungsgeschwindigkeiten und Strömungsverhalten von fließenden Gewässern die Probenzusammensetzung und damit auch die gewonnenen analytischen Daten?
Wie kann man dennoch repräsentative Probenahmen realisieren?
Darüber hinaus kann der Fragekatalog, basierend auf den oben genannten Punkten, beliebig, aber der jeweiligen Probenahme- und Probeortsituation erweitert und angepasst werden.
Spezifischere Ausführungen bezüglich der ISO - Norm 5667-1, sind aus dieser selbst zu entnehmen.
(2.2) ISO 5667-2: Richtlinie zur Probenahmetechnik
Die ISO-Vorschrift wurde im Jahr 1982 durch das Technische Komitee (ISO/ TC 147) nach Ausarbeitung als Richtlinie veröffentlicht und umfasst insgesamt 9 Seiten, die sich mit der Probenahmetechnik und mit der Definition von Proben beschäftigen.
(2.2.1) Definition von Probearten/ Probesorten
• Proben, die an einem diskreten Ort, Platz oder an einer diskreten Stelle entnommen werden [spot samples]: Die sog. "Spot - Proben" sind diskrete Proben von diskreten Probenahmeorten. Sie können sowohl manuell als auch mit automatischen Probenahmesystemen entnommen werden. Jede Probe repräsentiert dabei exakt die Wasserqualität an der exakten (diskreten) Stelle Y, zum exakten (diskreten) Zeitpunkt X, an der sie entnommen wurde.
• Periodisch - entnommene Proben [diskontinuierlich]: Diese Proben werden durch einen vorher gewählten Zeitmechanismus, wobei die Zeitintervalle gemäß der Fragestellung gewählt werden können, entnommen; Sie können sowohl manuell als auch mit automatischen Probenahmesystemen entnommen werden, wobei sich in der Regel sog. Probeautomaten durchgesetzt haben.
• Kontinuierlich - entnommene Proben: Diese Art der Probentechnik ist mit einem
"Screening" zu vergleichen. Über eine vorher gewählte Zeitdauer (z.B. drei Jahre) werden regelmäßig (z.B. 4 Probenahmen / Stunde [entspricht 96 Probenahmen / Tag]
Proben von einer Probenahmestelle entnommen. Im Regelfall erfolgt sofortige Analyse der Probe nach Entnahme. Jede einzelne Probe nahme, mit dem dazugehörigen Messergebnis, wird mittels EDV dokumentiert und die gewonnenen analytischen Daten statistisch und inhaltlich ausgewertet. Mit dieser Methode kann man zum Beispiel feststellen, ob sich ein Gewässer, unter spezifischen Bedingungen, im Rahmen der Zeitdauer (hier drei Jahre) qualitativ verschlechtert, verbessert oder nicht verändert hat.
Bei dieser Methode, sind Zeitdauer und Probenahmeintervalle jeweils nach Fragestellung zu postulieren. Kontinuierlich zu nehmende Proben werden im Regelfall mit automatischen Probenahmesystemen entnommen, da die instrumentelle Analytik meist nachgeschaltet ist.
Bei manueller Probenahme ist darauf zu achten, dass ein und dieselbe Person, in der Probenahme ausgebildet und mit dem Umständen der Fragestellung vertraut, die Probenahme durchführt.
• Probeserien: "Tiefenprofil - Proben": Wasserproben, die aus einer Serie bestehen, in der Proben aus den verschiedenen Tiefen eines Gewässers entnommen werden.
• Probeserien: "Flächenprofil - Proben": Wasserproben, die aus einer Serie bestehen, in der Proben aus speziellen Tiefen oder einer speziellen Tiefe aus verschiedenen Gewässern entnommen werden oder in der Proben aus speziellen Tiefen oder einer speziellen Tiefe über die Fläche eines Gewässers verteilt entnommen werden.
Spezifischere Ausführungen bezüglich der Probearten, sind der ISO - Norm 5667-2 zu entnehmen.
(2.2.2) Probenahmetechnik
Die Wahl des richtigen Probenahmegerätes unterliegt vielen verschiedenen Auswahlkriterien. Sie richtet sich nach der Materialbeschaffenheit ebenso wie nach Art der Probenahme, nach dem Behälter, in dem sich das Material befindet und nach der Häufigkeit der Probenahme. Neben den individuellen Anforderungen für die Probenahme sollte jedes Gerät folgende Grundvoraussetzungen erfüllen:
• Werkstoff: Das Gerät sollte aus inerten Werkstoffen gefertigt sein, aus denen sich kein Material herauslösen und die Probe kontaminieren kann. Das inerte Material richtet sich jeweils nach dem zu beprobenden Medium. In der Regel sind Geräte aus Edelstahl und hochwertigen Kunststoffen, z.B. Teflon, gut geeignet.
• Reinigung: Die Geräte sollten schnell und einfach zu reinigen und unter Umständen auch sterilisierbar sein. Im Lebensmittelbereich empfehlen sich steril verpackte Einmalprobenehmer, die nach Gebrauch entsorgt werden können.
• Verarbeitung: Geräte dürfen keine Rillen oder Hinterschneidungen haben, da sich in solchen Hinterschneidungen Restmaterial ablagert, das sich nicht mehr entfernen lässt.
Verschleppungskontaminationen und Memoryeffekt können dann nicht mehr ausgeschlossen werden.
• Oberflächen: Die Oberflächen der Geräte müssen besonders glatt sein, beispielsweise elektropolierter Edelstahl oder Teflon. Dies verhindert Materialablagerungen und vereinfacht die Reinigung wesentlich. Bei der Auswahl des richtigen Gerätes ist vor allem darauf zu achten, dass das Gerät innen exakt verarbeitet ist. Nur äußerlich polierte Geräte erfüllen keine Qualitätsnorm.
• ISO - CEN - DIN-Normen: Viele Probenehmer sind exakt für die dementsprechende Norm zugelassen und verarbeitet; wenn also eine Probenahme nach DIN 38402-12 durchzuführen ist, sind Probenehmergerätschaften zu wählen, die für diese Norm gefertigt wurden.
(2.2.2.1) Beispiele (Aufnahmen) von Probenehmern, Zubehör und weiterer Probenahmetechnik
(2.3) ISO 5667-3: Richtlinie für die Aufbewahrung und Behandlung von Proben
Die ISO - Vorschrift wurde durch das Technische Komitee (ISO/ TC 147 und dem Subkomitee SC 6) nach Ausarbeitung als Richtlinie (Anleitung) veröffentlicht und umfasst insgesamt 23 Seiten, wobei die Seiten 6-23 in Tabellenform darüber Aufschluss geben, für welche Art der Probe welches Probengefäß zur Aufbewahrung genutzt werden muss und wie eine Probe, unter welchen Bedingungen, zu lagern ist.
Wasserproben, insbesondere von Oberflächenwässern und nahezu von allen Abwässern, haben die Neigung dazu, sich in der Zeit, zwischen Probenahme und Analyse, basierend auf physikalischen, chemischen oder biologischen Reaktionen, zu verändern.
Die Ursachen hierfür können sehr unterschiedlicher Natur sein, einige wenige sollen erläutert werden:
• Bakterien, Algen oder andere Mikroorganismen können in der Wasserprobe Veränderungen hervorrufen, der Natur, dass sie bestimmte Bestandteile der Wasserprobe konsumieren oder die Natur dieser Bestandteile modifizieren, mit dem Ergebnis, das andere, neue Bestandteile entstehen können. Diese biologische Aktivität hat zum Beispiel Wirkung auf gelöstem Sauerstoff in der Probe, oder auf gelöstem Kohlendioxid und gelösten Stickstoffbestandteilen in der Probe. Ferner können auch Phosphorbestandteile in der Probe modifiziert werden.
• Manche Bestandteile in der Wasserprobe können sowohl durch atmosphärischen als auch durch gelösten Sauerstoff in der Probe oxidiert werden. [Beispiel: Organische Bestandteile, Eisen(II), Sulfide]
• Der PH - Wert einer Wasserprobe kann durch Absorption von Kohlendioxid aus der Luft verändert werden.
• Polymerisierte Produkte können depolymerisieren; einfache Bestandteile in der Probe können polymerisieren.
• Falsche Behälter, in dem die Probe aufgenommen wurde, können mit der Probe reagieren und / oder Bestandteile aus dem Behältermaterial können in die Probe entweichen.
Das Ausmaß dieser möglichen Reaktionen ist die Funktion der chemischen und biologischen Natur der jeweiligen Probe, der Temperatur der Probe, in welchem Maße die Probe dem Licht ausgesetzt ist, in welchem Behältnis sich die Probe befindet und letztendlich der Zeit, zwischen Probenahme und Analyse.
Aufgrund der sehr komplexen Informationen bezüglich der Aufbewahrung und der Behandlung von Proben, werden die Tabellen aus der ISO - Norm 5667-3 dieser Abschlussarbeit hinzugefügt. [Siehe Punkt 2.3.1]
(2.3.1) Tabellen zu ISO 5667-3: Aufbewahrungs- und Behandlungstechniken von Proben
(3) Probenahme aus natürlichen und künstlichen Seen ( stehende Gewässer) gemäß DIN 38402-12 und ISO 5667-4
Erläuterung: Die Norm DIN 38404-12 enthält das vom Normausschuss Wasserwesen (NAW) im DIN und von der Fachgruppe Wasserchemie in der Gesellschaft Deutscher Chemiker gemeinsam erarbeitete Deutsche Einheitsverfahren "Probenahme aus stehenden Gewässern (A12)".
Sie stimmt inhaltlich mit der internationalen Richtlinie ISO 5667-4 (Sampling from lakes, natural and man - made) überein! (Siehe hierzu Punkt (1), Abs.6)
Anwendungsbereich
Diese Norm gilt für das einheitliche Vorgehen bei der Entnahme, der Vorbereitung, dem Transport und der Konservierung von Proben aus stehenden Gewässern zur Ermittlung chemischer und physikalischer Parameter sowie für Planktonuntersuchungen. Die Entnahme von Proben, die mikrobiologisch untersucht werden sollen, ist nicht Gegenstand dieser Norm. Allgemeine Angaben für die Probenahme enthalten die internationalen Normen
ISO 5667- (1 bis 3).
Zweck
Die Probenahme aus stehenden Gewässern kann den nachfolgenden Ziele n dienen:
• Probenahme zur Charakterisierung der Wasserbeschaffenheit. [Feststellung der Wasserbeschaffenheit über eine längere Zeitspanne (mehrere Jahre) und im gesamten Wasserkörper]
• Probenahme zur Qualitätskontrolle. [Feststellung der Wasserbeschaffenheit über eine längere Zeitspanne an einem Ort oder an mehreren festgelegten Stellen, an denen Wasser für Nutzungszwecke entnommen wird bzw. entnommen werden kann]
• Probenahme aus besonderem Anlass. [Festste llung der Ursache von Schadensfällen, wie Fisch- oder Vogelsterben, und sonstigen auffälligen Erscheinungen, wie Ausbildung von Trübungen, Färbungen und Schwimmschichten]
Begriffe
Einzelprobe: Durch einmalige Entnahme aus einer Massenguteinheit entnommene Probe (aus: Entwurf DIN 55350 Teil 14/05.82). Im Sinne dieser Norm ist unter Massenguteinheit das Wasser aus dem stehenden Gewässer zu verstehen.
Probenserien: Probenserie zur Aufnahme von Tiefenprofile / von Flächenprofile Siehe Punkt (2.2.1)
Integrierte Proben: Tiefenintegrierte Probe: Eine tiefenintegrierte Probe erhält man, wenn man an einer Stelle des Gewässers entweder zwischen Wasseroberfläche und Gewässersohle oder zwischen zwei definierten Tiefen kontinuierlich oder
Flächenintegrierte Probe: Eine flächenintegrierte Probe erhält man, wenn Proben, die über die Gewässerfläche oder eine Teilfläche verteilt entnommen wurden, zu einer Probe vereinigt werden.
Bezeichnung
Bezeichnung der Hinweise zur Probenahme aus stehenden Gewässern (A12):
"Probenahme DIN 38402 - A 12".
Behälter und Geräte
Siehe Punkte (2.2.2) und (2.2.2.1) in Verbindung mit Punkt [2.3.1]
(3.1) Durchführung einer Probenahme nach DIN 38402 - 12
Probenahmeort
Horizontale Verteilung der Probenahmestellen; Beispiel 1, Probenahmeort zur Charakterisierung der Wasserbeschaffenheit des Gewässers:
Im Gegensatz zu Seen mit annähernd kreisförmiger Oberfläche und einem gleichmäßig geformten Becken zeigen stehende Gewässer, die aus mehreren Teilbassins bestehen oder eine große Längenausdehnung im Vergleich zur Breite haben (z.B. Talsperren), zumeist eine starke Inhomogenität der Wasserbeschaffenheit in horizontaler Richtung.
Um das Ausmaß derartiger Inhomogenitäten ermitteln zu können, sind zunächst mehrere Probenahmeorte vorzusehen. Durch Vergleich geeigneter Parameter ist dann festzustellen, wie goss die vermuteten Inhomogenitäten tatsächlich sind. Aufgrund dieser orientierenden Untersuchungen wird die Anzahl und die Position der Probenahmeorte endgültig festgelegt. Bei Seen, die keine bedeutende Inhomogenität in horizontaler Richtung aufweisen, genügt die Festlegung einer einzigen Probenahmestelle im Bereich der größten Tiefe.
Die Probenahmeorte müssen eindeutig festgelegt und möglichst durch Bojen gekennzeichnet werden. Erlaubt die Größe des Wasserkörpers das Setzen von Bojen nicht, so müssen zum Widerauffinden der einmal festgelegten Probenahmeorte navigatorische Hilfsmittel verwendet werden. (Beispiel: GPS [Global Position Standard])
Horizontale Verteilung der Probenahmestellen; Beispiel 2, Probenahmeort für die Qualitätskontrolle:
In diesem Fall werden die Wasserproben an denjenigen Stellen im Gewässer gezogen, an denen das Wasser für die Nutzung entno mmen wird.
Horizontale Verteilung der Probenahmestellen; Beispiel 3, Probenahmeort für die Probenahme aus besonderem Anlass:
Vertikale Verteilung der Probenahmeorte :
Vielfach weist die Wasserbeschaffenheit in stehenden Gewässern starke vertikale Inhomogenität auf. Ursache hierfür sind Einflüsse, die von der Wasseroberfläche ausgehen (z.B. Veränderung der Wasserbeschaffenheit durch die Photosynthese in der durchlichteten Zone) sowie Einflüs se, die vom Sediment ausgehen (z.B. Verfrachtung von Stoffen, die aus dem Sediment freigesetzt werden). Auch im Bereich der Temperatursprungschicht werden häufig auffällige Inhomogenitäten der Wasserbeschaffenheit in vertikaler Richtung festgestellt.
Aus diesen Gründen sind die Abstände zwischen den einzelnen Probenahmeniveaus in den Zonen der größten Inhomogenität (Oberflächenbereich, Temperatursprungschicht und Sedimentnähe) enger zu staffeln.
Da die genaue Festlegung der Probenahmeniveaus von den ört lichen Gegebenheiten und auch von der Fragestellung abhängt, sollten möglichst vor der endgültigen Festlegung der Entnahmetiefe orientierende Untersuchungen mit Sonden (Messung der Temperatur, wenn möglich auch der Sauerstoffkonzentration, der elektrischen Leitfähigkeit, der Trübung und der Chlorophyllfluoreszenz) kontinuierlich oder in möglichst engen Tiefenabständen durchgeführt werden. Die Entnahmetiefen sind dann aufgrund der Ergebnisse dieser Messungen so zu staffeln, dass alle wesentlichen vertikalen Inhomogenitäten berücksichtigt werden.
Um im Hinblick auf eine spätere Auswertung den Zusammenhang der Daten sicherzustellen, sollte das einmal in horizontaler und vertikaler Richtung festgelegte Raster nachher höchstens ergänzt, aber nicht mehr geändert werden.
Häufigkeit und Zeitpunkt der Probenahme
Die Wasserbeschaffenheit in stehenden Gewässern zeigt sowohl jahreszeitliche als auch tageszeitliche Veränderungen. Die Dichte des
Probenahme-Rasters hängt von der Fragestellung der Untersuchungen ab. In der Regel sind Probenahmen in monatlichem Abstand angemessen. Für spezielle Fragestellungen kann eine erheblich höhere Probenahmefrequenz erforderlich sein.
Um eine Verfälschung der Untersuchungsergebnisse durch tagesperiodische Schwankungen möglichst klein zu halten, sollte die Probe immer zur gleichen Tageszeit genommen werden.
Wahl der Probenahmeart
Die Wahl der geeigneten Probenahmeart richtet sich nach der Zielsetzung. Proben, die aus besonderem Anlass oder zur Qualitätskontrolle entnommen werden, sind in den meisten Fällen Einzelproben. Für die Beurteilung der Wasserbeschaffenheit kommen hauptsächlich Probeserien in Frage. Ist die Entnahme von Probeserien zu aufwendig, so müssen integrierte Proben genommen werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, beide Arten der Probenahme zu kombinieren. Dabei werden an ein und demselben Probenahmeort in kürzeren Zeitabständen integrierte Proben und in längeren
Transport und Konservierung der Proben Siehe Punkte (2.3) und (2.3.1)
Sicherheitsbestimmungen
Da Proben aus stehenden Gewässern im Allgemeinen vom Boot aus, im Winter eventuell auch vom Eis aus genommen werden, sind die hierbei bestehenden Unfallgefahren zu beachten und die geltend en Unfallverhütungsvorschriften einzuhalten.
Probenahmeprotokoll
Zu jedem Probenahmeort wird ein Probenahmeprotokoll angelegt. Bei langfristigen Untersuchungsprogrammen brauchen diejenigen Informationen, die für das Untersuchungsprogramm grundsätzlich festgelegt wurden, nicht bei jeder Probenahme erneut aufgeführt zu werden. In diesem Fall werden lediglich die Angaben vermerkt, die sich auf in-situ-Messungen beziehen, sowie die Wetterverhältnisse und ungewöhnliche visuelle Wahrnehmungen. Bei Probenahmen aus besonderem Anlass sind detailliertere Angaben erforderlich, in diesem Fall müssen auch der Grund der Probenahme sowie eventuelle Konservierungsmaßnahmen protokolliert werden; darüber hinaus ist das Probenahmeprotokoll um eine Lageskizze zu ergänzen. Ein Beispiel eines Formulars für ein Probenahmeprotokoll für stehende Gewässer ist im Punkt (3.1.1) aufgezeigt.
(3.1.1) Beispiel eines Formulars für ein Probenahmeprotokoll für stehende Gewässer
Anlass der Probenahme:
Kennzeichnung der Probenahmestelle:
Datum: Tag: Monat: Jahr:
Pegel: Volumen:
Uhrzeit (Beginn): und Ende: der Probenahme Probenahmeart:
Tiefenintegrierte Probe:
Serie von Proben aus verschiedenen Tiefen:
Im Falle einer tiefenintegrierten Probe:
Entnahme zwischen: und m Tiefe Wahrnehmungen am Ort der Probenahme:
Eisdecke mit oder ohne Schneeauflage:
Trübung, verursacht durch Bodenpartikel oder Plankton:
Wasserpflanzen, unter der Wasseroberfläche (submers):
Wasserpflanzen, ganz oder teilweise schwimmend oder herausragend (emers):
Schätzung der Abflüsse (Volumenstrom) / der Zuläufe:
Örtliche Wetterverhältnisse:
Lufttemperatur: Grad Celsius Windstärke:
Windrichtung:
Wolkenbedeckung:
Bem erkungen:
Messungen an Ort und Stelle:
Wasser (Tiefe in m) Wassertemperatur in Grad Celsius pH-Wert
Bemerkungen zur Probebehandlung:
(4) Fallbeispiel: Probenahme im Rahmen der forensischen Umweltanalyse
Rentner K. verlä sst jeden Morgen gegen 7.15 Uhr zu Fuß sein Haus, um mit seinem siebenjährigen Mischlingsrüden "Bello" die Runde zu drehen.
K. hat dabei die Angewohnheit entwickelt, führt er seinen Hund morgens aus, immer denselben Weg zu nehmen.
Der Weg führt K. nach ca. 1 km in ein Landschaftsschutzgebiet gemäß § 15 BNatSchG (Bundesnaturschutzgesetz) [5], in dem sich ein kleinerer, ca.
3970 Quadratmeter großer See befindet. An diesem spaziert Rentner K. jeden Morgen vorbei.
Um Ufer des Sees steht ein Hinweisschild mit der Aufschrift " BADEN UND ANGELN VERBOTEN", wobei es sich aber an sehr heißen Tagen nicht vermeiden lässt, dass Personen das Badeverbot missachten.
Am Dienstagmorgen verlässt Rentner K. mit seinem Mischlingsrüden gegen 7.17 Uhr sein Haus und bemerkt gegen 7.52 Uhr drei tote Schwäne am Ufer des Sees.
Wieder zu Hause angekommen, benachrichtigt K. umgehend die Polizei und gibt später folgendes zu Protokoll:
1) Am Montagmorgen, wohl auch so zwischen 7.45 und 8.00 Uhr, habe er die drei Schwäne noch lebendig auf dem See gesehen. Heute, also ca. 24 Stunden später, habe er die Schwäne verendet am Ufer aufgefunden.
2) Er habe weder Montag noch Dienstag andere Menschen zu dieser Uhrzeit gesehen, noch sei ihm irgendetwas Verdächtiges aufgefallen.
3) Er versichere, mit dem Tod der Schwäne nichts zu tun zu haben.
Nach den Vorort - Ermittlungen der Polizei werden die drei Schwäne abtransportiert; die Polizei stellte sonst keinerlei Auffälligkeiten am See fest, mit Ausnahme von zwei verendeten Enten an der anderen Seite des Sees. Diesem Fund wird aber zu diesem Zeitpunkt keinerlei Beachtung geschenkt.
Gegen 15.00 Uhr wird der Polizei telefonisch mitgeteilt, dass man auf dem selbigen See schwimmende, tote Fische entdeckt hat; darüber hinaus hatten zu dieser Uhrzeit weitere Ermittlungen ergeben, dass es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht um einen gezielten Anschlag auf die Schwäne gehandelt hat, denn diese waren nicht erschlagen worden, äußere mechanische Einwirkungen nicht sichtbar.
Aufgrund aller genannter Vorkommnisse beschließt die Polizei gegen 16.23 Uhr, dass gesamte Areal um den See absperren zu lassen.
Die Staatsanwaltschaft beauftragt den Sachverständigen T. mit der Fragestellung, ob der See kontaminiert ist, wenn ja, womit und ob Fremdeinwirkung zu postulieren sei. Die Staatsanwaltschaft will die weiteren rechtlichen Schritte von den Analyseergebnissen des Sachverständigen abhängig machen.
Frage: (Fokus liegt bei der Probenahme nicht bei der Analyse) Wie ist die Probenahme nach DIN 38402-12, unter Berücksichtigung des vorliegenden Falls, fachgerecht zu gestalten?
Ausführung zum Begriff Forensik:
Zu erst einmal soll der Begriff forensisch bzw. Forensik erlä utert werden, ein Begriff, der in dieser Abschlussarbeit bereits in der Formulierung des Haupttitels wieder zu finden ist.
In der Bundesrepublik Deutschland befassen sich Kriminalbeamten, die rechtlich Hilfsbeamten der jeweilig zuständigen Staatsanwaltscha ft sind und die Rechtsmedizinischen Institute, i.d.R. vertreten durch einen Rechtsmediziner, mit der Ermittlung und Beweisführung in sog. Offizialdelikten, d. Delikte, die strafbar im Sinne des Strafgesetzbuches (StGB) sind.
Wird z.B. ein Mord in einer deutschen Stadt X durchgeführt, ermittelt die zuständige Staatsanwaltschaft unter Zuhilfenahme der Polizei die Umstände des Mordvorganges, sucht nach Spuren des Täters (m/w) am Tatort und versucht alle Ergebnisse der Ermittlungen in sog. "heißen Spuren", alle Spuren, mit denen der Täter (m/w) zu überführen wäre, zu fokussieren.
Ähnlich, aber doch anders, verläuft die Ermittlungsarbeit in Großbritannien, den Vereinigten Staaten von Amerika und Australien. [Commonwealth Staaten, die nach dem Vorbild Großbritanniens arbeiten, werden nicht extra aufgezählt]
Neben Staatsanwaltschaft, Polizei und Rechtsmediziner, hat sich der sog. Forensic Science Service herausgebildet, der für die exekutive Gewalt des jeweiligen Staates arbeitet, aber nicht zwingend Teil dieser exekutiven Gewalt ist.
Forensic Science (Forensische Wissenschaft) beschäftigt sich mit allen naturwissenschaftlichen, medizinischen und technischen Verfahren und Untersuchungen, die herangezogen werden können, um den Umstand eines Verbrechens zu lösen.
Ein forensic dentist z.B. wird sich mit dem Zahngebiss eines Toten / einer Toten zu dessen / deren Identifizierung befassen, ein forensic toxicologist mit den Giften, die den Tot herbeigeführt haben und ein forensic biologist könnte sich z.B. mit dem Madenbefall an der Leiche befassen, um die Zeit des Verbrechens zu eruieren.
Dabei arbeiten diese forensischen Experten in der Regel in einer Arbeitsgruppe zusammen, die sich mit dem diskreten Fall X beschäftigt und diesen von verschiedenen Gesichtspunkten aus versucht zu lösen.
In der Bundesrepublik Deutschland ist der Begriff Forensik nicht weit verbreitet. Zwar wurde teilweise die Arbeitsweise aus den genannten Staaten in Deutschland übernommen, aber es gibt nicht eine einzige Bildungseinrichtung in Deutschland, an denen sich Studenten in das 1. Semester einer forensischen Disziplin immatrikulieren könnten.
Zu nennen sind aber die Universität Leipzig und die Gesellschaft für Toxikologische und Forensische Chemie (GTFCH): An der Universität Leipzig können Naturwissenschaftler ein fünfsemestriges, postgraduales Aufbaustudium "Toxikologie und Umweltschutz"
absolvieren und danach kann man nach einigen Jahren Berufserfahrung in der Toxikologie bei der GTFCH die Zusatzqualifikation als "Forensischer Toxikologe"
erwerben.
Streng genommen liegt im Punkt (4) aufgeführten Fallbeispiel eine forensische Fragestellung und eine forensische Vorgehensweise vor: Eine potentielle Straftat, nämlich die mögliche Gefährdung eines Schutzgebietes und eine vielleicht besonders schwere Umweltstraftat, möglicherweise unter Einbeziehung von Giften, vermutet die Staatsanwaltschaft. Um den Verdacht zu untermauern und die weiteren rechtlichen Schritte einzuleiten, beauftragt diese einen Sachverständigen, der den Beweis für genannten Verdacht, unter Einbeziehung analytischer und technischer Methoden, erbringen soll.
Der Gegenstand der Forensik ist somit erfüllt: Möglicher Tatbestand und strafbare Handlung, zu dessen / deren Lösung naturwissenschaftliche, medizinische und technische Verfahren und Untersuchungen herangezogen werden.
(4.1) Die Arbeitsweise des Sachverständigen bezogen auf das Fallbeispiel unter Punkt (4)
Der 1. Schritt des Sachverständigen wird sein, sich einen Gesamtüberblick aus den vorliegenden Fakten zu verschaffen. Besonders hervorzuheben sind die nachfolgenden Punkte:
• Aussage des Rentners K., die drei Schwäne noch am Montag lebendig gesehen zu haben, dies natürlich unter der Bedingung, dass es sich um die gleichen Schwäne handelt, die dienstags tot aufgefunden wurden.
• Da die Schwäne nicht erschlagen worden waren, könnte ein Gift die Schwäne getötet haben; ein Gift welches unter 24 Stunden auf diese Tiergattung tödlich wirkt.
• Tote Enten, tote Fische; letztere waren mittags entdeckt worden. Unter der Annahme, dass ein Gift verwendet worden ist: Könnte es sich um ein Gift handeln, das langsam Richtung Seegrund diffundiert und von den Fischen aufgenommen, auch als tödlich auf diese Tiergattung gewirkt hat?
• Haben die Polizei und / oder ggf. dritte Personen Kanister, Flaschen oder sonstige Behälter gefunden, in denen das potentielle Gift transportiert wurde?
Der 2. Schritt des Sachverständigen wird sein, sich einen Überblick über die Lage, Ort und Beschaffenheit (Größe, Tiefe und sonstige wichtige Informationen) des Sees zu verschaffen. Solche Informationen kann die zuständige Behörde mitteilen und dem Sachverständigen darüber hinaus eine Seekarte bzw. einen Lageplan des Sees mit allen wichtigen Parametern liefern.
Der 3. Schritt des Sachverständigen wird sein, die geeignete Fragestellung seiner Arbeit zu formulieren: "Ist der Beweis zu führen, dass das stehende Gewässer mit unbekannten, jedoch (öko -)toxikologisch relevanten Substanzen (oder einer Substanz) kontaminiert ist“? Der Sachverständige weiß, dass es sich um eine Probenahme aus besonderem Anlass handelt; Einzelprobe werden ausreichen, um der Staatsanwaltschaft Informationen zukommen zu lassen, mit denen diese gezielt ermitteln und fahnden könnte.
Der 4. Schritt des Sachverständigen wird sein, sich im Kontext mit den jeweiligen ISO - Normen 5667 - (1 bis 3) und den daraus resultierenden Fragen und Anleitungen zu beschäftigen: Da es sich um Proben handeln könnte, die (öko-)toxisch wirken, gefährde ich mich bei der Probenahme meine eigene Person? Muss ich einen Schutzanzug anlegen oder sonstige persönliche Schutzmaßnahmen bedenken?
Welche Anforderungen sind an die zu verwendenden Utensilien zur Probenahme zu stellen? [Siehe Punkte (2.2.2) und (2.2.2.1)]
Welche sonstige Ausrüstung nehme ich mit? (Schlauchboot, Bojen oder GPS, Seekarte / Lagekarte, etc...)
Welche potentiellen Anforderungen sind für die Aufbewahrung und Behandlung von Proben zu bedenken? [Siehe Punkte (2.3) und (2.3.1)]
Der 5. Schritt des Sachverständigen wird sein, sich vor Ort ein erstes, eigenes Bild zu machen: Wie ist Geruch und Aussehen des Sees? Ist die Flora des Sees geschädigt?
Kann ich Wasserproben an allen relevanten Stellen des Sees durchführen oder hindern mich Wasserpflanzen? Wie sind die Parameter zu Wetter, Uhrzeit und Sonneneinstrahlung?
Unter Zuhilfenahme der Seekarte / des Lageplans: Wie gehe ich gezielt vor, wie verankere oder sichere ich meine Bojen (Eintrag ins das Probenahmeprotokoll)?
Der 6. Schritt des Sachverständigen wird sein, die Probenahme bzw. die Probenahmen durchzuführen. Probenahme: Proben, die aus besonderem Anlass entnommen werden sind in der Regel Einzelproben. Zuerst wird der Probenahmeort durch die horizontale Verteilung der Probenahmestellen charakterisiert. Die Proben werden jeweils nur einmal oder wenige Male an den Stellen entnommen (Kennzeichnung im Probenahmeprotokoll), an der Auffälligkeiten beobachtet worden sind. Traten diese scheinbar nicht auf (für das menschliche Auge), werden die Probenahmestellen auf der Seekarte vorher bestimmt, dies im Rahmen einer statistischen Verteilung über der Oberfläche des gesamten oder über der Oberfläche eines Teilstückes des Sees.
Nach Beendigung der "Horizontalprobenahme" wird eine "Vertikalprobenahme"
durchgeführt, der Natur, das sedimentnahe Einzelproben, an den jeweils bereits gekennzeichneten Probenahmestellen (Bojen) durchgeführt werden.
Der 6. Schritt des Sachverständigen hängt natürlich von der Beschaffenheit und Geometrie des gesamten Sees, einschließlich seiner Bassins, ab.
Nach jeder Einzelprobe wird diese in ein geeignetes Behältnis überführt und dieses sachgerecht gekennzeichnet.
Der 7. und letzte Schritt des Sachverständigen ist die Wiederherstellung des Ursprungszustandes am See: Alle Bojen müssen weggeräumt, die Utensilien weggepackt werden. Alle Proben wurden natürlich zuvor, zusammen mit Ihren Behältern, in lichtundurchlässige, gekühlte Probenbehälterboxen gelegt. Es erfolgt der Transport der Proben in ein geeignetes Labor.
(5) Zusammenfassung
Diese Abschlussarbeit soll vor allen Dingen aufzeigen, welchen enorm wichtigen Stellenwert die Probenahme im gesamtanalytischen Prozess besitzt, welche Anforderungen eine Probenahme an den Probenehmer / die Probenehmerin stellt, einschließlich der Anforderungen an die Technik, die zur Probenahme eingesetzt wird und wie umfassend internationale bzw. nationale Vorschriften sind, in denen jede ganz spezifische Probenahme erläutert wird.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt für ein späteres, adäquates Analyseergebnis ist die intensive und kontinuierliche Auseinandersetzung mit der Probenahme, bei der in jeder spezifischen Situation ein ganz spezifisches Vorgehen erforderlich ist.
Literaturliste
[1] R.H. Green, Sampling Design and Statistical Methods for Environmental Biologists, Wiley, New York, 1979.
[2] P. Hoffmann, Nachrichten Chem. Tech. Lab., 40 (1992) M2.
[3] ISO – Vorschriften 5667-1, 5667-2 und 5667-3.
[4] ISO – Vorschrift 5667-5 und DIN – Vorschrift 38402-12.
[5] Naturschutzrecht, 8. Auflage 2000, Beck – Texte im dtv.
[6] Strafgesetzbuch (StGB), 37. Auflage 2002, Beck – Texte im dtv.
[7] Handbook of Analytical Seperations, Volume 3 „Environmental Analysis“, edited by Wolfgang Kleiböhmer im Elsevier – Verlag, ISBN 0444500219, 2001.
