Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5088
Main Title: Entwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung der dermalen Resorptionsverfügbarkeit bodenassoziierter Mineralölkohlenwasserstoffe
Author(s): Görnitz, Mandy
Advisor(s): Rotard, Wolfgang
Referee(s): Schaumann, Gabriele E.
Rotard, Wolfgang
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Petroleum hydrocarbons (PHC) belong to the most widespread soil pollutants worldwide. Within the assessment of potential health risks due to PHC exposure via contaminated soils, an examination of the dermal absorption of soil contaminants is legally required. Typically, the total extractable amount of a contaminant in soil serves as a basis for risk assessment concerning the dermal uptake route. Thus, the risk induced by contaminated soil is clearly overestimated in most cases. A more realistic risk assessment could be achieved by the determination of the dermal available fraction. The aim of the present thesis was to develop a method that enables the determination of the dermal available fraction of soil-associated PHC. Therefore, two methods were tested: a dynamic diffusion cell and 2D-sorption onto C18. The specially designed flow-through diffusion cell was developed at the chair of environmental chemistry of the TU Berlin. Results of the study show, that it enables the determination of the PHC-fraction which is mobilized from soil under simulated dermal exposure conditions (for analytes with a vapor pressure ≥ n-pentadecane). However, the determination of the dermal available PHC-fraction is not possible because of turbulent flows taking place within the diffusion cell, caused by its specific design and geometry. For 2D-Sorption onto C18 solid, hydrophobic and two-dimensional C18-extraction disks were used for adsorption of soil contaminants. Two different experimental setups were developed and tested: an open and a closed system. Under certain prerequisites, the open system enables the determination of the maximum dermal available fraction: values of examined substances ranged from 8 % (n-pentadecane at 12 °C) to 56 % (naphthalene at 24 °C). Information concerning the extent and kinetics of PHC-desorption from soil were gained from the closed system. Moreover, the results of the closed system can be used as input data for the „Finite Dose Skin Permeation-Calculator“ – a software to calculate the extent of dermal absorption. Thus, calculation of the dermal absorbed analyte fraction from soil becomes possible for worst-case exposure scenarios. Furthermore, the method of 2D-sorption onto C18 enables the ambient temperature’s influence on the dermal available fraction to be examined: volatile substances, e.g. cumene and n-decane, are less influenced by temperature changes between 12 °C and 32 °C, whereas less volatile substances, e.g. biphenyl and n-pentadecane, are strongly influenced. For the latter, a clear maximum for the dermal available fraction at a temperature of 24 °C (compared to 12 °C and 32 °C) was observed. Under the prerequisite of a pending and successful method validation, 2D-sorption onto C18 is believed to offer high potential for significant improvement in the risk assessment of soil-associated PHC.
Mineralölkohlenwasserstoffe (MKW) gehören zu den am weitesten verbreiteten Bodenkontaminanten weltweit. Die Notwendigkeit, im Rahmen einer Risikoabschätzung den dermalen Aufnahmepfad zu untersuchen, ist gesetzlich festgeschrieben. Sie erfolgt bislang auf der Grundlage der Gesamtgehaltsbestimmung im Boden, was in der Regel zu einer deutlichen Überschätzung des vom Boden ausgehenden Gefährdungspotentials führt. Eine realistischere Risikoabschätzung kann mit der Bestimmung des resorptionsverfügbaren Stoffmassenanteils erfolgen. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Verfahrens, das die Bestimmung der Höhe des dermal resorptionsverfügbaren Analytmassenanteils bodengebundener MKW ermöglicht. Dazu wurden zwei Methoden getestet: Die dynamische Gas-Diffusionszelle (DyGa-Zelle) und die 2D-Sorption an C18. Die DyGa-Zelle ist eine am FG Umweltchemie der TU Berlin entwickelte Durchfluss-Diffusionszelle. Die Untersuchungen ergaben, dass sie die Bestimmung des gesamten aus dem Boden mobilisierbaren Analytmassenteils ermöglicht (für Stoffe mit einem Dampfdruck ≥ n-Pentadecan). Strömungs- und geometriebedingte Turbulenzen innerhalb der DyGa-Zelle verhindern jedoch die Ermittlung des dermal resorptionsverfügbaren Analytmassenanteils. Die 2D-Sorption an C18 ist ein Verfahren, bei dem C18-Extraktionsdisks als festes, hydrophobes, zweidimensionales Adsorptionsmittel verwendet werden. Es wurden zwei Varianten getestet: Das offene und das geschlossene System. Das offene System ist, unter gewissen Voraussetzungen, geeignet, den maximalen dermal resorptionsverfügbaren Anteil zu bestimmen: Für das untersuchte Substanzspektrum wurden Werte zwischen 8 % (n-Pentadecan bei 12 °C) und 56 % (Naphthalin bei 24 °C) ermittelt. Das geschlossenene System liefert Informationen zum Ausmaß und zur Kinetik der Bodendesorption. In Kombination mit dem „Finite Dose Skin Permeation-Calculator“ – einer Software zur Berechnung der dermalen Absorption – ist zudem die Bestimmung des dermal absorbierten Analytmassenanteils (AF), im Rahmen eines worst-case-Expositionsszenarios, möglich. Bei der Untersuchung des Einflusses der Umgebungstemperatur auf die dermale Resorptionsverfügbarkeit wurde, mit Hilfe des Verfahrens der 2D-Sorption an C18, festgestellt, dass leichter flüchtige Analyten, wie z.B. Cumol und n-Decan, durch eine Temperaturänderung im Bereich von 12 °C–32 °C nur wenig beeinflusst werden. Ein starker Einfluss der Umgebungstemperatur ist hingegen auf die weniger flüchtigen Analyten, wie z.B. Biphenyl und n-Pentadecan, zu verzeichnen: Deren resorptionsverfügbare Analytmassenanteile erreichten bei 24 °C ein deutliches Maximum (im Vergleich zu 12 °C und 32 °C). Mit dem hier entwickelten Verfahren der 2D-Sorption an C18 wurde, unter Voraussetzung der noch ausstehenden, erfolgreichen Validierung, das Potential geschaffen, die Risikoabschätzung der dermalen Absorption von MKW aus Böden deutlich zu verbessern.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5413
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5088
Exam Date: 22-May-2015
Issue Date: 2015
Date Available: 12-Apr-2016
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::628 Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
Subject(s): Resorptionsverfügbarkeit
dermal
Boden
Mineralölkohlenwasserstoffe
MWK
PAK
dermal available fraction
petroleum hydrocarbons
soil
PHC
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
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