Erarbeitung und Anwendung eines analytischen
Verfahrens zur Bestimmung von Aminoalkoholen in
Humanurin im Rahmen der arbeits- und
umweltmedizinischen Diagnostik
Den Naturwissenschaftlichen Fakultäten der
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
zur
Erlangung des Doktorgrades
vorgelegt von
O l i v e r M i d a s c h
aus Stuttgart
Als Dissertation genehmigt
von den Naturwissenschaftlichen Fakultäten
der Universität Erlangen-Nürnberg
Tag der mündlichen Prüfung: 15. Januar 2010
Vorsitzender der Promotionskommission: Prof. Dr. E. Bänsch
Erstberichterstatterin: Prof. Dr. M. Pischetsrieder
Zweitberichterstatter: Prof. Dr. J. Angerer
Lebenslauf
Lebenslauf
Persönliche Daten
Oliver Midasch
Franz-Wolter-Straße 52
81925 München
Geboren am 01.04.1978
in Stuttgart
Ledig
Beruflicher Werdegang
ab 04/2008 Chromsystems GmbH, München
Einstellung als Chemiker in der Abteilung Forschung &
Entwicklung
03/2004 – 02/2008 Institut und Poliklinik für Arbeits-, Sozial- und Umweltmedizin
der Universität Erlangen-Nürnberg
Arbeitsgruppe Prof. Dr. J. Angerer
Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Rahmen der Promotion
seit 09/2006 Wissenschaftlicher Sekretär der Arbeitsgruppe „Analytische
Chemie“ der „Senatskommission zur Prüfung
gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe“ (Deutsche
Forschungsgemeinschaft)
Lebenslauf
Studium und Ausbildung
02/2003 – 01/2004 Bayerisches Landesamt für Gesundheit und
Lebensmittelsicherheit (LGL Bayern) in Oberschleißheim
Praktikum in der Abteilung „Spezielle Analytik“
Praktikum in der Abteilung „Stabile Isotope“
Abschluss 2. Staatsprüfung für Lebensmittelchemiker
Abschlussbezeichnung
„Staatlich geprüfter Lebensmittelchemiker“
10/1998 – 11/2002 Technische Universität München
Studium der Lebensmittelchemie
Abschluss 1. Staatsprüfung für Lebensmittelchemiker
Wehrdienst
09/1997 – 06/1998 Grundwehrdienst in Mittenwald und Murnau
Schule
02/1990 – 06/1997 Holbein-Gymnasium Augsburg
Abschluss Allgemeine Hochschulreife
09/1988 – 02/1990 Staufer-Gymnasium Waiblingen
09/1984 – 07/1988 Wolfgang-Zacher-Grundschule Waiblingen
Veröffentlichungen und Vorträge
Veröffentlichungen und Vorträge während der Bearbeitung dieser Dissertation
Publikationen
Wilhelm, M., Hölzer, J., Dobler, L., Rauchfuss, K., Midasch, O., Kraft, M., Angerer, J.,
Wiesmüller, G., 2009. Preliminary observations on perfluorinated compounds in
plasma samples (1977-2004) of young German adults from an area with
perfluorooctanoate-contaminated drinking water. Int J Hyg Environ Health 212(2),
142-145.
Hölzer, J., Midasch, O., Rauchfuss, K., Kraft, M., Reupert, R., Angerer, J.,
Kleeschulte, P., Marschall, N., Wilhelm, M., 2008. Biomonitoring of Perfluorinated
Compounds in Children and Adults Exposed to Perfluorooctanoate (PFOA)-
contaminated Drinking Water. Envir Health Persp 116(5), 651-657.
Midasch, O., Angerer, J., 2007. Perfluorierte Tenside – Human-Biomonitoring.
Umweltmedizin in Forschung und Praxis 12(2), 87-94.
Midasch, O., Drexler, H., Hart, N., Beckmann, M.W., Angerer, J., 2007.
Transplacental exposure of neonates to perfluorooctanesulfonate and
perfluorooctanoate: a pilot study. Int Arch Occup Environ Health, 80(7), 643-648.
Fromme, H., Midasch, O., Twardella, D., Angerer, J., Boehmer, S., Liebl, B., 2007.
Occurrence of perfluorinated substances in an adult German population in southern
Bavaria. Int Arch Occup Environ Health 80(4), 313-319.
Korinth, G., Schmid, K., Midasch, O., Boettcher, M.I., Angerer, J., Drexler, H., 2007.
Investigations on permeation of mitomycin C through double layers of natural rubber
gloves. Ann Occup Hyg 51(7), 593-600.
Midasch, O., Schettgen, T., Angerer, J., 2006. Pilot study on the
perfluorooctanesulfonate and perfluorooctanoate exposure of the German general
population. Int J Hyg Environ Health 209, 489-496.
Veröffentlichungen und Vorträge
Vorträge (Vortragender unterstrichen)
Midasch, O., Göen, T., Drexler, H., Angerer, J., 2008. Aktuelle Gefahrstoffe:
Alkoholamine. Forumsveranstaltung der Arbeitsgruppe Gefahrstoffe der DGAUM
anlässlich der Jahrestagung der DGAUM 2008, Hamburg.
Midasch, O., Göen, T., Drexler, H., Angerer, J., 2008. Biologisches
Belastungsmonitoring von Beschäftigten mit dermaler Exposition gegenüber
Kühlschmierstoffen. Jahrestagung der DGAUM 2008, Hamburg.
Midasch, O., Fromme, H., Angerer, J., 2006. Zum Vorkommen von perfluorierten
Substanzen im Blut der bayerischen Bevölkerung. Workshop 2006 der Gesellschaft
für Hygiene, Umweltmedizin und Präventivmedizin (GHUP), Bad Nauheim.
Midasch, O., Angerer, J., 2006. Determination of perfluorooctanesulfonate and
perfluorooctanoic acid in maternal and cord blood samples. ISEA/ISEE 2006,
International Conference on Environmental Epidemiology & Exposure, Paris.
Midasch, O., Drexler, H., Hart, N., Beckmann, M.W., Angerer, J., 2006.
Transplacental exposure of neonates to perfluorooctanesulfonate and
perfluorooctanoate. DIOXIN 2006, 26th International Symposium on Halogenated
Persistent Organic Pollutants, Oslo.
Midasch, O., Schettgen, T., Angerer, J., 2005. Perfluoroctansulfonsäure (PFOS) und
Perfluoroctansäure (PFOA) im Serum der Allgemeinbevölkerung. 13. Konferenz der
Gesellschaft für Hygiene und Umweltmedizin (GHU) und 9. Konferenz der
International Society of Environmental Medicine (ISEM), Erlangen.
Veröffentlichungen und Vorträge
Poster
Midasch, O., Schettgen, T., Angerer, J., 2006. Pilot study on the PFOS and PFOA
exposure of the general population. ISEA/ISEE 2006, International Conference on
Environmental Epidemiology & Exposure, Paris.
Midasch, O., Angerer, J., 2006. Pilot study on the diethanolamine and
triethanolamine exposure of the general population. ISEA/ISEE 2006, International
Conference on Environmental Epidemiology & Exposure, Paris.
Danksagung
Danksagung
Die vorliegende Arbeit wurde im Zeitraum von März 2004 bis Februar 2008 am
Institut für Arbeits-, Sozial- und Umweltmedizin der Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg unter Anleitung von Herrn Prof. Dr. J. Angerer angefertigt.
Besonders bedanken möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr. J. Angerer für die
wissenschaftliche Betreuung der Arbeit und das stets entgegengebrachte Vertrauen,
sowie für seine kontinuierliche Unterstützung während meiner gesamten Zeit am
Institut.
Frau Prof. Dr. M. Pischetsrieder vom Henriette Burghardt-Lehrstuhl für
Lebensmittelchemie danke ich herzlich für die Betreuung der Arbeit seitens der
Naturwissenschaftlichen Fakultäten und für die Begutachtung meiner Dissertation.
Weiterhin möchte ich mich bei meinen lieben Freunden und Kollegen insbesondere
aus der Universitätsstraße für die hervorragende Zusammenarbeit, die anregenden
wissenschaftlichen Diskussionen und die Unterstützung bei dieser Arbeit bedanken.
Mein Dank gebührt weiterhin Herrn Johannes Müller für seine kompetente Hilfe bei
allen instrumentellen und analytischen Problemen.
Ein liebes Dankeschön geht an meine Lebensgefährtin Susanne Zehelein, die es
während der Bearbeitung der Dissertation immer wieder geschafft hat, mich
aufzumuntern.
Nicht zuletzt bedanke ich mich bei meinen Eltern, die mich auf meinem bisherigen
Lebensweg stets nach Kräften unterstützt haben.
Abkürzungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
AA Aminoalkohole
AEPD 2-Amino-2-ethyl-1,3-propandiol
AGS Ausschuss für Gefahrstoffe
AGW Arbeitsplatzgrenzwert
AM Air Monitoring
BAT-Wert Biologische Arbeitsstofftoleranz-Wert
BM Biological Monitoring
BLW Biologischer Leitwert
BSG Bestimmungsgrenze
BUA Beratergremium für umweltrelevante Altstoffe
DEA Diethanolamin
DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft
DGA Diglykolamin, 2-(2-Aminoethoxy)ethanol
EI Elektronenstoßionisation
GC Gaschromatographie
GC/MS Gaschromatographie / Massenspektrometrie
GT Gestationstag
HPLC Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (high performance liquid chromatography)
HPV Produktionsvolumen > 1.000 t/Jahr in mindestens einem OECD-Mitgliedsstaat
(high production volume)
ISTD Interner Standard
KG Körpergewicht
KOH Kaliumhydroxid
KSM Kühlschmiermittel
LC/MS Flüssigkeitschromatographie / Massenspektrometrie
LD50 Letale Dosis, bei der 50 % der Versuchstiere sterben
LOAEL Lowest observed adverse effect level
m/z Verhältnis Masse / Ladung
MAK Maximale Arbeitsplatz-Konzentration
MEA Monoethanolamin, 2-Aminoethanol
MS Massenspektrometrie
NCI Negative Chemische Ionisation
NDELA N-Nitroso-Diethanolamin
NOAEL No observed adverse effect level
NOEL No observed effect level
NTP National Toxicology Program
Abkürzungsverzeichnis
OECD Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung
(Organisation for Economic Co-operation and Development)
p Korrelationskoeffizient
PFB- Pentafluorbenzoyl-
PFBCl Pentafluorbenzoylchlorid
SHE Embryonale Zellen des Syrischen Hamsters (Syrian hamster embryo cells)
SPE Festphasenextraktion (solid phase extraction)
TEA Triethanolamin
TRGS Technische Regeln für Gefahrstoffe
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung und Aufgabenstellung _________________________________ 1
2. Theoretische Grundlagen ________________________________________ 4
2.1 Aminoalkohole ______________________________________________ 4
2.1.1 Substanzauswahl __________________________________________ 4
2.1.2 Physikalische und chemische Eigenschaften _____________________ 5
2.1.3 Produktion und Verwendung _________________________________ 6
2.1.3.1 Expositionsquellen für die Allgemeinbevölkerung _________________________ 8
2.1.3.2 Vorkommen am Arbeitsplatz __________________________________________ 9
2.1.4 Aufnahme und Metabolismus ________________________________ 10
2.1.5 Toxikologie ______________________________________________ 16
2.1.5.1 Akute Toxizität ____________________________________________________ 16
2.1.5.2 Subakute, subchronische und chronische Toxizität _______________________ 17
2.1.5.3 Wirkung auf Haut und Schleimhäute __________________________________ 19
2.1.5.4 Allergene Wirkung _________________________________________________ 19
2.1.5.5 Reproduktionstoxizität ______________________________________________ 22
2.1.5.6 Genotoxizität _____________________________________________________ 23
2.1.5.7 Kanzerogenität ___________________________________________________ 24
2.1.6 Einstufung durch die MAK-Kommission ________________________ 26
2.2 Expositionskontrolle und Gesundheitsschutz ______________________ 26
2.2.1 Ambient Monitoring ________________________________________ 27
2.2.2 Ambient Monitoring von Aminoalkoholen _______________________ 28
2.2.3 Biological Monitoring _______________________________________ 29
2.2.4 Biological Monitoring von Aminoalkoholen ______________________ 31
2.2.4.1 Untersuchungsmaterial und -parameter ________________________________ 32
2.2.4.2 Status quo der Analytik von Aminoalkoholen ____________________________ 33
2.3 Synthese und Charakterisierung der internen Standards _____________ 35
3. Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin ______________ 38
3.1 Grundlage des Verfahrens ____________________________________ 38
3.2 Geräte, Chemikalien und Lösungen _____________________________ 38
3.2.1 Geräte __________________________________________________ 38
3.2.2 Chemikalien _____________________________________________ 40
3.2.3 Lösungen _______________________________________________ 41
3.2.4 Vergleichsstandards _______________________________________ 41
3.2.5 Interne Standards _________________________________________ 42
3.3 Probenahme und Probenvorbereitung ___________________________ 43
3.3.1 Probenahme und Lagerung _________________________________ 43
3.3.2 Konditionierung der Festphasenextraktionssäulen ________________ 44
3.3.3 Probenaufbereitung _______________________________________ 44
3.4 Gaschromatographisch-massenspektrometrische Arbeitsbedingungen __ 46
3.5 Analytische Bestimmung _____________________________________ 48
3.6 Kalibrierung _______________________________________________ 53
3.7 Berechnung des Analysenergebnisses __________________________ 53
3.8 Standardisierung der Messergebnisse und Qualitätssicherung ________ 54
Inhaltsverzeichnis
3.9 Beurteilung des Verfahrens ___________________________________ 54
3.9.1 Präzision ________________________________________________ 54
3.9.2 Richtigkeit _______________________________________________ 56
3.9.3 Nachweisgrenzen _________________________________________ 57
3.9.4 Störeinflüsse _____________________________________________ 58
3.10 Diskussion der Methode ______________________________________ 59
3.10.1 Festphasenextraktion ______________________________________ 60
3.10.2 Derivatisierung und Flüssig/flüssig-Extraktion ___________________ 62
3.10.3 Gaschromatographie ______________________________________ 67
3.10.4 Massenspektrometrie ______________________________________ 67
3.10.5 Kalibrierung _____________________________________________ 69
3.10.6 Weitere Parameter ________________________________________ 69
3.10.7 Vergleich mit existierenden Verfahren _________________________ 70
4. Biological Monitoring von Aminoalkoholen ________________________ 72
4.1 Umweltbedingte Hintergrundbelastung der Allgemeinbevölkerung durch Aminoalkohole __________________________________________________ 72
4.1.1 Hintergrund ______________________________________________ 72
4.1.2 Kollektivbeschreibung ______________________________________ 72
4.1.3 Methode ________________________________________________ 73
4.1.4 Ergebnisse ______________________________________________ 74
4.1.5 Diskussion ______________________________________________ 75
4.1.5.1 Toxikologische Bewertung der Befunde ________________________________ 80
4.1.5.2 Referenzwerte ____________________________________________________ 82
4.2 Berufliche Belastung durch Aminoalkohole _______________________ 83
4.2.1 Hintergrund ______________________________________________ 83
4.2.2 Kollektivbeschreibung ______________________________________ 84
4.2.3 Methode ________________________________________________ 85
4.2.4 Ergebnisse ______________________________________________ 85
4.2.5 Diskussion ______________________________________________ 87
4.2.5.1 Toxikologische Bewertung der Befunde ________________________________ 96
4.2.5.2 Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen ______________________________ 97
5. Zusammenfassung ____________________________________________ 99
6. Summary ___________________________________________________ 102
7. Literatur ____________________________________________________ 105
8. Anhang _____________________________________________________ 114
Einleitung und Aufgabenstellung 1
1. Einleitung und Aufgabenstellung
Aminoalkohole sind Kohlenwasserstoffe, die mindestens eine Hydroxy- und
Aminogruppe enthalten. Es handelt sich dabei um weit verbreitete und industriell
vielfältig einsetzbare Stoffe, die weltweit in großen Mengen produziert werden. Sie
werden hauptsächlich in der metallverarbeitenden Industrie als Kühlschmiermittel-
Komponenten oder auch zur industriellen Gaswäsche eingesetzt. Einige Vertreter
der Aminoalkohole sind bis in die privaten Haushalte verbreitet. Sie kommen dort in
freier oder veresterter Form als Tenside oder pH-Regulatoren in Wasch- und
Reinigungsmitteln sowie in verschiedensten Körperpflegemitteln zum Einsatz. Die
Verbreitung der Aminoalkohole am Arbeitsplatz und ihre Anwendung im alltäglichen
Leben wirft die Frage auf, ob es unter diesen Bedingungen zu einer Beeinträchtigung
der Gesundheit von Beschäftigten und der Allgemeinbevölkerung durch diese
Substanzen kommen kann.
Gegenstand dieser Arbeit sind die Stoffe 2-Aminoethanol (MEA), Diethanolamin
(DEA), Triethanolamin (TEA), 2-(2-Aminoethoxy)ethanol (DGA), Morpholin und
2-Amino-2-ethyl-1,3-propandiol (AEPD). Diese Aminoalkohole sind aus
toxikologischer Sicht bedenklich: Ein Teil dieser Stoffe ist hinsichtlich potentieller
Gesundheitsgefahren durch eine chronische Exposition unzureichend untersucht, die
restlichen verursachten im Tierversuch bei Verabreichung über einen längeren
Zeitraum Schädigungen der Leber und der Nieren. Zwei der am häufigsten
eingesetzten Aminoalkohole, DEA und TEA, lösten im Versuchstier Krebs aus.
Die im Rahmen dieser Arbeit behandelten Aminoalkohole wurden bereits von der
Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe (MAK-
Kommission) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) beurteilt (siehe Tabelle
1). Jedoch konnte lediglich für MEA, DEA und Morpholin ein MAK-Wert (Maximale
Arbeitsplatzkonzentration) aufgestellt werden. Für DGA und AEPD war die Datenlage
für die Ableitung eines MAK-Wertes nicht ausreichend. Im Falle von DEA hat die
Senatskommission eine Einstufung in die Kategorie 3B der Arbeitsstoffe
vorgenommen, für die Anhaltspunkte für ein krebserzeugendes Potential vorliegen.
MEA und DEA wurden zusätzlich als hautsensibilisierend (Sh) eingestuft, eine
2 Einleitung und Aufgabenstellung
Eigenschaft, die möglicherweise für die gesamte Stoffgruppe zutreffend ist, wie
einige Studien zeigten. Neben einer inhalativen Aufnahme durch
Kühlschmiermitteldämpfe oder -aerosole im Arbeitsumfeld stellt es ein zusätzliches
Problem dar, dass die Aminoalkohole über die Haut aufgenommen werden können.
Dies bedeutet, dass sowohl im Arbeits- als auch im Umweltbereich eine dermale
Aufnahme von Aminoalkoholen wahrscheinlich ist. DEA wurde bereits von der MAK-
Kommission als hautresorptiv (H) eingestuft.
Tab. 1. Einstufung der Aminoalkohole durch die MAK-Kommission (DFG, 1995a, 1995b, 2000, 2001,
2007a, 2007b, 2008).
Um Aussagen über mögliche gesundheitliche Auswirkungen, die durch die Aufnahme
von Aminoalkoholen verursacht werden, treffen zu können, muss aufgeklärt werden,
welche Mengen aufgenommen werden. Für die Erfassung der inneren Belastung
kommt nur ein Biologisches Monitoring in Frage, da eine Abschätzung über die
Erfassung der äußeren Belastung mittels Luftmessungen die dermale Aufnahme
nicht berücksichtigen würde.
Da gesundheitlich unbedenkliche Schwellenwerte bislang nicht angegeben werden
können, erschwert dies eine sachgerechte Prävention möglicher
Gesundheitsschäden. Schließlich fehlen Referenzwerte anhand derer sich die innere
MAK-Wert
[mg/m³]
Spitzen-
begrenzung
H; S Krebs-
erzeugend
Schwangerschaft
Gruppe
MEA 5,1 I (2) Sh C
DEA 1 E I (1) H; Sh 3B C
TEA n.b. n.b. * n.b. n.b.
DGA - - - - -
Morpholin 36 I (2) D
AEPD - - - - -
„-“: Diese Aminoalkohole wurden behandelt, Eingruppierungen und Wertfestsetzungen konnten
aufgrund mangelnder Daten aber nicht getroffen werden; H: Gefahr der Hautresorption; Sh: Gefahr
der Sensibilisierung der Haut; E: gemessen als einatembare Fraktion; n.b.: nicht bearbeitet.
* TEA wurde bislang nur hinsichtlich der sensibilisierenden Wirkung untersucht; eine Markierung mit
Sh wurde 2006 wieder gestrichen.
Einleitung und Aufgabenstellung 3
Belastung durch Aminoalkohole bewerten lässt. Solche Werte könnten evaluiert
werden auf der Basis der Untersuchung von Personengruppen, die keiner
beruflichen Aminoalkohol-Belastung ausgesetzt sind. Bei solchen Untersuchungen
könnten darüber hinaus Erkenntnisse zum Metabolismus und zur Toxikokinetik der
Aminoalkohole beim Menschen gewonnen werden.
Die Aufgabe soll daher sein, ein analytisches Verfahren zu entwickeln, das es
ermöglicht, die Aminoalkohole bzw. deren Metabolite im Urin von Personen
nachzuweisen und zu quantifizieren. Diese Methode soll angewandt werden auf zwei
Personengruppen, zum einen auf die Allgemeinbevölkerung, um festzustellen, ob
und in welcher Höhe eine Aufnahme von Aminoalkoholen durch die Anwendung von
aminoalkoholhaltigen Reinigungs- oder Körperpflegemitteln erfolgt. Zum anderen soll
die Methode auf ein Kollektiv von Arbeitnehmern aus der metallverarbeitenden
Industrie angewandt werden, um herauszufinden, ob die Beschäftigung an
Arbeitsplätzen, an denen aminoalkoholhaltige Kühlschmiermittel eingesetzt werden,
zu einer zusätzlichen Belastung führt.
Diese Pilotstudien sollen erste Einschätzungen ermöglichen, ob die im Rahmen
dieser Arbeit untersuchten Aminoalkohole geeignete Parameter für eine Ermittlung
einer Exposition gegenüber diesen Stoffen darstellen. Auf Basis der gewonnenen
Erkenntnisse könnte die Ableitung von Referenzwerten für die Allgemeinbevölkerung
im umweltmedizinischen Bereich und von Biologische Arbeitsstofftoleranz (BAT)-
Werten im arbeitsmedizinischen Bereich ermöglicht werden.
Letztendliches Ziel ist die Prävention von Gesundheitsschäden durch Aminoalkohole
bei Menschen, die an ihrem Arbeitsplatz und/oder aus ihrer Lebensumwelt diese
Substanzen aufnehmen.
4 Theoretische Grundlagen
2. Theoretische Grundlagen
2.1 Aminoalkohole
„Aminoalkohole“ (AA) sind Kohlenwasserstoffe, die sowohl mindestens eine
Aminogruppe als auch mindestens eine Alkoholfunktion enthalten. Diese
Bifunktionalität macht sie vielfältig einsetzbar in einer Reihe industrieller
Anwendungen. In der Metallindustrie werden AA als Bestandteile so genannter
Kühlschmiermittel (KSM) eingesetzt, in denen sie als Korrosionshemmer und zur
Einstellung des pH-Wertes dienen. Manche AA werden auch als Detergentien und
Hilfsstoffe in Wasch-, Reinigungs- und Körperpflegemitteln angewandt.
2.1.1 Substanzauswahl
Die Auswahl der AA als Parameter für die Feststellung einer umwelt- und
arbeitsbedingten Belastung orientierte sich an deren Verwendungshäufigkeit und
-mengen als Bestandteile von KSM einerseits und von Wasch- und
Reinigungsmitteln sowie Kosmetika andererseits. Auf die spezifischen
Einsatzgebiete der einzelnen AA wird in Abschnitt 2.1.3 genauer eingegangen.
Bestandteil dieser Arbeit sind die drei Ethanolamine 2-Aminoethanol (MEA),
Diethanolamin (DEA) und Triethanolamin (TEA), der Ether 2-(2-Aminoethoxy)ethanol
(Diglykolamin, DGA), 2-Amino-2-ethyl-1,3-propandiol (AEPD), sowie der
Heterozyklus Morpholin, bei welchem es sich streng genommen nicht um ein
Aminoalkohol handelt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird jedoch für alle im
Rahmen dieser Arbeit untersuchten Stoffe die Sammelbezeichnung „Aminoalkohole“
verwendet. Abbildung 1 zeigt deren Strukturformeln.
Theoretische Grundlagen 5
Abb. 1. Strukturformeln der Aminoalkohole, die Bestandteil dieser Arbeit sind.
2.1.2 Physikalische und chemische Eigenschaften
Bei den AA handelt es sich durchweg um sehr polare und hydrophile Substanzen.
MEA, DEA, TEA, DGA und Morpholin sind bei Raumtemperatur farblose, ölige
Flüssigkeiten und besitzen einen mehr oder weniger stark ausgeprägten ammoniak-
oder aminartigen Geruch. AEPD ist ein bei Raumtemperatur weißes kristallines
Pulver. Folgende Tabelle soll einen Überblick über die physikalischen und
chemischen Eigenschaften der AA geben:
6 Theoretische Grundlagen
Tab. 2. Physikalische und chemische Eigenschaften ausgewählter Aminoalkohole (DFG, 1995a,
1995b, 2000, 2001, 2007a, 2007b).
MEA DEA TEA DGA Morpholin AEPD
Summenformel C2H7NO C4H11NO2 C6H15NO3 C4H11NO2 C4H9NO C5H13NO2
Molekulargewicht [g/mol]
61,08 105,14 149,19 105,14 87,10 119,16
Dichte bei 20 °C [g/cm³]
1,02 1,10 1,13 1,06 1,00 1,10
Schmelzpunkt [°C] 10 28 21 -11 -5 37,5-38,5
Siedepunkt [°C] 172 269 360 223-224 128-130 152-153
Dampfdruck [mbar]
0,3 bei 20 °C
< 0,01 bei 20 °C
0,00005 bei 40 °C
<0,1 bei 20 °C
10 bei 20 °C
n.v.
Wasserlöslichkeit mischbar 954 g/L bei 20 °C
mischbar mischbar mischbar mischbar
n.v. = Informationen nicht verfügbar.
2.1.3 Produktion und Verwendung
Die Herstellung von AA erfolgt auf unterschiedlichen Wegen. Die Ethanolamine MEA,
DEA und TEA werden durch Reaktion von Ethylenoxid mit Ammoniak bei hohen
Temperaturen und Drücken hergestellt. Das Produktgemisch wird anschließend
destillativ getrennt (BUA, 1995, 1997). DGA und Morpholin werden durch
katalytische Umsetzung von Diethylenglykol mit Ammoniak hergestellt. Die Trennung
erfolgt durch Destillation (DFG, 1995b). Die Herstellung von AEPD erfolgt durch
Umsetzung von 1-Nitropropan und Formaldehyd. Der entstehende Nitroalkohol wird
zum Aminoalkohol reduziert (DFG, 1995a).
AA werden in großem Maßstab produziert: Von Europas größtem Hersteller für
Ethanolamine, der BASF AG, werden jährlich mehr als 230.000 Tonnen
Ethanolamine (MEA, DEA und TEA) an 2 Standorten hergestellt (Stand 2005)
(BASF, 2009). Ein großer Hersteller dieser Ethanolamine aus den USA (Huntsman
Corporation) berichtet von einer Jahresproduktion von etwa 186.000 Tonnen
(Huntsman, 2009). Morpholin wird weltweit in Größenordnungen von über
Theoretische Grundlagen 7
25.000 Tonnen hergestellt (IPCS, 1995). Die BASF AG stellt derzeit 30.000 Tonnen
pro Jahr DGA und Morpholin her (Chemie.de, 2009). Genaue Produktionszahlen von
AEPD sind nicht verfügbar, es handelt sich aber um einen high production volume-
(HPV) Stoff. Das bedeutet, dieser wird zu mehr als 1.000 Tonnen pro Jahr in
mindestens einem Mitgliedsland der OECD (Organisation for Economic Co-operation
and Development) produziert (ESIS, 2009).
In der Metallindustrie werden alle hier behandelten AA als Bestandteile von
wassermischbaren KSM eingesetzt, in welchen sie in Anteilen von bis über 50 %
(bezogen auf die unverdünnten Konzentrate) vorkommen können (Breuer et al.,
2004). AA dienen in KSM zur Einstellung des pH-Werts und fungieren als
Korrosionsinhibitoren, Entrostungsmittel und Entschäumer. KSM werden in
Metallbearbeitungsprozessen zur Abfuhr der entstehenden Verformungs- und
Reibungswärme zwischen Werkzeug und bearbeitetem Werkstück und zum
Abtransport der entstehenden Späne angewandt. Des Weiteren kommen MEA, DEA,
TEA, DGA und Morpholin bei der industriellen Gaswäsche zum Einsatz. Hierbei
dienen sie der Entfernung von Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und anderer
saurer Gasbestandteile aus Gasgemischen. Der zu reinigende Gasstrom wird hierfür
durch eine Wirbelschicht der wässrigen AA-Lösung geleitet. Die Ethanolamine MEA,
DEA und TEA werden als Detergentien und Hilfsstoffe in Wasch-, Reinigungs- und
Körperpflegemitteln angewandt, unverändert oder in Form von Fettsäure-Seifen oder
-Amiden (BASF, 2009; DFG, 2001, 2007a, 2007b; Knaak et al., 1997). Außerdem
kommen manche AA noch in der Textil- und Lederindustrie zum Einsatz (BASF,
2009; IPCS, 1995). Die Produktionsmengen und die beiden wichtigsten
Anwendungsgebiete fasst Tabelle 3 zusammen.
8 Theoretische Grundlagen
Tab.3. Verwendung und Produktionsmengen der Aminoalkohole.
Substanz Kühlschmiermittel-
Komponente
Wasch- und
Reinigungsmittel,
Kosmetika
Produktions-
menge
Literatur
MEA + + > 230.000 t/a
in Europa
(BASF, 2009;
Knaak et al., 1997) DEA + +
TEA + +
DGA + - > 30.000 t/a
in Deutschland
(Chemie.de, 2009;
DFG, 1995b, 2000;
IPCS, 1995) Morpholin + -
AEPD + - > 1.000 t/a in
Europa
(DFG, 1995a;
ESIS, 2009)
2.1.3.1 Expositionsquellen für die Allgemeinbevölkerung
Von umweltmedizinischer Relevanz dürften vor allem diejenigen Stoffe sein, die in
den Produkten für den häuslichen Gebrauch vorhanden sind, mit denen der
Endverbraucher also direkt in Kontakt kommt. Dies trifft für die Ethanolamine MEA,
DEA und TEA zu, die in Wasch- und Reinigungsmitteln, sowie in Kosmetika zum
Einsatz kommen. Dass diese nicht nur verestert oder amidiert, sondern auch in freier
Form in solchen Mitteln vorkommen, konnte am Beispiel DEA gezeigt werden (Chou,
2005), auch wenn von Herstellerseite Gegenteiliges behauptet wird (Bailey, 2007). In
einer Untersuchung an 20 Shampoos, die laut Hersteller Fettsäure-DEA enthielten,
konnte in 19 der 20 Proben freies DEA in Konzentrationen zwischen 140 und
15.200 mg/kg festgestellt werden (Chou, 2005). Auch TEA kann freies DEA als
Verunreinigung enthalten. TEA selbst wird in Verbindung mit Fettsäuren als
Emulgator und zur Einstellung des pH-Wertes in Kosmetika verwendet (Kraeling et
al., 2004).
Die Anwendung von Ethanolaminen in kosmetischen Mitteln ist in Deutschland durch
die Kosmetikverordnung geregelt (KosmetikV, Stand 2008). Gemäß §1 in
Verbindung mit Anlage 1 der Kosmetikverordnung darf DEA nicht „bei dem
gewerbsmäßigen Herstellen oder Behandeln von kosmetischen Mitteln“ verwendet
werden. Des Weiteren dürfen die durch §2 der Kosmetikverordnung gesetzlich
geregelten Höchstmengen an sekundären Aminen (z.B. DEA) als Verunreinigung
von Monoalkanolaminen und deren Salze (Höchstgehalt an sekundärem Amin:
Theoretische Grundlagen 9
0,5 %), Dialkanolamiden (0,5 %), sowie von Trialkanolaminen und deren Salze
(2,5 % in Mitteln, die nicht ausgespült werden) in den Fertigprodukten nicht
überschritten werden. Außerdem ist der Höchstgehalt an sekundärem Amin (z.B.
DEA) in diesen Rohstoffen gesetzlich geregelt (zwischen 0,5 und 5 %, je nach
Rohstoff). MEA und TEA, sowie deren Salze unterliegen neben den
Reinheitsanforderungen lediglich der Einschränkung, dass sie nicht zusammen mit
nitrosierenden Systemen verwendet werden dürfen.
Bei den ethanolaminhaltigen Körperpflegemitteln kann es sich sowohl um rinse off-
(z.B. Shampoo, Duschgel und Rasierschaum) als auch um leave on-Produkte (z.B.
Creme oder Bodylotion) handeln. Erstere Produkte werden nach kurzer Einwirkzeit
wieder aus- bzw. abgespült, während bei letzteren Produkten eine lange
Verweildauer auf der Haut gegeben ist. Dies ist insofern problematisch, da eine
Hautgängigkeit von MEA, DEA und TEA bereits in mehreren Studien belegt werden
konnte (siehe auch Abschnitt 2.1.4). Somit ist durch die Anwendung ethanolamin-
haltiger Körperpflegemittel eine dermale Aufnahme von Ethanolaminen zu erwarten.
Auch durch das Tragen von Wäsche, die mit ethanolaminhaltigen Waschmitteln
gereinigt wurde, oder durch Anwendung ethanolaminhaltiger Reinigungsmittel ist
eine Exposition denkbar. In welchem Maße die Ethanolamine tatsächlich vom Körper
aufgenommen werden und somit systemisch wirken können, ist bislang nicht
abschließend geklärt.
2.1.3.2 Vorkommen am Arbeitsplatz
Bei der industriellen Bearbeitung metallischer Werkstücke, seien es Dreh-, Fräs-,
oder Bohrarbeiten, werden zur Kühlung und zur Schmierung sowie zum Abtransport
entstehender Metallspäne in großem Maßstab KSM eingesetzt. Hierfür kommen je
nach Anwendung unterschiedliche Zusammensetzungen zum Einsatz. Eine große
Gruppe innerhalb der KSM bilden die so genannten wassermischbaren KSM. Diese
enthalten üblicherweise AA in verschiedenen Anteilen, welche jeweils für die
einzelnen Stoffe teilweise bis über 50 % in den unverdünnten Konzentraten betragen
können. Diese KSM-Konzentrate werden vor dem Einsatz mit Wasser verdünnt (in
der Regel mindestens 1:10).
10 Theoretische Grundlagen
Gemäß den Technischen Regeln für Gefahrstoffe (TRGS) des Ausschusses für
Gefahrstoffe (AGS) dürfen von den hier behandelten AA DEA und Morpholin
zumindest in Deutschland nicht mehr in wassermischbaren KSM als Komponente
enthalten sein, da die Gefahr besteht, dass diese mit nitrosierenden Agenzien
krebserzeugende N-Nitrosamine bilden (AGS, 2002). DEA ist aber immer noch in
einigen KSM nachweisbar, wie in einem kürzlich durchgeführten Untersuchungs-
programm gezeigt werden konnte. In dessen Rahmen wurden 49 KSM auf ihren
Gehalt an 10 gängigen AA analysiert. Bei den vier am häufigsten gefundenen AA
handelte es sich um MEA, DEA, TEA und DGA (Breuer et al., 2004). AEPD wird
ebenfalls häufig in KSM eingesetzt (Angus, 2009). Auch Morpholin ist immer noch
Bestandteil einiger KSM-Konzentrate (z.B. CIMCOOL CIMFREE® 990).
Bei der Bearbeitung von metallischen Werkstücken unter Einsatz von KSM kann es
zur Bildung von KSM-Dämpfen und -Aerosolen kommen, die durch Arbeitnehmer
inhalativ aufgenommen werden können. Durch manuell durchgeführte Schritte
während der Metallverarbeitung ist außerdem eine dermale Exposition gegenüber
KSM wahrscheinlich. Dies ist problematisch, da die AA hautgängig sind. In der Praxis
werden bei solchen Tätigkeiten oftmals keine Handschuhe getragen, bzw. dürfen aus
Sicherheitsgründen nicht verwendet werden. Zur Höhe der äußeren Belastung von
Metallarbeitern gegenüber Ethanolaminen wurde jüngst eine Studie veröffentlicht
(Henriks-Eckerman et al., 2007). In dieser wurde neben Luftmessungen auch eine
Analyse von rinse-off-Proben der Hände der Arbeitnehmer durchgeführt. Hierfür
wurden die Hände nach zwei Stunden Arbeit mit einem Lösungsmittel abgewaschen,
um die anhaftenden AA zu extrahieren. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass
die an den Händen haftende Menge an Ethanolaminen die der inhalierten Luft im
Median um das 9- bis 170-fache übersteigt.
2.1.4 Aufnahme und Metabolismus
Für MEA, DEA, TEA und Morpholin ist bekannt, dass sie im Tierversuch unabhängig
von der Art der Applikation sehr gut und weitestgehend vollständig resorbiert werden,
für DGA und AEPD sind hierzu keine Informationen verfügbar (DFG, 1995a, 1995b,
2000, 2001, 2007a, 2007b).
Theoretische Grundlagen 11
Die Hautgängigkeit von MEA, DEA, TEA, DGA und Morpholin wird in zahlreichen
Studien belegt (Brain et al., 2005; Breslin et al., 1991, 1992; DePass et al., 1995;
IPCS, 1995; Klain et al., 1985; Kraeling et al., 2004; Liberacki et al., 1996; Marty et
al., 1999; Mathews et al., 1995; Mathews et al., 1997; Melnick, 1992; Melnick et al.,
1994a, 1994b; Neeper-Bradley, 1992; Neeper-Bradley und Kubena, 1993; NTP,
1999a, 1999b, 2004; Smyth Jr et al., 1951; Stott et al., 2000b; Sun et al., 1996;
Waechter und Rick, 1988; Waechter et al., 1995). Für AEPD ist aufgrund der
Strukturähnlichkeiten zu den anderen AA ebenfalls von hautpenetrativen
Eigenschaften auszugehen.
Die in vitro Humanhautpenetration von DEA ist Gegenstand einer Studie von 2004.
Um die DEA-Absorption unter realistischen Anwendungsbedingungen zu ermitteln,
wurden unterschiedliche Shampoos, Haarfärbemittel und Body Lotions mit 14C-DEA
versetzt und diese auf menschliche Haut in Durchfluss-Diffusionszellen aufgetragen.
Nach der dem jeweiligen Produkt entsprechenden Einwirkzeit wurde die
Radioaktivität in der Rezeptorflüssigkeit sowie in den verschiedenen Hautschichten
gemessen. Nach 24 Stunden wurde in allen Fällen ein Teil der DEA-Dosis in der
Haut gefunden: 2,8 % bei den Shampoos, 2,9 % bei den Haarfärbemittel und 10,0 %
bei den Body Lotions, jedoch nur wenig in den Rezeptorflüssigkeiten (0,08 %, 0,09 %
bzw. 0,9 %). Das DEA war unterschiedlich innerhalb der Hautschichten verteilt. Im
Falle der Lotions (Leave-on-Produkt) drang DEA tiefer in die Haut ein als bei den
Shampoos (Rinse-off-Produkt). In einem erweiterten Test über 72 Stunden mit einer
Body Lotion zeigte sich, dass DEA in der Haut akkumuliert, aber nur sehr wenig in
die Rezeptorflüssigkeit gelangt. Die Autoren schlossen aus den Ergebnissen, dass in
der Haut gebundenes DEA systemisch nicht verfügbar ist (Kraeling et al., 2004).
Diese Folgerung steht jedoch im Widerspruch zu mehreren Tierstudien, in denen
DEA nach dermaler Applikation toxische Effekte zeigte, die nur mit einer
systemischen Verfügbarkeit des DEA zu erklären sind (Marty et al., 1999; Melnick,
1992; Melnick et al., 1994a; Melnick et al., 1994b; NTP 1999b). Wahrscheinlich
besteht ein Zusammenhang zwischen der systemisch verfügbaren Menge an DEA
und der Verabreichungshäufigkeit. Die Tierstudien wurden längerfristig angelegt über
Zeiträume von bis zu zwei Jahren bei fünfmaliger Applikation pro Woche. Die Studie
von Kraeling et al. (2004) hingegen berücksichtigt nur die einmalige Anwendung
DEA-haltiger Kosmetika.
12 Theoretische Grundlagen
Nach Aufnahme und Resorption der AA erfolgt im Körper eine Verteilung und
Verstoffwechselung. Letztere läuft für die verschiedenen AA recht unterschiedlich ab:
MEA
MEA ist ein natürlicher Bestandteil der in allen biologischen Membranen
vorkommenden strukturbildenden Phospholipide. Es wird nach Aufnahme in den
Lipidstoffwechsel in die phospholipidhaltigen Zellmembranen integriert (siehe
Abbildung 2). Das im Phospholipid-Metabolismus gebildete Phosphatidylethanolamin
(Cephalin) wird zum Teil an der Aminogruppe dreifach methyliert, es entsteht
Phosphatidylcholin (Lecithin) (Styrer, 1994). MEA wird im Zuge der
Verstoffwechselung teilweise über die Ausatemluft eliminiert. In einer Studie an
Mäusen konnte 30 Minuten nach dermaler Applikation von 14C-markiertem MEA in
einer Natriumhydroxidlösung, über die die Ausatemluft geleitet wurde, Radioaktivität
festgestellt werden. Die Autoren schlossen hieraus, dass MEA zu CO2 oxidiert
wurde. Aufgrund der hohen Wasserlöslichkeit von MEA wäre jedoch wahrscheinlich
auch unverändertes MEA in dieser Lösung nachweisbar. In einem Parallelversuch
erfolgte eine dermale Verabreichung von MEA auch auf Menschenhaut, die vorab
Mäusen transplantiert wurde. Nach 24 Stunden war in beiden Versuchen über 18 %
der verabreichten Dosis über die Ausatemluft eliminiert. 24 Stunden nach dermaler
Verabreichung wurde die Verteilung der Radioaktivität im Gewebe und in Urin und
Faeces untersucht: Der größte Teil des verabreichten MEA verblieb im Körper, so
enthielt die Leber etwa 25 % der verabreichten Dosis, gefolgt von den Nieren
(< 3 %), der Lunge (< 1 %) und dem Gehirn (< 1%). Dies lässt sich mit der
Umsetzung des MEA im Lipidstoffwechsel erklären. Ein großer Teil der Radioaktivität
verblieb in der Applikationsstelle (ca. 18 % im Transplantat bzw. ca. 12 % in der
Mäusehaut). Über den Urin wurden ca. 5 % der verabreichten Dosis ausgeschieden.
Bei den im Urin ausgeschiedenen Metaboliten handelte es sich zum größten Teil um
Harnstoff (ca. 40 %), Glycin (ca. 20 %), sowie um unverändertes MEA (ca. 10 %)
(Klain et al., 1985).
MEA ist aufgrund dieser endogenen Bildung auch ein natürlicher Bestandteil des
humanen Urins. Für Frauen und Männer wurden durchschnittliche
Urinkonzentrationen zwischen 3,3 und 50,7 mg/L ermittelt (Luck und Wilcox, 1953).
Theoretische Grundlagen 13
DEA
Für DEA ist kein endogener Bildungsmechanismus bekannt. DEA wird unabhängig
vom Aufnahmeweg im Phospholipid-Metabolismus umgesetzt und als DEA,
N-Methyl-DEA und N,N-Dimethyl-DEA zum Teil anstelle von Cholin und Ethanolamin
in die Phospholipide eingebaut. Die gebildeten „falschen“ Phospholipide werden
langsamer metabolisiert als die „natürlichen“. Es kommt daher bei Ratten und
Mäusen zu einer Anreicherung im Körper, hauptsächlich in der Leber und den
Nieren. Die Ausscheidung erfolgt zum größten Teil als unverändertes DEA über den
Urin. Eine Eliminierung über die Ausatemluft wie beim MEA erfolgt nur in sehr
geringem Maße (Mathews et al., 1997). In einer Studie wurde Ratten 10 mg bzw.
100 mg 14C-markiertes DEA/kg KG intravenös verabreicht. Nach 24 Stunden wurden
12 % bzw. 26 % der verabreichten Dosis über den Urin ausgeschieden; nach
96 Stunden betrug der Anteil 25 % bzw. 36 %. Durchschnittlich 64 % bzw. 52 % der
verabreichten Dosis konnte 96 Stunden nach der Injektion im Gewebe der Tiere
nachgewiesen werden. Der größte Teil der verabreichten Radioaktivität konnte in der
Leber (21 % bzw. 17 %) und den Nieren (7 % bzw. 5 %) nachgewiesen werden. Die
Eliminierung aus dem Plasma verlief zweiphasig mit Halbwertszeiten von
9,2 Stunden für die initiale Phase und 258 Stunden (> 10 Tage) für die terminale
Phase bei einer verabreichten Dosis von 10 mg/kg. Eine Anreicherung erfolgte auch
in den Erythrozyten im Zeitraum von 6 bis 96 Stunden nach der Verabreichung
(Mendrala et al., 2001).
TEA
Der Metabolismus von TEA in Mäusen und Ratten unterscheidet sich von dem der
verwandten Substanzen MEA und DEA erheblich. TEA wird nicht wie diese im
Phospholipid-Stoffwechsel umgesetzt, sondern wird nach Aufnahme zum größten
Teil über den Urin unverändert wieder ausgeschieden. Es erfolgt kein Abbau zu MEA
und DEA (Stott et al., 2000b). Zur Untersuchung des Metabolismus und der Kinetik
wurde Mäusen 14C-markiertes TEA dermal und intravenös verabreicht. Die
Halbwertszeit für die dermale Absorption des radioaktiven TEA wurde auf
1,3 Stunden geschätzt. Das intravenös verabreichte TEA wurde zweiphasig
eliminiert. Die Halbwertszeit der initialen Phase betrug 0,3 Stunden, gefolgt von einer
langsameren terminalen Phase mit einer Halbwertszeit von 10 Stunden. Die
radioaktive Dosis wurde applikationsunabhängig in erster Linie als unmetabolisiertes
14 Theoretische Grundlagen
TEA über den Urin wieder ausgeschieden (49 % bis 69 %). Die Körperbelastung
nach dem Töten der Tiere betrug zwischen 3 % und 6 % der Dosis (Summe aus
deren Leber, Nieren, Karkasse und demjenigen Teil der Haut, auf dem keine
Verabreichung stattfand). Daraus wurde geschlossen, dass TEA nach dermaler
Applikation von Dosen, die für eine toxikologische Bewertung relevant sind,
weitgehend absorbiert wird (Stott et al., 2000b).
Morpholin
Morpholin wird im Tierversuch nach oraler oder dermaler Aufnahme gut absorbiert.
Die höchsten Gewebekonzentrationen fanden sich bei der Ratte im Muskel und beim
Kaninchen in den Nieren. In Maus, Ratte, Hamster, Meerschweinchen und
Kaninchen wird nahezu die gesamte Menge an oral, intravenös oder intraperitoneal
appliziertem Morpholin wieder unverändert über den Urin ausgeschieden. In
Meerschweinchen konnte der Metabolit N-Methylmorpholin-N-oxid identifiziert
werden. Nur 0,5 % wurden als CO2 eliminiert (IPCS, 1995).
DGA / AEPD
Für DGA und AEPD ist nicht bekannt, wie sie im Körper metabolisiert werden (DFG,
1995a, 1995b). Aufgrund der hohen Wasserlöslichkeit und der Strukturähnlichkeiten
zu den anderen AA ist aber davon auszugehen, dass zumindest ein Teil ebenfalls
unverändert über den Urin ausgeschieden wird.
Theoretische Grundlagen 15
Abb. 2. Aufnahme von MEA und DEA in den Phospholipidmetabolismus und die Ausscheidung von
MEA, DEA, TEA, Morpholin, DGA und AEPD im Tierversuch (24 Stunden-Werte) (DFG, 1995a,
1995b; IPCS, 1995; Klain et al., 1985; Mendrala et al., 2001; Stott et al., 2000b).
R = H (MEA) bzw. CH2CH2OH (DEA); R1/2 = Kohlenwasserstoffkette einer Fettsäure;
ATP = Adenosin-5‘-triphosphat; ADP = Adenosin-5‘-diphosphat; PP = Pyrophosphat;
CTP = Cytidin-5’-triphosphat; CDP = Cytidin-5’-diphosphat; CMP = Cytidin-5’-monophosphat;
n.v. = Informationen nicht verfügbar.
16 Theoretische Grundlagen
2.1.5 Toxikologie
Die Toxizität der AA im Tierversuch und im Menschen ist zusammengefasst in den
jeweiligen MAK-Begründungen der Senatskommission zur Prüfung
gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe der DFG (DFG, 1995a, 1995b, 2000, 2001,
2007a, 2007b). Die Toxizität der Ethanolamine (MEA, DEA und TEA) ist Gegenstand
einer ausführlichen Monographie (Knaak et al., 1997) und der Stoffberichte des
Beratergremiums für umweltrelevante Altstoffe der Gesellschaft Deutscher Chemiker
(BUA, 1995, 1997), die allerdings noch nicht die Erkenntnisse hinsichtlich des
kanzerogenen Potentials von DEA und TEA berücksichtigen (NTP, 1999a, 1999b,
2004). Ein BUA-Bericht existiert auch für Morpholin (BUA, 1990).
2.1.5.1 Akute Toxizität
Die akute Toxizität der AA im Tierversuch ist generell als mäßig zu beurteilen. Die
niedrigsten gefundenen LD50-Werte bei oraler Verabreichung an Ratten liegen im
Bereich von 0,7 g/kg KG beim DEA bis 5,2 g/kg KG beim TEA (siehe Tabelle 4)
(DFG, 1995a, 1995b, 2000; Knaak et al., 1997). Die Zielorgane sind in den meisten
Fällen die Leber und die Nieren, sowie der Verdauungstrakt.
Zur akuten Toxizität der AA am Menschen sind kaum Informationen verfügbar.
MEA führte bei einmaliger Exposition eines Arbeitnehmers zu akuter
Leberschädigung und chronischer Hepatitis (Jindrichovà und Urban, 1971).
Theoretische Grundlagen 17
Tab. 4. Akute Toxizität der Aminoalkohole im Tierversuch.
Substanz Akute Toxizität Literatur
LD50 bei oraler
Verabreichung an Ratten Zielorgane
MEA 1,1 – 20 g/kg KG Leber, Magen-Darm-Trakt (DFG, 2001;
Knaak et al., 1997)
DEA 0,7 – 3,5 g/kg KG Leber (DFG, 2007a;
Knaak et al., 1997)
TEA 5,2 – 11,3 g/kg KG innere Organe, Leber, Niere
und Milz
(DFG, 2007b;
Knaak et al., 1997)
DGA 2,3 – 5,7 g/kg KG Magen-Darm-Trakt (DFG, 1995b)
Morpholin 1,1 – 1,9 g/kg KG Magen-Darm-Trakt (DFG, 2000; IPCS, 1995)
AEPD 3,9 – 4,6 g/kg KG Magen-Darm-Trakt (DFG, 1995a)
2.1.5.2 Subakute, subchronische und chronische Toxizität
Bei Verabreichung von MEA, DEA, TEA und Morpholin im Tierversuch über einen
längeren Zeitraum standen toxische Effekte auf Leber und Nieren der Versuchstiere
im Vordergrund (siehe Tabelle 5). Zur subakuten, subchronischen und chronischen
Toxizität von DGA und AEPD liegen keinerlei Informationen vor.
Für MEA wurde an der Ratte in einer Fütterungsstudie über 90 Tage ein NOEL von
320 mg/kg KG/d ermittelt. Höhere Konzentrationen führten zu histopathologischen
Veränderungen in Leber, Niere, Milz und Hoden (Anonym, 1983; Smyth Jr et al.,
1951).
In einer Studie an Ratten führte DEA bereits ab einer Dosis von 170 mg/kg KG/d zu
Todesfällen und histologischen Veränderungen der Leber, Nieren und Milz (Smyth Jr
et al., 1951). Die toxische Wirkung des DEA scheint auf dem Einbau von DEA-
haltigen unphysiologischen Phospholipiden (siehe Abschnitt 2.1.4) in die
Zellmembranen zu beruhen. Dies kann zu einer Störung der zellulären Funktionen
führen (Barbee und Hartung, 1979a, 1979b; Mathews et al., 1995). So konnten z.B.
die Hemmung mikrosomaler Enzymsysteme oder eine Beeinträchtigung
18 Theoretische Grundlagen
mitochondrialer Funktionen durch DEA gezeigt werden (Barbee und Hartung, 1979a;
Knaak et al., 1997). Zusätzlich verringert DEA die in vitro-Syntheserate von
Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylcholin im Lebergewebe (Knaak et al.,
1997). Letztendlich äußern sich die Störungen in der beobachteten Organtoxizität auf
Leber, Niere und Milz (Mathews et al., 1995), sowie in Veränderungen im Blutbild
(Knaak et al., 1997).
Auch beim TEA stellten sich nach wiederholter oraler Applikation im Tierversuch die
Nieren und die Leber als die empfindlichsten Organe heraus. Die chronische orale
Verabreichung von TEA an Ratten führte ab einer Dosis von 730 mg/kg KG/d zu
histologischen Veränderungen in diesen Geweben (BUA, 1995; Smyth Jr et al.,
1951).
Morpholin führte nach wiederholter oraler Applikation an Ratten ab Konzentrationen
von 700 mg/kg KG/d zu systemisch toxischen Effekten in Form von Leber- und
Nierenschädigungen. Anhand einer chronischen Inhalationsstudie an Ratten kann
ein NOEL von 10 mL/m³ abgeleitet werden (DFG, 2000).
Theoretische Grundlagen 19
Tab. 5. Subakute, subchronische und chronische Toxizität der Aminoalkohole im Tierversuch.
Substanz
Subakute, subchronische und chronische Toxizität
Literatur Spezies, Art der Applikation,
Zeitraum: effect level
Zielorgane
MEA Ratte, oral, 90 Tage:
NOEL 320 mg/kg KG/d
Leber, Niere, Milz und
Hoden
(Anonym, 1983;
DFG, 2001;
Knaak et al., 1997;
Smyth Jr et al., 1951)
DEA Ratte, oral, 90 Tage:
LOAEL 170 mg/kg KG/d
Leber, Niere und Milz (DFG, 2007a;
Knaak et al., 1997;
Smyth Jr et al., 1951)
TEA Ratte, oral, 90 Tage:
NOAEL 80 mg/kg KG/d
Leber und Niere (BUA, 1995;
DFG, 2007b;
Smyth Jr et al., 1951)
DGA Datenlage unzureichend ? (DFG, 1995b)
Morpholin Ratte, inhalativ, 2 Jahre:
NOEL 10 mL/m³
Leber, Niere (DFG, 2000;
IPCS, 1995)
AEPD Datenlage unzureichend ? (DFG, 1995a)
2.1.5.3 Wirkung auf Haut und Schleimhäute
Den im Rahmen dieser Arbeit untersuchten AA ist gemein, dass sowohl im
Tierversuch als auch an menschlicher Haut nach dem Auftragen relativ
konzentrierter Lösungen reizende bis ätzende Wirkungen mit Rötungen, Ödemen,
bis hin zu Nekrotisierungen des Hautgewebes festgestellt wurden, die auf die
Alkalität der AA zurückzuführen sind. An den Augen können AA ebenfalls zu
Reizungen und Verätzungen führen (DFG, 1995a, 1995b, 2000, 2001, 2007a,
2007b).
2.1.5.4 Allergene Wirkung
MEA, DEA, TEA und DGA wirken hautsensibilisierend beim Menschen (Blum und
Lischka, 1997; Geier et al., 2002; Geier et al., 2003; Geier et al., 2004; IVDK, 2000,
2001). Beim AEPD sind diesbezüglich Hinweise vorhanden, es löste bei einem von
20 Theoretische Grundlagen
160 Patienten eine positive Hautreaktion aus (Geier et al., 2003). MEA und DEA
wurden von der Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe
der DFG als hautsensibilisierend „Sh“ eingestuft (DFG, 2001, 2007a).
In einigen Studien zeigten die Ethanolamine sensibilisierende Wirkung auf die
Atemwege. So konnte bei einigen Personen, die berufsbedingt mit MEA-haltigen
Haarpflegemittteln in Kontakt gekommen waren, Asthma beobachtet werden
(Gelfand, 1963). Piipari et al. (1998) konnten in einem Fallbericht an einem
Arbeitnehmer mit beruflich bedingtem Kontakt zu DEA zeigen, dass dieses in
Konzentrationen unterhalb 2 mg/m³ Asthma auslösen kann. Savonius et al. (1994)
berichten von drei Fällen beruflich bedingten Asthmas, verursacht durch MEA bzw.
TEA. Diese Befunde wurden durch Provokationstest abgesichert, die mittels
Erhitzung des jeweiligen Ethanolamins durchgeführt wurden.
Theoretische Grundlagen 21
Tab. 6. Hautgängigkeit und hautsensibilisierende Wirkung der Aminoalkohole am Menschen.
Für MEA und DEA wurden hinsichtlich der sensibilisierenden Wirkung ein Teil der Studien aufgeführt,
die zur Einstufung „Sh“ durch die Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe
der Deutschen Forschungsgemeinschaft geführt haben. Weiterhin wurden diejenigen Studien
ausgewählt, die die größte Zahl an Patienten aufweisen.
AA Einstufung
durch MAK-
Kommission
H; Sh
Ausgewählte Studien zur
hautsensibilisierenden Wirkung am Mensch
Literatur
MEA Sh Von 1.052 getesteten Patienten reagierten
21 positiv auf 2 % MEA in Vaseline.
Aufgeschlüsselt nach aktueller Tätigkeit:
Patienten mit Metallberufen:
1.779, davon 98 positiv.
Patienten mit spanenden Tätigkeiten:
308, davon 45 positiv.
(DFG, 2001;
IVDK, 2000)
DEA H; Sh Von 4.701 getesteten Patienten reagierten
77 positiv auf 2 % DEA in Vaseline.
Aufgeschlüsselt nach aktueller Tätigkeit:
Patienten mit Metallberufen:
1.906, davon 61 positiv.
Patienten mit spanenden Tätigkeiten:
325, davon 36 positiv.
(DFG, 2007a;
IVDK, 2000)
TEA * Von 43.191 getesteten Patienten reagierten
169 positiv auf 2,5 % TEA in Vaseline.
Aufgeschlüsselt nach aktueller Tätigkeit:
Patienten mit Metallberufen:
2.756, davon 14 positiv.
Patienten mit spanenden Tätigkeiten:
372, davon 4 positiv.
(DFG, 2007b;
IVDK, 2000)
DGA - Von 228 getesteten Patienten reagierten
5 positiv auf 1 % DGA in Vaseline.
(DFG, 1995b;
Geier et al., 2003)
Morpholin Wurde bisher nicht getestet. (DFG, 2000)
AEPD - Von 160 getesteten Patienten reagierte
1 positiv auf 1 % AEPD in Wasser.
(DFG, 1995a;
Geier et al., 2003)
„-“: Diese Aminoalkohole wurden behandelt, Eingruppierungen konnten aufgrund mangelnder Daten
nicht getroffen werden; H: Gefahr der Hautresorption; Sh: Gefahr der Sensibilisierung der Haut.
* Eine Markierung mit Sh wurde 2006 wieder gestrichen.
22 Theoretische Grundlagen
2.1.5.5 Reproduktionstoxizität
Hinsichtlich reproduktionstoxischer Wirkungen sind lediglich die Ethanolamine MEA,
DEA und TEA überhaupt untersucht. Die Informationen zu DGA, Morpholin und
AEPD sind für eine Beurteilung völlig unzureichend (DFG, 1995a, 1995b, 2000). Eine
Zusammenfassung der wichtigsten Studien zeigt Tabelle 7.
MEA wurde hinsichtlich reproduktionstoxischer Wirkungen mehrfach untersucht.
Dabei verursachten die jeweils höchsten Dosierungen von 75 mg/kg KG/d
(Kaninchen, dermal) (CMA, 1993), 225 mg/kg KG/d (Ratte, dermal) (Breslin et al.,
1992) und 500 mg/kg KG/d (Ratte, oral) (BASF, 1992) zwar maternaltoxische, jedoch
keine reproduktionstoxischen Effekte. Lediglich eine Screening-Studie an Mäusen
berichtet von einer Verringerung der Anzahl von Weibchen mit lebenden Würfen
(bezogen auf die Gesamtzahl trächtiger Weibchen) bei deutlich maternaltoxischen
Effekten nach oraler Verabreichung von MEA in Höhe der LD10 während der Phase
der Embryogenese (DFG, 2001). In einer anderen Studie führte die orale Vergabe
von 500 mg MEA/kg KG/d an trächtige Ratten zu vermehrtem Auftreten von
anatomischen Veränderungen der Föten und bei maternaltoxischen Konzentrationen
zu einer verringerten Anzahl lebender Nachkommen (Mankes, 1986).
DEA wurde ebenfalls mehrfach hinsichtlich reproduktionstoxischer Wirkungen
untersucht (BUA, 1995; EHRT, 1987; Marty et al., 1999; Neeper-Bradley, 1992; NTP,
1987, 1990; Price et al., 2005; York et al., 1988). Unabhängig vom Aufnahmeweg
führte DEA in systemisch-toxisch wirksamen Konzentrationen bei wiederholter Gabe
zu Schädigungen der Hoden und Nebenhoden an der Ratte und somit zu einer
Beeinträchtigung der Fertilität (DFG, 2007a). In einer weiteren Studie führte die orale
Verabreichung von DEA an schwangere Ratten in Dosen ab 125 mg/kg zu einer
dreifach erhöhten frühen postnatalen Sterblichkeit der Nachkommen im Vergleich zur
Kontrollgruppe. Bei dieser Dosis war die Futteraufnahme der Muttertiere nicht
beeinflusst. Ein Einfluss von Mangelernährung kann somit weitgehend
ausgeschlossen werden (Price et al., 2005). Auch bei Mäusen konnten
reproduktionstoxische Effekte durch DEA (Schlundsonde, 450 mg/kg KG) gezeigt
werden (Knaak et al., 1997), nicht jedoch bei Kaninchen und DEA-Dosen bis
350 mg/kg KG (dermal) (Marty et al., 1999).
Theoretische Grundlagen 23
Für TEA sind hinsichtlich einer reproduktionstoxischen Wirkung nur unzureichende
Informationen verfügbar. In einigen wenigen Studien an Ratten oder Mäusen zeigte
TEA jedoch keine solche Eigenschaften in Dosen bis zu 500 bzw. 2.000 mg/kg KG
(dermal) (Knaak et al., 1997).
Tab. 7. Reproduktionstoxische Effekte der Aminoalkohole im Tierversuch.
Substanz
Reproduktionstoxizität
Literatur Spezies, Art der Applikation,
Zeitfenster: effect level
Effekte
MEA Ratte, oral, GT 6 – 15:
LOAEL 500 mg/kg KG/d
Missbildungen und erhöhte
Sterblichkeit der Embryos bei
maternaltoxischen Effekten*
(Knaak et al., 1997;
Mankes, 1986)
DEA Ratte, oral, GT 6 – 19:
LOAEL 125 mg/kg KG/d für
maternaltoxische und
entwicklungstoxische Effekte
Erhöhte postnatale
Sterblichkeit
(Knaak et al., 1997;
Price et al., 2005)
TEA keine Wirkung – (Knaak et al., 1997)
DGA Datenlage unzureichend ? (DFG, 1995b)
Morpholin Datenlage unzureichend ? (DFG, 2000)
AEPD Datenlage unzureichend ? (DFG, 1995a)
GT = Gestationstag.
* MEA führte nur in einer Studie zu reproduktionstoxischen Effekten bei Ratten, ähnlich angelegte
Studien zeigten keine adversen Effekte auf die Nachkommen.
2.1.5.6 Genotoxizität
MEA, DEA, TEA, DGA und Morpholin wurden hinsichtlich einer genotoxischen
Aktivität in verschiedensten in vitro- und in vivo-Tests untersucht. Dabei sind die
Befunde überwiegend negativ (siehe Tabelle 8). Lediglich DEA führte in einer Studie
in einem Zelltransformationstest mit SHE-Zellen (Syrian hamster embryo cells) zu
vermehrten morphologisch transformierten Kolonien, jedoch ohne
Konzentrationsabhängigkeit (DFG, 2007a). Zur Genotoxizität von AEPD liegen
keinerlei Informationen vor (DFG, 1995a).
24 Theoretische Grundlagen
2.1.5.7 Kanzerogenität
Tabelle 8 gibt einen kurzen Überblick über wichtige Studien zur Kanzerogenität
der AA.
MEA wurde in einer Studie an Mäusen als nicht kanzerogen, aber eindeutig
tumorpromovierend eingestuft (DFG, 2001).
DEA zeigte in einer Langzeitstudie des National Toxicology Program (NTP) über
zwei Jahre ab Konzentrationen von 40 mg/kg KG/d bei Mäusen karzinogenes
Potential (NTP, 1999b). Es erwies sich als eindeutig kanzerogen in der Leber. Das
Ergebnis der Studie „clear evidence for carcinogenic activity“ führte zur Einstufung in
die Kategorie 3B der krebserzeugenden Stoffe durch die Senatskommission zur
Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe der Deutschen Forschungs-
gemeinschaft (DFG, 2007a, 2008a). Dies bedeutet, dass aus in vitro- oder aus
Tierversuchen Anhaltspunkte für eine krebserzeugende Wirkung vorliegen, die
jedoch zur Einordnung in eine andere Kategorie nicht ausreichen. DEA kann als
sekundäres Amin mit nitrosierenden Verbindungen in vivo N-Nitroso-Diethanolamin
(NDELA) bilden (Preussmann et al., 1981), welches nachgewiesenermaßen
kanzerogen wirkt (Lijinsky et al., 1980; Preussmann et al., 1982). Eine mögliche
Bildung von NDELA bei DEA-Dosen, wie sie in der NTP-Studie appliziert wurden,
konnte jedoch durch eine weitere Studie ausgeschlossen werden (Stott et al.,
2000a). Infolgedessen wurde DEA hinsichtlich des Mechanismus der
Krebsentstehung untersucht, der auf einem durch DEA-Gabe verursachten
Cholinmangel zu beruhen scheint (Lehman-McKeeman und Gamsky, 1999, 2000;
Lehman-McKeeman et al., 2002; Mellert et al., 2004; Newberne, 2002; Stott et al.,
2000a).
TEA verursachte in einer Langzeitstudie des National Toxicology Program (NTP)
über zwei Jahre ab Konzentrationen von 100 mg/kg KG/d bei Mäusen Leberzellen-
Adenomen. Die Ergebnisse der Studie wurden als „some evidence for carcinogenic
activity“ bei den weiblichen und „equivocal evidence for carcinogenic activity“ bei den
männlichen Versuchstieren gewertet (NTP, 1999a, 2004). Stott et al. (2004) erklärten
Theoretische Grundlagen 25
diesen Befund mit einem Cholinmangel-Mechanismus, der auf eine Hemmung der
Cholin-Aufnahme durch TEA zurückzuführen ist.
Morpholin führte in einer Langzeitstudie an Ratten zu Leberkrebs bei oral applizierten
Dosen von 1.000 mg/kg KG/d (IPCS, 1995). Dieser Befund wird jedoch auf die
Bildung von krebserzeugendem N-Nitrosomorpholin zurückgeführt. Dieses kann aus
Morpholin in Anwesenheit von Stickoxiden oder anderen nitrosierenden
Verbindungen in vivo entstehen.
DGA und AEPD wurden hinsichtlich möglicher kanzerogener Effekte bisher nicht
untersucht.
Tab. 8. Kanzerogene Effekte der Aminoalkohole im Tierversuch und genotoxische Eigenschaften in
vitro.
Substanz Kanzerogenität Genotoxizität in vitro Literatur
Spezies, Art der
Applikation, Zeitraum,
effect level
Effekte
MEA keine Wirkung - keine Wirkung (Knaak et al.,
1997; Mankes,
1986)
DEA Maus, dermal, 2 Jahre,
LOAEL 40 mg/kg KG/d
Leberkrebs positiver
Zelltransformationstest
mit SHE-Zellen,
Salmonella-
Mutagenitätstests negativ
(DFG, 2007a;
Knaak et al.,
1997; NTP,
1999b)
TEA Maus, dermal, 2 Jahre,
LOAEL 100 mg/kg
KG/d
Leber-
adenomen
keine Wirkung (Knaak et al.,
1997; NTP,
1999a)
DGA Datenlage
unzureichend
? keine Wirkung, jedoch
nur 3 Tests
(DFG, 1995b)
Morpholin Ratte, oral, long term
study, 1000 mg/kg
KG/d
Leberkrebs* keine Wirkung mit
neutralisiertem Morpholin
(IPCS, 1995)
AEPD Datenlage
unzureichend
? Datenlage unzureichend (DFG, 1995a)
* Die Krebsentstehung wird auf entstandenes N-Nitroso-Morpholin zurückgeführt.
26 Theoretische Grundlagen
2.1.6 Einstufung durch die MAK-Kommission
Die Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe (MAK-
Kommission) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) prüft und bewertet
Arbeitsstoffe unter anderem im Hinblick auf ihre krebserzeugende,
keimzellverändernde, fruchtschädigende und sensibilisierende Wirkung. Sie stellt
Grenzwerte für gesundheitsgefährdende Arbeitsstoffe auf und erarbeitet analytische
Methoden zu deren Kontrolle (DFG, 2008c).
Die Einstufung der AA durch die MAK-Kommission ist in Tabelle 1
zusammengefasst.
Es konnten bislang lediglich für MEA, DEA und Morpholin MAK-Werte (Maximale
Arbeitsplatzkonzentration) abgeleitet werden. DEA wurde von der Senatskommission
in die Kategorie 3B der Arbeitsstoffe eingestuft, für die Anhaltspunkte für ein
krebserzeugendes Potential vorliegen. MEA und DEA wurden als
hautsensibilisierend (Sh) eingestuft und DEA außerdem als hautresorptiv (H). Für
DGA und AEPD war die Ableitung eines MAK-Wertes bislang nicht möglich, „weil
weder aus Erfahrung am Menschen noch aus Tierversuchen hinreichende
Informationen vorliegen“. TEA wurde bisher nur hinsichtlich einer möglichen
sensibilisierenden Wirkung untersucht (DFG, 1995a, 1995b, 2000, 2001, 2007a,
2007b, 2008a).
2.2 Expositionskontrolle und Gesundheitsschutz
Die Umwelt- und Arbeitsmedizin haben das gemeinsame Ziel, den Menschen vor
Gefahren aus dem Umwelt- bzw. Arbeitsumfeld zu schützen. Solche Gefahren
können von einer Belastung durch gesundheitsschädliche Chemikalien ausgehen.
Um eine solche Belastung quantifizieren und gegebenenfalls senken zu können,
bedienen sich die Umwelt- und Arbeitsmedizin vor allem zweier Werkzeuge:
Das sogenannte Ambient Monitoring erlaubt eine Messung der äußeren Belastung
im Umfeld einer Person, sei es am Arbeitsplatz oder im häuslichen Bereich.
Das sogenannte Biological Monitoring lässt eine Erfassung der inneren Belastung
bzw. Beanspruchung einer Person zu. Die unterschiedlichen prädiktiven
Bedeutungen der Mess- und Kontrollstrategien in der Umwelt- und Arbeitsmedizin
hinsichtlich möglicher gesundheitlicher Beeinträchtigungen zeigt folgende Abbildung:
Theoretische Grundlagen 27
Abb. 3. Mess- und Kontrollstrategien in der Umwelt- und Arbeitsmedizin (Angerer, 2002).
2.2.1 Ambient Monitoring
Ambient Monitoring bedeutet eine Überwachung der Schadstoffkonzentration im
Umfeld (Luft, Boden, Wasser etc.) von Personen. Im umweltmedizinischen Bereich
werden hierfür eine Vielzahl von Materialien wie Hausstaub aus Staubsaugerbeuteln,
Holz, Baumaterialien etc. hinsichtlich ihres Schadstoffgehaltes untersucht. Das vor
allem im Arbeitsumfeld praktizierte Air Monitoring (Luftmessung) erlaubt die
Quantifizierung der äußeren Belastung gegenüber Schadstoffen, die inhalativ
aufgenommen werden. Air Monitoring kann personengebunden (personal air
monitoring) oder ortsgebunden (stationary air monitoring) erfolgen, beispielsweise
am Arbeitsplatz.
Die Bewertung der Analysenergebnisse im arbeitsmedizinischen Bereich erfolgt auf
Basis der Arbeitsplatzgrenzwerte (AGW), die im Rahmen der TRGS 900 vom
Ausschuss für Gefahrstoffe (AGS) aufgestellt und vom Bundesministerium für Arbeit
und Soziales bekanntgegeben werden. Die Grundlage für die Aufstellung von AGW
bilden unter anderem die MAK-Werte (Maximale Arbeitsplatzkonzentration), die von
der Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe (MAK-
Kommission) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) abgeleitet werden.
28 Theoretische Grundlagen
Der MAK-Wert ist definiert als die „höchstzulässige Konzentration eines
Arbeitsstoffes als Gas, Dampf oder Schwebstoff in der Luft am Arbeitsplatz, die nach
dem gegenwärtigen Stand der Kenntnis auch bei wiederholter und langfristiger, in
der Regel täglich 8-stündiger Exposition, jedoch bei Einhaltung einer
durchschnittlichen Wochenarbeitszeit von 40 Stunden im Allgemeinen die
Gesundheit der Beschäftigten nicht beeinträchtigt und diese nicht unangemessen
belästigt (z.B. durch ekelerregenden Geruch).“ Der MAK-Wert wird hierbei als
Durchschnittswert für einen Arbeitstag bzw. eine Arbeitsschicht angegeben (DFG,
2008a). Die Konzentrationen der Arbeitsstoffe in der Luft am Arbeitsplatz weisen
jedoch häufig erhebliche Schwankungen auf. Die MAK-Kommission hat daher zur
Begrenzung von Expositionsspitzen stoffspezifische Überschreitungsfaktoren
festgelegt. Dieser in der MAK-Liste als „Spitzenbegrenzung“ bezeichnete Ziffernwert
entspricht dem Verhältnis von kurzzeitig erlaubter Konzentrationsspitze zum MAK-
Wert.
2.2.2 Ambient Monitoring von Aminoalkoholen
Ein Nachteil des Ambient Monitoring für die Überwachung von AA-Konzentrationen
am Arbeitsplatz ist vor allem darin zu sehen, dass eine dermale Exposition, wie sie
sehr wahrscheinlich bei metallverarbeitenden Tätigkeiten auftritt, unberücksichtigt
bleibt. Rückschlüsse auf die Gesamtaufnahme von AA durch Arbeitnehmer sind
daher nicht möglich, bzw. würden zu einer massiven Unterschätzung führen. Somit
ist für den einzelnen Beschäftigten auch keine Aussage über ein mögliches
Gesundheitsrisiko möglich. Trotzdem stellt das Ambient Monitoring ein wichtiges
Hilfsmittel dar, um an Arbeitsplätzen eine Belastung durch primär inhalativ
aufgenommene Stoffe zu erfassen.
Es wurden mehrere Möglichkeiten für eine Luftüberwachung der AA-Konzentrationen
am Arbeitsplatz in der Literatur beschrieben. So konnten AA mittels Impinger mit
angesäuertem Wasser (NIOSH, 1994; Serbin und Birkholz, 1995), auf Silikagel-
Sorbentien (Giachetti, 1998; Serbin und Birkholz, 1995) oder auf beschichteten
XAD-2 Chemosorbentien (OSHA, 1987, 1988) gesammelt werden. Die Detektion
erfolgte mittels LC-FD nach Derivatisierung mit Fluorenylmethylchloroformiat (Serbin
und Birkholz, 1995) oder mittels UV-Detektion nach in situ-Derivatisierung mit
Theoretische Grundlagen 29
Naphthylisothiocyanat auf XAD-2-Adsorbentien (OSHA, 1987, 1988). Eine weitere
Methode bestand darin, die primären und sekundären AA als Dansylderivate nach
Probenahme mittels verdünnter Schwefelsäure nachzuweisen (Henriks-Eckerman
und Laijoki, 1985). Tertiäre AA wie das TEA konnten nach Silylierung
gaschromatographisch-massenspektrometrisch erfasst werden (Giachetti, 1998).
Alle im Rahmen dieser Arbeit untersuchten AA wurden bereits von der MAK-
Kommission behandelt (siehe Tabelle 1). Es konnten dabei MAK-Werte für MEA,
DEA und Morpholin abgleitet werden, Eingruppierungen und Wertfestsetzungen für
DGA und AEPD konnten aufgrund mangelnder Daten nicht getroffen werden. TEA
wurde von der MAK-Kommission bisher nur hinsichtlich der sensibilisierenden
Wirkung untersucht.
2.2.3 Biological Monitoring
Neben dem Ambient Monitoring (AM) verfügt die Arbeits- und Umweltmedizin über
das Werkzeug des Biological Monitoring (BM), welches im Vergleich eine Reihe von
Vorteilen aufweist:
Im Gegensatz zum AM, bei dem die Belastungssituation lediglich auf Kollektivbasis
beschrieben werden kann, eröffnet das BM die Möglichkeit, die tatsächliche innere
Schadstoffbelastung einer Person unabhängig von der Art der Aufnahme (inhalativ,
dermal oder oral) festzustellen und daraus die resultierende gesundheitliche
Beanspruchung abzuschätzen. Außerdem werden durch das BM eine Reihe von
Einflussgrößen auf die innere Belastung berücksichtigt, so z.B. die physische
Belastung, einhergehend mit Veränderung des Atemvolumens, persönliche Sorgfalt
und Hygiene, Alter, Geschlecht, Enzympolymorphismen und die interindividuelle
Suszeptibilität gegenüber Schadstoffen. Das BM stellt somit eine ausgezeichnete
Maßnahme der Individualprävention dar. Innerhalb des BM unterscheidet man
zwischen dem Dosismonitoring, dem biochemischen Effektmonitoring und dem
biologischen Effektmonitoring (siehe auch Abbildung 3).
Das Dosismonitoring beschreibt die Bestimmung von Schadstoffen bzw. deren
Metabolite in Körperflüssigkeiten. Heutzutage ist man in der Lage mit Hilfe des
Dosismonitorings Schadstoffbelastungen bis in den umweltmedizinisch relevanten
30 Theoretische Grundlagen
Bereich zu messen. So können beispielsweise praktisch alle relevanten Metalle in
den entsprechenden Körperflüssigkeiten nachgewiesen werden.
Mit Hilfe des Biochemischen Effektmonitorings können Reaktionsprodukte
reaktiver Substanzen mit der Erbsubstanz und mit Proteinen im Körper quantifiziert
werden. Von besonderer Bedeutung sind hierbei Reaktionsprodukte mutagener
Substanzen mit der DNA. Als Surrogat für DNA-Addukte werden Hämoglobinaddukte
betrachtet. So können heutzutage beispielsweise im umweltmedizinischen Bereich
Hb-Addukte von Acrylamid und dessen oxidativen Metaboliten Glycidamid
quantifiziert werden.
Beim Biologischen Effektmonitoring werden Reaktionen des Körpers auf die
Schadstoffbelastung gemessen, beispielsweise durch den Schadstoffeinfluss
entstandene Veränderung von Enzymaktivitäten oder von genetischen Parametern.
Zur Beurteilung der Bedenklichkeit oder Unbedenklichkeit vom Organismus
aufgenommener Arbeitsstoffmengen können die so genannten BAT-Werte
(Biologische Arbeitsstoff-Toleranz-Werte) herangezogen werden. BAT-Werte werden
von der Arbeitsgruppe Aufstellung von Grenzwerten in biologischem Material der
Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe der Deutschen
Forschungsgemeinschaft abgeleitet. Diese dienen im Rahmen spezieller ärztlicher
Vorsorgeuntersuchungen dem Schutz der Gesundheit am Arbeitsplatz. Der BAT-
Wert beschreibt „die arbeitsmedizinisch-toxikologisch abgeleitete Konzentration
eines Arbeitsstoffes, seiner Metaboliten oder eines Beanspruchungsindikators im
entsprechenden biologischen Material, bei dem im Allgemeinen die Gesundheit eines
Beschäftigten, auch bei wiederholter und langfristiger Exposition, nicht beeinträchtigt
wird“. Die Ableitung des BAT-Wertes orientiert sich an den mittleren inneren
Expositionen. Der BAT-Wert ist überschritten, wenn bei mehreren Untersuchungen
einer Person die mittlere Konzentration des Parameters oberhalb des BAT-Wertes
liegt. Eine Überschreitung hat nicht notwendigerweise eine gesundheitliche
Beeinträchtigung zur Folge, muss aber eine arbeitsmedizinisch-toxikologische
Bewertung zur Folge haben.
Für krebserzeugende Arbeitsstoffe, die durch die MAK-Kommission in die Kategorien
1 und 2 eingestuft wurden, kann kein MAK- und BAT-Wert abgeleitet werden, ebenso
nicht für Stoffe der Kategorie 3, sofern ein genotoxischer Wirkmechanismus
zugrunde liegt, da es für deren krebserzeugende Wirkung keinen „Schwellenwert“
Theoretische Grundlagen 31
gibt. Für solche Stoffe werden von der MAK-Kommission zwischen der
Stoffkonzentration in der Luft am Arbeitsplatz und der Stoff- bzw.
Metabolitenkonzentration im biologischen Material Beziehungen aufgestellt, die so
genannten Expositionsäquivalente für krebserzeugende Arbeitsstoffe (EKA). Aus
ihnen kann entnommen werden, welche innere Belastung sich bei ausschließlich
inhalativer Aufnahme ergeben würde.
Eine weitere Möglichkeit zur Beurteilung einer inneren Belastung / Beanspruchung
durch Arbeitsstoffe, für die kein MAK- und BAT-Wert aufgestellt werden kann, z.B. für
krebserzeugende oder -verdächtige Stoffe der Kategorien 1 bis 3, bietet der
Biologische Leitwert (BLW). Dieser ist definiert als „die Quantität eines Arbeitsstoffes
bzw. Arbeitsstoffmetaboliten oder die dadurch ausgelöste Abweichung eines
biologischen Indikators von seiner Norm beim Menschen, die als Anhalt für die zu
treffenden Schutzmaßnahmen heranzuziehen ist“. Auch bei Einhaltung des BLW ist
jedoch eine Beeinträchtigung der Gesundheit nicht auszuschließen.
Für die Beurteilung einer inneren Belastung im umweltmedizinischen Bereich ist der
Referenzwert geeignet. Dieser wird aus einer Reihe von Messwerten einer
Stichprobe aus einer definierten Bevölkerungsgruppe nach einem vorgegebenen
statistischen Verfahren abgeleitet. Er ist in der Regel innerhalb des
95 %-Konfidenzintervalls das gerundete 95ste Perzentil der Messwerte einer
Stoffkonzentration in dem entsprechenden Körpermedium einer Referenzpopulation.
Der Referenzwert ist eine rein statistische Größe und beschreibt lediglich die
unvermeidliche umweltbedingte Hintergrundbelastung durch eine Substanz.
Aussagen über eine mögliche Beeinträchtigung der Gesundheit lassen
Referenzwerte nicht zu, da es sich nicht um toxikologisch begründete
Schwellenwerte handelt. Referenzwerte können auch für den arbeitsmedizinischen
Bereich als Vergleichsgrundlage dienen, da sie Aussagen darüber zulassen, ob ein
potentiell arbeitsbedingt belastetes Kollektiv über das normale (umweltbedingte) Maß
hinaus belastet ist.
2.2.4 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
Bisher gab es keine Möglichkeit AA oder deren Metabolite mit ausreichender
Empfindlichkeit in menschlichen Körperflüssigkeiten nachzuweisen. Derzeit kann
32 Theoretische Grundlagen
also auch keine Aussage über eine mögliche innere Belastung von Personengruppen
getroffen werden. Zunächst muss man sich im Rahmen des Biological Monitoring
von AA auf ein Dosismonitoring beschränken, da AA mit hoher Wahrscheinlichkeit
nicht mutagen wirken und nicht an die DNA oder an andere Proteine binden, was die
Voraussetzung für ein Biochemisches Effektmonitoring darstellen würde. Biologische
Effekte im Menschen sind derzeit keine bekannt, so dass auch kein gezieltes
biologisches Effektmonitoring betrieben werden kann.
Für ein Dosismonitoring von AA stellt sich die Frage, ob unveränderte AA oder deren
Stoffwechselprodukte gemessen und ob diese in Blut oder Urin nachgewiesen
werden können.
2.2.4.1 Untersuchungsmaterial und -parameter
Die vorhandene Literatur gibt nur lückenhaft Aufschluss über Aufnahme, Verteilung,
Metabolismus und Elimination der AA (siehe Abschnitt 2.1.4). Die vorhandenen
Erkenntnisse beruhen ausschließlich auf Tierversuchen. Es ist bekannt, dass alle im
Rahmen dieser Arbeit behandelten AA in toxikologisch relevanten Mengen absorbiert
werden können und das unabhängig von der Art der Applikation des jeweiligen
Stoffes. Lediglich die Ethanolamine MEA, DEA und TEA wurden hinsichtlich der
Verteilung und des Metabolismus einschließlich der Eliminationskinetik überhaupt
untersucht. Von diesen Stoffen und von Morpholin ist bekannt in welchem Maße sie
im Versuchstier via Urin wieder ausgeschieden werden. Die Ausscheidung in
unveränderter, also unmetabolisierter Form variiert von 0,5 % der applizierten Dosis
beim MEA bis zu nahezu 100 % im Falle des Morpholin. Aufgrund der
Strukturähnlichkeiten bzw. des hydrophilen, wasserlöslichen Charakters der Stoffe
DGA und AEPD muss zunächst davon ausgegangen werden, dass diese ebenfalls
zumindest teilweise unverändert ausgeschieden werden. Somit bot sich eine
Untersuchung der unveränderten AA an, da in diesen Fällen nicht bekannt ist, ob und
zu welchen Stoffwechselprodukten sie metabolisiert werden.
Aufgrund der hohen Wasserlöslichkeit der AA ist nach schneller Verteilung mit einer
raschen Ausscheidung und somit auch raschen Konzentrationsabnahme der AA im
Blut zu rechnen. Dies konnte für DEA und TEA auch bereits im Tierversuch gezeigt
Theoretische Grundlagen 33
werden (Mendrala et al., 2001; Stott et al., 2000b). Im Falle des DEA betrug die
Halbwertszeit der initialen Phase im Blut nach intravenöser Applikation
dosisabhängig zwischen 6 und 35 Minuten (Mendrala et al., 2001), für TEA betrug
diese etwa 20 Minuten (Stott et al., 2000b). Somit war aufgrund der zu erwartenden
kurzen Halbwertszeiten der AA im Blut, der non-invasiven Probenahme und der
besseren Verfügbarkeit des Probenmaterials in dieser Arbeit Urin als
Untersuchungsmaterial der Vorzug gegenüber Blut zu geben.
Bisher wurden keine Methoden für die Bestimmung von AA in Human-Urin publiziert.
Die Entwicklung einer analytischen Methode für das Dosismonitoring von AA muss
also auf Basis der derzeit verfügbaren Literatur zur Thematik des Nachweises von
kleinen polaren Molekülen mit Hydroxy- und/oder Aminogruppen in komplexen
Matrizes erfolgen.
2.2.4.2 Status quo der Analytik von Aminoalkoholen
Folgende zwei Punkte waren für die Erarbeitung einer analytischen Methode zur
Bestimmung von AA in Urin von entscheidender Bedeutung:
• AA sind polar und sehr gut wasserlöslich.
• Die wässrige Urinmatrix ist sehr komplex und enthält viele Bestandteile, die
sich störend auf die Analytik der AA auswirken können.
Daher war eine Probenvorbereitung anzustreben, die es ermöglicht, die AA selektiv
von der Urinmatrix abzutrennen, um eine spezifische und störungsfreie Analyse zu
ermöglichen. Eine weitere Trennung der Analyte von Störsubstanzen und
untereinander sollte chromatographisch erfolgen, um eine zuverlässige Detektion zu
erlauben. Diese sollte mittels Massenspektrometrie erfolgen. Nur auf diesem Weg
erschien ein spezifischer und ausreichend empfindlicher Nachweis möglich, da sehr
viele strukturähnliche Komponenten im Urin vorliegen, die sich im Zuge der
Probenvorbereitung und der chromatographischen Trennung kaum quantitativ von
den Analyten abtrennen lassen. Koeluierende Störsubstanzen würden
möglicherweise bei einer unspezifischeren Detektion falsch-positive Ergebnisse
erzeugen.
34 Theoretische Grundlagen
Es boten sich grundsätzlich zwei analytische Ansätze an: Zum einen der direkte
Nachweis nach flüssigkeitschromatographischer Trennung mittels MS-Detektion
(LC/MS), zum anderen der Weg über eine Derivatisierung der Analyte gefolgt von
einer gaschromatographischen Trennung und MS-Detektion (GC/MS).
Mittels LC/MS konnten bereits AA (MEA, DEA und TEA) in Pflanzenextrakten
nachgewiesen werden. Jedoch sind hierbei die Bestimmungsgrenzen unzureichend
(MEA: 200 µg/kg homogenisierter Pflanzenextrakt, DEA: 61 µg/kg, TEA: 5,2 µg/kg),
vor allem wenn man berücksichtigt, dass dieses Verfahren auf die noch sehr viel
komplexere Urinmatrix angewandt würde und sich die Bestimmungsgrenzen
wahrscheinlich noch weiter verschlechtern würden. Trotz des
massenspektrometrischen Nachweises erscheint eine Detektion der
(underivatisierten) AA vor dem Hintergrund der niedrigen Molekulargewichte und
dem Fehlen spezifischer Zerfallsprodukte problematisch, da in der Urinmatrix sehr
viele Substanzen in diesem Molekulargewichtsbereich vorhanden sind, die mit den
Analyten koeluieren und den Nachweis dieser empfindlich stören könnten, sei es
durch Störpeaks oder durch eine Verminderung der Ionenausbeute aufgrund von
Konkurrenzreaktionen in der Ionenquelle („Quenching“ oder „Ionensuppression“).
Voraussetzung für die Anwendung der massenspektrometrischen Detektion ist
daher eine ausreichende Abtrennung von Matrixbestandteilen. Aber allein durch eine
flüssigkeitschromatographische Trennung kann dieses Ziel nur schwer erreicht
werden, eben aufgrund der Vielzahl niedermolekularer Substanzen in der Urinmatrix.
Eine weitere Möglichkeit stellt die gaschromatographische Trennung dar.
Voraussetzung hierfür ist aber eine Derivatisierung der AA, um deren Flüchtigkeit zu
erhöhen. In einigen Studien konnten bereits AA derivatisiert und
gaschromatographisch / massenspektrometrisch nachgewiesen werden.
In diesem Zusammenhang berichtet eine Forschergruppe von der Derivatisierung
von hydrophilen Substanzen, u. a. von MEA direkt im wässrigen Milieu. Zu diesem
Zweck wurden als Derivatisierungsreagenzien n-Hexylchloroformiat oder
Octafluoropentylchloroformiat in Anwesenheit eines Katalysators eingesetzt. Die
entstandenen Derivate wurden mittels GC-MS detektiert (Angelino et al., 1998;
Maurino et al., 1999; Vincenti et al., 2005).
Theoretische Grundlagen 35
Ein weiterer Ansatz beruht auf dem Prinzip einer Schotten-Baumann-Reaktion, d.h.
einer Acylierung von Aminen oder Alkoholen mit Carbonsäurechloriden in wässriger,
alkalischer Lösung an der Phasengrenze von Wasser zu einem unpolaren
Lösungsmittel.
Auf diesem Weg haben zwei Forschergruppen bereits DEA in Urin und Blut von
Versuchstieren nachweisen können (Mendrala et al., 2001; Stott et al., 2000a). Als
Acylierungsmittel kam in beiden Fällen Pentafluorbenzoylchlorid zum Einsatz. Die
Nachweisgrenze wird von Mendrala et al. (2001) mit 0,082 µg DEA/g Urin (entspricht
ca. 82 µg DEA/L) angegeben. Da dieses Derivatisierungsreagenz sowohl mit Amino-
als auch Hydroxygruppen reagiert, ist es prinzipiell für das komplette
Parameterspektrum geeignet.
Ausgangspunkt für die Entwicklung einer Methode zur Bestimmung von AA in
Humanurin war das Verfahren der Schotten-Baumann-Reaktion gefolgt von einer
gaschromatographischen Trennung der acylierten Analyte und
massenspektrometrischer Detektion: Es wurde bereits erfolgreich zur Quantifizierung
von DEA in biologischem Material eingesetzt und ist prinzipiell auch für andere AA
geeignet.
2.3 Synthese und Charakterisierung der internen Standards
Bei der Anwendung von GC/MS-Techniken im Ultraspurenbereich ist der Einsatz
isotopenmarkierter Referenzsubstanzen als interne Standards (ISTD) Stand der
Technik. Dies ermöglicht eine deutliche Steigerung der Zuverlässigkeit der
analytischen Methode. Im Rahmen dieser Arbeit soll deshalb mit deuterierten
Standardsubstanzen als ISTD gearbeitet werden. Diese weisen den Vorteil auf, dass
sie dieselben chemischen Eigenschaften wie die zu bestimmenden Analyte besitzen,
so dass mit ihrer Hilfe Matrixeffekte und aufbereitungsbedingte Verluste
ausgeglichen werden können.
Die deuterierten Analoga von MEA, DEA und Morpholin sind kommerziell erhältlich
(siehe Abschnitt 3.2.2). Zumindest für TEA und DGA, zwei der am häufigsten in KSM
eingesetzten Stoffe, mussten aber die entsprechenden deuterierten Substanzen
hergestellt werden.
36 Theoretische Grundlagen
Die Synthese von 1,1,2,2-d4-Triethanolaminhydrochlorid (d4-TEA) wurde als
Syntheseauftrag an die Firma KADEM CUSTOM CHEM vergeben. Eine
massenspektrometrische Analyse der Substanz ergab eine Isotopenreinheit von
> 99 % und dass keine messbaren Mengen an unmarkiertem TEA enthalten sind.
2-(2-Aminoethoxy)-d4-ethanol wurde mittels Williamson Ether-Synthese aus
Bromethylamin und d4-Ethylenglykol synthetisiert (Becker et al., 2004). Ein Schema
der einzelnen Reaktionsschritte zeigt Abbildung 4. Für die Synthese wurden 100 mg
Natrium (99 %, Sigma-Aldrich) unter Rühren und Eiskühlung komplett in 1 mL
d4-Ethylenglykol (> 99 %, Ehrenstorfer) gelöst. Anschließend wurden 730 mg
2-Bromethylaminhydrobromid (99 %, Sigma-Aldrich) und eine Spatelspitze
Kaliumjodid (p.A., VWR) hinzugefügt und die Mischung unter Rühren und
Rückflusskühlung fünf Stunden mittels Ölbad auf 200 °C erhitzt. Nach dem Abkühlen
wurde die Lösung mit Wasser verdünnt und ohne weitere Aufreinigung als d4-DGA-
Lösung eingesetzt. Die Konzentration der Lösung wurde abgeschätzt, indem sie
parallel zu einer DGA-Vergleichstandardlösung bekannter Konzentration in Wasser
aufbereitet und entsprechend der Methode in Abschnitt 3 analysiert wurde. Durch
einen Vergleich der erhaltenen Peakflächen konnte die Konzentration der d4-DGA-
Lösung durch weitere Verdünnung mit Wasser so eingestellt werden, dass sie als
ISTD-Lösung verwendet werden konnte. Eine massenspektrometrische Analyse der
Substanz ergab, dass keine messbaren Mengen an unmarkiertem DGA und auch
nicht der anderen relevanten AA enthalten sind. Die Isotopenreinheit war > 99 %.
Theoretische Grundlagen 37
Abb. 4. Syntheseweg zur Herstellung von d4-DGA.
38 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
3. Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
3.1 Grundlage des Verfahrens
Die Aminoalkohole MEA, DEA, TEA, DGA, Morpholin und AEPD werden mittels
Festphasenextraktion von Matrixbestandteilen abgetrennt und im Wässrigen mit
Pentafluorbenzoylchlorid derivatisiert (Schotten-Baumann Reaktion). Die Derivate
werden anschließend mittels Toluol flüssig/flüssig-extrahiert. Die Messung erfolgt
nach kapillargaschromatographischer Trennung mit einem massenselektiven
Detektor und Elektronenstoßionisation (EI).
Die quantitative Auswertung erfolgt an Kalibriergeraden mittels
Vergleichsstandardlösungen, die in gepooltem Urin hergestellt werden. Diese
Standardlösungen werden in gleicher Weise behandelt wie die zu untersuchenden
Urinproben. Als interne Standards wird den Urinproben d4-MEA, d8-DEA, d4-TEA,
d8-Morpholin und d4-DGA zugesetzt. Die Nachweisgrenze der Methode liegt für die
einzelnen AA zwischen 1,5 und 30 µg/L.
3.2 Geräte, Chemikalien und Lösungen
3.2.1 Geräte
Gaschromatograph HP 5890 S II mit Split/Splitless-Injektor
Automatischer Probengeber HP 7673
Massenselektiver Detektor HP 5989 A
Datenverarbeitungssystem HP ChemStation
Kapillargaschromatographische Säule Agilent DB 35-MS
Länge: 60 m; innerer Durchmesser: 0,25 mm; stationäre Phase: (35 % Phenyl)-
methylpolysiloxan; Filmdicke: 0,25 µm
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 39
10-µL-Spritze für die Gaschromatographie (Hamilton)
250-mL-Polyethylengefäß (Sarstedt Nr. 77.577)
Festphasenextraktionssäulen mit Polystyrol-Divinylbenzolcopolymer (IST Isolute®
101, 1 mL, 25 mg, Nr. 101-0002-A)
Vakuumstation zur Festphasenextraktion (Supelco)
Labor-Zentrifuge
Vakuumpumpe
Vortex-Mixer
Vorrichtung zum Eindampfen unter Stickstoffstrom (Pierce)
15-mL-Enghals-Zentrifugengläser mit Schraubverschluss und PTFE-kaschiertem
Innenseptum
13-mL-Polypropylenröhrchen (Sarstedt Nr. 55.518)
Pasteur-Pipetten
100- und 200-mL-Messkolben
1,8-mL-Autosamplergläschen mit 250-µL-Mikrovialeinsätzen und Schraubverschluss
Mikroliterpipetten variabel einstellbar zwischen 10 und 100, sowie 100 und 1000 µL
(Eppendorf Research)
Manueller Handdispenser mit Pipettenspitzen 0,5 mL, 5 mL und 10 mL (Eppendorf
Multipette)
40 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
2-mL-Reaktionsgefäße aus Polypropylen (Sarstedt Nr. 72.695)
3.2.2 Chemikalien
2-Aminoethanol p.A. (MEA) (VWR Nr. 1.00845.1000)
Diethanolamin 99 % (DEA) (VWR Nr. ALFAA13389.30)
Triethanolamin p.A. (TEA) (VWR Nr. 1.08379.0250)
Morpholin 99 % (VWR Nr. ALFAA10355.36)
2-Amino-2-ethyl-1,3-propandiol 97 % (AEPD) (VWR Nr. ALFAB24509.22)
2-(2-Aminoethoxy)ethanol ≥ 98 % (DGA) (Fluka Nr. 06659)
Ethanol-1,1,2,2-d4-amin (d4-MEA) (Dr. Ehrenstorfer Nr. D-2321/1)
Bis(2-hydroxyethyl)-d8-amin (d8-DEA) (Dr. Ehrenstorfer Nr. D-5308/0.5)
1,1,2,2-d4-Triethanolamin-hydrochlorid (d4-TEA) (Auftragssynthese, KADEM
CUSTOM CHEM, Göttingen, siehe Abschnitt 2.3)
Morpholin-2,2,3,3,5,5,6,6-d8 (d8-Morpholin) (Dr. Ehrenstorfer Nr. D-1895/0.5)
2-(2-Aminoethoxy)-d4-ethanol (d4-DGA) (Williamson Ether-Synthese aus
Bromethylamin und d4-Ethylenglykol, siehe Abschnitt 2.3)
Deionisiertes Wasser (z.B. über Millipore®-Technik)
Toluol SupraSolv® (VWR Nr. 1.08389.2500)
Kaliumhydroxid-Plättchen p.A. (VWR Nr. 1.05033.1000)
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 41
Pentafluorbenzoylchlorid ≥ 99 % (Fluka Nr. 76733)
Acetonitril für LC/MS ≥ 99,9 % (Fluka Nr. 34967)
Natriumsulfat, wasserfrei, p.A. (VWR Nr. 1.06649.1000)
3.2.3 Lösungen
2,5 N Kaliumhydroxidlösung:
14 g Kaliumhydroxid-Plättchen werden in einen 100-mL-Messkolben eingewogen.
Die Plättchen werden nachfolgend in etwa 50 mL deionisiertem Wasser gelöst. Der
Kolben wird anschließend bis zur Marke mit deionisiertem Wasser aufgefüllt.
Die Kaliumhydroxidlösung kann in einem verschlossenen Gefäß bei Raumtemperatur
gelagert werden und ist unter diesen Bedingungen mindestens drei Monate haltbar.
3.2.4 Vergleichsstandards
Ausgangslösungen:
Es wird ca. 1 g MEA in einen 100-mL-Messkolben genau eingewogen. Der Kolben
wird anschließend mit deionisiertem Wasser bis zur Eichmarke aufgefüllt. Die
Konzentration dieser Lösung beträgt 10 g/L.
Je ca. 100 mg der Substanzen DEA, TEA, Morpholin, AEPD und DGA werden in je
einen 100-mL-Messkolben genau eingewogen. Die Kolben werden anschließend mit
Wasser bis zur Eichmarke aufgefüllt. Die Konzentrationen dieser Lösungen betragen
1 g/L.
Diese Ausgangslösungen sind in Polypropylenröhrchen aliquotiert und bei -18 °C
aufbewahrt mindestens zwölf Monate haltbar.
Stammlösung der Vergleichsstandards:
4 mL (MEA) bzw. 400 µL (DEA, TEA, Morpholin, AEPD und DGA) der
Ausgangslösungen der Vergleichsstandards werden in einen 200-mL-Messkolben
pipettiert. Der Kolben wird anschließend mit Poolurin bis zur Marke aufgefüllt.
42 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
Die Konzentrationen dieser Lösung betragen 200 mg/L (MEA) bzw. 2 mg/L (DEA,
TEA, Morpholin, AEPD und DGA).
Diese Stammlösung ist in Polypropylenröhrchen aliquotiert und bei -18 °C
aufbewahrt mindestens sechs Monate haltbar.
Die zur Kalibrierung verwendeten Vergleichsstandardlösungen werden durch
Dotierung von Poolurin in je einem 100-mL-Messkolben hergestellt (hierzu siehe
Abschnitt 3.9.4). Das Pipettierschema ist Tabelle 9 zu entnehmen. Diese
Vergleichsstandardlösungen sind in Polypropylenröhrchen aliquotiert und bei -18 °C
aufbewahrt mindestens sechs Monate haltbar.
Tab. 9. Pipettierschema zur Herstellung der Vergleichsstandardlösungen in gepooltem Humanurin.
Nr. Volumen der
Stammlösung
Volumen des
Poolurins
Dotierte Konzentration
MEA
DEA, TEA, Morpholin,
AEPD und DGA
[mL] [mL] [mg/L] [µg/L]
LW - 100 - -
1 0,25 99,75 0,5 5
2 0,5 99,5 1 10
3 5 95 10 100
4 10 90 20 200
5 25 75 50 500
6 50 50 100 1.000
3.2.5 Interne Standards
Ausgangslösungen der ISTD:
Es werden jeweils 100 mg d4-MEA, d8-DEA, d4-TEA und d8-Morpholin in jeweils
einen 100-mL-Messkolben eingewogen. Die Kolben werden anschließend mit
deionisiertem Wasser bis zur Marke aufgefüllt (Konzentration jeweils 1 g/L).
Die selbst synthetisierte Lösung des d4-DGA wird durch Verdünnung mit
deionisiertem Wasser auf eine Konzentration von ca. 1 g/L eingestellt und dann als
Ausgangslösung verwendet (siehe Abschnitt 2.3).
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 43
Arbeitslösung des ISTD:
Die Ausgangslösungen der ISTD werden gemäß dem folgenden Pipettierschema in
einen 100-mL-Messkolben pipettiert (Tabelle 10). Der Kolben wird anschließend mit
deionisiertem Wasser bis zur Marke aufgefüllt.
Tab. 10. Pipettierschema zur Herstellung der Arbeitslösung des internen Standards (ISTD) in einem
100-mL-Messkolben; der Kolben wird anschließend ad 100 mL mit deionisiertem Wasser aufgefüllt.
Substanz Volumen der
Ausgangslösung
des ISTD
(c ~ 1 g/L)
Konzentration
in der
Arbeitslösung
des ISTD
resultierende
Konzentration
des ISTD im
Probenurin *
[mL] [mg/L] [mg/L]
d4-MEA 10 100 10
d8-DEA 0,2 2 0,2
d4-TEA 0,4 4 0,4
d8-Morpholin 0,2 2 0,2
d4-DGA 0,2 2 0,2
* Die Arbeitslösung des ISTD wird während der Probenaufbereitung 1:10 (v/v) verdünnt.
Die so hergestellten Ausgangs- und Arbeitslösungen des ISTD sind in
Polypropylenröhrchen aliquotiert und bei -18 °C aufbewahrt mindestens zwölf
Monate haltbar.
3.3 Probenahme und Probenvorbereitung
3.3.1 Probenahme und Lagerung
Die Urinabgabe erfolgt direkt in ein 250-mL-Polyethylengefäß. Es sollte während der
Probenahme darauf geachtet werden, dass der Urin nicht durch AA kontaminiert
wird, beispielsweise durch Handseife oder an den Händen anhaftende Reste von
KSM.
Der Urin kann vor der Analyse maximal einen Tag bei +4 bis +6 °C im Kühlschrank
aufbewahrt werden. Für eine längere Lagerung empfiehlt es sich den Urin
tiefgefroren bei -18 °C aufzubewahren.
44 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
3.3.2 Konditionierung der Festphasenextraktionssäulen
Die Kartuschen werden auf der Vakuumstation zur Festphasenextraktion positioniert.
Es sind keine Hähne notwendig, da die Kartuschen trocken laufen dürfen. Zur
Konditionierung des Säulenmaterials werden nacheinander 1 mL Acetonitril und
zweimal 1 mL deionisiertes Wasser in jede Kartusche gegeben und nach jedem
Schritt gewartet bis das Acetonitril bzw. das Wasser durchgesickert ist. Es kann auch
ein leichtes Vakuum angelegt werden, um diesen Vorgang zu beschleunigen. Nach
dem letzten Schritt kann ebenfalls kurz ein Vakuum angelegt werden, um die
Kartuschen vom restlichen Wasser zu befreien.
3.3.3 Probenaufbereitung
Es werden 1 mL Probenurin und 100 µL der Arbeitslösung des ISTD in ein
Reaktionsgefäß pipettiert. Das Reaktionsgefäß wird verschlossen und auf einem
Vortex-Mixer 20 Sekunden gut durchgemischt. In die Festphasenextraktionsstation
wird ein mit entsprechender Anzahl beschrifteter 15-mL-Enghals-Zentrifugengläser
bestücktes Rack gestellt. 1 mL der Probenlösung wird auf eine gemäß Abschnitt
3.3.2 konditionierte Festphasenextraktionskartusche aufgegeben. Zur Elution in die
Zentrifugengläser kann ein leichtes Vakuum angelegt werden, eine maximale
Tropfgeschwindigkeit von 1 Tropfen pro Sekunde sollte jedoch eingehalten werden.
Wenn die Probenlösung komplett abgelaufen ist, legt man kurz ein Vakuum an.
Anschließend wird die Kartusche zweimal mit 0,25 mL deionisiertem Wasser gespült,
auch hier sollte man nicht schneller als 1 Tropfen pro Sekunde eluieren. Danach legt
man wieder kurz ein Vakuum an, um die Reste des Wassers aus den Kartuschen zu
entfernen.
In den Zentrifugengläsern sollte sich jetzt jeweils etwa 1,5 mL von unpolaren
Matrixbestandteilen befreite Probenlösung befinden. Die die Analyte enthaltende
Probenlösung wird mit 0,75 mL 2,5 N Kaliumhydroxidlösung versetzt und das
Zentrifugenglas kurz von Hand geschwenkt.
Für die Derivatisierung der AA wird die Probenlösung mit Pentafluorbenzoylchlorid
(PFBCl) versetzt, welches in Wasser nicht löslich ist. Bei Zugabe bilden sich zwei
Phasen, an deren Grenze die Derivatisierung der AA stattfindet. Hierfür wird
nacheinander in jeweils höchstens zwei Zentrifugengläser 40 µL PFBCl pipettiert und
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 45
unmittelbar danach mit dem gleichzeitigen Schütteln der beiden offenen Gläsern auf
zwei Vortex-Mixern (höchste Stufe) begonnen. Die Dauer des Schüttelns sollte
60 Sekunden betragen. Die beiden Gläser werden danach zugeschraubt und in ein
Rack gestellt. Man verfährt auf diese Weise bis die Derivatisierung für alle Proben
einer Serie (z.B. n=20) abgeschlossen ist. Anschließend werden alle Gläser in einen
Laborschüttler eingespannt und 10 Minuten automatisch gemischt. Zur Extraktion der
entstandenen wasserunlöslichen Derivate wird nachfolgend zu jeder Probe jeweils
0,8 mL Toluol pipettiert, das Probenglas verschlossen und erneut 10 Minuten
automatisch gemischt. Zur Unterstützung der Phasentrennung wird die Probenlösung
15 Minuten bei 3.000 g zentrifugiert. Die obere organische Phase, die die
derivatisierten AA enthält, wird mittels Pasteur-Pipette in ein HPLC-Schraubglas
überführt. Hierbei muss darauf geachtet werden, dass nichts von der wässrigen
Phase mit überführt wird. Sollte dies dennoch geschehen, muss eine Spatelspitze
Natriumsulfat, wasserfrei, in das Vial gegeben werden und nach kurzem Mischen
mittels Vortex-Mixer, die organische Phase in ein neues Vial überführt werden. Die
Flüssig/flüssig-Extraktion der wässrigen Probenlösung wird mit erneut 0,8 mL Toluol
wie beschrieben wiederholt, anschließend zentrifugiert und die organische Phase mit
der des ersten Extraktionsvorgangs vereinigt. In jedem Vial sollten sich jetzt jeweils
etwa 1,6 mL der Toluolphase befinden. Diese wird anschließend im Stickstoffstrom
bis zur Trockne eingeengt. Der Rückstand wird mit 250 µL Toluol aufgenommen und
auf dem Vortex-Mixer in Lösung gebracht. Sollte sich der Rückstand nicht komplett
lösen, so muss vor dem nächsten Schritt 10 Minuten bei 3.000 g zentrifugiert
werden. 100 µL der Toluolphase werden in ein 250 µL-Microvialeinsatz pipettiert.
1 µL dieser Lösung wird zur Analyse in ein GC-MS-System injiziert.
46 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
Abb. 5. Kurzschema der Probenaufbereitung.
AA = Aminoalkohole; ISTD = Interner Standard; PFBCl = Pentafluorbenzoylchlorid;
PFB-AA-Derivate = Pentafluorbenzoylderivate der Aminoalkohole; Fl./fl. = Flüssig/flüssig;
KOH = Kaliumhydroxidlösung.
3.4 Gaschromatographisch-massenspektrometrische
Arbeitsbedingungen
Kapillarsäule: Material: Fused Silica
Stationäre Phase: DB 35-MS
Länge: 60 m
Innerer Durchmesser: 0,25 mm
Filmdicke: 0,25 µm
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 47
Detektor: Massenselektiver Detektor (MSD)
Temperaturen: Säule: 1 Minute bei 95 °C; dann
Anstieg mit 25 °C/Minute bis
120 °C, 1 Minute isotherm;
dann Anstieg mit
10 °C/Minute bis 250 °C;
dann Anstieg mit 3 °C/Minute
bis 310 °C, 15 Minuten bei
Endtemperatur.
Injektor: 260 °C
Transfer Line: 300 °C
Trägergas: Helium 5.0 mit konstantem Fluss von 1,0 mL/
Minute
Split: splitless, split on nach 1 Minute (split 1:50)
Probenmenge: 1 µL
Ionisationsart: Elektronenstoßionisation (EI)
Ionisationsenergie: 70 eV
Ionenquellentemperatur: 200 °C
Quadrupoltemperatur: 100 °C
Elektronenmultiplier: Autotune-optimiert (ca. 2.300 V)
Alle anderen Parameter sind nach Herstellerangaben zu optimieren.
48 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
3.5 Analytische Bestimmung
Die angegebenen Geräteparameter werden eingestellt und je 1 µL der
Analysenprobe wird in den Gaschromatographen injiziert.
Bei jeder Analysenserie werden eine Qualitätskontrollprobe (siehe Abschnitt 3.8)
sowie ein Reagenzienblindwert, bestehend aus 1 mL deionisiertem Wasser,
entsprechend Abschnitt 3.3.3 mitaufgearbeitet und mitanalysiert.
Es werden die zeitlichen Verläufe der in Tabelle 11 aufgeführten Massenspuren
registriert.
Tab. 11. Retentionszeiten und registrierte Massen.
Analyt Retentionszeit
[Minuten]
Dwell time
[ms]
Registrierte Massen
[m/z]
d8-Morpholin 13,10 50 289
Morpholin 13,15 50 281*
266
AEPD 17,86 50 264*
248
d4-MEA 19,03 50 434
MEA 19,12 50 431*
643
d4-DGA 23,75 50 243*
286
DGA 23,79 50 239*
282
d8-DEA 26,65 150 468
DEA 26,77 150 462*
427
d4-TEA 31,16 150 510
TEA 31,21 150 506*
519
Die mit *
gekennzeichneten Massen werden zur quantitativen Auswertung herangezogen. Eine
zweite Massenspur wird zur Kontrolle mitgemessen.
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 49
Folgende Abbildungen zeigen Chromatogramme aufbereiteter Vergleichsstandard-
lösungen in Urin:
Abb. 6. GC-EI-MS-SIM-Chromatogramme aufbereiteter Urinproben:
MEA: 12.375 µg/L (A), DEA: 90 µg/L (B), TEA: 105 µg/L (C).
50 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
Abb. 7. GC-EI-MS-SIM-Chromatogramme aufbereiteter Urinproben:
DGA: 96 µg/L (D), Morpholin: 211 µg/L (E), AEPD: 215 µg/L (F).
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 51
Folgende Abbildungen zeigen die Massenspektren und Fragmentierungen der
einzelnen Analyten im EI-Modus:
Abb. 8. Massenspektren von MEA (A), DEA (B) und TEA (C) im EI-Modus und postulierte Fragmente.
52 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
Abb. 9. Massenspektren von DGA (D), Morpholin (E) und AEPD (F) im EI-Modus und postulierte Fragmente.
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 53
3.6 Kalibrierung
Die nach Abschnitt 3.2.4 hergestellten Vergleichsstandardlösungen werden wie die
Proben nach Abschnitt 3.3.3 aufgearbeitet und entsprechend Abschnitt 3.4 und 3.5
gaschromatographisch-massenspektrometrisch analysiert.
Man erstellt die Kalibrierfunktionen, indem man die Quotienten der Peakflächen
jedes Analyten und des jeweiligen markierten ISTD gegen die eingesetzten
Konzentrationen aufträgt (AEPD kann auf d8-Morpholin bezogen werden). Steigung
und Achsenabschnitt der Kalibriergerade werden mittels linearer Regression
berechnet. Der zur Herstellung der Vergleichsstandardlösungen eingesetzte Poolurin
weist in der Regel Hintergrundbelastungen durch AA (vor allem MEA, DEA und TEA)
auf. Daher ist die resultierende Kalibriergerade parallel so zu verschieben, dass sie
durch den Koordinatenursprung verläuft. Die Konzentrationen der
Hintergrundbelastung können jeweils am Achsenabschnitt vor der
Parallelverschiebung abgelesen werden.
Es ist nicht notwendig bei jeder Analysenserie eine vollständige Kalibrierkurve
aufzunehmen. Es genügt bei jedem Analysengang eine mittlere
Vergleichsstandardlösung mitzumessen. Die Werte, die für diesen Standard ermittelt
wurden, setzt man dann zu demjenigen Wert ins Verhältnis, der aus der
vollständigen Kalibrierkurve für diesen Standard ermittelt wurde. Mit dem Quotienten
korrigiert man jedes Messergebnis, das durch Ablesung an der Kalibrierkurve
erhalten wurde (Einpunktkalibrierung). Neue Kalibriergeraden sollten erstellt werden,
wenn die Ergebnisse der Qualitätssicherung systematische Abweichungen erkennen
lassen.
Die Kalibrierfunktionen der AA sind jeweils im Konzentrationsbereich zwischen 5 und
1.000 µg/L Urin (für MEA zwischen 0,5 mg und 100 mg/L Urin) linear.
3.7 Berechnung des Analysenergebnisses
Die Berechnung der AA-Konzentration in den Urinproben erfolgt auf der Basis einer
Kalibriergeraden (vgl. Abschnitt 3.6). Mit den ermittelten Quotienten der Peakflächen
des Analyten und des internen Standards geht man in die entsprechende
54 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
Kalibriergerade ein und ermittelt die dazugehörige Konzentration des AA in µg pro
Liter Urin.
Eventuell ermittelte Reagenzienleerwerte sind von den Analysenergebnissen der
Realproben zu subtrahieren.
3.8 Standardisierung der Messergebnisse und
Qualitätssicherung
Zur Sicherung der Qualität der Analysenergebnisse wird gemäß den Richtlinien der
Bundesärztekammer (Bundesärztekammer, 2001, 2003) und den speziellen
Vorbemerkungen der Methodensammlung „Analytische Methoden zur Prüfung
gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe, Band 2: Analysen in biologischem Material“
(DFG, 2008b) verfahren. Zur Präzisionskontrolle werden pro Serie zwei
unterschiedliche Kontrollproben mituntersucht, die jeweils konstante Konzentrationen
der einzelnen AA aufweisen. Da käufliches Material nicht zur Verfügung steht, muss
das Kontrollmaterial selbst hergestellt werden. Dazu versetzt man gepoolten
Humanurin mit einer definierten Menge der einzelnen AA. Die Konzentrationen an
AA sollten hierbei einmal im unteren (z.B. zehnfache Bestimmungsgrenze) und
einmal im mittleren Konzentrationsbereich der zur Messung gelangenden Proben
angesiedelt sein. Vom Kontrollmaterial wird jeweils ein Halbjahresbedarf hergestellt,
in Polypropylenröhrchen aliquotiert, verschlossen und bei -18 °C aufbewahrt. Das
Kontrollmaterial wird alle sechs Monate frisch angesetzt.
Der Sollwert und die Toleranzbereiche des Qualitätskontrollmaterials werden im
Rahmen einer Vorperiode (an 20 Tagen je eine Analyse des Kontrollmaterials)
ermittelt (Angerer und Lehnert, 1997; Angerer et al., 1998; Lehnert et al., 1998).
3.9 Beurteilung des Verfahrens
3.9.1 Präzision
Zur Bestimmung der Präzision in der Serie wurde gepoolter Humanurin mit
definierten Mengen der AA dotiert, aufgearbeitet und analysiert. Die Bestimmung der
Präzision in Serie erfolgt anhand zweier Kontrollurine, denen unterschiedliche
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 55
Mengen an AA zudotiert wurden. Bei der jeweils sechsfachen Bestimmung der AA
ergaben sich die in Tabelle 12 dokumentierten Präzisionen in der Serie.
Tab. 12. Präzisionen in der Serie für die Bestimmung von Aminoalkoholen in dotiertem Poolurin (n=6).
Analyt Dotierte Konzentration
[µg/L]
Standardabweichung (rel.)
[%]
Streubereich
[%]
MEA 4.000 4,9 12,0
40.000 2,8 6,9
DEA 40 3,9 9,5
400 1,7 4,2
TEA 40 4,6 11,3
400 3,1 7,6
Morpholin 40 10,4 25,4
400 1,3 3,2
AEPD 40 4,6 11,3
400 7,7 18,8
DGA 40 2,1 5,1
400 0,7 1,7
Darüber hinaus wurde die Präzision von Tag zu Tag bestimmt. Hierzu wurde
dasselbe Material wie zur Bestimmung der Präzision der Serie an sieben
verschiedenen Tagen aufgearbeitet und analysiert. Die so ermittelten Präzisionen
von Tag zu Tag sind Tabelle 13 zu entnehmen.
56 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
Tab. 13. Präzisionen von Tag zu Tag für die Bestimmung von Aminoalkoholen in Poolurin (n=7).
Analyt Dotierte Konzentration
[µg/L]
Standardabweichung (rel.)
[%]
Streubereich
[%]
MEA 4.000 5,5 13,0
40.000 4,5 10,6
DEA 40 11,6 27,4
400 3,8 9,0
TEA 40 12,1 28,6
400 9,1 21,5
Morpholin 40 7,8 18,4
400 4,1 9,7
AEPD 40 8,3 19,6
400 7,4 17,5
DGA 40 8,4 19,9
400 5,6 13,2
3.9.2 Richtigkeit
Zur Überprüfung der Richtigkeit der Methode wurden Wiederfindungsversuche
durchgeführt. Hierfür wurden sechs Individualurine (Kreatiningehalt zwischen
0,33 und 3,27 g/L) mit zwei unterschiedlichen Konzentrationen an AA dotiert. Die
Urine wurden daraufhin aufbereitet und analysiert. Der jeweilige Leerwert der
undotierten Urine wurde abgezogen. Es ergaben sich folgende relative
Wiederfindungsraten:
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 57
Tab. 14. Relative Wiederfindungsraten für die Bestimmung von Aminoalkoholen in Individualurinen
(n=6).
Analyt Dotierte Konzentration
[µg/L]
Mittlere relative Wiederfindung
[%]
Bereich
[%]
MEA 10.000 118 95-139
50.000 111 97-137
DEA 100 99 87-110
500 95 89-104
TEA 100 95 77-115
500 96 76-110
Morpholin 100 102 97-112
500 97 90-108
AEPD 100 87 66-138
500 100 81-153
DGA 100 89 83-96
500 92 85-101
3.9.3 Nachweisgrenzen
Die Nachweisgrenzen für die einzelnen Analyten wurden aus dem dreifachen
Signal/Rauschverhältnis des analytischen Störuntergrundes in der zeitlichen
Umgebung des Analytsignals ermittelt. Die Bestimmungsgrenzen entsprechen dem
zehnfachen Signal/Rauschverhältnis. Die Nachweis- und Bestimmungsgrenzen für
die mit diesem Verfahren bestimmbaren Parameter sind Tabelle 15 zu entnehmen.
58 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
Tab.15. Nachweis- und Bestimmungsgrenzen des Verfahrens.
Analyt Nachweisgrenze
[µg/L Urin]
Bestimmungsgrenze
[µg/L Urin]
MEA 30 100
DEA 1,5 5
TEA 3 10
Morpholin 1,5 5
AEPD 3 10
DGA 1,5 5
3.9.4 Störeinflüsse
Es sollte bei der Wahl des Poolurins zur Herstellung der Vergleichsstandardlösungen
für die Kalibrierung darauf geachtet werden, dass das verwendete Material möglichst
geringe Gehalte an AA aufweist. Es sollte nur Urin von beruflich nicht gegenüber AA
exponierten Personen zur Herstellung des Poolurins verwendet werden. Darüber
hinaus sollte darauf geachtet werden, dass die Personen keinen Rasierschaum für
die Nassrasur verwenden, da dieser in der Regel TEA enthält und somit zu einer
Belastung der Personen beiträgt. Außerdem ist zu empfehlen, dass man die zur
Zusammenstellung des Poolurins verwendeten Urine zuvor auf die individuellen AA-
Gehalte hin untersucht und im Falle einzelner hoher Belastungen diese Urine
entsprechend nicht verwendet.
Ein störanfälliger Schritt bei der Probenaufbereitung ist die Derivatisierung der AA mit
Pentafluorbenzoylchlorid (PFBCl) im Wässrigen. PFBCl ist nicht mit Wasser
mischbar, reagiert aber sehr schnell mit Wasser unter Abspaltung von HCl. Nach
Zugabe des Reagenz muss daher darauf geachtet werden, dass die Oberfläche der
PFBCl-Phase durch Schütteln auf einem Vortex-Mixer möglichst schnell stark
vergrößert wird, um die Ausbeute der Derivatisierung zu maximieren. Vergeht zu viel
Zeit zwischen Zugabe des PFBCl und dem Schütteln, reagiert PFBCl bevorzugt an
der Phasengrenze mit dem Wasser ab und die Nachweisstärke des Verfahrens sinkt.
Es hat sich in der Praxis das unter Abschnitt 3.3.3 beschriebene Verfahren bewährt.
Man arbeitet dabei mit zwei nebeneinander platzierten Vortex-Mixern. Es werden in
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 59
jeweils zwei Zentrifugenröhrchen mit Probenlösung kurz nacheinander 40 µL PFBCl
pipettiert. Die beiden Röhrchen werden anschließend sofort offen auf den Vortex-
Mixern (höchste Stufe) geschüttelt. Die PFBCl-Phase verteilt sich dabei schlagartig in
der gesamten Probenlösung und die „aktive“ Oberfläche wird vervielfacht, so dass
eine maximale Ausbeute erreicht werden kann. Andere Vorgehensweisen
(konventioneller Laborschüttler, manuelles Schütteln oder auf einem Vortex-Mixer mit
geschlossenen Röhrchen) führten zu einer Verringerung der Ausbeute.
Generell ist zu beobachten, dass mit steigendem Kreatiningehalt und damit in der
Regel ebenfalls steigendem Gehalt an störenden Matrixkomponenten die Ausbeute
der Derivatisierung sinkt, also die Peakflächen bei gleichem AA-Gehalt kleiner
werden. Dieser Effekt wird durch die Verwendung von markierten ISTD kompensiert.
Auch bei Urinen mit einem Kreatiningehalt von über 3 g/L konnte das Verfahren noch
erfolgreich angewandt werden.
3.10 Diskussion der Methode
Das hier beschriebene Verfahren erlaubt die simultane Bestimmung von sechs AA im
umwelt- als auch arbeitsmedizinisch relevanten Konzentrationsbereich in einem
Analysenlauf. Die Bestimmungsgrenzen liegen je nach Parameter zwischen 5 µg/L
(DEA, DGA und Morpholin) und 100 µg/L (MEA).
Die Präzision in Serie mit Variationskoeffizienten von 2,1 bis 10,4 % im unteren
Konzentrationsbereich und von 0,7 bis 7,7 % für den mittleren Bereich ist als sehr gut
bis gut zu bezeichnen. Dies gilt auch für die Präzision von Tag zu Tag, welche im
unteren Konzentrationsbereich zwischen 5,5 und 12,1 % variiert, im mittleren Bereich
zwischen 3,8 und 9,1 %. Die mittleren relativen Wiederfindungsraten bei der
Bestimmung der Richtigkeit liegen im unteren Konzentrationsbereich zwischen
87 und 118 %, im mittleren Bereich zwischen 92 und 111 %. Betrachtet man die
Bereiche der relativen Wiederfindungsraten für die einzelnen Parameter fällt
Folgendes auf:
Für MEA sind die relativen Wiederfindungen bei beiden Konzentrationen tendenziell
größer als 100 % bis hin zu maximal 139 bzw. 137 %. Eine ähnliche Tendenz konnte
bereits in einer früher durchgeführten Validierung beobachtet werden. Die dotierte
60 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
MEA-Konzentration lag dabei bei rund 20 mg/L. Es wurde anhand sechs
verschiedener Individualurine die relativen Wiederfindungsraten wie in Abschnitt
3.9.2 beschrieben bestimmt. Diese lagen zwischen 103 und 116 % bei einer mittleren
Wiederfindung von 109 %. Dies ist möglicherweise auf die hohen physiologisch
bedingten Gehalte an MEA im Urin unbelasteter Personen (siehe Abschnitt 4.1)
zurückzuführen. So enthielt der für die Kalibrierung verwendete Poolurin MEA in
einer Konzentration von etwa 21 mg/L. Durch diesen hohen Basislevel ist die
Kalibrierung naturgemäß ungenauer. Möglicherweise führt dies zu den beobachteten
zu hohen Werten.
Für AEPD schwanken die relativen Wiederfindungsraten zwischen 66 und 153 %.
Derart hohe Schwankungen sind für eine analytische Methode nicht akzeptabel.
AEPD wurde mittels des internen Standards d8-Morpholin quantifiziert. Eine höhere
Richtigkeit der Analysenergebnisse kann sicher durch den Einsatz von deuteriertem
AEPD als internen Standard erzielt werden. Dieser ist jedoch kommerziell nicht
erhältlich. Da im Rahmen der Methodenanwendung bei den untersuchten Kollektiven
keine AEPD-Belastung vermutet wurde, ist auf die Synthese des deuterierten AEPD
verzichtet worden und müsste im Falle einer vermuteten Belastung entsprechend
synthetisiert werden, um zuverlässigere Ergebnisse zu erzielen.
Die Routinetauglichkeit der angewandten Methode konnte in zwei Pilotstudien
gezeigt werden. Hierbei wurden in einer umweltmedizinisch orientierten Studie
98 Personen der Allgemeinbevölkerung und daneben in einer zweiten Studie
52 Arbeitnehmer mit möglicher AA-Belastung untersucht (siehe Abschnitt 4).
Pro Analysentag können von einer Laborkraft 20 Proben aufgearbeitet werden, die
über Nacht gaschromatographisch / massenspektrometrisch analysiert werden.
3.10.1 Festphasenextraktion
Die Aufreinigung der Probenurine an einer Festphase mit quervernetztem Polystyrol-
Divinylbenzol-Harz erwies sich als ideal zur Abtrennung von mittel- bis unpolaren
Matrixbestandteilen, die (oder deren Derivate) zum Teil während der
Gaschromatographie mit den Analytderivaten koeluieren und die Chromatographie
stören („Störpeaks“). Des Weiteren zeigte die dadurch erreichte Matrixabtrennung
positive Auswirkungen auf die Derivatisierungsausbeute und die Routinetauglichkeit
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 61
der Methode. Das angewandte Verfahren ist auch als „Stripping“-Verfahren bekannt.
Bei dieser Art der Festphasenextraktion werden die Analyte durch das verwendete
Sorbensmaterial nicht oder nur minimal retiniert, sie eluieren mit dem Totvolumen.
Unpolarere Matrixbestandteile werden jedoch durch das Sorbens zurückgehalten
und finden sich somit nicht mehr in der weiterverwendeten Probenlösung.
Es wurde getestet, ob die sechs AA quantitativ durch den Waschschritt von der
Festphasenextraktionssäule eluiert werden können, oder anders ausgedrückt: Es
wurden die Analytverluste bestimmt, die durch die Festphasenextraktion entstehen.
Hierfür wurde ein Poolurin mit einer bestimmten Menge an AA dotiert. Dieser Urin
wurde im Rahmen der Probenaufbereitung zur Festphasenextraktion eingesetzt.
Diese wurde durchgeführt wie unter 3.3.3 beschrieben. Zur Kontrolle wurde parallel
dazu mit demselben Urin eine Festphasenextraktion durchgeführt, doch wurde
hierbei die Lösung des internen Standards erst nach der Festphasenextraktion
zudotiert, also direkt in das Eluat. Sollten Analyte auf der Festphase zurückgehalten
worden sein, beträfe dies nicht die internen Standards, da diese erst danach
zugegeben wurden. Ein Analytverlust durch die Festphasenextraktion würde sich bei
dem Kontrollversuch durch vergleichsweise höhere Konzentrationen der Analyte
bemerkbar machen. Folgende Tabelle zeigt die relativen Analytverluste während der
Festphasenextraktion:
Tab.16. Relative Analytverluste während der Festphasenextraktion.
Parameter MEA DEA TEA DGA Morpholin AEPD
Dotierte Analyt-
konzentration [µg/L] 5.000 500 500 500 500 500
Analytverlust [%] 4,9 -0,7 5,6 7,5 8,9 3,8
Da sich bei diesem Versuch die Analytverluste innerhalb der Grenzen des
Streubereichs der Präzision in der Serie bewegen, kann nicht mit Sicherheit
geschlossen werden, dass es sich um tatsächliche Verluste handelt. Selbst wenn
dies der Fall wäre, sind SPE-bedingte Verluste von weniger als 9 % durchaus
vertretbar, vor allem vor dem Hintergrund der durch die Abtrennung von Matrix
62 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
erreichten Vorteile, wie der verbesserten Chromatographie und der verbesserten
Routinetauglichkeit durch längere Reinigungsintervalle des GC/MS.
Es wurden im Rahmen der Methodenentwicklung noch eine Reihe weiterer
Festphasenmaterialien getestet (hydroxiliertes Polystyrol-Divinylbenzol-Harz,
C18-Material und Kationentauscher):
• ISOLUTE ENV+
• Strata C18
• Waters Oasis® MCX
Alle diese Phasen erwiesen sich als weniger geeignet, d.h. es konnte eine weniger
effektive Matrixabtrennung erreicht werden oder es kam zu teilweiser Retention eines
oder mehrerer Analyten. Eine vollständige Retention der Analyten auf dem Sorbens
konnte aber mit keiner der getesteten Phasen erreicht werden, so dass auch keine
Festphasenextraktion im herkömmlichen Sinne durchgeführt werden konnte
(Retention der Analyte an der Phase, Abtrennung von Matrixbestandteilen durch
Waschschritt, Elution der Analyte).
Bei „dünnen“ Probenurinen und einer geringen Probenanzahl kann unter Umständen
auf diesen Aufreinigungsschritt verzichtet werden. Dies führt jedoch zwangsläufig zu
einer schnelleren Verschmutzung des Injektors, zu einer Belegung des GC-
Säulenanfangs und macht häufigere Reinigungsintervalle der Ionenquelle notwendig.
3.10.2 Derivatisierung und Flüssig/flüssig-Extraktion
Da die Analyte nicht aus der wässrigen Urinmatrix abgetrennt werden konnten (siehe
vorheriger Abschnitt), kam nur eine Derivatisierung direkt in der wässrigen
Probelösung in Frage. Nur einige wenige Derivatisierungsmittel eignen sich für
diesen Zweck. So sind beispielsweise Silylierungsmittel insofern ungeeignet, da
diese unmittelbar mit dem Wasser abreagieren und nicht mehr zur Derivatisierung
der Analyten zur Verfügung stehen oder da die gebildeten Silylether
hydrolyseempfindlich sind. Ohnehin würden Silylierungsmittel nur mit den
Hydroxygruppen der AA reagieren, nicht aber mit den Aminogruppen, die in einer
zweiten Reaktion derivatisiert werden müssten.
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 63
Im Rahmen der Methodenentwicklung wurden verschiedene Derivatisierungsmittel
getestet, die grundsätzlich im wässrigen Milieu verwendet werden können:
• n-Hexylchlorformiat
• Chlorameisensäure-2,2,2-trichlorethylester
• Pentafluorbenzylbromid
• Pentafluorbenzoylchlorid
Lediglich mit Pentafluorbenzoylchlorid (PFBCl) gelang es, die Hydroxy- sowie die
primären und sekundären Aminogruppen der AA im Wässrigen zu derivatisieren. Die
Derivatisierung der AA mit PFBCl beruht auf dem Prinzip einer Schotten-Baumann-
Reaktion. Hierbei werden Amine oder Alkohole in wässriger, alkalischer Lösung an
der Phasengrenze von Wasser zu einem unpolarem Lösungsmittel mit
Carbonsäurechloriden acyliert. Die entstehenden Derivate gehen dann in das
unpolarere Lösungsmittel über. In diesem Fall diente das in Wasser unlösliche
PFBCl bzw. die während der Derivatisierung entstehende Pentafluorbenzoesäure als
Lösungsmittel für die entstandenen PFB-Derivate.
64 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
Abb. 10. Reaktionen von Alkoholen, primären und sekundären Aminen mit Pentafluorbenzoylchlorid.
+ OH R
OR
OF
F
F
F
F
Cl
OF
F
F
F
F
+ NH2 R2
PFBCl
PFBCl
Alkohol
primäres Amin
Cl
OF
F
F
F
F
+
PFBCl sekundäres Amin
R1
NH
R2
R2
NR1
OF
F
F
F
F
OH-
- HCl
OH-
- 2HCl
OH-
-HCl
F
Cl
O
F
F
F
F
F
F
NR
O
O
F
F
F
F
F
F
F
F
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 65
Im Zuge der Derivatisierung der AA mit PFBCl entstehen folgende Derivate:
Abb. 11. Pentafluorbenzoyl-Derivate der Aminoalkohole.
66 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
Es war notwendig, die Derivatisierungsprozedur hinsichtlich der Maximierung der
Ausbeute und der Routinetauglichkeit zu optimieren. Im Rahmen der
Methodenoptimierung wurden dabei mehrere Parameter verändert. So wurden die
Menge des PFBCl (10 bis 100 µL), die Menge und Konzentration an KOH-Lösung
(0,25 mL 2,5 N, 0,5 mL 1 N, 0,5 ml 2,5 N, 0,75 mL 2,5 N), die Derivatisierungsdauer
(30 Sekunden bis 10 Minuten) und -prozedur (manuelles und automatisches
Schütteln, Vortex-Mixer), der Zeitpunkt der Zugabe des Extraktionsmittels (zeitgleich
mit dem PFBCl oder nach der Derivatisierung), sowie die Gefäße (Glas,
Polypropylen) variiert. Hierbei ergab sich die unter 3.3.3 geschilderte optimierte
Vorgehensweise der Probenaufbereitung. Auf die Notwendigkeit der Einhaltung
dieser Vorgehensweise wurde bereits unter Abschnitt 3.9.4 eingegangen. Trotzdem
sind im Zuge der Derivatisierung und der anschließenden Extraktion Analytverluste
nicht zu vermeiden. Die Derivatisierung ist als Konkurrenzreaktion zu verstehen, da
das als Derivatisierungsreagenz verwendete PFBCl unspezifisch mit Molekülen
reagiert, die Hydroxy- und/oder primäre und sekundäre Aminogruppen besitzen. Da
in menschlichem Urin eine Vielzahl von wasserlöslichen Stoffen vorliegen, die diese
funktionellen Gruppen tragen, werden nicht ausschließlich die AA derivatisiert,
sondern es kommt auch zu unerwünschten Nebenreaktionen des PFBCl mit
Matrixbestandteilen (z.B. mit Proteinen). Die Ausbeute der Derivatisierung ist somit
abhängig von der Zusammensetzung der Urinmatrix. Bei der anschließenden
Flüssig/flüssig-Extraktion mit Toluol werden nur derivatisierte AA in die Toluolphase
überführt, die underivatisierten AA verbleiben in der wässrigen Phase. Dadurch
kommt es zu aufarbeitungsbedingten Verlusten, die jedoch weitgehend von den
verwendeten deuterierten internen Standards ausgeglichen werden, da diese im
gleichen Maße mit dem PFBCl reagieren wie die unmarkierten Analyte. Die PFB-
Derivate der AA waren nicht als Standardsubstanzen verfügbar. Es konnte somit
keine Vergleichslösung definierter Konzentration hergestellt werden, die eine
Quantifizierung der aufarbeitungsbedingten Verluste erlaubt hätte.
Während der Methodenentwicklung wurde neben Toluol versuchsweise auch Hexan
als Extraktionsmittel eingesetzt, dieses zeigte aber erheblich schlechtere
Extraktionseigenschaften. Toluol hingegen erlaubt eine beinahe quantitative
Extraktion der Derivate schon im ersten Extraktionsschritt. Da jedoch das Toluol nicht
vollständig von der wässrigen Probelösung abgehoben werden kann, wird noch eine
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 67
zweite Extraktion durchgeführt. Die vereinigten Toluolextrakte werden anschließend
zur Trockne eingeengt. Ein Analytverlust durch Verdampfen tritt hierbei nicht auf.
Beim anschließenden Aufnehmen des Rückstandes kann es vorkommen, dass ein
Teil des Rückstandes nicht in Lösung geht. Ungelöste Bestandteile sollten durch
Zentrifugation abgetrennt werden. Der klare Überstand kann direkt zur
gaschromatographisch-massenspektrometrischen Bestimmung eingesetzt werden.
3.10.3 Gaschromatographie
Die gaschromatographische Trennung der Analyte erfolgt an einer J&W DB 35-MS-
Säule (60 m Länge, 0,25 mm innerer Durchmesser, 0,25 µm Filmdicke). Diese Säule
erlaubt eine störungsfreie Trennung nicht nur der Analyte untereinander, sondern
auch von Matrixbestandteilen (siehe Chromatogramme, Abbildungen 6 und 7). Die
Retentionszeiten unter Anwendung des in der folgenden Abbildung dargestellten
Temperaturprogramms und einem konstanten Gasfluss von 1,0 mL Helium 5.0 pro
Minute liegen zwischen 13,10 und 31,21 Minuten (siehe Tabelle 11).
Abb. 12. Temperaturprogramm des Gaschromatographen.
3.10.4 Massenspektrometrie
Während der positiven Elektronenstoßionisierung (EI) kommt es zu einer
Fragmentierung der ionisierten Analytmoleküle. Detektiert werden die entstehenden
geladenen Fragmente. Deren Massenbereich liegt zwischen m/z = 239 und 643.
68 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
Durch diese relativ hohen Massen sind die Massenspuren in Verbindung mit der
Retentionszeit der GC sehr spezifisch. Des Weiteren resultiert daraus ein sehr
niedriges Grundrauschen. Eine sichere Peakzuordnung ist somit leicht möglich.
Dass die Derivate thermisch unzersetzt die Ionenquelle des Massenspektrometers
erreichen, konnte durch Einsatz der negativen chemischen Ionisierung (NCI) gezeigt
werden. Durch diese im Vergleich zur EI schonendere Ionisierung kommt es nicht zu
einer Fragmentierung der ionisierten Analytmoleküle. Es konnten damit unter
denselben chromatographischen Bedingungen bei etwa denselben Retentionszeiten
(es wurde an einem anderen Gaschromatographen mit gleichem Säulentyp
gemessen) jeweils die Molekülionen der Analyten nachgewiesen werden (mit
Ausnahme des AEPD, bei dem es in der Ionenquelle zur Abspaltung von einem
Molekül Wasser kommt). Folgende Tabelle zeigt die Retentionszeiten und die
jeweiligen Molekülionen der Analyten im GC-NCI-MS. Die Massenspektren der AA
im NCI-Modus finden sich in Abbildung 13 und 14 im Anhang:
Tab. 17. Retentionszeiten und registrierte Massen im GC-NCI-MS.
Analyt Retentionszeit
[Minuten]
Molekülion
[m/z]
d8-Morpholin 12,98 289
Morpholin 13,02 281
AEPD 17,63 489*
d4-MEA 18,82 647
MEA 18,92 643
DGA 23,63 687
d8-DEA 26,47 695
DEA 26,61 687
d4-TEA 31,00 735
TEA 31,07 731
* Das AEPD-Derivat spaltet in der Ionenquelle ein Molekül Wasser ab (M-18).
Gegen einen routinemäßigen Einsatz der NCI sprach eine nicht mehr gegebene
Linearität im höheren Konzentrationsbereich der Kalibrierung. Vor allem beim MEA
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 69
flachte die Kalibrierkurve sehr schnell ab, da in diesem Fall bis 100 mg/L kalibriert
wird, was aufgrund der physiologisch bedingten Hintergrundlevel im Urin auch
notwendig ist (siehe Abschnitt 4.1).
3.10.5 Kalibrierung
Das Kalibriermaterial sollte unbedingt in Poolurin angesetzt werden
(Kreatininkonzentration um die 1,0 g/L, siehe auch Abschnitt 3.9.4). Eine Kalibrierung
in Wasser ist nicht möglich, da die Derivatisierungsausbeute wässriger
Vergleichsstandardlösungen sehr viel geringer ist als von Lösungen in Urin. Dies
liegt wahrscheinlich an Urinmatrixbestandteilen, die die Reaktion des PFBCl mit den
AA begünstigen bzw. katalysieren. Versuche mit Kochsalzlösungen,
Harnstofflösungen oder synthetischen Urinen (nach Gustafsson und Uzqueda,
(1978)) als Urinsurrogate brachten keinen Erfolg.
3.10.6 Weitere Parameter
Grundsätzlich kann die Methode auf andere polare AA erweitert werden, so z.B. für
Monoisopropanolamin, 4-Aminobutanol und 5-Aminopentanol. Jedoch ist es
aufgrund der matrixbedingten Schwankung der Derivatisierungsausbeute zwingend
notwendig zur Quantifizierung ein markiertes Analogon als internen Standard
einzusetzen. Ein Bezug auf andere strukturähnliche Stoffe stellte sich als ungeeignet
heraus. Nur ein markiertes Analogon ist durch das nahezu gleiche chemische
Verhalten befähigt die auftretenden aufarbeitungsbedingten Verluste auszugleichen.
Handelt es sich nur um Einzelproben ist ein Standardadditionsverfahren zur
Quantifizierung ebenfalls denkbar. Die Methode wurde versuchsweise angewandt,
um die Eignung für die AA Dieethylethanolamin (DEEA) und 2-Amino-2-methyl-1-
propanol (AMP) sowie das Biozid Protectol® HT (N,N',N'-Tris(b-hydroxyethyl)-
hexahydro-1,3,5-triazin) zu prüfen. In den ersten beiden Fällen scheiterte es an der
Derivatisierungsreaktion und letzteres zerfiel während der Derivatisierung zu MEA,
so dass kein spezifischer Parameter vorlag. Es sollte aber berücksichtigt werden,
dass scheinbar arbeitsbedingt erhöhte MEA-Level möglicherweise auch auf eine
Aufnahme dieses in KSM häufig eingesetzten Biozids herrühren könnten.
70 Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin
3.10.7 Vergleich mit existierenden Verfahren
Die hier beschriebene Methode erlaubt erstmals die simultane Bestimmung von
sechs AA in menschlichem Urin. In der Literatur finden sich bereits Verfahren zur
Bestimmung einzelner AA in unterschiedlichen Matrizes. Diese Verfahren werden im
Folgenden hinsichtlich der dieser Arbeit zugrunde liegenden Fragestellung diskutiert
und mit der hier beschriebenen Methode verglichen.
Peru et al. (2004) gelang die Bestimmung von MEA, DEA und TEA in stark
verdünnten Pflanzenextrakten nach flüssigkeitschromatographischer Trennung an
einer starken Kationentauchersäule und tandem-massenspektrometrischer Detektion
(LC-MS/MS). Eine Anwendung dieser Technik wurde von vornherein
ausgeschlossen, da die erreichten Bestimmungsgrenzen für einen Einsatz im
umweltmedizinisch relevanten Konzentrationsbereich nicht ausreichend waren.
Zudem waren massive Störungen durch die komplexe Urinmatrix zu erwarten.
Eine Forschergruppe um Vincenti et al. derivatisierte hydrophile Substanzen, u.a.
MEA direkt im wässrigen Milieu mit n-Hexylchloroformiat oder
Octafluoropentylchloroformiat in Anwesenheit eines Katalysators. Die entstandenen
Derivate wurden gaschromatographisch-massenspektrometrisch nachgewiesen
(Angelino et al., 1998; Maurino et al., 1999; Vincenti et al., 2005).
N-Hexylchloroformiat wurde im Zuge der Methodenentwicklung als
Derivatisierungsmittel für die hier behandelten AA getestet. Lediglich MEA und DEA
ließen sich in wässriger Lösung damit derivatisieren, die übrigen AA reagierten unter
den gegebenen Bedingungen nicht mit dem Derivatisierungsmittel.
Octafluoropentylchloroformiat ist nicht kommerziell erhältlich und muss selbst
synthetisiert werden. Es ist nur relativ kurz haltbar und kam daher für eine
routinetaugliche Methode als Derivatisierungsmittel nicht in Frage.
Zwei Forschergruppen gelang bereits die Bestimmung von DEA in Blut und Urin von
Versuchstieren (Mendrala et al., 2001; Stott et al., 2000a). Deren Verfahren beruhten
ebenfalls auf dem Prinzip einer Schotten-Baumann-Reaktion mit PFBCl als
Derivatisierungsmittel und anschließender GC-MS-Analyse. Die erreichte
Nachweisgrenze wird von Mendrala et al. (2001) mit ca. 82 µg/L angegeben. Bei
Methode zur Bestimmung von Aminoalkoholen im Urin 71
Stott et al. (2000a) finden sich dazu keine Informationen. Diese Arbeiten wurden als
Basis für die Entwicklung der hier beschriebenen Methode herangezogen. Die dort
angewandte Derivatisierung wurde im Zuge der Methodenentwicklung hinsichtlich
einer möglichst hohen Ausbeute optimiert (siehe auch Abschnitt 3.10.2) und brachte
in Verbindung mit einer vorangeschalteten Festphasenextraktion letztendlich eine
Verbesserung der Nachweisgrenze des Parameters DEA um mehr als den Faktor 50
(1,5 µg/L mit der hier beschriebenen Methode im Vergleich zu 82 µg/L bei Stott et al.
(2000a)).
72 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
4. Biological Monitoring von Aminoalkoholen
Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals ein Biological Monitoring von AA
durchgeführt, um die tatsächliche innere Belastung der Allgemeinbevölkerung und
von potentiell AA-exponierten Arbeitnehmern zu erfassen.
4.1 Umweltbedingte Hintergrundbelastung der
Allgemeinbevölkerung durch Aminoalkohole
4.1.1 Hintergrund
In Anbetracht der vielfältigen Verwendung von AA im privaten Bereich ist von einer
Exposition der Allgemeinbevölkerung gegenüber AA auszugehen. Von den in dieser
Arbeit behandelten AA kommen MEA, DEA und TEA in Wasch- und
Reinigungsmitteln sowie als Bestandteile von Körperpflegemitteln vor. Sie werden in
freier Form und als Fettsäureester oder Amide eingesetzt, die jedoch häufig auch die
freien Ethanolamine als Nebenbestandteile enthalten. DEA und Morpholin dürfen
aufgrund der Gefahr einer möglichen Nitrosaminbildung gemäß Kosmetikverordnung
nicht mehr in Körperpflegemitteln eingesetzt werden. DEA kann jedoch als
herstellungsbedingte Verunreinigung von MEA und TEA bis zu einem zulässigen
Gehalt von maximal 0,5 % im Fertigprodukt enthalten sein (KosmetikV, Stand 2008).
AEPD oder DGA werden nicht in Reinigungs- und kosmetischen Mitteln eingesetzt.
Somit erscheint eine Hintergrundbelastung der Allgemeinbevölkerung vor allem
durch MEA, DEA und TEA möglich und wahrscheinlich. Die Erfassung der inneren
Belastung mit Ethanolaminen bildet die Basis für weitergehende Maßnahmen
hinsichtlich der Prävention von Gesundheitsschäden, die möglicherweise durch die
Aufnahme dieser Substanzen verursacht werden.
4.1.2 Kollektivbeschreibung
Das untersuchte Kollektiv besteht aus 98 Personen der Allgemeinbevölkerung aus
Süddeutschland ohne bekannte berufliche Exposition gegen AA. Die Probanden
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 73
wurden so ausgewählt, dass eine gleichmäßige Alters- und Geschlechtsverteilung
innerhalb des Kollektivs vorlag. Hierfür wurden sieben etwa gleich große
Altersgruppen gebildet (bis 10; 11 bis 20; 21 bis 30; 31 bis 40; 41 bis 50; 51 bis 60;
61 und mehr Jahre), die innerhalb jeder Gruppe je etwa zur Hälfte mit männlichen
und weiblichen Probanden belegt sind. Insgesamt besteht das Kollektiv aus 49
männlichen und 49 weiblichen Probanden. Der Altersmedian beträgt 36,0 Jahre
(Bereich 6 bis 80 Jahre). Weiterhin waren alle Probanden Nichtraucher.
Eine Auswahl wurde aus dem Grund getroffen, möglichst aussagekräftige
Analysenergebnisse zu erhalten und um Confounder zu vermeiden. Untersucht
wurden ausschließlich Spoturinproben. Die Urinproben wurden bis zur Analyse bei
-18 °C gelagert.
Obwohl das untersuchte Kollektiv nicht als repräsentativ für die
Allgemeinbevölkerung gewertet werden kann, sollten die Ergebnisse doch eine erste
Aussage über die Höhe der inneren AA-Belastung der Bevölkerung in Deutschland
zulassen.
4.1.3 Methode
Für die Untersuchung der Urinproben dieses Kollektivs wurde ein analytisches
Verfahren angewandt, das sich in einigen Punkten von dem unter Abschnitt 3
beschriebenen unterscheidet. So wurde bei der eingesetzten Methode auf eine
Festphasenextraktion zur Matrixabtrennung verzichtet. Der Urin (1,0 mL) wurde nach
Alkalisierung mit wässriger KOH-Lösung (0,75 mL 2,5 N) direkt zur Derivatisierung
eingesetzt. Diese Verfahrensweise besitzt den Nachteil, dass es zu einer schnelleren
Verschmutzung des GC-MS-Systems kommt, da durch die Flüssig/flüssig-Extraktion
der Derivate mittels Toluol auch unerwünschte unpolare Matrixbestandteile extrahiert
werden. Auch ist der analytische Störhintergrund teilweise höher, insbesondere für
den Parameter DEA. Daraus resultiert auch eine etwas höhere Bestimmungsgrenze
von 10 µg/L statt 5 µg/L wie unter 3.9.3 beschrieben. Insgesamt kann diese
vereinfachte Methode aus den genannten Gründen nicht als Routinemethode für
größere Probenzahlen empfohlen werden. Als weiterer Unterschied wurde nur auf
die Parameter MEA, DEA, TEA, DGA und AEPD hin untersucht, nicht jedoch auf
Morpholin, welches erst später in die Methode integriert wurde. Als interne
74 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
Standardsubstanzen wurden d4-MEA, d8-DEA und d4-TEA verwendet. d4-DGA und
d8-Morpholin waren zu dem Zeitpunkt noch nicht verfügbar. Die Methode wurde vor
der Anwendung auf das Umweltkollektiv validiert. Hierfür wurde die Präzision in Serie
und von Tag zu Tag sowie die Richtigkeit der Analysenergebnisse anhand von
Wiederfindungsversuchen ermittelt. Es wurde dabei prinzipiell so verfahren wie unter
3.9.1 und 3.9.2 beschrieben, jedoch wurde nur jeweils anhand einer Konzentration
geprüft. Eine Zusammenfassung der Zuverlässigkeitskriterien findet sich im Anhang
(Tabelle 18 bis 20).
Da sich das hier angewandte analytische Verfahren von dem unter Abschnitt 3
beschriebenen im Wesentlichen nur durch das Fehlen einer zusätzlichen
Matrixabtrennung unterscheidet, sind die Analysenergebnisse beider Verfahren
direkt vergleichbar. Dies wird durch die im Rahmen der Validierung durchgeführten
Bestimmungen der Richtigkeit der Methoden bestätigt. Weiterhin wurde gezeigt, dass
durch die Festphasenextraktion als Bestandteil der Probenvorbereitung der unter
Abschnitt 3 beschriebenen Methode keine signifikanten aufarbeitungsbedingten
Verluste entstehen.
Der Kreatiningehalt der Urinproben wurde basierend auf der Jaffé-Reaktion
photometrisch bestimmt (Larsen, 1972).
Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte mit Microsoft Excel 2002
(deskriptive Statistik, lineare Regression). Messergebnisse unterhalb der
Bestimmungsgrenze gingen als halbe Bestimmungsgrenze in die statistischen
Betrachtungen ein.
4.1.4 Ergebnisse
Die Einzelergebnisse der Untersuchung des Normalkollektivs können Tabelle 21 im
Anhang entnommen werden. Folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse in Form einer
Minimalstatistik:
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 75
Tab. 22. Deskriptive Statistik der Analysenergebnisse des Kollektivs der Allgemeinbevölkerung
(n=98).
MEA DEA TEA DGA AEPD
> BSG [%] 100 81,6* 35,7 0 0
[µg/L]
Median 23.157 23,2 < BSG < BSG < BSG
95. Perzentil 62.432 74,6 102,9 < BSG < BSG
Min 322 < BSG* < BSG < BSG < BSG
Max 82.415 110,1 653,2 < BSG < BSG
[µg/g Kreatinin]
Median 27.210 24,2 < BSG < BSG < BSG
95. Perzentil 44.684 69,9 106,4 < BSG < BSG
Min 251 < BSG* < BSG < BSG < BSG
Max 58.040 179,1 371,1 < BSG < BSG
BSG = Bestimmungsgrenze; Min = Minimalwert; Max = Maximalwert.
* Die BSG für DEA ist methodisch bedingt 10 µg/L wie unter Abschnitt 4.1.3 beschrieben.
4.1.5 Diskussion
Es konnten erstmals die drei Ethanolamine MEA, DEA und TEA im Urin von
Personen aus der Allgemeinbevölkerung ohne bekannte berufliche AA-Belastung
nachgewiesen werden.
MEA
MEA konnte in jeder untersuchten Urinprobe gefunden werden, die Konzentrationen
erscheinen auf den ersten Blick sehr hoch. Wie in Abschnitt 2.1.4 ausführlich
beschrieben, wird MEA innerhalb des Phospholipidstoffwechsels endogen gebildet
und über den Urin ausgeschieden. Die gefundenen Konzentrationen sind dabei in
der gleichen Größenordnung wie früher berichtete Ausscheidungsmengen in Höhe
von 3,3 bis 50,7 mg/L (Luck und Wilcox, 1953). Ob ein Teil der ausgeschiedenen
Mengen auf die Aufnahme von MEA durch die Anwendung MEA-haltiger
Körperpflegemittel zurückzuführen ist, kann anhand dieser Ergebnisse nicht
abschließend beurteilt werden. Gegen eine relevante umweltbedingte
Zusatzbelastung spricht jedoch folgende Beobachtung: Die MEA-Mengen im Urin
stehen in gutem Zusammenhang mit den Ausscheidungsmengen von Kreatinin, wie
folgende Abbildung sehr deutlich zeigt:
76 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
Abb. 15. Zusammenhang zwischen der Ausscheidung von MEA und Kreatinin.
y = 3E-05x + 0,2077
R = 0,87476
p < 0,01
n=98
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000
Konzentration MEA [µg/L]
Ko
nzen
trati
on
Kre
ati
nin
[g
/L]
Ein solcher Zusammenhang zwischen den MEA- und den Kreatininkonzentrationen
im Urin ist plausibel, wenn man annimmt, dass MEA nur aus dem körpereigenen
Pool bei konstanter Ausscheidungsrate über den Urin ausgeschieden wird, nachdem
es wie Kreatinin in der Niere glomerulär gefiltert wurde. Im Falle einer merklichen
Zusatzbelastung wäre keine derart straffe Korrelation zu erkennen, sondern eine
weitgehend Kreatinin-unabhängige Streuung der MEA-Konzentrationen.
Bei derart hohen physiologischen Ausscheidungen erscheint es fragwürdig, ob durch
eine umweltbedingte zusätzliche Aufnahme von MEA eine sichtbare Erhöhung dieser
Konzentrationen erfolgen kann. Legt man den Stoffwechsel der Ratte zugrunde,
würden 0,5 % einer einmalig aufgenommenen Dosis von MEA innerhalb von
24 Stunden im Urin wieder ausgeschieden. Um einen physiologischen Level von
23 mg/L (mediane MEA-Konzentration des untersuchten Kollektivs) um
beispielsweise 10 %, also 2,3 mg/L zu erhöhen, müssten, bei einer angenommenen
durchschnittlichen Ausscheidungsmenge von 1 Liter Urin, 460 mg MEA durch die
Haut aufgenommen werden. Eine solche Erhöhung erwartet man am ehesten noch
im arbeitsmedizinischen Bereich bei massiver MEA-Belastung. Für die
umweltmedizinische Diagnostik scheint MEA kein geeigneter Parameter zu sein.
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 77
DEA
DEA konnte in rund 82 % der untersuchten Urinproben oberhalb der
Bestimmungsgrenze von 10 µg/L nachgewiesen werden. Ein endogener
Bildungsmechanismus von DEA ist nicht bekannt. Es handelt sich somit mit hoher
Wahrscheinlichkeit um eine umweltbedingte Exposition der Allgemeinbevölkerung
gegen DEA bedingt durch die weite Verbreitung von DEA in Produkten des täglichen
Bedarfs, insbesondere in Wasch- und Reinigungsmitteln. In kosmetischen Produkten
darf DEA wegen einer möglichen Nitrosaminbildung gemäß Kosmetikverordnung
nicht eingesetzt werden und als herstellungsbedingte Verunreinigung von MEA und
TEA die Höchstgrenze von 0,5 % im Fertigprodukt nicht überschreiten (KosmetikV,
Stand 2008). Die Verwendung in Wasch- und Reinigungsmitteln ist hingegen nicht
reglementiert. DEA kommt in einem Großteil der Anwendungen in Form von
Fettsäureestern oder -amiden zum Einsatz. Diese Derivate werden metabolisch nicht
zum DEA abgebaut, können DEA jedoch als Verunreinigung enthalten (Chou et al.,
2005; NTP, 1999c, 1999d, 2001).
Folgende Graphik zeigt, dass zwischen der Ausscheidung von DEA und TEA ein
Zusammenhang besteht. Urine mit hohen TEA-Konzentrationen weisen auch erhöhte
DEA-Konzentrationen auf. Hingegen ist in Urinproben mit hohen DEA-
Konzentrationen nicht unbedingt TEA nachweisbar. Ursache hierfür ist vermutlich,
dass technisches TEA herstellungsbedingt als Nebenprodukt DEA enthalten kann.
Eine Quelle für die Aufnahme von DEA aus der Umwelt scheint demzufolge die
Anwendung TEA-haltiger Kosmetika zu sein.
78 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
Abb. 16. Korrelation zwischen DEA- und TEA-Konzentrationen in den Urinproben des
Normalkollektivs (n=98).
y = 1,908x - 24,97R = 0,5558p < 0,0001
n=98
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0
Ko
nzen
trati
on
TE
A [
µg
/L]
Konzentration DEA [µg/L]
TEA
In rund 36 % der untersuchten Urinproben konnte TEA in Konzentrationen oberhalb
der Bestimmungsgrenze von 10 µg/L nachgewiesen werden. Ein endogener
Bildungsmechanismus von TEA ist nicht bekannt. Die Ausscheidung von TEA bei der
Allgemeinbevölkerung ist somit wahrscheinlich auf eine Hintergrundbelastung durch
die Anwendung von TEA-haltigen Wasch-, Reinigungs- und kosmetischen Mitteln
zurückzuführen. TEA konnte weniger häufig, dafür aber in höheren Konzentrationen
als DEA nachgewiesen werden. Dies lässt sich mit den verschiedenen
Anwendungsformen und den unterschiedlichen Eliminationskinetiken von DEA und
TEA begründen. Zum einen wird TEA im Gegensatz zu DEA auch häufig in freier
Form in kosmetischen Mitteln, z.B. in Body Lotions oder Rasierschäumen,
eingesetzt. Nur bei Anwendung solcher Mittel würde eine Exposition stattfinden, was
erklären würde, warum nur rund ein Drittel der Probanden TEA ausscheidet. Zum
anderen wird TEA im Vergleich zu DEA schneller und vollständiger via Urin
eliminiert.
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 79
Die Plausibilität einer umweltbedingten Belastung mit TEA ließ sich in einem
Experiment leicht belegen:
Um zu prüfen, ob, wie schnell und in welchen Konzentrationen TEA nach der
Anwendung TEA-haltiger Kosmetika im Urin zu finden ist, wandte ein männlicher
Proband (Alter 27 Jahre) einen handelsüblichen Rasierschaum mit dem deklarierten
Inhaltsstoff „Triethanolamine“ während einer Nassrasur an. Vor diesem Versuch
wurde eine Woche auf eine Anwendung dieses Schaumes und anderer TEA-haltiger
Körperpflegemittel verzichtet. Die Urinproben wurden kurz vor der Rasur und
innerhalb von 24 Stunden danach in Plastikgefäßen gesammelt und gemäß der in
Abschnitt 4.1.3 beschriebenen Methode analysiert. Abbildung 17 zeigt den zeitlichen
Verlauf der Kreatinin-korrigierten TEA-Konzentrationen im Urin des Probanden.
Abb. 17. Zeitlicher Verlauf der TEA-Ausscheidung nach der Anwendung eines TEA-haltigen
Rasierschaumes durch einen Probanden. Die gestrichelte Linie markiert den Zeitpunkt der Nassrasur.
Mit diesem Versuch konnte zum einen gezeigt werden, dass TEA, wie schon im
Tierversuch beschrieben, als solches im Urin ausgeschieden wird. Schon bei
einmaliger Rasur können die Konzentrationen dabei bis in den dreistelligen µg/g
Kreatinin-Bereich steigen. Da nicht bekannt ist, wie viel TEA im Schaum enthalten
war, können jedoch keine Aussagen darüber getroffen werden, wie viel TEA durch
80 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
die Haut penetriert. Zum anderen konnte gezeigt werden, dass nach 24 Stunden
nicht die gesamte Menge an aufgenommenem TEA wieder ausgeschieden ist. Somit
ist bei Anwendung eines TEA-haltigen Schaumes im Rahmen der täglichen
Nassrasur mit einer Anreicherung von TEA im Körper zu rechnen.
DGA / AEPD
DGA und AEPD konnten erwartungsgemäß in keinem Urin der Probanden gefunden
werden. Dies überrascht kaum, da beide Stoffe nicht im privaten Bereich zum
Einsatz kommen. Deren Einsatz ist vor allem auf die Anwendung in KSM beschränkt,
so dass Belastungen eher im arbeitsmedizinischen Bereich zu erwarten sind.
4.1.5.1 Toxikologische Bewertung der Befunde
Für die Umweltmedizin sind die durch das Biomonitoring gewonnenen Daten von
großer Bedeutung. Es konnte gezeigt werden, dass in Urinproben der
Allgemeinbevölkerung MEA, DEA und TEA zu finden sind. Eine toxikologische
Bewertung dieser Befunde erweist sich jedoch als schwierig.
MEA
MEA ist aufgrund eines endogenen Bildungsmechanismus ein natürlicher Bestandteil
des menschlichen Urins. Dies konnte anhand des durchgeführten Biomonitorings
bestätigt werden. In welchem Maße eine Zusatzbelastung durch die Anwendung
MEA-haltiger Kosmetika eine Rolle spielt, kann letztlich nicht beurteilt werden.
Aufgrund der im vorigen Abschnitt diskutierten Kreatinin-Abhängigkeit der MEA-
Konzentrationen kann jedoch von einer untergeordneten Bedeutung ausgegangen
werden.
DEA
Ausgangspunkt für eine toxikologische Bewertung der umweltbedingten
Hintergrundbelastung durch DEA ist die Abschätzung der entsprechenden
aufgenommenen Dosis, da die bislang durchgeführten Studien zur Toxizität von DEA
die am Tier aufgetretenen Effekte auf die jeweils applizierte Dosis beziehen. Die
tatsächliche innere Belastung oder die resultierenden Urinkonzentrationen wurden in
diesen Tierstudien nicht bestimmt.
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 81
Basierend auf einer Pharmakokinetik-Studie von Mendrala et al. (2001) kann eine
grobe Abschätzung der durch die Allgemeinbevölkerung täglich aufgenommenen
Dosis an DEA erfolgen. In dieser Studie wurde DEA Ratten intravenös verabreicht
und die im Urin ausgeschiedene Menge an DEA analysiert. Innerhalb eines
Zeitraums von 24 Stunden wurden etwa 12 % einer 10 mg-Dosis unverändert via
Urin eliminiert. Legt man das 95ste Perzentil der DEA-Konzentrationen in den
Urinproben des untersuchten Kollektivs von etwa 75 µg/L und ein tägliches
Urinvolumen von 1 Liter zugrunde, ergibt sich eine tägliche Dosis von etwa 625 µg.
Dies entspräche bei einem 70 kg schweren Menschen einer Dosis von etwa
9 µg/kg KG/d. Diese Dosis ist um Größenordnungen geringer als die in der NTP-
Studie kanzerogen wirksame Dosis von 40 mg/kg KG/d (NTP, 1999b). Diese
Dosisabschätzung ist jedoch aus mehreren Gründen sehr ungenau. Zum einen ist im
Falle einer dermalen Applikation von DEA über einen längeren Zeitraum nicht
bekannt, in welchem Maße DEA die Haut penetriert und systemisch wirken kann.
Zum anderen wird DEA bei chronischer Applikation in den Lipidstoffwechsel integriert
und reichert sich im Körper an bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.
Existierende Pharmakokinetik-Studien, auch oben genannte Studie von Mendrala et
al. (2001), basieren jedoch auf einer einmaligen Gabe von DEA und erlauben somit
keine Rückschlüsse auf die Ausscheidung nach chronischer Applikation. Zudem ist
eine Übertragung der Daten aus dem Tierversuch auf den Menschen problematisch,
da hinsichtlich der Aufnahme, der Verteilung, des Metabolismus und der
Ausscheidung von DEA beim Menschen keinerlei Kenntnisse vorhanden sind. Aus
diesem Mangel an Daten muss eine kritische Betrachtung der umweltbedingten
Belastung der Allgemeinbevölkerung durch DEA resultieren.
DEA verursachte in oben genannter NTP-Studie bei dermaler Applikation hoher
Dosen eindeutig Leberkrebs in Mäusen (NTP, 1999b). Weiterhin kann DEA
nachgewiesenermaßen in vivo mit nitrosierenden Agenzien mutagenes
N-Nitrosodiethanolamin (NDELA) bilden (Preussmann et al., 1981). Dies ist aus
umweltmedizinischer Sicht überaus problematisch, da solche Substanzen, deren
kanzerogenes Potential auf einem genotoxischen Mechanismus beruht, schon in
geringsten Mengen zu Veränderungen der Erbsubstanz und damit möglicherweise
zu Krebs führen können. Aus diesem Grund können für genotoxische Stoffe auch
keine gesundheitlich unbedenklichen Schwellenwerte angegeben werden. Inwieweit
aus der Umwelt aufgenommenes DEA letztendlich zu NDELA umgesetzt wird, kann
82 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
nicht vorhergesagt werden, da dies abhängig von der Gegenwart nitrosierender
Stoffe ist. Um hier weitergehende Aussagen treffen zu können, wären idealerweise
ein biochemisches Effektmonitoring (Hämoglobin- oder DNA-Addukte), mindestens
jedoch ein Dosismonitoring von NDELA notwendig.
TEA
Die umweltbedingten Hintergrundbelastungen durch TEA toxikologisch zu bewerten
ist ebenso problematisch wie im Falle des DEA. Auch hier kann nur grob abgeschätzt
werden wie hoch die tatsächlich aufgenommene Dosis an TEA ist. In einer
Pharmakokinetikstudie von Stott et al. (2000b) an Mäusen wurden etwa 60 % einer
dermal applizierten TEA-Dosis innerhalb von 24 Stunden unverändert via Urin
eliminiert. Legt man das 95ste Perzentil der gemessenen TEA-Konzentrationen in
den Urinproben des untersuchten Kollektivs von etwa 100 µg/L zugrunde, ergibt sich
bei einer angenommenen täglichen Urinmenge von 1 Liter eine tägliche Dosis von
etwa 170 µg. Bei einem Menschen mit einem Körpergewicht von 70 kg entspräche
dies einer Dosis von etwa 2,4 µg/kg KG/d. Dies erscheint gering verglichen mit der
um Größenordnungen höheren TEA-Dosis von 100 mg/kg KG/d, die in einer
2-Jahres-Studie an Mäusen dermal appliziert Leberzellen-Adenomen verursachte
(NTP, 2004).
Trotzdem muss auch in diesem Fall eine kritische Betrachtung der
Hintergrundbelastung durch TEA erfolgen, da die Dosisabschätzung wie im Falle des
DEA sehr viele Unsicherheiten birgt. Vor allem sind hier die fehlenden Daten zum
Metabolismus und zur Toxizität beim Menschen zu nennen.
Für weitergehende Aussagen hinsichtlich möglicher Gesundheitsschäden durch die
Aufnahme von AA aus der Umwelt sind Studien notwendig, die sowohl eine
medizinische Untersuchung der Probanden als auch ein Monitoring der inneren
AA-Belastung beinhalten.
4.1.5.2 Referenzwerte
Die Kommission Human-Biomonitoring des Umweltbundesamtes definiert den
Referenzwert als das 95ste Perzentil der Messwerte einer Stoffkonzentration in dem
entsprechenden Körpermedium einer Referenzpopulation. Er beschreibt die
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 83
unvermeidliche umweltbedingte Hintergrundbelastung durch einen Stoff, lässt aber
keine Aussage über eine mögliche Beeinträchtigung der Gesundheit zu, da es sich
nicht um einen toxikologisch begründeten Schwellenwert handelt. Werte unterhalb
des Referenzwertes sind in der Regel als unauffällig einzustufen.
Referenzwerte werden in der Regel anhand einer möglichst repräsentativen
Stichprobe der Allgemeinbevölkerung abgeleitet. Das im Rahmen dieser Arbeit
untersuchte Kollektiv der Allgemeinbevölkerung ist jedoch nicht als repräsentativ für
die deutsche Allgemeinbevölkerung zu bewerten, da die Probanden nur im
süddeutschen Raum ansässig sind, es sich ausschließlich um Nichtraucher handelt
und nicht zuletzt, da die Probanden so ausgewählt wurden, dass das Kollektiv
gleichmäßig altersverteilt ist. Somit können die gewonnen Daten nur als Basis für die
Ableitung von provisorischen Referenzwerten dienen. Legt man die unter Abschnitt
4.1.4 beschriebenen Daten zugrunde, ergeben sich also folgende provisorische
Referenzwerte (gerundet):
MEA: 62.000 µg/L bzw. 62 mg/L
DEA: 75 µg/L
TEA: 100 µg/L
Referenzwerte für die Stoffe DGA und AEPD können an dieser Stelle nicht abgeleitet
werden, da diese in keiner der untersuchten 98 Proben nachgewiesen werden
konnten.
4.2 Berufliche Belastung durch Aminoalkohole
4.2.1 Hintergrund
AA sind als Korrosionsinhibitoren, Entrostungsmittel und Entschäumer sowie zur
pH-Wert-Einstellung in wassermischbaren KSM enthalten. Diese KSM werden z.B.
bei bohrenden, fräsenden und drehenden Tätigkeiten in der metallverarbeitenden
Industrie angewandt, um zu bearbeitende Werkstücke zu kühlen, zu schmieren und
um entstehende Metallspäne abzuführen. Da bei der Bearbeitung der Werkstücke
84 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
hohe Reibungskräfte wirken und die KSM die dadurch entstehende Hitze
aufnehmen, kann es zur Bildung von Dämpfen kommen. Die hohen Drehzahlen der
Maschinen führen außerdem zur Aerosolbildung. Eine inhalative Exposition der
Arbeitnehmer ist also möglich. Eine dermale Belastung kann ebenfalls auftreten, zum
Beispiel beim Wechseln der Werkstücke oder bei Wartungsarbeiten mit
unzureichender Schutzbekleidung. Betriebsbesichtigungen zeigten, dass
Schutzmaßnahmen nicht immer Akzeptanz seitens der Arbeitnehmer finden, so wird
beispielsweise oft auf Handschuhe verzichtet. Aus arbeitsmedizinischer Sicht
erscheinen alle mit dieser Methode erfassbaren AA interessant, da diese in großem
Umfang als Bestandteile wassermischbarer KSM eingesetzt werden.
4.2.2 Kollektivbeschreibung
Untersucht wurden 52 Arbeitnehmer eines metallverarbeitenden Industriebetriebs. Es
handelt sich dabei ausschließlich um Männer. Das Alter der Probanden lag zwischen
21 und 57 Jahren, mit einem Altersmedian von 42,5 Jahren. Untersucht wurden
Spoturinproben. Die Urinproben wurden bis zur Analyse bei -18 °C gelagert. Die
Arbeitnehmer waren an verschiedenen Maschinen tätig, hauptsächlich an CNC-
Fräsen, Bohrern und Schleifmaschinen. Die Sicherheitsdatenblätter der KSM, die in
dem Betrieb angewendet werden, geben rein qualitativ Aufschluss über deren
Zusammensetzung. Demnach enthalten diese KSM MEA, TEA und DGA, jedoch in
nicht bekannten Mengen. Je nach Art der Anwendung der KSM, Verhalten der
Arbeitnehmer, Schutzmaßnahmen etc. können die Expositionshöhe und -dauer an
den verschiedenen Arbeitsplätzen erheblich schwanken und anhand der abgefragten
Daten für den jeweiligen Arbeitsplatz nicht abgeschätzt oder vorhergesagt werden.
Raumluftmessungen, die eine Abschätzung der inhalativen AA-Aufnahme ermöglicht
hätten, wurden nicht durchgeführt. Auf Kollektivbasis ist aufgrund der Angaben in
den Sicherheitsdatenblättern eine Belastung mit MEA, TEA und DGA zu erwarten.
Weiterhin ist eine DEA-Belastung möglich, da DEA aufgrund des
Herstellungsprozesses als Verunreinigung bzw. als Nebenprodukt bis zu einem
Anteil von 15 % in technischem TEA vorkommen kann (AGS, 2002).
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 85
Als Kontrolle dient ein Subkollektiv des unter Abschnitt 4.1.2 beschriebenen
Kollektivs der Allgemeinbevölkerung. Es handelt sich dabei um 30 männliche
Probanden (Alter 22 bis 59 Jahre, Median 40,0 Jahre). Diese Auswahl wurde
getroffen, da es sich bei den Arbeitnehmern ebenfalls nur um männliche Probanden
mit einem Alter zwischen rund 20 und 60 Jahren handelt. Somit ist eine direktere
Vergleichbarkeit der beiden Kollektive gegeben.
4.2.3 Methode
Für die Untersuchung der Urinproben der Arbeitnehmer wurde die in Abschnitt 3
beschriebene analytische Methode angewandt.
Auf das angewandte Verfahren zur Untersuchung der Urinproben der Kontrollen
wurde in Abschnitt 4.1.3 eingegangen.
Der Kreatiningehalt der Urinproben wurde basierend auf der Jaffé-Reaktion
photometrisch bestimmt (Larsen, 1972).
Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte mit Microsoft Excel 2002
(deskriptive Statistik, lineare Regression) sowie mit Microcal Origin 6.0
(Häufigkeitsverteilungen, statistische Tests, Boxplot-Darstellungen). Bei der Prüfung
auf statistische Signifikanz eines Unterschiedes (Student’s t-test, 2 unabhängige
Stichproben) wurde ein Signifikanzniveau von p<0,05 zugrunde gelegt.
Messergebnisse unterhalb der Bestimmungsgrenze gingen als halbe
Bestimmungsgrenze in die statistischen Betrachtungen ein.
4.2.4 Ergebnisse
Die Einzelergebnisse der Untersuchung des Beschäftigtenkollektivs aus der
Metallindustrie, sowie die des Kontrollkollektivs können Tabelle 23a und 23b im
Anhang entnommen werden. Folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse in Form einer
Minimalstatistik:
86 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
Tab. 24. Zusammenfassung der Ergebnisse des Biomonitorings bei Probanden mit vermuteter
beruflicher Belastung gegenüber Aminoalkoholen (n=52).
MEA DEA TEA DGA Morpholin AEPD
> BSG [%] 100 100 76,9 59,6 78,8 0
[µg/L]
Median 33.445 24,5 28,0 8,5 17,5 < BSG
95. Perzentil 71.697 210,2 436,8 278,4 31,8 < BSG
Min 5.362 7,0 < BSG < BSG < BSG < BSG
Max 80.286 2.389,6 1.569,9 388,1 39,5 < BSG
[µg/g Kreatinin]
Median 31.412 21,0 27,7 10,4 13,7 < BSG
95. Perzentil 46.413 105,6 308,3 210,5 61,4 < BSG
Min 12.703 7,5 < BSG < BSG < BSG < BSG
Max 57.178 4.192,3 1.154,4 396,1 73,1 < BSG
BSG = Bestimmungsgrenze; Min = Minimalwert; Max = Maximalwert.
Folgende Tabelle zeigt die Minimalstatistik der Ergebnisse des Biomonitorings des
Kontrollkollektivs:
Tab. 25. Zusammenfassung der Ergebnisse des Biomonitorings bei Probanden des beruflich nicht
gegen Aminoalkohole exponierten Kontrollkollektivs (n=30).
MEA DEA TEA DGA Morpholin AEPD
> BSG [%] 100 90,0* 40,0 0 n.b. 0
[µg/L]
Median 33.301 24,1 < BSG < BSG n.b. < BSG
95. Perzentil 64.045 93,3 195,6 < BSG n.b. < BSG
Min 322 < BSG* < BSG < BSG n.b. < BSG
Max 82.415 110,1 653,2 < BSG n.b. < BSG
[µg/g Kreatinin]
Median 26.141 19,9 < BSG < BSG n.b. < BSG
95. Perzentil 37.174 58,4 144,6 < BSG n.b. < BSG
Min 252 < BSG* < BSG < BSG n.b. < BSG
Max 42.046 85,4 371,1 < BSG n.b. < BSG
BSG = Bestimmungsgrenze; Min = Minimalwert; Max = Maximalwert; n.b. = nicht bestimmt.
* Die BSG für DEA ist methodisch bedingt 10 µg/L wie unter Abschnitt 4.1.3 beschrieben.
Ein Vergleich der Kreatininkonzentrationen in den Urinproben beider Kollektive kann
folgender Tabelle entnommen werden:
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 87
Tab. 26. Konzentrationen an Kreatinin in den Urinproben beider Kollektive.
Kreatinin [g/L]
Arbeitnehmerkollektiv (n=52) Kontrollkollektiv (n=30)
Median 1,17 1,21
95. Perzentil 2,47 2,23
Min 0,24 0,28
Max 3,37 2,68
Min = Minimalwert; Max = Maximalwert.
4.2.5 Diskussion
Die Analysenergebnisse zeigen, dass auch in dem Arbeitnehmerkollektiv die
Substanzen MEA, DEA und TEA nachgewiesen werden können, so wie das auch bei
dem unter Abschnitt 4.1 behandelten Kollektiv der Allgemeinbevölkerung der Fall
war. Im Gegensatz dazu kann bei den Arbeitnehmern auch DGA im Urin festgestellt
werden. Weiterhin wurde Morpholin in den Urinproben der Arbeitnehmer
nachgewiesen, auf diesen Parameter wurde im Kontrollkollektiv jedoch nicht
getestet.
Die Ergebnisse der Untersuchungen des Kreatiningehaltes in den Urinproben der
Arbeitnehmer und der Kontrollen zeigen, dass sich die beiden Kollektive hinsichtlich
der Kreatininausscheidung nicht signifikant unterscheiden (t-test: p=0,9061).
Folgende Abbildung der Verteilung der relativen Summenhäufigkeiten verdeutlicht
dies graphisch:
88 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
Abb. 18. Relative Summenhäufigkeiten des Arbeitnehmerkollektivs (n=52) und des Kontrollkollektivs
(n=30) hinsichtlich der Ausscheidung von Kreatinin (t-test: p=0,9061).
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,80,9 1 2 30,1
1
510
25
50
75
9095
99
99,9
Rel
ativ
e S
umm
enh
äufig
keit
[%]
Kreatinin-Konzentration [g/L]
Arbeiter Kontrolle
Man erkennt in dieser Abbildung, dass sich die Kreatininkonzentrationen der beiden
Kollektive über den gesamten Bereich überlappen. Man kann also davon ausgehen,
dass kein nennenswerter Verdünnungseffekt der Urinproben, beispielsweise bedingt
durch eine verminderte Flüssigkeitszufuhr der Arbeitnehmer, vorliegt. Als Basis für
den Vergleich zwischen dem Arbeitnehmer- und dem Kontrollkollektiv sollen daher
die AA-Konzentrationen dienen und nicht die Kreatinin-korrigierten Werte.
MEA
Die beiden Kollektive unterscheiden sich hinsichtlich der Urinkonzentrationen von
MEA statistisch nicht (t-test: p=0,2155). Folgende Abbildung zeigt die Verteilung der
relativen Summenhäufigkeiten beider Kollektive:
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 89
Abb. 19. Relative Summenhäufigkeiten der MEA-Konzentrationen in den Urinproben des
Arbeitnehmerkollektivs (n=52) und des Kontrollkollektivs (n=30) (t-test: p=0,2155).
4.000 6.000 8.00010.000 20.000 40.000 60.000 80.0000,1
1
510
25
50
75
9095
99
99,9
Rel
ativ
e S
umm
enhä
ufig
keit
[%]
MEA-Konzentration [µg/L]
Arbeiter Kontrolle
In dieser Abbildung ist gut zu erkennen, dass sich die MEA-Konzentrationen in den
Urinproben der Arbeitnehmer weitestgehend mit denen der Kontrollen decken. Eine
zusätzliche berufsbedingte Belastung der Arbeitnehmer ist nicht erkennbar, auch
wenn die Sicherheitsdatenblätter der in dem Betrieb verwendeten KSM Hinweise auf
einen Einsatz von MEA enthalten. Bei dieser Betrachtung muss jedoch berücksichtigt
werden, dass im Tierversuch nur 0,5 % des aufgenommenen MEA als solches im
Urin wieder eliminiert werden. Vor diesem Hintergrund und unter Berücksichtigung
der physiologisch bedingten hohen MEA-Ausscheidung wäre es auch denkbar, dass
eine berufsbedingte Zusatzbelastung nur zu einem vernachlässigbaren Anteil zur
Gesamtausscheidung beitragen würde und daher als solche gar nicht erkennbar
wäre. Es stellt sich daher die Frage nach der diagnostischen Aussagekraft des
Parameters MEA für die Umwelt- und Arbeitsmedizin. Diese kann anhand der im
Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zur inneren Belastung nicht
90 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
abschließend beantwortet werden. Hierfür sind zukünftig entweder groß angelegte
Biomonitoring-Studien auch an sicher MEA-exponierten Personen oder Studien zum
Metabolismus und der Eliminationskinetik am Menschen notwendig.
Auf Basis der vorliegenden Daten wären Urinkonzentrationen oberhalb des 95sten
Perzentils des Normalkollektivs von rund 62 mg/L als auffällig zu bewerten. Dies trifft
in dem untersuchten Arbeitnehmerkollektiv für acht Probanden zu.
DEA
Die beiden Kollektive unterscheiden sich nicht statistisch signifikant (t-test: p=0,3271)
hinsichtlich der DEA-Konzentrationen in den Urinproben. Folgende Abbildung zeigt
die Ergebnisse in der Boxplotdarstellung:
Abb. 20. Boxplotdarstellung der DEA-Konzentrationen in den Urinproben des Arbeitnehmerkollektivs
und des Kontrollkollektivs (t-test: p=0,3271).
In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, dass die medianen DEA-Konzentrationen
beider Kollektive nahezu gleich sind, während das 75ste und das 95ste Perzentil
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 91
beim Arbeitnehmerkollektiv deutlich höher sind. In folgender Abbildung der relativen
Summenhäufigkeiten wird dieser Sachverhalt noch deutlicher:
Abb. 21. Relative Summenhäufigkeiten des Arbeitnehmerkollektivs (n=52) und des Kontrollkollektivs
(n=30) hinsichtlich der DEA-Ausscheidung (t-test: p=0,3271).
10 100 1.0000,1
1
510
25
50
75
9095
99
99,9
Rel
ativ
e S
umm
enhä
ufig
keit
[%]
DEA-Konzentration [µg/L]
Arbeiter Kontrolle
In dieser Darstellung wird deutlich, dass sich die beiden Graphen nach zunächst
ähnlichem Verlauf etwa ab dem 75sten Perzentil auseinander bewegen. Das
bedeutet, dass ein Teil der Arbeitnehmer im Vergleich zu den Kontrollen deutlich
mehr DEA ausscheidet. DEA-Ausscheidungen über 110 µg/L können bei den
Kontrollen nicht mehr beobachtet werden, aber bei rund 12 % der Arbeitnehmer.
Dies spiegelt sich auch im 95sten Perzentil wieder, welches bei den Arbeitnehmern
rund 210 µg/L beträgt, bei den Kontrollen nur 93 µg/L.
Als mögliche Quelle für die zusätzliche Belastung mit DEA am Arbeitsplatz kommt
der Einsatz von technischem TEA in den dort verwendeten KSM in Betracht. Bei der
Herstellung von Ethanolaminen aus Ethylenoxid und Ammoniak entsteht ein
Gemisch aus MEA, DEA und TEA, welches destillativ getrennt wird. Technisches
92 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
TEA kann bei unzureichender Trennung DEA als Verunreinigung enthalten.
Folgende Abbildung zeigt den Zusammenhang zwischen den DEA- und TEA-
Konzentrationen in den Urinproben der Arbeitnehmer:
Abb. 22. Korrelation zwischen DEA- und TEA-Konzentrationen in den Urinproben der Arbeitnehmer
(n=51, ohne 1 Ausreißer).
y = 4,2896x - 63,497R = 0,90995p < 0,0001
n=51
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
1.600
0 50 100 150 200 250 300 350
Ko
nzen
trati
on
TE
A [
µg
/L]
Konzentration DEA [µg/L]
Ein statistisch hochsignifikanter Zusammenhang (p<0,0001) mit einem
Korrelationskoeffizienten von rund 0,91 unterstützt oben genannte Annahme.
Technisches TEA scheint am Arbeitsplatz die Hauptquelle für eine zusätzliche DEA-
Belastung zu sein. In dieser Quellenbetrachtung und in Abbildung 22 wurde ein
Ausreißer nicht berücksichtigt: Eine Urinprobe enthielt DEA in einer Konzentration
von fast 2.400 µg/L. Dies entspricht ca. dem 22-fachen des Maximalwertes der
Kontrollen. Die zugehörige TEA-Konzentration betrug dabei nur 59,1 µg/L.
Über das Zustandekommen einer derart hohen DEA-Konzentration kann nur
spekuliert werden: Möglich wäre eine massive Exposition bedingt durch den Einsatz
eines DEA-haltigen KSM am Arbeitsplatz, obwohl DEA gemäß TRGS 611 nicht mehr
in KSM eingesetzt werden darf (AGS, 2002). Es konnte jedoch bereits gezeigt
werden, dass vereinzelt immer noch DEA-haltige KSM eingesetzt werden (Breuer et
al., 2004).
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 93
TEA
Die mittleren TEA-Konzentrationen in den Urinproben der untersuchten Kollektive
unterscheiden sich statistisch nicht (t-test: p=0,1243). Folgende Abbildung zeigt die
Ergebnisse in der Boxplotdarstellung:
Abb. 23. Boxplotdarstellung der TEA-Konzentrationen in den Urinproben des Arbeitnehmerkollektivs
und des Kontrollkollektivs (t-test: p=0,1243).
In dieser Darstellungsweise scheinen die TEA-Konzentrationen im Kollektiv der
Arbeitnehmer dennoch insgesamt höher zu sein. Folgende Abbildung der relativen
Summenhäufigkeiten zeigt den Unterschied klarer:
94 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
Abb. 24. Relative Summenhäufigkeiten des Arbeitnehmerkollektivs (n=52) und des Kontrollkollektivs
(n=30) hinsichtlich der TEA-Ausscheidung (t-test: p=0,1243).
10 100 1.0000,1
1
510
25
50
75
9095
99
99,9
Rel
ativ
e S
umm
enhä
ufig
keit
[%]
TEA-Konzentration [µg/L]
Arbeiter Kontrollen
In dieser Abbildung ist ersichtlich, dass die TEA-Konzentrationen in den Urinproben
des Arbeitnehmerkollektivs über alle Ränge hin zu höheren TEA-Konzentrationen
verschoben sind. Diese Verschiebung zu höheren Werten hin ist darauf
zurückzuführen, dass TEA einen gängigen Bestandteil von KSM darstellt und auch in
den in diesem Betrieb verwendeten KSM gemäß den Sicherheitsdatenblättern
vorhanden ist. Somit sind arbeitsbedingte Belastungen anzunehmen. Die gute
Hautgängigkeit von TEA konnte durch den in Abschnitt 4.1.5 beschriebenen Versuch
bereits bestätigt werden. Die diagnostische Aussagekraft dieses Parameters für die
Arbeitsmedizin wird jedoch durch die umweltbedingte Hintergrundbelastung
geschmälert. Erst bei deutlich höheren Belastungen als den hier vorliegenden könnte
die TEA-Konzentration im Urin mit Vorteil für arbeitsmedizinische
Überwachungsuntersuchungen eingesetzt werden.
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 95
DGA
Am eindeutigsten ist die Situation beim DGA. Es konnte in 59,6 % der Probenurine
der Beschäftigten nachgewiesen werden, jedoch in keiner Probe des
Kontrollkollektivs. Dies ist insofern plausibel, da DGA ein deklarierter Bestandteil der
in diesem metallverarbeitenden Betrieb verwendeten KSM ist und in zunehmendem
Maße als Ersatzstoff für das früher sehr häufig eingesetzte DEA zur Anwendung
kommt. DGA ist nicht wie die Ethanolamine bis in die privaten Haushalte verbreitet.
Somit ist dieser Parameter von besonders hoher diagnostischer Zuverlässigkeit für
die Arbeitsmedizin, da er eine arbeitsbedingte Belastung unzweifelhaft anzeigt.
Morpholin
Morpholin konnte in 78,8 % der Proben des Arbeitnehmerkollektivs nachgewiesen
werden. Die gefundenen Konzentrationen liegen durchweg unter 40 µg/L. Das
Kontrollkollektiv wurde hinsichtlich dieses Parameters nicht untersucht. Eine
Aussage, inwieweit sich diese Werte von denen eines beruflich nicht gegen AA
exponierten Kollektivs unterscheiden, kann also nicht getroffen werden. Somit kann
auch nicht eingeschätzt werden, ob die gefundenen Morpholinausscheidungen
Resultat einer arbeitsplatzbedingten Belastung sind oder ob es sich um eine
umweltbedingte Hintergrundbelastung handelt. In keinem der in dem
metallverarbeitenden Betrieb verwendeten KSM war gemäß den jeweiligen
Sicherheitsdatenblättern ein Hinweis auf das Vorhandensein von Morpholin zu
finden. Morpholin darf wie DEA gemäß TRGS 611 nicht in KSM eingesetzt werden
wegen der Gefahr einer möglichen Nitrosaminbildung in Anwesenheit nitrosierender
Agenzien.
AEPD
AEPD konnte in keiner der 52 Urinproben des Arbeitnehmerkollektivs in
Konzentrationen oberhalb der Bestimmungsgrenze von 10 µg/L nachgewiesen
werden. In einer Probe fand sich AEPD in einer Konzentration von etwa 7 µg/L, also
zwischen der Nachweis- und der Bestimmungsgrenze.
In keinem der Sicherheitsdatenblätter für die in diesem Betrieb eingesetzten KSM
war ein Hinweis auf den Einsatz von AEPD zu finden. Somit war auch nicht von einer
Exposition der untersuchten Arbeitnehmer gegen AEPD auszugehen. Um
festzustellen, ob die Bestimmung von AEPD im Urin ein geeignetes Mittel zur
96 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
Quantifizierung einer entsprechenden Belastung mit AEPD darstellt, sind entweder
Biomonitoring-Studien auch an sicher AEPD-exponierten Personen oder Studien
zum Metabolismus und der Eliminationskinetik notwendig.
4.2.5.1 Toxikologische Bewertung der Befunde
Vor dem Hintergrund der unzureichenden Datenlage zu den humantoxikologischen
Eigenschaften von DEA, TEA und DGA erscheint die Belastungssituation der
Probanden aus arbeitsmedizinischer Sicht als bedenklich. Vor allem derart hohe
DEA-Ausscheidungen bis zu über 2 mg/L geben in Anbetracht der im Tierversuch
krebserzeugenden Wirkung und einer möglichen N-Nitrosodiethanolamin-Bildung in
vivo Anlass zur Sorge. DEA ist auf Grundlage der TRGS 611 aus eben diesem
Grund der Nitrosaminbildung nicht mehr für den Gebrauch in KSM zugelassen.
Jedoch fanden auch schon Breuer et al. (2004) im Rahmen eines
Untersuchungsprogramms heraus, dass immer noch vereinzelte KSM-Gemische
DEA in nicht unerheblichen Mengen enthalten. Dasselbe Problem betrifft auch den
Stoff Morpholin, der in fast 80 % der Urinproben der Arbeitnehmer nachgewiesen
werden konnte. Auch hier besteht die Möglichkeit einer Bildung von
N-Nitrosomorpholin in vivo. Ob eine umweltbedingte Hintergrundbelastung mit
Morpholin vorhanden ist, ist nicht bekannt, da die Urinproben des Kollektivs der
Allgemeinbevölkerung diesbezüglich nicht untersucht wurden.
N-Nitroso-DEA und N-Nitroso-Morpholin sind durch die Senatskommission zur
Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe in die Kategorie 2 der
krebserzeugenden Wirkung eingestuft worden (DFG, 2008a). Sie sind somit als
krebserzeugend für den Menschen anzusehen.
Leider ist den Sicherheitsdatenblättern der KSM in der Regel nicht klar zu
entnehmen, welche AA überhaupt Bestandteil sind. Angaben über die quantitative
Zusammensetzung fehlen gänzlich, so dass eine Abschätzung der Expositionshöhe
nur basierend auf den Urinkonzentrationen möglich ist. Analog der unter Abschnitt
4.1.5.1 für das Normalkollektiv durchgeführten Dosisabschätzung können unter
Berücksichtigung von Pharmakokinetikstudien am Tier für DEA, TEA und Morpholin
die täglichen Aufnahmemengen der Arbeitnehmer grob abgeschätzt werden. Den
folgenden Berechnungen werden eine tägliche Ausscheidungsmenge von 1 Liter
Biological Monitoring von Aminoalkoholen 97
Urin und ein durchschnittliches Körpergewicht der ausschließlich männlichen
Probanden von 80 kg zugrunde gelegt, weiterhin wird mit den entsprechenden
Urinkonzentrationen in Höhe des 95sten Perzentils der untersuchten Arbeitnehmer
gerechnet.
Geht man davon aus, dass DEA innerhalb von 24 Stunden zu 12 % unverändert mit
dem Urin ausgeschieden wird (Mendrala et al., 2001), sollte eine Urinkonzentration
von 210 µg/L einer täglichen DEA-Dosis von etwa 1,8 mg bzw. 22 µg/kg KG/d
entsprechen. Dies ist um Größenordnungen geringer als eine DEA-Dosis von
40 mg/kg KG/d, die im Tierversuch bei Mäusen zu Krebs führte (NTP, 1999b).
Eine noch höhere Spanne ergibt sich für TEA: Basierend auf der Konzentration von
440 µg/L und unter Berücksichtigung einer Ausscheidungsrate von etwa 60 %
innerhalb von 24 Stunden (Stott et al., 2000b) ergibt sich eine tägliche Dosis von
rund 730 µg TEA bzw. 9 µg/kg KG/d. Im Tierversuch führte eine TEA-Dosis von
100 mg/kg KG/d zu Leberzellen-Adenomen bei Mäusen (NTP, 2004).
Morpholin wird in Tierversuchen zu fast 100 % unverändert über den Urin
ausgeschieden. Nimmt man an, dass dies auch für die Elimination beim Menschen
zutrifft, entspräche eine Urinkonzentration von 32 µg/L einer Aufnahmemenge von
etwa 0,4 µg Morpholin/kg KG/d.
Für DGA liegen keine Pharmakokinetikstudien vor, so dass lediglich angenommen
werden kann, dass auch DGA zu 100 % unverändert über den Urin wieder
ausgeschieden wird. Eine Urinkonzentration von 280 µg/L würde demnach einer
Aufnahme von etwa 3,5 µg DGA/kg KG/d entsprechen.
In allen Fällen unterliegt die Abschätzung der täglichen Aufnahmemenge einer hohen
Unsicherheit, da von keinem dieser Stoffe bekannt ist, wie sie vom Menschen
aufgenommen, verteilt, metabolisiert und eliminiert werden.
4.2.5.2 Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen
Vor allem mit den Parametern DEA, TEA und DGA, möglicherweise auch mit MEA,
Morpholin und AEPD, sollte es zukünftig möglich sein, Aussagen über die
Belastungssituation von Arbeitnehmern der metallverarbeitenden Industrie treffen zu
können. Dies gilt einerseits für die entsprechenden AA, andererseits aber auch für
die Exposition gegenüber wasserlöslichen KSM im Allgemeinen, für deren Erfassung
der Arbeitsmedizin bislang keine geeigneten Werkzeuge zur Verfügung standen. Die
98 Biological Monitoring von Aminoalkoholen
äußere Belastung gegenüber KSM konnte bislang nur anhand eines Air Monitorings
gemessen werden. Daraus kann aber nicht auf die innere Belastung geschlossen
werden, weil die Raumluftmessung nur den Anteil an der Gesamtaufnahme
berücksichtigt, der inhalativ aufgenommen wird. Henriks-Eckerman et al. (2007)
konnten jedoch in einer Studie zeigen, dass die an den Händen von Beschäftigten in
der Metallindustrie haftende Menge an Ethanolaminen die der inhalierten Luft im
Median um das 9- bis 170-fache übersteigen kann. Damit wäre der dermale
Aufnahmepfad der Wichtigere. Dies muss bei einer Risikoabschätzung berücksichtigt
werden.
Ein Humanbiomonitoring von Arbeitnehmern zur Erfassung einer Belastung
gegenüber KSM-Bestandteilen war bislang nicht möglich, zum einen aufgrund
fehlender geeigneter Parameter und zum anderen, da bislang keine analytischen
Methoden für diese Fragestellung entwickelt wurden. Mit der im Rahmen dieser
Arbeit neu entwickelten Methode zur Bestimmung der Belastung gegen die vor allem
in der metallverarbeitenden Industrie weitverbreiteten und toxikologisch bedenklichen
AA sollte es zukünftig gelingen, Aussagen über die Belastungssituation von
Arbeitnehmern zu treffen. Mit diesen Informationen wird die Möglichkeit eröffnet,
vorhandene Schutzmaßnahmen prüfen und gegebenenfalls verbessern zu können.
Mit Hilfe noch zu erarbeitender Daten zum Metabolismus und zur Toxikologie beim
Menschen könnten weiterführend Schwellenwerte abgeleitet werden, mit denen die
Arbeitssicherheit im Umgang mit AA bzw. KSM erhöht würde. Bislang konnten solche
gesundheitlich unbedenklichen Schwellenwerte, wie MAK- oder BAT-Werte, für die
meisten der hier behandelten Substanzen mangels ausreichender Informationen
nicht abgeleitet werden. Die entwickelte Methode bildet somit ein Fundament für
künftige Maßnahmen der Individualprävention von Gesundheitsschäden, die
Arbeitnehmer durch den Umgang mit KSM erleiden könnten.
Zusammenfassung 99
5. Zusammenfassung
Im Fokus der Arbeit standen die Aminoalkohole 2-Aminoethanol (MEA),
Diethanolamin (DEA), Triethanolamin (TEA), 2-(2-Aminoethoxy)ethanol
(Diglykolamin, DGA), Morpholin und 2-Amino-2-ethyl-1,3-propandiol (AEPD). Bei
diesen Stoffen handelt es sich um sogenannte high production volume-Chemikalien,
die in Europa in Mengen von mehr als 1.000 Tonnen pro Jahr hergestellt werden.
Aminoalkohole kommen sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich zur
Anwendung. Im Haushalt treten sie als Bestandteile von Wasch- und
Reinigungsmitteln und Kosmetika auf. In der metallverarbeitenden Industrie werden
sie als korrosionshemmende und entschäumende Bestandteile Kühlschmiermitteln
zugesetzt. Kühlschmiermittel werden bei der Bearbeitung von Metallwerkstoffen zur
Kühlung und Schmierung eingesetzt.
Die weitverbreitete Anwendung von Aminoalkoholen stellt ein arbeits- und
umweltmedizinisches Problem dar. DEA und TEA erzeugen im Tierversuch Krebs.
DEA und Morpholin können N-Nitrosamine bilden, die beim Menschen Krebs
auszulösen vermögen. Bei den übrigen Aminoalkoholen ist die Datenlage so
spärlich, dass gegenwärtig keine Prognose zu potentiellen Gesundheitsgefahren
gegeben werden kann und damit ein wirksamer Gesundheitsschutz nicht möglich ist.
Zwar wurden die Aminoalkohole bereits von der Senatskommission zur Prüfung
gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe behandelt, jedoch konnten nur für MEA, DEA
und Morpholin MAK-Werte abgeleitet werden, da für die restlichen Aminoalkohole die
Daten nicht ausreichen, um eine Einstufung zu rechtfertigen.
Präventivmedizinisch ist es deshalb von großer Bedeutung die Aminoalkohol-
Mengen abschätzen zu können, die der Mensch am Arbeitsplatz oder aus seiner
Umwelt aufnimmt. Aus diesem Grund war es ein Ziel der Arbeit, eine analytische
Methode zu entwickeln, die es ermöglicht, die genannten Aminoalkohole in
Körperflüssigkeiten nachzuweisen, um damit Rückschlüsse auf die
Belastungssituation ziehen zu können. Da die Elimination der Aminoalkohole über
den Urin erfolgt, bietet sich dieser als Untersuchungsmaterial an.
Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte analytische Methode basiert, nach
Abtrennung von störenden Matrixkomponenten mittels Festphasenextraktion, auf
einer Derivatisierung der Aminoalkohole im wässrigen Medium gefolgt von einer
100 Zusammenfassung
Flüssig/flüssig-Extraktion der Derivate. Die Derivate werden anschließend
kapillargaschromatographisch getrennt und massenspektrometrisch detektiert. Die
Bestimmungsgrenzen des Verfahrens liegen bei 5 µg/L für DEA, DGA und Morpholin,
bei 10 µg/L für AEPD und TEA und bei 100 µg/L für MEA. Die Variationskoeffizienten
für die Präzision von Tag zu Tag liegen zwischen 3,8 und 12,1 %, die mittleren
relativen Wiederfindungsraten zwischen 87 und 118 %.
Es wurden zwei Kollektive untersucht. Zum einen ein Kollektiv von 98 Personen der
Allgemeinbevölkerung ohne bekannten beruflichen Umgang mit Aminoalkoholen.
Zum anderen wurde ein Kollektiv von 52 Arbeitnehmern der metallverarbeitenden
Industrie untersucht, die mit Kühlschmiermitteln umgingen, die verschiedene
Aminoalkohole enthielten. Zum Vergleich mit den Arbeitnehmern wurde ein
Subkollektiv (n=30) aus den 98 Personen der Allgemeinbevölkerung gebildet, das
hinsichtlich des Alters und des Geschlechts in Übereinstimmung mit dem
Arbeitnehmerkollektiv gebracht wurde.
In den Proben des Kollektivs der Allgemeinbevölkerung konnten die Aminoalkohole
MEA (in 100 % der Proben), DEA (81,6 %) und TEA (35,7 %) nachgewiesen werden.
Nicht gefunden wurden die Stoffe DGA und AEPD. Die angewandte Methode ließ
eine Untersuchung auf den Parameter Morpholin nicht zu. Die Medianwerte der
Konzentrationen lagen für MEA bei rund 23 mg/L, für DEA bei 23,2 µg/L und für TEA
bei < 10 µg/L. Die MEA-Ausscheidung ist in erster Linie auf das natürliche
Vorkommen von MEA in der Phospholipidfraktion von Zellmembranen
zurückzuführen und nicht auf eine umweltbedingte Belastung. Anders stellt sich die
Situation beim DEA und TEA dar. Für beide ist kein endogener
Bildungsmechanismus bekannt, so dass es sich hierbei sehr wahrscheinlich um eine
Hintergrundbelastung durch die Anwendung ethanolaminhaltiger Körperpflegemittel
handelt.
Im Arbeitnehmerkollektiv konnten ebenfalls die drei Ethanolamine MEA (in 100 % der
Proben), DEA (100 %) und TEA (76,9 %) gefunden werden, zusätzlich jedoch auch
noch die Stoffe Morpholin (78,8 %) und DGA (59,6 %). Die Median-Konzentrationen
lagen für MEA bei rund 33 mg/L, für DEA bei 24,5 µg/L, für TEA bei 28,0 µg/L, für
DGA bei 8,5 µg/L und für Morpholin bei 17,5 µg/L. Die DEA- und TEA-
Konzentrationen in den Urinproben der Allgemeinbevölkerung und in denen der
Zusammenfassung 101
Arbeitnehmer überlappen sich in einem sehr weiten Bereich. Doch sind die TEA-
Konzentrationen in den Urinproben der Arbeitnehmer systematisch hin zu höheren
Konzentrationen verschoben. Im Falle des DEA macht sich diese Verschiebung erst
ab dem 75sten Perzentil bemerkbar. DGA konnte ausschließlich bei den
Arbeitnehmern und nicht bei den Kontrollen gefunden werden.
Mit dieser Arbeit ist es gelungen ein Instrument zu schaffen, mit dem die Arbeits- und
die Umweltmedizin künftig in der Lage sein wird, die Mengen an Aminoalkoholen
abzuschätzen, die der Mensch aufnimmt. Darauf aufbauend wird es gelingen, die
toxikologische Datenbasis dieser Stoffe zu verbessern, um schließlich auch
gesundheitlich unbedenkliche Schwellenwerte, wie z.B. MAK- oder BAT-Werte,
ableiten zu können. Dies alles wird dazu beitragen, den Schutz der Gesundheit vor
den Wirkungen dieser Substanzen entscheidend zu verbessern.
102 Summary
6. Summary
The amino alcohols 2-aminoethanol (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine
(TEA), 2-(2-aminethoxy)ethanol (diglycolamine, DGA), morpholine, and 2-amino-2-
ethyl-1,3-propanediol (AEPD) were in the focus of the work in hand. These
substances are so called “high production volume” chemicals which are produced in
quantities of more than 1000 tons per year Europe-wide.
Amino alcohols are applied both in the domestic and the occupational field. In
households they are present as components of detergents and cosmetics. In the
metal working industry they are used as anti-corrosive and defoaming agents in
metal working fluids, which are applied during processing of metal parts for cooling
and lubrication.
The widespread application of amino alcohols is an issue of occupational and
environmental medicine. DEA and TEA cause cancer in animal studies. DEA and
morpholine are capable of forming N-nitrosamines which can cause cancer in
humans. For the rest of the amino alcohols the data are inadequate for the
assessment of potential health risks and, therefore, effective health protection is not
possible at present. Although the amino alcohols have been discussed by the
“Senate Commission for the Investigation of Health Hazard of Chemical Compounds
in the Work Area” (MAK-Commission), MAK (maximum concentration at the
workplace)-values have been evaluated only for MEA, DEA and morpholine. For the
other amino alcohols the data were insufficient to justify a classification.
For preventive medicine it is of great importance to assess the quantities of amino
alcohols assimilated by humans at the workplace or through the environment. For
that reason it was aim of the work to develop an analytical method that allows the
quantification of the said amino alcohols in body fluids and, furthermore, to be able to
draw conclusions regarding the body burden situation. The elimination of the amino
alcohols takes place via urine, so this material was selected to be analysed.
The analytical method developed within the scope of the work is based on a
derivatisation of the amino alcohols in aqueous medium after they have been
separated from interfering matrix compounds by solid phase extraction.
Subsequently, the derivatised amino alcohols are extracted by liquid-liquid-extraction.
Separation of the derivatives takes place using capillary gas chromatography
Summary 103
followed by detection via mass spectrometry. The limits of detection of the method
are 5 µg/L for DEA, DGA, and morpholine, 10 µg/L for AEPD and TEA, and 100 µg/L
for MEA, respectively. The coefficients of variation for the inter-assay precision are
between 3.8 and 12.1 %. Mean relative recoveries are between 87 and 118 %.
Two populations have been examined: On the one hand a population of 98 persons
of the general population without a known occupational exposure to amino alcohols,
and on the other hand a population of 52 employees of the metal industry handling
with metal working fluids that contained various amino alcohols have been examined.
For comparative purposes a sub-population (n=30) has been formed out of the
98 persons of the general population and matched regarding age and gender.
In the specimens of the general population the amino alcohols MEA (in 100 % of the
samples), DEA (81.6 %), and TEA (35.7 %) have been detected, but not the
substances DGA and AEPD. The applied method did not allow the determination of
morpholine. Median values of the concentrations were approximately 23 mg/L,
23.2 µg/L, and below 10 µg/L for MEA, DEA, and TEA, respectively. MEA excretion is
mainly due to natural occurrence of MEA in the phospholipid fraction of cell
membranes and is not a result of environmental exposure. However, DEA and TEA
are not known to be formed endogenously, thus, a background exposure due to the
application of ethanolamine containing cosmetics is probable.
In the specimens of the employees the three ethanol amines MEA (in 100 % of the
samples), DEA (100%), and TEA (76.9 %) could be found as well. Additionally,
morpholine (78.8 %) and DGA (59.6 %) could be detected. Median concentrations
were approximately 33 mg/l (MEA), 25.5 µg/L (DEA), 28.0 µg/L (TEA), 8.5 µg/L
(DGA), and 17.5 µg/L (morpholine). DEA and TEA concentrations in the specimens
of both populations overlap for the most part. However, the TEA concentrations in the
urine samples of the employees are systematically shifted to higher values. In the
case of DEA a shift is noticeable from the 75th percentile on. DGA could be detected
exclusively in specimens of the employees but not of the controls.
In this work it has been succeeded to create an instrument that allows both the
environmental and the occupational medicine to estimate the quantities of amino
alcohols assimilated by humans. Based on those results it will be possible to improve
104 Summary
the toxicological database, ultimately allowing the evaluation of threshold values
linked to the avoidance of human health hazards like MAK and BAT values.
Altogether, this will decisively contribute to improve the health protection against the
effects of these substances.
Literatur 105
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114 Anhang
8. Anhang
Abb. 13. Massenspektren von MEA (A), DEA (B) und TEA (C) im NCI-Modus.
Anhang 115
Abb. 14. Massenspektren von DGA (D), Morpholin (E) und AEPD (F) im NCI-Modus.
116 Anhang
Tab. 18. Präzisionen in der Serie für die Bestimmung von Aminoalkoholen in Poolurin (n=6).
Analyt Dotierte Konzentration
[µg/L]
Standardabweichung (rel.)
[%]
Streubereich
[%]
MEA 10.230 5,8 14,2
DEA 121,0 3,3 8,1
TEA 118,0 4,6 11,3
AEPD 1.057 5,1 12,5
DGA 1.111 7,8 19,1
Tab. 19. Präzisionen von Tag zu Tag für die Bestimmung von Aminoalkoholen in Poolurin (n=6).
Analyt Dotierte Konzentration
[µg/L]
Standardabweichung (rel.)
[%]
Streubereich
[%]
MEA 10.230 7,8 19,1
DEA 121,0 5,9 14,5
TEA 118,0 5,2 12,7
AEPD 1.057 5,1 12,5
DGA 1.111 5,8 14,2
Tab. 20. Relative Wiederfindungsraten für die Bestimmung von Aminoalkoholen in Individualurinen
(n=8).
Analyt Dotierte Konzentration
[µg/L]
Mittlere, relative Wiederfindung
[%]
Bereich
[%]
MEA 10.230 102 91-114
DEA 121,0 104 84-123
TEA 118,0 96 85-107
AEPD* 1.057 109 89-143
DGA* 1.111 109 91-132
* AEPD wurde mittels Bezug auf d8-DEA quantifiziert, DGA auf d4-MEA.
Anhang 117
Tab. 21. Einzeldaten des Kollektivs der Allgemeinbevölkerung (n=98).
Nr. Alter Geschlecht Kreatinin MEA DEA TEA DGA
[Jahre] [g/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L]
13 55 ♂ 0,52 14.348 19,4 10,3 < BSG 24 77 ♂ 0,86 25.736 32,0 < BSG < BSG 28 55 ♀ 0,74 34.315 22,1 15,9 < BSG 30 18 ♂ 1,03 28.026 25,0 15,7 < BSG 43 65 ♂ 0,97 28.600 20,8 5,0 < BSG 59 32 ♀ 0,11 2.034 < BSG < BSG < BSG 61 52 ♀ 0,45 3.368 20,6 11,2 < BSG 83 13 ♂ 1,37 47.555 24,7 < BSG < BSG 89 44 ♀ 0,57 6.433 12,5 20,6 < BSG 94 80 ♂ 1,05 25.363 23,0 < BSG < BSG 100 45 ♀ 1,22 37.358 24,2 25,0 < BSG 112 22 ♀ 0,15 3.532 < BSG < BSG < BSG 113 45 ♂ 1,38 32.685 34,5 < BSG < BSG 117 48 ♂ 2,11 61.826 37,1 < BSG < BSG 147 63 ♀ 0,98 22.215 23,7 14,4 < BSG 161 22 ♂ 1,28 322 11,0 < BSG < BSG 162 29 ♀ 0,23 5.288 < BSG 12,6 < BSG 169 16 ♀ 0,74 19.980 15,3 < BSG < BSG 175 71 ♀ 1,21 773 20,9 < BSG < BSG 183 22 ♂ 1,64 44.527 28,7 < BSG < BSG 188 27 ♂ 0,49 8.254 9,7 < BSG < BSG 197 13 ♀ 0,30 12.083 < BSG < BSG < BSG 198 9 ♀ 0,33 9.433 < BSG < BSG < BSG 200 56 ♂ 1,69 44.263 23,9 < BSG < BSG 209 39 ♀ 0,52 24.094 33,4 32,8 < BSG 215 33 ♀ 2,04 48.279 32,8 < BSG < BSG 217 41 ♀ 0,67 22.333 11,3 < BSG < BSG 226 39 ♂ 1,13 35.690 16,9 < BSG < BSG 227 76 ♀ 0,77 20.468 58,3 85,9 < BSG 228 47 ♂ 0,35 12.941 10,6 < BSG < BSG 248 59 ♂ 0,72 20.420 25,1 15,1 < BSG 253 8 ♂ 1,50 58.990 74,2 < BSG < BSG 257 10 ♀ 0,77 44.691 28,9 53,4 < BSG 259 48 ♀ 2,07 65.908 41,0 < BSG < BSG 261 41 ♂ 1,75 49.144 35,0 43,0 < BSG 271 42 ♀ 0,41 10.741 15,9 < BSG < BSG 286 14 ♀ 0,68 16.456 < BSG 12,6 < BSG 290 44 ♂ 1,49 41.726 95,6 263,7 < BSG 298 70 ♂ n.a. 5.785 < BSG < BSG < BSG 299 37 ♀ 0,16 4.199 < BSG < BSG < BSG 303 26 ♂ 0,84 17.668 24,4 < BSG < BSG 324 47 ♀ 0,13 5.783 < BSG < BSG < BSG 340 35 ♀ 0,71 29.926 16,9 14,4 < BSG 356 27 ♀ 0,84 27.750 24,1 < BSG < BSG 361 55 ♀ 0,21 4.864 < BSG < BSG < BSG 371 58 ♀ 1,23 42.270 23,6 < BSG < BSG 378 51 ♂ 2,28 38.070 < BSG 44,0 < BSG 389 56 ♀ 0,24 8.568 < BSG < BSG < BSG 405 34 ♀ 0,44 8.517 < BSG < BSG < BSG 407 28 ♀ 1,67 38.794 27,0 < BSG < BSG
118 Anhang
Fortsetzung Tabelle 21
Nr. Alter Geschlecht Kreatinin MEA DEA TEA DGA
[Jahre] [g/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L]
409 28 ♂ 1,12 31.398 31,4 65,2 < BSG 414 71 ♂ 1,03 28.086 42,8 < BSG < BSG 424 6 ♂ 0,45 9.449 12,0 < BSG < BSG 426 12 ♀ 1,72 69.335 64,0 102,0 < BSG 433 72 ♀ 0,24 10.915 43,0 < BSG < BSG 440 54 ♂ 1,11 46.671 23,4 < BSG < BSG 447 35 ♂ 1,29 48.164 110,1 < BSG < BSG 451 11 ♀ 1,30 43.312 28,3 < BSG < BSG 461 51 ♀ 0,23 6.865 16,6 < BSG < BSG 464 25 ♀ 0,32 8.731 17,1 44,0 < BSG 478 36 ♂ 0,39 10.861 < BSG < BSG < BSG 500 69 ♂ 1,41 37.447 10,2 < BSG < BSG 503 7 ♀ 1,87 73.901 54,2 24,9 < BSG 504 11 ♂ 0,80 36.695 16,8 < BSG < BSG 505 6 ♀ 0,86 31.316 23,1 < BSG < BSG 515 33 ♂ 2,17 49.929 44,2 44,5 < BSG 530 12 ♂ 0,56 15.417 < BSG < BSG < BSG 550 58 ♂ 1,60 39.667 25,2 < BSG < BSG 553 24 ♂ 1,76 39.992 90,6 653,2 < BSG 554 56 ♂ 2,04 65.861 31,6 < BSG < BSG 558 37 ♂ 2,68 82.415 50,0 14,0 < BSG 612 15 ♂ 1,31 41.223 36,6 < BSG < BSG 620 49 ♀ 0,44 9.806 34,0 < BSG < BSG 626 24 ♂ 0,57 13.905 14,0 < BSG < BSG 647 15 ♀ 2,29 58.597 22,3 < BSG < BSG 669 52 ♂ 0,75 17.768 12,0 30,0 < BSG 692 46 ♂ 1,30 33.918 15,8 < BSG < BSG 736 8 ♀ 0,62 25.149 25,2 < BSG < BSG 756 7 ♂ 0,69 21.247 33,3 31,8 < BSG 759 21 ♀ 0,86 22.323 14,9 < BSG < BSG 768 34 ♂ 0,28 5.415 < BSG < BSG < BSG 776 42 ♂ 0,60 14.804 9,9 < BSG < BSG 780 32 ♂ 1,07 23.980 52,2 112,4 < BSG 794 36 ♂ 0,63 14.503 17,0 17,8 < BSG 806 46 ♀ 0,84 17.000 21,7 26,9 < BSG 823 73 ♂ 0,58 8.735 36,6 47,2 < BSG 827 31 ♀ 0,15 3.253 < BSG < BSG < BSG 834 62 ♀ 0,74 29.308 26,6 < BSG < BSG 837 8 ♀ 0,58 398 17,9 9,8 < BSG 839 6 ♀ 1,37 44.172 95,0 178,8 < BSG 847 69 ♂ 0,69 747 42,5 < BSG < BSG 856 16 ♂ 1,65 43.167 76,8 108,0 < BSG 857 10 ♂ 0,45 18.153 25,6 < BSG < BSG 861 18 ♀ 2,24 56.555 48,0 16,0 < BSG 921 73 ♀ 0,73 21.100 35,0 < BSG < BSG 931 8 ♂ 0,70 29.922 46,0 22,0 < BSG 936 53 ♀ 0,87 20.746 12,7 < BSG < BSG 937 26 ♀ 0,21 3.825 < BSG < BSG < BSG
BSG = Bestimmungsgrenze; n.a. = nicht analysiert.
Anhang 119
Tab. 23a. Einzeldaten der potentiell beruflich belasteten Personen (n=52, alle männlich).
Nr. Alter Kreatinin MEA DEA TEA DGA Morpholin
[Jahre] [g/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L]
5001 42 0,96 27.445 20,4 18,0 22,2 27,1 5002 52 0,98 30.043 100,8 245,6 388,1 7,9 5005 49 0,39 12.749 8,6 < BSG 5,0 20,2 5007 51 1,13 33.164 116,6 344,1 < BSG 29,2 5008 47 0,58 15.147 54,8 176,2 < BSG 17,1 5010 42 1,36 43.348 311,0 1569,9 321,8 19,6 5011 24 1,56 38.404 66,4 186,0 8,8 7,5 5012 31 2,46 80.286 27,4 13,8 7,3 < BSG 5013 57 2,25 79.101 244,2 450,6 < BSG < BSG 5019 46 2,24 61.260 33,6 55,4 < BSG 22,3 5021 54 2,08 71.514 47,2 23,5 152,3 13,8 5022 44 0,59 25.361 8,0 29,4 17,6 19,1 5023 41 1,20 36.804 15,8 < BSG 65,5 < BSG 5024 54 0,55 20.525 11,8 < BSG < BSG < BSG 5025 51 0,55 25.069 31,1 < BSG < BSG 28,1 5028 30 1,86 33.314 27,0 < BSG 8,3 < BSG 5030 41 1,22 29.562 17,4 31,3 17,3 17,9 5034 30 0,97 26.322 15,4 26,6 < BSG 7,2 5036 35 1,43 33.575 13,1 < BSG < BSG 5,7 5037 31 0,38 12.138 8,2 13,5 < BSG 17,8 5038 39 1,67 45.339 25,7 < BSG < BSG 17,5 5040 26 2,54 71.921 182,3 1153,9 < BSG < BSG 5041 50 0,34 7.973 7,0 10,9 14,0 22,0 5044 57 1,74 37.799 33,3 50,0 43,7 7,2 5045 43 1,60 54.700 83,0 344,9 368,6 27,7 5046 43 0,34 10.845 11,5 37,1 < BSG 18,1 5047 32 1,86 25.685 13,9 13,1 173,5 24,0 5048 48 1,25 30.315 18,7 < BSG 242,8 < BSG 5049 53 0,24 5.362 11,5 60,0 < BSG 17,5 5050 24 1,41 36.023 71,1 279,9 5,8 22,2 5051 39 0,80 18.485 25,7 15,5 7,2 20,4 5052 43 0,24 13.723 10,1 44,3 < BSG 17,5 5053 44 0,62 20.301 13,3 < BSG 18,8 36,3 5054 37 0,97 45.458 19,7 41,2 168,9 27,0 5056 40 0,79 30.700 38,5 132,4 < BSG 16,2 5057 53 1,02 41.557 92,3 276,3 10,7 21,9 5061 43 1,87 57.878 16,6 24,0 9,1 < BSG 5064 35 1,87 63.617 32,5 < BSG < BSG 14,4 5065 52 1,36 29.380 128,5 425,5 134,1 < BSG 5066 24 1,68 62.131 27,2 151,2 34,5 < BSG 5067 52 2,54 62.683 36,6 23,5 < BSG 8,3 5069 43 0,57 30.338 2389,6 59,1 9,0 30,2 5074 48 1,89 52.940 38,8 93,8 56,9 < BSG 5076 21 1,39 55.372 51,0 134,4 < BSG 24,6 5077 27 1,62 20.579 19,0 32,1 < BSG 18,9 5078 29 1,46 47.866 15,3 12,0 17,8 11,2 5079 21 1,78 62.623 22,3 24,5 216,5 39,5 5080 29 0,74 18.193 18,1 20,7 29,5 19,7 5081 43 1,40 54.534 23,3 25,8 14,5 5,5 5082 44 0,71 24.253 14,7 < BSG 15,0 20,3
120 Anhang
Fortsetzung Tabelle 23a
Nr. Alter Kreatinin MEA DEA TEA DGA Morpholin
[Jahre] [g/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L]
5084 42 1,04 34.417 12,4 < BSG < BSG 33,7 5086 41 0,99 45.584 11,1 32,0 < BSG 7,5
BSG = Bestimmungsgrenze.
Tab. 23b. Einzeldaten des Kontrollkollektivs (n=30; Subkollektiv des Kollektivs der Allgemeinbevölkerung; alle männlich).
Nr. Alter Kreatinin MEA DEA TEA DGA Morpholin
[Jahre] [g/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L] [µg/L]
13 55 0,52 14.348 19,4 10,3 < BSG n.a. 113 45 1,38 32.685 34,5 < BSG < BSG n.a. 117 48 2,11 61.826 37,1 < BSG < BSG n.a. 161 22 1,28 322 11,0 < BSG < BSG n.a. 183 22 1,64 44.527 28,7 < BSG < BSG n.a. 188 27 0,49 8.254 9,7 < BSG < BSG n.a. 200 56 1,69 44.263 23,9 < BSG < BSG n.a. 226 39 1,13 35.690 16,9 < BSG < BSG n.a. 228 47 0,35 12.941 10,6 < BSG < BSG n.a. 248 59 0,72 20.420 25,1 15,1 < BSG n.a. 261 41 1,75 49.144 35,0 43,0 < BSG n.a. 290 44 1,49 41.726 95,6 263,7 < BSG n.a. 303 26 0,84 17.668 24,4 < BSG < BSG n.a. 378 51 2,28 38.070 < BSG 44,0 < BSG n.a. 409 28 1,12 31.398 31,4 65,2 < BSG n.a. 440 54 1,11 46.671 23,4 < BSG < BSG n.a. 447 35 1,29 48.164 110,1 < BSG < BSG n.a. 478 36 0,39 10.861 < BSG < BSG < BSG n.a. 515 33 2,17 49.929 44,2 44,5 < BSG n.a. 550 58 1,60 39.667 25,2 < BSG < BSG n.a. 553 24 1,76 39.992 90,6 653,2 < BSG n.a. 554 56 2,04 65.861 31,6 < BSG < BSG n.a. 558 37 2,68 82.415 50,0 14,0 < BSG n.a. 626 24 0,57 13.905 14,0 < BSG < BSG n.a. 669 52 0,75 17.768 12,0 30,0 < BSG n.a. 692 46 1,30 33.918 15,8 < BSG < BSG n.a. 768 34 0,28 5.415 < BSG < BSG < BSG n.a. 776 42 0,60 14.804 9,9 < BSG < BSG n.a. 780 32 1,07 23.980 52,2 112,4 < BSG n.a. 794 36 0,63 14.503 17,0 17,8 < BSG n.a.
BSG = Bestimmungsgrenze; n.a. = nicht analysiert.