Bioverfügbarkeit von PGE-Emissionen

Der Bestimmung von Platingruppenelementen (PGE) wurde in den letzten Jahren spezielle Aufmerksamkeit gewidmet, insbesondere um eine mögliche Gefährdung der menschlichen Gesundheit und anderer Lebewesen durch diese Elemente abzuschätzen. Dieses Interesse beruht auf dem erhöhten Verbrauch an PGE für Abgaskatalysatoren, der medizinischen Anwendung von Platin in der Krebstherapie, sowie der Verwendung als Katalysatoren in der pharmazeutischen Industrie. Diese Anwendungen führten zu einem signifikanten Anstieg der PGE- Konzentrationen in der Umwelt (z.B. in Böden in unmittelbarer Straßennähe). Obwohl in die Bestimmung von PGE in biologischen, medizinischen und Umweltproben sehr viel Arbeit investiert wurde, konnte bislang nur sehr wenig Information über Verhalten und mögliche Reaktionen der emittierten Edelmetalle in der Umwelt gewonnen werden. Ziel des vorliegenden Projekts ist es bestehendes Wissen über Transformation, Mobilisierung, Speziation und Bioverfügbarkeit von anthropogenen Pt, Pd und Rh Emissionen in den verschiedenen Kompartimenten der Umwelt zu erweitern. Der Forschungsantrag beinhaltet folgende innovative Fragestellungen: Untersuchung der unter natürlichen Bedingungen mobilisierbaren Fraktionen an Pt, Pd und Rh in kondensierten Umweltproben. Entwicklung eines dynamischen Extraktions-Verfahrens für die Untersuchung der Kinetik des Mobilisierungsprozesses. Bestimmung der durch organische Inhaltsstoffe komplexierten Anteile von Pt, Pd und Rh in wässerigen Aerosol- , Straßenstaub- und Bodenextrakten, um die Auswirkungen von mobilisiertem Pt, Pd und Rh auf Biologie und Umwelt besser beurteilen zu können. Pflanzliche Ni-Hyperakkumulatoren und typische Ni Excluder-species sollen auf Ihre Aufnahmefähigkeit für Pt, Pd und Rh untersucht werden, um Daten über die Aufnahme von verkehrsbedingten PGE-Emissionen in der terrestrischen Biosphäre zu erhalten. Modell-Versuche zur Abschätzung der bioverfügbaren Pt, Pd und Rh-Anteile von in der Lunge abgeschiedenen Feinstaubpartikeln, um Information über die Mobilität der vom Menschen durch Atmung aufgenommenen Metalle zu gewinnen. Weiterentwicklung und Automation von bestehenden Verfahren zur Aufarbeitung und Analyse von Pt, Pd und Rh, um eine richtige und simultane Bestimmung dieser Elemente in biologischen, medizinischen und Umweltproben zu ermöglichen. Das Projekt soll in Zusammenarbeit mit der Universität für Bodenkultur in Wien (Department für Chemie und Department für Wald- und Bodenwissenschaften) und der Universität München (Institut und Poliklinik für Arbeits- und Umweltmedizin) durchgeführt werden.

Mit der Einführung von Katalysatoren zur Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen wurde der Automobil-Verkehr zum Hauptverursacher von Einträgen an den Platingruppenelementen (PGE) Pt, Pd und Rh in der unmittelbaren Umgebung von stark befahrenen Straßen. Aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften wurden diese Edelmetalle in der Vergangenheit als inert und damit in der Umwelt als nicht mobilisierbar angesehen. Neuere Untersuchungen deuten allerdings auf eine Anreicherung dieser Elemente in Lebewesen und in der Biosphäre hin. Ziel dieses Projekts war es daher, das Wissen über die Umwandlung, Mobilisierung und Bioverfügbarkeit von Pt, Pd und Rh- Emissionen in der Umwelt zu erweitern. Bisher wurde die Bioverfügbarkeit von Pt und Pd anhand der Untersuchung von gemahlenem Katalysator-Material bzw. Straßenstaub abgeschätzt. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde erstmals der lösliche Anteil des im Feinstaub enthaltenen Pt und Pd bestimmt. Die erzielten Ergebnisse deuten darauf hin, dass in der Vergangenheit die bioverfügbare Fraktion unterschätzt wurde, da PGE im Feinstaub eine wesentlich bessere Löslichkeit zeigen als in den bisher untersuchten Materialien. In dieser Arbeit wurden erstmals Untersuchungen zur Adsorption von Platin, Palladium und Rhodium an österreichischen Böden mit unterschiedlichen Bodencharakteristiken durchgeführt. Die ermittelten Sorptions- Isothermen sind eine wichtige Voraussetzung für die Abschätzung des PGE Transfers in das Grundwasser und in weiterer Folge in die Nahrungskette. Für Pd wurde an allen Böden eine nahezu quantitative Sorption festgestellt, während Pt und Rh in einem wesentlich geringeren Ausmaß zurückgehalten wurden, ein Umstand, welcher auf eine leichtere Mobilisierung dieser Elemente hindeutet. Systematische Versuche zur Bestimmung der Aufnahme von PGE in der terrestrischen Biosphäre mit Brassica napus und Alyssum serpyllifolium haben für alle untersuchten Pflanzen deutlich messbare Konzentrationen in den verschiedenen Pflanzenteilen ergeben. Das Ausmaß der PGE Aufnahme war vom Puffersystem (MES bzw. BES) der verwendeten Nährlösung abhängig. Für die Verteilung der PGEs innerhalb der Pflanzen wurden deutliche Unterschiede zwischen den Blättern, dem Stängel, den groben und den feinen Wurzeln gefunden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass Rh das Wachstum der Pflanzen am stärksten beeinträchtigt, während Pt bevorzugt in Blätter und Stängel transportiert wird.