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PAK
PAK
Polycylische aromatische Kohlenwasserstoffe
Lange Zeit waren alte Eisenbahnschwellen in der Gartengestaltung sehr beliebt. Heute erweisen sie sich als Last. Sie enthalten nämlich meistens PAK.
PAK ist eine Abkürzung für Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe. Das ist eine Sammelbezeichnung für aromatische Verbindungen, die aus sogenannt kondensierten (zusammenhängenden) Ringsystemen aufgebaut sind. Sie werden aus praktisch allen organischen Stoffen (Holz, fossile Brennstoffe wie Kohle, Mineralöle) bei unvollständiger Verbrennung (thermische Kraftwerke, Heizungen, Strassenverkehr) gebildet. Waldbrände lieferten PAK schon in “grauer Vorzeit”, ebenso produzieren thermische Prozesse des Haushaltsbereichs (Erhitzen und Anbraten von Nahrungsmitteln in der Küche, Grillen, Räuchern) PAK in namhaften Mengen. Hamburger-Grills im Fastfood-Bereich sind eine bedeutende PAK-Quelle in den USA. PAK kommen auch in Mineralölen, Bitumen, Pech, Teer, Russ, Tabakrauch, Asche, Abgasen und den darin enthaltenen Feinstäuben vor und sind global verbreitet.
Viele PAK sind toxisch, sie weisen unterschiedliche carcinogene, mutagene und weitere schädigende Einflüsse auf den Menschen auf. So beeinträchtigt Benzo(a)pyren beispielsweise die Fortpflanzungsfähigkeit (Fruchtbarkeit) des Menschen und ist fruchtschädigend. Die Verbindung gilt als stark carcinogen und tritt zudem häufig auf. Benzo(a)pyren wird in den Analysenberichten unseres Instituts immer separat ausgewiesen. Viele weitere PAK wirken besonders in Gegenwart von UV-Licht (starke Sonneneinstrahlung) toxisch. Nur wenige PAK werden in reiner Form synthetisiert und wie Anthracen, Pyren und Carbazol als Grundlage für die Herstellung von Farbstoffen, Pestiziden und Pharmaka verwendet.
PAK-Bodenbelastungen finden sich häufig auf Unfallstandorten (Brände), Mineralöllagern, Kokereien und Betrieben, die mit Bitumen, Pech, Teer arbeiteten sowie in alten Deponien. Die meisten PAK sind in Wasser praktisch unlöslich und sind aufgrund ihres niedrigen Dampfdrucks und der starken Adsorption an organisches und anorganisches Material nahezu immobil, sie verbleiben in der Regel am Ort ihrer Ablagerung. PAK zeichnen sich deswegen durch eine hohe Geoakkumulationstendenz aus. Ein Transport kann aber trotzdem über andere vorhandene oder später eintretende Bodenverunreinigungen (z.B. Mineralöle, Reinigungsmittel, u.ä.) erfolgen.
Während noch vor wenigen Jahren angenommen wurde, dass PAK nicht oder kaum abbaubar seien, ist diese Vorstellung auf Grund neuester Ergebnisse eindeutig widerlegt. PAK werden in der Umwelt z.T. durch Mikroorganismen abgebaut, zusätzlich erfolgt eine Reduzierung der PAK durch sichtbares Licht und UV-Strahlung (Photolyse). Allerdings gestaltet sich der natürliche Abbau langsam und wird zudem mit zunehmender Grösse der PAK-Moleküle schlechter. PAK enthalten keine hydrolisierbaren Gruppen im Molekül, weshalb auch die Hydrolyse (Umsetzung mit Wasser) keine Rolle für die umweltrelevante Stofftransformation spielt.
Da die Zahl der PAK-Isomere mit sukzessiver Kondensation von Ringsystemen sehr schnell ansteigt, wurden folgende PAK von der WHO aufgrund ihrer Nachweishäufigkeit und Konzentration in Umweltmedien, ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften sowie ihrer Reaktiviät und biologischen Aktivität als Leit- bzw. Indikatorsubstanzen vorgeschlagen:
– Fluoranthen – Benzo(a)pyren
– Benzo(ghi)perylen – Benzo(b)fluoranthen
– Benzo(k)fluoranthen – Indeno(1,2,3-cd)pyren
In der Regel werden bei der Analyse insgesamt 22 Einzelsubstanzen aufgeführt.
PAK werden mittels eines geeigneten Lösungsmittels aus der Analysenprobe extrahiert. Der Extrakt wird aufgearbeitet, gereinigt und dabei gleichzeitig aufkonzentriert. Die Messung erfolgt mittels hochauflösender Gaschromatographie, als Detektor wird ein Massenspektrometer eingesetzt. Dies erlaubt nicht nur die Quantifzierung eines Signals, sondern gleichzeitig die eindeutige Identifizierung der quantifizierten PAK-Verbindung. Zusätzliche Signale unbekannter Herkunft können zudem charakterisiert werden und erlauben vielfach weitergehende Einblicke in die chemische Zusammensetzung des untersuchten Probematerials.
Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe sind zwar “echte” Kohlenwasserstoffe im Sinne des Schweiz. Vollzugsrechts, sie stellen jedoch im Rahmen der landesweiten KW-Gesamtfrachten im Abwasser eine verschwindende Minderheit dar. Im Bereich Gewässerschutz, Teil Oberflächengewässer, sind die PAK daher von eher untergeordneter Bedeutung. Beim Vollzug des Altlastenrechts und damit in Verbindung mit dem Grundwasserschutz sowie dem Vollzug des Abfallrechts kommt den PAK wegen ihrer Umweltrelevanz hingegen ein hoher Stellenwert zu.
Zusammenfassend sind die PAK wie folgt zu charakterisieren:
– teilweise stark carcinogen
– wenig bis kaum wasserlöslich
– ausgeprägt grosse Sorptionsneigung
– kein Abbau durch Hydrolyse
– in der Summe sehr hohe Umweltrelevanz
© Dr. Sven Strunk