Einzelstoff-Isotopenanalyse zur Beurteilung des Abbauverhaltens von Methyl- tert-butylether (MTBE) an einem Altlastenstandort

• M. Berg, L. Zwank, J. Bolotin, Ch. Aeppli, A. Häner, M. Möller, Ch. Munz, U. Ziegler

MTBE gehört zu den organischen Chemikalien mit dem grössten Produktionsvolumen weltweit. Es wird dem Benzin vor allem zur Erhöhung der Oktanzahl aber teilweise auch als Sauerstoffquelle für eine verbesserte Verbrennung bis zu einem Anteil von 15% zugesetzt. Aufgrund der hohen Einsatzmengen, seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften (Wasserlöslichkeit ca. 42 g/L, hoher Dampfdruck, hohe Mobilität im Grundwasser, sehr geringe Sorption an Mineralund Huminstoffe) und des langsamen biologischen Abbaus, werden Spuren von MTBE (0.02 – 0.20 µg/L) häufig in Oberflächengewässern und Grundwasser und damit auch in Trinkwasserfassungen nachgewiesen. Nach einem Schadenfall kann die MTBE-Konzentration im Abstrombereich der Unfallstelle über dem Geruchs- und Geschmacksschwellenwert von 15 – 40 µg/L liegen. Für die Beurteilung eines Unfall- oderAltlastenstandortes ist die Identifizierung von in-situ Abbau daher wichtig. Oft stösst der Ansatz der Massenbilanz an seine Grenzen, da es sehr schwierig ist zu unterscheiden, ob eine gemessene Konzentrationsabnahme durch Abbau oder durch Verdünnung verursacht wurde. Eine viel versprechende Methode zur Identifizierung von intrinsischem Abbau ist die Einzelstoffisotopenanalyse (Compound-specific Stable Isotope Analysis, CSIA). Dabei werden die Verhältnisse von ausgewählten stabilen Isotopen einzelner Schadstoffe bzw. deren Abbauprodukte gemessen. Die meisten chemischen Elemente besitzen stabile Isotope. So kommt zum Beispiel Kohlenstoff sowohl mit der Masse 12 (12C) als auch mit der Masse 13 (13C) vor.Beide Isotope sind Bestandteil aller kohlenstoffhaltigen Substanzen. Transformationsprozesse organischer Substanzen (mikrobieller Abbau, chemische Reaktionen), bei denen Bindungen gebrochen und/oder gebildet werden, verändern deren Isotopenverhältnisse. Eine Bindung zwischen schweren Isotopen ist geringfügig stabiler, so dass beim Abbau jene Bindungen mit leichteren Isotopen schneller gespalten werden. Ein Abbauprodukt hat demzufolge einen grösseren Anteil an leichteren Isotopen als die Ausgangssubstanz. Dieser Effekt (Isotopenfraktionierung) kann an einem kontaminierten Standort genutzt werden um Hinweise zu erhalten, ob ein in-situ Abbau von Schadstoffen stattfindet. Findet man im Grundwasser mit zunehmender Distanz von der Schadstoffquelle neben einer Verminderung der Konzentrationen auch eine Veränderung der Isotopenzusammensetzung, so bedeutet dies, dass auf dem Fliessweg ein Abbau und nicht nur eine Ver- dünnung des Schadstoffs stattfindet. Bislang war der Einsatz solcher Isotopenuntersuchungen an organischen Einzelstoffen auf Standorte mit hohen Schadstoffkonzentrationen (>200 µg/L) beschränkt, da die Empfindlichkeit der bestehenden Messmethoden sehr gering war. Durch direkte Kopplung einer selektiven Anreicherungsmethode (Purge and Trap, Pamp.T) mit GCIRMS ist es seit kurzem möglich, die Isotopensignaturen von flüchtigen Verbindungen in tiefen Konzentrationen (≤5 µg/L) zu bestimmen.

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