11.05.2020

Mit Fluorverbindungen beschichtete Regenjacken lassen Wasser abperlen.

Mit Fluorverbindungen beschichtete Regenjacken lassen Wasser abperlen.

Quelle: Pavel Balanenko/iStock/Getty Images Plus

Fluoratome kommen heute in zahlreichen im Labor erschaffenen Verbindungen vor. Gelangen sie ins Trinkwasser, können sie für den Menschen zur Gefahr werden. Die BAM hat ein Nachweisverfahren für kritische Substanzen weiterentwickelt.

Fluor ist ein nützliches Element: Als Fluorid stärkt es den Zahnschmelz und die Knochen. Dem menschlichen Körper dient es als essenzielles Spurenelement. Doch Fluor kann auch schädlich sein: Gelangt es in zu hoher Konzentration in den Organismus, macht es die Knochen brüchig. Pflanzen, die zu viel Fluorid aufgenommen haben, verlieren ihre Blätter.

„Es ist, wie bei allen chemischen Substanzen, eine Frage der Dosis“, erklärt Björn Meermann, Spurenanalytiker an der BAM. Mit seinem Team hat er eine Methode weiterentwickelt, um organisch gebundenes Fluor in Flüssen und Seen nachzuweisen. Dabei sind weniger die natürlichen Vorkommen des Elements ein Problem. Aber Fluor ist auch eine Art Verwandlungskünstler. Weil sich mit Fluoratomen die Eigenschaften von Molekülen günstig beeinflussen lassen, werden sie heutzutage in Laboren weltweit in viele Verbindungen eingebaut.

Alles ist ein Kreislauf

In der inneren Beschichtung von Fast-Food-Verpackungen bewirken Fluoratome einen abweisenden Effekt: Sie verhindern, dass Fett durch die Pappe nach außen dringt. Auf Outdoor-Jacken lassen sie den Regen abperlen. Fluoratome sind auch in rund einem Viertel aller Pharmazeutika enthalten, etwa in Antidepressiva und Antibiotika. Sie verlängern die Halbwertszeiten von Molekülen und sorgen so dafür, dass der medizinische Wirkstoff dem Körper länger zur Verfügung steht.

„Bedenklich an vielen dieser vom Menschen erschaffenen Verbindungen ist, dass sie persistent sind. Das heißt, sie lassen sich nur schwer wieder abbauen, wenn sie einmal in die Umwelt gelangt sind“, so Meermann. Und die Eintragspfade dazu sind vielfältig: Kaffeebecher werden beim Recycling zermahlen; dabei kommt viel Wasser zum Einsatz, das zu den Klärwerken fließt. Ausgediente Outdoor-Jacken können auf Deponien enden. Und über menschliche Ausscheidungen gelangen die Abbauprodukte von Medikamenten ins Abwasser. Die großen Klärwerke, in denen Mikroorganismen schädliche Substanzen abbauen, sind jedoch nicht darauf ausgelegt, jede der zahlreichen Fluorverbindungen abzufangen. So können viele von ihnen doch ins Grundwasser gespült werden. Gelangen die Fluorverbindungen in Bereiche, in denen Trinkwasser gewonnen wird, wird es problematisch.

Nachweisgrenzen nach unten verschoben

Um Fluorverbindungen nachzuweisen, nutzt die Wissenschaft bislang vor allem zwei Verfahren: Sie verwenden entweder eine sogenannte Targetmethode, die auf ganz bestimmte Fluorverbindungen zielt, die als gefährlich gelten. „Die Liste deckt jedoch nur einen Teil dessen ab, was inzwischen an organisch gebundenem Fluor im Umlauf ist“, erklärt Meermann. „Zudem können die zahlreichen vom Menschen im Labor erschaffenen Verbindungen zerbrechen und sich dann in neue Moleküle mit unbekannten Eigenschaften verwandeln.“

Bei der zweiten Methode wird ein sogenannter Summenparameter ermittelt, die Gesamtmenge an organisch gebundenem Fluor etwa in einer Wasserprobe. Auch hier findet man nur das, wonach man sucht – unbekannte Verbindungen fallen durch das Raster. Aber der Blick ist immerhin weiter. Allerdings hat das Verfahren Mängel: „Die Methode verlangt viele Arbeitsschritte, sie ist daher anfällig für Fehler und Messungenauigkeiten“, erklärt Meermann. „Ich habe nach einer Möglichkeit gesucht, das Verfahren abzukürzen.“

Ein besseres Rüstzeug

Der BAM-Chemiker nutzt dafür eine Methode, die bisher vor allem dazu dient, Metalle in der Umwelt nachzuweisen. Sein Messgerät besitzt eine spezielle Lichtquelle sowie ein hochauflösendes Spektrometer, das in dieser Kombination auch Fluor aufspüren kann. Die Methode ist deutlich schneller und feiner als das bisherige Verfahren. „Wir konnten die Nachweisgrenzen für organisch gebundenes Fluor circa um den Faktor 20 nach unten verschieben und so Verbindungen aufspüren, die bislang durchs Netz gegangen sind“, erklärt Meermann. Sogar einige Milliardstel Gramm einer kritischen Fluorsubstanz können er und sein Team in einem Liter Wasser nachweisen.

Björn Meermann forscht an einem besseren Nachweisverfahren

Einige Fluorverbindungen können bereits in niedrigen Konzentrationen schädlich sein: Björn Meermann forscht an einem besseren Nachweisverfahren. Sogar Milliardstel Gramm einer kritischen Fluorverbindung lassen sich aufspüren.

Quelle: BAM

Meermann und sein Team untersuchen mit der Methode demnächst organisch gebundenes Fluor in Abfällen aus der Papierindustrie und galvanischen Fabriken sowie Klärschlämmen. Damit wollen sie Behörden, die für die Aufsicht über Seen und Flüsse zuständig sind, ein besseres Rüstzeug an die Hand geben – damit Fluor, der Verwandlungskünstler unter den Elementen, nicht in schädlichen Konzentrationen in den Körper des Menschen gelangt.