Projekt 08192/03

Förderschwerpunkt Holz: Analytische Begleitung und Qualitätskontrolle beim Methodenvergleich Schnellanalytik Altholz

Projektträger

Technische Universität BraunschweigInstitut für Ökologische und Nachhaltige Chemie
Hagenring 30
38106 Braunschweig
Telefon: 0531/391-5960

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Entsorgung von Alt- und Resthölzern kann durch Weiterverwendung, Deponierung oder Verbrennung erfolgen. Im Rahmen von Entsorgungsstrategien für Holzabfälle werden in einem Verbundvorhaben verschiedene schnellanalytischen Verfahren für eine Reihe von organischen und anorganischen Holzschutzmitteln (HSM) auf ihre Einsetzbarkeit und Aussagekraft in der Praxis getestet. Die Referenzanalytik für die tatsächlichen Holzschutzmittelkonzentrationen in den an alle am Projekt beteiligten Institutionen versandten Holzproben erfolgt mit der validierten instrumentellen Rückstandsanalytik.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEinheitlich imprägnierte Holzproben wurden vom Projektträger BFH hergestellt und an die beim Methodenvergleich teilnehmenden Institutionen versandt. Bei der Bestimmung der HSM-Konzentrationen in den Holzproben kam als Referenzanalytik die konventionelle organische und die anorganische Rückstandsanalytik zum Einsatz. Im Rahmen einer Gesamtevaluation wurden die jeweils mit Hilfe von allen beteiligten Institutionen anwandten analytischen Verfahren zur Bestimmung der HSM-Konzentrationen in den Prüfhölzer erhaltenen Analysenergebnisse gemeinsam diskutiert. In der dritten Projektphase geht es vor allem um die Umsetzung der sich im Labor als funktionsfähig erweisenden Methoden in die Praxis. Es konnte gezeigt werden, dass einzelne Gerätekombinationen in präparierten Proben wie auch in Altholz-proben anorganische bzw. organische HSM-Wirkstoffe nachweisen können. Für die Eignung im täglichen praktischen Betrieb sind verschiedene Parameter zu beachten. Diese sind: Durchführung der Probenahme, Verschmutzung von Oberflächen, variierende Feuchten, Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, Schnelligkeit und Bedienungsfreundlichkeit.


Ergebnisse und Diskussion

Für einen höheren Probendurchsatz bei der organischen HSM-Analytik in realen Altholzproben wurde eine schnellere Bestimmungsmethode entwickelt. Die Arbeitsbeschleunigung besteht hierbei vor allem darin, dass durch die Wahl des Extraktionsmittels Toluol/Schwefelsäure nur ein kleinerer Anteil der Matrix aus dem Holz herausgelöst wird, wodurch eine verkürzte Aufreinigung gegenüber der bisher verwendeten clean up Methode ausreicht. Für die Bestimmung von PCP ist weiterhin die Teilung des Extraktes und eine getrennte Derivatisierung erforderlich. Zu der bisherigen Gruppe organischer Wirkstoffe wurde als weiterer für das Altholzrecycling relevante Schadstoff Benzo(a)pyren (BaP) hinzugenommen und die analytische Bestimmungsmethode hierauf überprüft. Die für das Projekt erforderliche Bestimmungsgrenze von 0,25 mg BaP/kg Holz konnte dabei erreicht werden. Eine Optimierung des Aufreinigungsschrittes zur Abtrennung sowohl der Bestandteile der Holzmatrix als auch verschiedener löslicher Bestandteile aus Anstrichen und Beschichtungen wurde durchgeführt.
Holzproben wurden von der BFH mit den Wirkstofflösungen Lindan und PCP dotiert und nach einer definierten Eindringzeit mit einem Metronom in 1 mm Schichten geschnitten. Diese Proben wurden an der TUBS auf PCP- und Lindan-Gehalte mit GC/ECD untersucht. Ziel dieser Untersuchung war die Ermittlung der Eindringtiefe der Wirkstoffe in Abhängigkeit der Wirkstoffkonzentration in der Auftragslösung sowie des hierbei verwendeten Lösungsmittels. Die Konzentrationsabnahme der Wirkstoffe in das Holz zeigte hierbei lediglich eine Abhängigkeit von der Art des verwendeten Lösungsmittels bei der Applikation, nicht aber von der Wirkstoffkonzentration. In den oberen drei Millimetern wurden 76-90% der aufgetragenen Wirkstoffe wieder gefunden, eine zufriedenstellende Wiederfindungsrate bei der von den Projektteilnehmern (in Anlehnung an die Vorschlagsliste der LAGA, 1996) vereinbarten Beprobungstiefe von 3 mm.
Neben dem Eindringverhalten sind die Substanzverluste von Bedeutung, die bei längerer Einwirkzeit der Holzschutzmittel in Abhängigkeit der in den technischen Formulierungen enthaltenen Zusatzstoffe sowohl für die schnellanalytischen Verfahren als auch für die Referenzanalytik unvermeidbar sind. Solche Minderbefunde setzen sich zusammen aus Verlusten durch Verflüchtigung, Bildung von gebundenen Rückständen und Abbauprodukten. Die vom Projektträger bereits vor einem Jahr mit unterschiedlichen technischen Holzschutzmittelformulierungen dotierten Prüfhölzern wurden daher nach einem weiteren halben Jahr erneut untersucht. Hierbei zeigten sich substanzspezifische Konzentrationsabnahmen in Abhängigkeit der Zeit. So wurde beispielsweise für den Wirkstoff Permethrin keine signifikante Konzentrationsabnahme in 6 Monaten Einwirkzeit festgestellt, während Dichlofluanid auf ca. 60% abnahm. Eine Abhängigkeit der Wiederfindung von der Holzart (Kiefer oder Fichte) wurde dabei für Dichlofluanid festgestellt, nicht aber für den Wirkstoff Permethrin. Diese Ergebnisse sind vor allem vor dem Hintergrund der Kalibrierung der Gerätekombinationen von Bedeutung, die mit Hilfe von dotierten Prüfhölzern erfolgt.
Für die Bestimmung der anorganischen Schadstoffe ist ein vorheriger Aufschluss erforderlich, der in der Mikrowelle unter erhöhtem Druck durchgeführt wird. Der vollständige Aufschluss bereitete bei einigen beschichteten Althölzern Probleme, da Teile der Beschichtung nur in flusssäurehaltigen Aufschlusslösungen in Lösung gingen, in denen eine gleichzeitige Bestimmung des wichtigen HSM-Wirkstoffs Bor aus gerätetechnischen Gründen nicht möglich ist. In exemplarischen Zusatzversuchen konnte gezeigt werden, dass diese Beschichtungen Silicium- und Titanhaltige Verbindungen enthalten, die für das Altholzrecycling keine Bedeutung besitzen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Ergebnisse dieser Arbeit wurden im Rahmen der GDCh-Jahrestagung 1998 in Karlsruhe Umwelt und Chemie - Innovation und Produktdesign der Öffentlichkeit präsentiert.

M. Bahadir, W. Lorenz, T. Stratesteffen: Methodenentwicklung zur simultanen chromatographischen Bestimmung organischer Holzschutzmittel für das Altholzrecycling, Jahrestagung der GDCh-FG Analytische Chemie, 30.09.-01.10.1998 Karlsruhe (Vortrag), Kurzreferate-Band, S.11 (1998)


Fazit

Die von der TUBS entwickelten Methoden zur Analytik von HSM-Wirkstoffen aus Holz bewährten sich bei der Untersuchung realer Altholzproben. Zusätzliche Versuche zur Eindringtiefe der Wirkstoffe und ihrer Wiederfindung in realen Formulierungen lieferten wichtige Informationen für den Ergebnisvergleich zwischen den schnellanalytischen Systemen und der Referenzanalytik.