Umwelt 26.10.2007, 19:31 Uhr

Arsen und Spitzenforschung  

VDI nachrichten, Leipzig, 26. 10. 07, swe – Arsen ist in Wässern und Böden ein weit verbreitetes Element. In vielen Ländern, vor allem der Dritten Welt, ist es ein Problem. Das Halbmetall gelangt entweder natürlich oder über seine industrielle Nutzung in das Grundwasser. Forscher suchen daher nach einfachen Messmethoden, um die Konzentrationen der verschiedenen Arsenverbindungen im Trinkwasser zu analysieren. Mikrobiologen des Zentrums für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig entwickelten nun einen preiswerten, einfachen Papierstreifentest.

Global gesehen ist Arsen einer der problematischsten Schadstoffe im Trinkwasser“, warnt der Mikrobiologe Hauke Harms vom Department für Umweltmikrobiologie am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) Leipzig. Über längere Zeit eingenommen, können selbst niedrige Konzentrationen Gesundheitsschäden verursachen, wie Funktionsstörungen der Leber und Niere, Magen- und Darmkrebs.

Um gefährliche Erkrankungen zu bekämpfen, unterstützten internationale Hilfsorganisationen in den 70er Jahren in Bangladesch die Einführung von fünf Millionen Grundwasserbrunnen für Trinkwasser und fünf Millionen bis sechs Millionen Brunnen für die Landwirtschaft. Kindersterblichkeit und Infektionskrankheiten nahmen ab.

Doch Mitte der 90er Jahre stellten Forscher fest, dass in Bangladesch erneut arsentypische Krankheiten auftraten. Analysen ergaben, dass über eine Millionen dieser Trinkwasserbrunnen mit Arsen vergiftet waren. Damit wurde der von der Weltgesundheitsorganisation festgelegte Grenzwert von 10 µm/l um das Fünffache überschritten.

Geringe Konzentrationen des Halbmetalls sind weltweit in mehr als 200 Mineralien des Untergrunds enthalten und werden durch Verwitterung oder beim Erzbergbau im Grundwasser gelöst.

Anorganische und humantoxische Arsensalze sind geruch- und geschmacklos und für den Menschen sehr giftig. Arsen ist Legierungsbestandteil in der Metallindustrie, es wird in der Halbleiterproduktion und bei der Glasherstellung genutzt sowie als Holzschutzmittel in Form von Chrom-Kupfer-Arsenat. Die dadurch entstehenden industriellen Ablagerungen in Form von Absetzschlämmen dringen ebenfalls durch den Boden und verseuchen das Trinkwasser.

„Die exakte Bestimmung von Arsen im Konzentrationsbereich von 50 µm/l ist bisher nur mittels der Atomabsorptions-Spektroskopie, der Plasma-Massenspektrometrie oder Atomfluoreszenz-Spektrometrie im Labor möglich“, betont Hauke Harms.

Doch das regelmäßige Testen von Millionen von Trinkwasserbrunnen in einem Entwicklungsland erfordert einfachere Methoden. Eine Arbeitsgruppe um Hauke Harms und Jan Roelof van der Meer an der Universität Lausanne entwickelte und optimierte deshalb drei Verfahren auf der Basis von gentechnisch veränderten Bakterien, die gesundheitsschädliches Arsen im Trinkwasser aufspüren. Die bakterielle Detektion von Arsenit und Arsenat im Trinkwasser erfolgt hierbei mittels Biolumineszenz, Fluoreszenz oder einer Farbreaktion.

Bei der Biolumineszenz, wie bei Tiefseelebewesen oder Glühwürmchen bekannt, setzen die Mikrobiologen spezielle marine Bakterien ein. Die eigentliche Lumineszenzreaktion wird durch Zugabe eine Substrats ausgelöst. Die Messung erfolgt in handelsüblichen Luminometern. Die Nachteile für einen Routineeinsatz dieses Messprinzips, gerade in Entwicklungsländern, sind jedoch der Bedarf eines Luminometers und die Zugabe einer Substanz als mögliche Fehlerquelle.

Die Mikrobiologen am UFZ Leipzig und an der Universität Lausanne machen sich deshalb die Vorteile eines Papierstreifens zu eigen, auf dem das gentechnisch veränderte Bakterium Escherichia coli in getrockneter Form auf das Papier aufgetragen wird. Der Arsentest ist so leicht einzusetzen wie ein handelsüblicher Schwangerschaftstest. Seine mikrobiologischen Prozesse sind jedoch äußerst komplex.

Nach Kontakt mit dem arsenhaltigen Trinkwasser wird der blaue Farbstoff mit dem bloßen Auge auf dem Streifen sichtbar. „Die Stärke der Blaufärbung auf dem Papierstreifen lässt sich prinzipiell ohne apparativen Aufwand durch Vergleich mit einer Farbskala abschätzen“, sagt Jan Roelof van der Meer von der Universität Lausanne, an der das Grundprinzip der Tests entwickelt wurde.

Nach Angaben der Mikrobiologen dürfte der Farbtest daher ein großes Potenzial für feldtaugliche Untersuchungen haben, die dazu dienen, Grundwasser grob in trinkbar oder gesundheitsgefährdend einzuordnen. Somit lässt sich der Biosensor von jedermann weltweit einsetzen. Der Prototyp des patentierten Teststreifens und die beiden Licht emittierenden Verfahren werden derzeit im Hinblick auf ihre Praxistauglichkeit in den betroffenen Ländern eingesetzt. BODO DORRA

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