Trophic magnification factors (TMFs) have been derived in a variety of different aquatic eco-systems worldwide to investigate accumulation patterns of environmentally relevant chemicals. Not only is the TMF interesting for chemicals’ risk assessment related questions, but also for monitoring aspects under the European Water Framework Directive (WFD). This study is the first TMF study con-ducted in a German freshwater ecosystem, that is, Lake Templin near Potsdam. Aim of the study was to investigate the food web magnification following existing guidance to derive reliable TMFs that could be used for regulatory purposes. A sampling campaign yielded 15 biota samples covering about three trophic levels, which have been processed and cryo-preserved following standardized protocols of the German Environmental Specimen Bank (ESB). The samples remain available for future analysis and, thus, form a “food web on ice”. These large-scale food web samples are ready-to-use for a broad variety of analyses. In a first step, a plausibility check was performed. Different persistent organic pollutants (POPs), which are known to magnify in food webs and are not readily metabolized, serve as benchmarks. It could be shown that for nearly all of the POPs analyzed, the TMFs are significantly above 1. In a few cases, an enrichment is also seen, but not statistically relevant. Since not only POPs with lipophilic accumulation properties were analyzed, it could be concluded that the food web on ice samples from Lake Templin can be used to characterize the trophic magnification potential of further substances with less investigated bioaccumulation properties present in the samples. To this end, several PFAS , pharmaceuticals, pesticides and methyl siloxanes were investigated in the samples to derive their TMFs. Veröffentlicht in Texte | 137/2022.
Bioaccumulation potential of chemicals is frequently assessed from bioconcentration, conventionally measured according to OECD 305 (Bioaccumulation: Flow-through Fish Test) (OECD,1996) and expressed as Bioconcentration Factor (BCF). These studies deliberately reduce the manifold uptake and elimination mechanisms in aquatic organisms to respiratory absorption via gills and diffusion through the skin (e.g. Arnot and Gobas, 2003; Sijm et al. 2007). Despite the simplifications, testing costs are high and a minimum of 108 fish are consumed in each OECD 305 bioconcentration guideline study (ILSI HESI, 2006). Veröffentlicht in Texte | 15/2011.
The report summarises and evaluates the current state of knowledge on organic contaminants in polar regions that have become significant concerns because of their persistence, bioaccumulation and toxicity potential. Climate change can also alter the biogeochemical cycling of persistent organic pollutants (POPs) and emerging organic contaminants (EOCs). The report concludes that continual monitoring should be conducted for legacy POPs in polar areas. Further research is needed to understand the various biogeochemical and geophysical processes under climate change and anthropogenic pressures to be able to predict the environmental fates and toxicity risk of EOCs in polar regions. Veröffentlicht in Texte | 46/2022.
A test concept for bioconcentration tests with the freshwater amphipod Hyalella azteca (HYBIT) was recently described. It was shown that the Hyalella bioconcentration factors (BCFs) derived for compounds with different hydrophobic characteristics (log Kow 2.4 – 7.8) show a strong correlation to those from fish tests. This project was carried out to elucidate the suitability of the HYBIT test for testing an extended range of substance classes including difficult to test compounds and, if required, to further enhance the test concept. The bioaccumulation potential of highly lipophilic UV stabilisers and ionic organic PFAS as well as silver, titanium dioxide and gold nanomaterials were tested. The two possible set-ups to conduct bioconcentration studies with H. azteca using a semi-static test set-up or a flow-through approach were applied. The solvent-facilitated and solvent-free application of the hydrophobic test compounds were compared. Due to the difficulties regarding the aqueous exposure of nanomaterials, biomagnification studies were also carried out as part of this project. We could show that the HYBIT approach permits the application of difficult to test compounds and enables to derive bioaccumulation endpoints for regulatory assessment. Due to the shorter exposure periods required, and the smaller experimental units used, the HYBIT approach provides several advantages in comparison to the flow-through fish test. As a non-vertebrate test, the Hyalella bioconcentration (or biomagnification) test may help to further reduce the amount of fish required for the regulatory testing of chemicals. Veröffentlicht in Texte | 134/2022.
Fromme, Hermann; Thomsen, Cathrine; Aschenbrenner, Bettina; Haug, Line Småstuen; Weber, Till; Kolossa-Gehring, Marike; Völkel, Wolfgang; Schober, Wolfgang International Journal of Hygiene and Environmental Health 229 (2020), August 2020, 113593; online 12. August 2020 Dechloranes, like Dechlorane Plus ® are commonly used flame retardants identified by the EU as substances of very high concern (SVHC) because of their persistence and bioaccumulation potential. To characterize the dechlorane exposure of Germans in the last two decades, 180 archived blood plasma samples of the German Environmental Specimen Bank (students aged 20–29 years) collected at six time points between 1995 and 2017 were analyzed for four dechloranes; namely Dechlorane Plus ® (syn- and anti-DDC-CO), dechlorane 602 (DDC-DBF), and dechlorane 603 (DDC-Ant). These were quantified using a GC-MS/MS method. Overall, anti- and syn-DDC-CO were detected in 88% and 98% of the samples, whereas DDC-DBF and DDC-Ant were found in 40% and 37% of the samples, respectively. The median (95th percentile) values were 1.0 ng/g lipid weight (l.w.) (3.0 ng/g l.w.). for anti-DDC-CO, 0.6 ng/g l.w (1.9 ng/g l.w.). for syn–DDC-CO, 0.1 ng/g l.w (0.6 ng/g l.w.). for DDC-DBF, and 0.1 ng/g l.w (0.2 ng/g l.w.). for DDC-Ant. The 95th percentile concentrations of the sum of syn- and anti-DDC-CO decreased from 4.2 ng/g l.w. in 1995, to 2.9 ng/g l.w. in 1999, and subsequently increased to 3.7 ng/g l.w. in 2008, and up to 5.9 ng/g l.w. in 2017. A statistically significant decrease with time was observed for DDC-DBF and DDC-Ant, but not for DDC-CO. Our medians found in blood samples in 2017 are similar to those observed in Germany in 2013/14, but higher compared to values reported in other European countries. Overall, more toxicological and monitoring data is needed to better characterize the potential impact on health. doi: 10.1016/j.ijheh.2020.113593
Many chemicals for which a PBT assessment is necessary are ionized in the environment. Therefore, the project aimed to find appropriate screening criteria for ionic organic chemicals (IOCs) to estimate their bioaccumulation potential. Twenty possible parameters were examined. The partitioning coefficient between water and fish calculated with COSMOmic showed the strongest correlation with experimental BMF data. The assumed high bioaccumulation potential was verified but not confirmed for six IOCs by conducting fish feeding studies ( OECD 305). Veröffentlicht in Texte | 108/2021.
Auf Initiative Deutschlands - EU plant neue Grenzwerte für PAK Die Europäische Kommission will Verbraucherprodukte sicherer machen. Dafür schlägt sie einheitliche Grenzwerte für Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) vor. Diese sind in vielen Produkten enthalten, zum Beispiel in Reifen und in Spielzeug. Wegen ihrer besorgniserregenden Eigenschaften gefährden sie die Gesundheit und die Umwelt. “Wir begrüßen ausdrücklich, dass die EU-Kommission zwei Jahre nach dem deutschen Vorschlag eine angemessene Regulierung für Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe initiiert“, so Jochen Flasbarth, Präsident des Umweltbundesamtes. Um auch die Öffentlichkeit über diese Stoffgruppe aufzuklären, legt das Umweltbundesamt ein neues Hintergrundpapier über Quellen, Wirkungen und Risiken der PAK vor. Ob in Mousepads, Spielzeugen oder Badeschuhen - unabhängige Labore weisen in Verbraucherprodukten immer wieder Chemikalien nach, die zur Stoffgruppe der PAK gehören. Oft in Konzentrationen, die zum Beispiel für Autoreifen nicht zulässig sind. "Viele der nachgewiesenen PAK sind krebserregend, erbgutverändernd oder fortpflanzungsgefährdend", so Flasbarth. Doch nicht nur das, sie werden in der Umwelt kaum abgebaut und können sich in Organismen anreichern. Das Umweltbundesamt empfiehlt daher, die Umwelteinträge von Stoffen mit einer derartigen Kombination von Eigenschaften - Persistenz , Bioakkumulationspotenzial und Toxizität - durch gesetzliche Regelungen soweit wie möglich zu minimieren. Angestoßen durch eine deutsche Initiative hat die EU-Kommission nun einen Vorschlag zur Verringerung von PAK vorgelegt - auf Grundlage der Chemikalienverordnung REACH . Dieser sieht für Verbraucherprodukte einheitliche Grenzwerte vor. Danach wären Produkte, die krebserregende PAK in einer Konzentration von mehr als 1 mg/kg enthalten, künftig verboten. Das beträfe nun auch diejenigen Produkte, die bisher nicht oder nicht ausreichend reguliert sind. Jochen Flasbarth: "Während die EU für Autoreifen bereits seit Jahren PAK-Grenzwerte vorschreibt, gelten für Produkte wie Kleidung, Griffe, Spielzeuge oder Kinderartikel bisher keine Grenzwerte. Deshalb begrüßt das Umweltbundesamt den EU-Vorschlag für mehr Umwelt- und Verbrauchersicherheit.“ Passend dazu erläutert das UBA in einem neuen Hintergrundpapier Quellen, Wirkungen und Risiken der PAK. Leser und Leserinnen erfahren darin, wie Sie diese Stoffe vermeiden können. Das Fazit des Papiers: Die bisherigen Einzelregelungen reichen nicht aus, um die PAK-Emissionen in die Umwelt und Rückstände in Verbrauchsprodukten wirksam zu begrenzen. Deshalb ist eine europaweite rechtliche Regulierung dieser Stoffe nötig.
Neugebauer, Frank; Dreyer, Annekatrin; Lohmann, Nina; Koschorreck, Jan Analytical and Bioanalytical Chemistry (2017); online 13. Dezember 2017 The extensive application of halogenated flame retardants has led to their widespread distribution in the environment. Recently, concerns emerged regarding their potential persistence, (bio)accumulation, and/or toxicity. Particularly halogenated flame retardants based on norbornene structures, like Dechlorane Plus as well as other brominated PBDE replacements, generically called emerging, novel , or alternative flame retardants, are in the focus of interest. A comprehensive analytical method for the determination of 21 halogenated flame retardants (HFRs) of different substance classes (dechloranes, brominated aromates, brominated ethers, cyclic BFR) in a broad variety of matrices (tree leaves, fish fillet, birds eggs, suspended particles) was developed in order to assess their environmental levels as well as temporal trends, especially for the use within environmental specimen banks (ESBs). In addition to the alternative HFRs, a set of 24 PBDEs were measured in the same samples, however using GC-EI-MS for detection. Samples were extracted using accelerated solvent extraction (ASE) with dichloromethane:hexane (exception: soxhlet extraction for suspended particles) followed by a multi column clean-up. Quantification was performed by API-GC-MS/MS as a modern, gentle, and sensitive technique for simultaneous detection of compounds throughout a wide range of masses and fragmentation characteristics (exception: PBDE detection using GC-EI-MS). With the exception of BDE 209, instrumental precisions of target compounds ranged from 1% to 16 % (at levels of 2 pg injection -1 for HFR, 20 pg injection -1 for DBDPE, 7-36 pg injection -1 for PBDEs). Interday precisions of the entire analytical method including extraction and clean-up were mostly below 25% for all validation matrices at spiked levels of 100 pg sample -1 for HFR (DBDPE: 1000 pg sample -1 ) and 1200–6000 pg sample -1 for PBDEs. The majority of analytes were investigated with expanded measurement uncertainties of less than 50%. doi: 10.1007/s00216-017-0784-x
Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die Bioakkumulation vollständig ionisierter Verbindungen experimentell zu bestimmen und Screening-Parameter zu identifizieren, die auf ein hohes Bioakkumulationspotential von ionisierbaren organischen Chemikalien (IOCs) hinweisen können. Drei Fütterungsstudien mit Regenbogenforellen (Oncorhynchus mykiss) wurden gemäß OECD TG 305 durchgeführt. Die Trennung von Leber, Magen-Darm-Trakt (GIT) und Schlachtkörper ermöglichte eine weitere Aufklärung der Gewebeverteilung der einzelnen Testsubstanzen. Die ausgewählten Chemikalien wiesen Eigenschaften auf, die sie für eine hohe Bioakkumulation verdächtig machten, und umfassten zwei Kationen (Tetrabutylphosphonium-bromid (TBP), Trimethyloctadecylammoniumchlorid (TMOA)) und vier Anionen (Benzotriazol, Tecloftalam, Pentachlorphenol (PCP), MEE-Phosphonat). Die höchsten Verteilungsfaktoren wurden für die GIT gefunden, gefolgt von der Leber. Keine der getesteten IOCs zeigte jedoch ein ausgeprägtes Biomagnifikationspotential, da die kinetischen Biomagnifikationsfaktoren (BMFk) zwischen 0,001 und 0,05 g / g lagen (Median 0,009 g / g). Die getesteten Kationen zeigten mit Ausnahme von Tecloftalam eine geringere Assimilationseffizienz (ÎÌ) (siehe OECD TG 305) als die Anionen. Im Gegensatz dazu zeigten die getesteten Anionen eine erheblich schnellere Depurationsrate (Halbwertszeit weniger als 0,5 Tage) als die Kationen (Halbwertszeit von etwa 5 Tagen). Zwanzig mögliche Screening-Parameter für das Biomagnifikationspotential ionisierter Verbindungen wurden mit verfügbaren Schätzwerkzeugen (ACD / i-Lab und COSMOmic) berechnet und mit BMF-Daten aus dieser Studie und aus der Literatur korreliert. Der COSMOmic KFisch / Wasser zeigte die höchste Korrelation zum gemessenen BMF, während die meisten anderen Deskriptoren nicht signifikant korrelierten. Das vermutete Bioakkumulationspotential der sechs IOC nach Aufnahme über die Nahrung konnte in den Fütterungsstudien mit Regenbogenforellen nicht bestätigt werden. Keiner der mehr als zwanzig Screening-Parameter zeigte eine besonders hohe Korrelation mit den Testergebnissen oder den aus der Literatur gesammelten BMF-Werten. Insgesamt kann aus dem Screening geschlossen werden, dass die Ionisierung einer Chemikalie die Tendenz zur Bioakkumulation im Vergleich zu nichtionisierten Chemikalien verringert. Eine schnelle Depuration scheint ein Hauptgrund für die beobachtete geringe Biomagnifikation ionischer Verbindungen, insbesondere der Anionen, zu sein. Aufgrund des schnellen Metabolismus oder der Konjugation geladener Verbindungen kann es zu einer schnellen Depuration kommen. Zukünftige Studien sollten diese Hypothese überprüfen. Quelle: Forschungsbericht
Das Umweltzeichen Blauer Engel für biologisch abbaubare Schmierstoffe und Hydraulikflüssigkeiten (DE-UZ 178) zeichnet Produkte aus die sich durch einen geringen Anteil an toxischen Inhaltsstoffen und ein gutes Umweltverhalten (gute Abbaubarkeit und geringes Bioakkumulationspotenzial der Bestandteile) auszeichnen. Produkte im Geltungsbereich des Umweltzeichens sind Stoffe, die für die Verlustschmierung eingesetzt werden (z.B. an Bahnschwellen, Windkraftgetrieben, Schiffsantrieben, Schalöle etc.) oder bei denen ein Umwelteintrag durch die Verwendungsbedingungen zumindest nicht gänzlich unwahrscheinlich ist (z.B. Hydraulikflüssigkeiten). Nicht im Geltungsbereich des Umweltzeichens sind Motorenöle. Der vorliegende Bericht beschreibt die inhaltlichen Arbeiten, die begleitend zur Revision des Umweltzeichen durchgeführt wurden. Zentrale Inhalte dieser Arbeiten waren die Anpassung des wissenschaftlichen Stands zum Umweltverhalten der Produktbestandteile (Ökotoxizität und Abbauverhalten), die Einführung von Nachweissystemen für eine nachhaltige Produktion biogener Rohstoffe (NaWaRo) sowie eine Etablierung des Einsatzes von Rezyklaten in Gebinden oder die Etablierung wiederverwendbarer Verpackungs-Alternativen. Mit den Arbeiten wurden die Grundlagen geschaffen für die fachliche Diskussion mit Stakeholdern im Rahmen eines Fachgesprächs, einer Expertenanhörung und letztlich als Hintergrund für die Entscheidung über einen Vorschlag zu neuen Vergabekriterien durch die Jury Umweltzeichen im Dezember 2021. Quelle: Forschungsbericht