Veröffentlicht am
Wie beeinträchtigen Feuerwerkskörper unsere Seen?
Eine Studie zur Wasserqualität des Michigansees mittels GCxGC-HRMS
Da die Vereinigten Staaten von Amerika ihren 250. Jahrestag feiern, werden am Vierten Juli sicher viele Feuerwerke den Himmel erhellen. Amerikaner feiern ihren Unabhängigkeitstag seit dem allerersten Jahrestag der Unabhängigkeit von Großbritannien im Jahr 1777 mit Feuerwerken. Die Tradition ist im Laufe der Jahre unglaublich beliebt geworden, und Menschen jeden Alters versammeln sich zu Hause, in Parks, an Stränden oder an beliebten Veranstaltungsorten, um zu beobachten, wie diese Pyrotechnik den Himmel erleuchtet.
Fast 300 Millionen Pfund Feuerwerk werden allein in den Vereinigten Staaten jedes Jahr abgefeuert. Es ist üblich, dass viele dieser Feuerwerke in der Nähe von Seen gezündet werden, da die Wasserquelle als Sicherheitsmerkmal im Falle unerwarteter Brände angesehen wird. Wenn wir darüber nachdenken, wie viele Feuerwerke rund um den Vierten Juli verwendet werden, stellt sich die Frage: Beeinflusst der Nachhall von Feuerwerken die Wasserqualität unserer Seen?
Den Zünder entzünden: Die Vorarbeit
Im Jahr 2018 machten sich Chemiker von LECO daran, diese Frage zu beantworten, indem sie vor und nach Feuerwerken Wasserproben aus dem Michigansee entnahmen. Ihr Plan war es, beide Probengruppen zu analysieren, um chemische Veränderungen zwischen den beiden zu ermitteln. Sollte ein Anstieg der chemischen Verbindungen festgestellt werden, die in direktem Zusammenhang mit Feuerwerken stehen, würde dies darauf hindeuten, dass Feuerwerkskörper tatsächlich einen direkten Einfluss auf die Wasserqualität während der beliebten Feiertage haben.
Für die Durchführung der Analyse wurde ein leistungsstarker analytischer Workflow eingesetzt. Solid Phase Microextraction (SPME) mit einem SPME Arrow bot ein erhöhtes Sorptionsvolumen für eine effiziente Probenahme von flüchtigen und semi-flüchtigen Verbindungen. Für die Analyse wurde eine zweidimensionale Gaschromatographie (GCxGC) für verbesserte Trennung sowie hochauflösende Massenspektrometrie (HRMS) zur genauen Identifizierung von Verbindungen verwendet. Dieser nicht-zielgerichtete Ansatz ermöglichte es den Forschern, eine breite Palette von Verbindungen, einschließlich solcher, die in Spurenmengen vorhanden sind, nachzuweisen.
Explosive Ergebnisse:
Unsere Annahmen in Frage stellen
Die Ergebnisse der Studie waren unerwartet. Während viele Verbindungen aufgedeckt wurden, war klar, dass Feuerwerk wenig bis gar keine direkte chemische Kontamination der Wasserproben verursachte. Obwohl oft angenommen wird, dass Feuerwerk Schadstoffe einbringt, zeigte diese Analyse unter den untersuchten Bedingungen keine signifikanten chemischen Spuren, die direkt mit pyrotechnischen Rückständen in Verbindung gebracht werden konnten.
Was die Daten jedoch zeigten, war ein erstaunlicher Anstieg von Verbindungen, die mit Körperpflegeprodukten und alltäglichen menschlichen Aktivitäten in Verbindung stehen. Vom ersten bis zum zweiten Probensatz zeigten die Daten, dass mehr Sonnenschutzmittel, Insektenschutzmittel, Hautpflegemittel und Duftstoffe ins Wasser gelangt waren. Es ist anzunehmen, dass diese Substanzen ins Wasser gelangten, als Badegäste im See schwammen und sich während des Hauptferienverkehrs am Ufer versammelten.
Der Fall aus
Bemerkenswerte chemische Veränderungen
Mit nicht-zielgerichteter GCxGC-HRMS über die Pegasus GC-Hormontherapie 4D Plattform konnten die Chemiker spezifische Verbindungen identifizieren, die nach den Feuerwerken zunahmen. Dies führte zu bedeutenden Entdeckungen, wie zum Beispiel, dass einige sonnencremebezogene Verbindungen um das Augen öffnende Vierzigfache der ursprünglich dokumentierten Menge zunahmen und Hautpflege- und Kosmetikverbindungen sich verzehnfachten. Außerdem wurden nach dem Ereignis mehrere duftstoffbezogene Verbindungen neu entdeckt.
Diese subtilen Veränderungen zu erkennen, erfordert mehr als herkömmliche Techniken. Die Kombination von GCxGC und HRMS bot mehrere entscheidende Vorteile:
- Verbesserte Trennung komplexer Gemische, wodurch Verbindungen aufgedeckt werden, die sich bei herkömmlichen Methoden überlagern würden.
- Exzellente Massengenauigkeit, die eine zuverlässige Berechnung von Summenformeln zur Unterstützung der Molekülannotation ermöglicht.
- Nicht-zielgerichtete Analyse, die den Nachweis von sowohl erwarteten als auch unbekannten Verunreinigungen ermöglicht.
- Klare Vorher-Nachher-Vergleiche, die zeigen, wie sich die Wasserchemie während stark frequentierter Veranstaltungen entwickelt.
Diese Art von Einblick ist entscheidend für die Analyse von Umweltproben mit komplexen und variablen Zusammensetzungen.
Die Folgen: Wichtige Erkenntnisse für die Umweltüberwachung
Während Feuerwerk zieht als potenzielle Schadstoffquelle Aufmerksamkeit auf sich, Dieses Experiment ergab, dass Konsumgüter wie Sonnenschutzmittel und Insektenabwehrmittel ebenfalls eine messbare Wirkung haben. Das soll nicht heißen, dass Menschen am Strand keine Sonnencreme und kein Insektenspray tragen sollten – Sonnenschutz ist besonders wichtig, um sich vor schädlichen UV-Strahlen zu schützen.
Für Umweltwissenschaftler und Regulierungsbehörden deutet dies darauf hin, dass Überwachungsstrategien menschliche Aktivitätsmuster berücksichtigen sollten und dass nicht zielgerichtete Analysemethoden unerlässlich sind, um transiente chemische Veränderungen zu erfassen. Nicht zielgerichtete Studien können chemische Erwartungen untergraben und einen unvoreingenommenen Einblick in zugrunde liegende Umweltprozesse bieten.
Durch die Kombination von Weltklasse-Instrumenten, wie zum Beispiel den Pegasus GC-HRT 4D, Mit realen Umweltdaten können Forscher besser verstehen, was sich nicht nur in unserem Wasser befindet, sondern auch warum es dort ist.
Mehr erfahren
Für ein technisches Deep-Dive laden Sie das technische Poster herunter: Von Feuerwerk und Tourismus: GCxGC-HRMS-Analyse sommerlicher Auswirkungen auf die Wasserqualität des Michigansees
Besuchen Sie unser Umweltressourcen-Hub Informationen darüber, wie die LECO-Technologie die Umweltanalytik unterstützt.
English 
Spanish 
Japanese 
German 
French 
Portuguese