Bildung & Gesellschaft

Prof.Dr.

Alltagsprodukte wie Seifen und Desinfektionsmitteln enthalten oft das Bakterizid Triclosan. So gelangt es zwangsläufig in die Umwelt. Daher sind empfindliche Detektionsmethoden der chlororganischen Verbindung gefragt sowie Reaktionen zur Detoxifizierung. Versuche aus dem Hochschulpraktikum.
Triclosan (5-Chlor-2-(2,4-dichlorphenoxy)-phenol, Abbildung 1) ist ein Bakterizid, das in Zahnpasta, Deodorant oder Seife eingesetzt wird sowie in Desinfektionsmitteln, Waschmitteln oder Haushaltsreinigern. Die maximal zulässige Konzentration in Kosmetika beträgt 0,3 %.1) Der Einsatz der Substanz ist umstritten, da die Gefahr besteht, dass sie Resistenzen bei Bakterien fördert. In einer Metaanalyse zu Triclosan kommt die Europäische Kommission zu dem Schluss, dass es derzeit nicht möglich ist, die Risiken, die von der Substanz ausgehen, abschließend einzuschätzen.1)<figure><img src="https://media.graphcms.com/v5fCWCXaTambMujxqedW"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Struktur von Triclosan.</figcaption></figure>
Aus hochschuldidaktischer Sicht ist Triclosan eine interessante Substanz für Experimente: Es lässt sich massenspektrometrisch und elektrochemisch analysieren, und die Gasphasendehalogenierung, die die Substanz unwirksam macht, läuft bei moderaten Temperaturen ab.Die meisten Arbeiten zu Triclosan beschäftigen sich entweder mit der Analytik oder mit dem oxidativen Abbau: Triclosan wird häufig elektrochemisch nachgewiesen, weil die Verfahren vor Ort eingesetzt werden können. Dafür eignen sich Elektrodenmaterialien wie Nanoröhren,2) Kohlenstoffquantenpunkte3) oder mit Titandioxid modifizierte Elektroden4) ebenso wie Screen-printed-Elektroden (SPE).5) Einen Überblick über chemische und elektrochemische Nachweisverfahren geben Montaseri und Forbes.6)Um Triclosan in Abwasser und Klärschlamm abzubauen, gibt es mehrere Strategien: Abbaureaktionen laufen in einem Bioreaktor;7) Triclosan wird durch das Fentonreagenz, eine schwefelsaure Mischung aus Eisen(II)sulfat und Wasserstoffperoxid,8,9) und photoelektrokatalytisch mit TiO210,11) oxidiert. Weitere Maßnahmen sind die Reaktion unter Sonnenlicht,12) sonoelektrochemische13) und photokatalytische Reaktionen,14) Oxidation mit verschiedenen Oxidationsmitteln wie Chlor, Ozon, Kaliumferrat oder Kaliumpermanganat,15,16) die Kombination aus Ozonisierung und Elektrooxidation17) und Elektrooxidation allein.18) Obwohl die Abbaurate gering ist, spielen biologische Abbauverfahren immer noch eine Rolle.19,20) Kinetik und Mechanismus des (oxidativen) Abbaus stehen bei Armstrong et al. sowie bei Gao et al.21,22)<h2>Bakteriostatische und bakterizide Wirkung</h2>Triclosan wirkt gegen viele Arten Gram-positiver und Gram-negativer Bakterien, gegen einige Pilze, gegen die Einzeller Plasmodium falciparum und Toxoplasma gondii sowie gegen Viren.23,24)Triclosan blockiert die Lipidsynthese der Bakterien, indem es die NADH-abhängige Enoyl-Acyl-Carrier-Protein(ACP)-Reduktase oder das Enzym FabI, das die Enoyl-(ACP)-Reduktase exprimiert, spezifisch hemmt.25) Dies destabilisiert Membranen. Da EDTA die Permeabilität der äußeren Membran erhöht, steigert die Kombination mit EDTA die Effektivität von Triclosan gegenüber Gram-negativen Bakterien.26) Zudem steigt die Empfindlichkeit Gram-negativer Bakterien gegen Triclosan durch die Bindung von Ca2+-Ionen in den Membranen der Bakterien durch EDTA.25)Eine Triclosan-Konzentration von 15 μg·mL–1 wirkt bakterizid. Genauso verhält es sich mit 1,5 μg·mL–1 in Kombination mit 250 μg·mL–1 Na2EDTA. Eine Triclosan-Konzentration von 1,5 μg·mL–1 ohne EDTA wirkt lediglich bakteriostatisch (Abbildung 2).<figure><img src="https://media.graphcms.com/baafUi0lQ8qxfgloRuKf"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Links: Wachstumsinhibition – Einfluss verschiedener Triclosankonzentrationen auf das Bakterienwachstum. Die Angaben sind in mg·mL–1 LB-Lösung (lysogeny broth, Nährlösung zur Anzucht von Bakterien). Rechts: ein Tropfen Triclosan (Mitte) auf einer Nährlösung mit E.-coli-Bakterien.</figcaption></figure>
<h2>Nachweisverfahren</h2>Mit GC-MS ist Triclosan eindeutig anhand des EI-Massenspektrums identifizierbar (anhand von Datenbanken etwa des National Institute of Standards and Technology der USA). Hier lag die Detektionsgrenze im Scan-Modus bei 15 ng Triclosan. Im SIM-Modus ist die Empfindlichkeit um etwa den Faktor 10 bis 100 höher.Triclosan lässt sich an der phenolischen Gruppe elektrochemisch oxidieren. Diese Oxidation ist irreversibel (Abbildung 3). Zudem haftet das Oxidationsprodukt an der Goldoberfläche. Daher muss die Elektrode nach jeder Messung gereinigt werden, etwa durch Polieren mit einer TiO2-Suspension.<figure><img src="https://media.graphcms.com/hiK3oKSpR2OsbJLtVZkx"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Cyclovoltammogramm von Triclosan. Durchgezogene Linie: 1. Scan, gepunktete Linie: 2. Scan (Scanrate: 30 mV·s–1).</figcaption></figure>
Triclosanmengen sind auch mit Differentieller Pulsvoltammetrie (DPV) bestimmbar, die geringste messbare Triclosanmasse liegt um etwa den Faktor zehn höher als beim Nachweis mit der Massenspektrometrie.Für amperometrische Messungen wurde ein Potenzial von 0,45 V angelegt. Die Triclosanlösungen (Triclosan in Puffer, pH 10) verschiedener Konzentrationen wurden über ein Rheodyn-Ventil in eine 10-mL-Schleife injiziert. Laufmittel war die Pufferlösung. Eine HPLC-Pumpe förderte die Messlösungen durch den elektrochemischen Detektor. Nach jeder Messung wurde die SPE mit Aceton gespült. Die Nachweisgrenze liegt bei dieser Methode mit 30 ng zwischen der der Massenspektrometrie und der Differentiellen Pulsvoltammetrie.<h2>Dehalogenierung</h2>Die Dehalogenierung in der Gasphase läuft in Stickstoffatmosphäre zwischen 300 °C und 550 °C (Abbildung 4). Als Reduktionsmittel dient Eisenpulver in einem beheizbaren Strömungsrohr. Der Strömungsreaktor ist ein 70 cm langes und 18 mm dickes Rohr aus V2A-Stahl in einem temperaturgesteuerten Klapprohrofen. Auf einer Länge von etwa 200 mm wird es mit Eisenpulver gefüllt. Um eine möglichst lockere Schüttung zu erhalten, wird das Eisenpulver über eine Eisen-Ethanolsuspension auf Quarzwolle aufgebracht. Durch Erhitzen auf 200 °C im Stickstoffstrom verdampft der Alkohol vollständig, sodass vor Beginn der Messung kein Ethanol mehr im Reaktionsrohr ist.27,28)<figure><img src="https://media.graphcms.com/GsmWZtfSJC7j2Lu7z67f"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Versuchsaufbau für die reduktive Gasphasendehalogenierung von Triclosan (Messwerterfassung mit Sensor Cassy).</figcaption></figure>
Eine reduktive Dehalogenierung erfordert neben dem Reduktionsmittel eine Protonenquelle, die nicht selbst mit dem Eisen reagieren darf. Dies gelingt mit einer schwachen Säure: Wir benutzen Propanol und Toluol.Zur Dehalogenierung wurde Triclosan in Propanol oder Toluol gelöst und mit einem Perfusor durch eine Glasspritze (1 mL) in den Injektor (250 °C) gespritzt. Der Stickstoffstrom befördert anschließend die gasförmige Substanz mit 15 mL pro Minute durch den Reaktor. In dem Reaktor befindet sich elementares Eisen als Dehalogenierungsreagenz. Die Produkte durchlaufen eine Abkühlungsschleife am Ende des Ofens und kondensieren in einer Eis-Wassermischung. Die Abkühlungsschleife wurde anschließend mit einer definierten Menge an Ether extrahiert und mit dem Kondensat vereinigt. Welche Produkte bei verschiedenen Ofentemperaturen entstehen, zeigt das Gaschromatogramm aus dem GC-MS (Abbildung 5). Dabei bleibt die Messung qualitativ, ohne internern Standard.<figure><img src="https://media.graphcms.com/OUPMMYK0SPuI4Lcytybr"><figcaption><label>Abb. 5: </label>Gaschromatogramme der Dehalogenierungsprodukte bei verschiedenen Temperaturen; a: direkte Injektion, b: 300 °C, c: 400 °C, d: 500 °C, e: 550 °C; die mit „x“ markierten Peaks ließen sich nicht zuordnen.</figcaption></figure>
Bei 550 °C entstehen unter anderem Dibezofuran, Diphenylether, Dibenzodioxin, Anthracen und Methylanthracen, Fluoren und Methylfluroen, Polyphenole, Pyren und Methylpyren, Phenanthren, Naphthalin- und Flourendrivate und 1,2-Diphenylethen. Chlororganische Stoff entstehen nicht, wie die Analyser der Peaks anhand von Datenbanken ergab.Informationen zu den verwendeten Geräten und Chemikalien stehen unter <a href="https://www.nachrichtenausderchemie.de/downloads" target="_blank">www.nachrichtenausderchemie.de/downloads</a>Der Autor Achim Habekost dankt der Vector-Stiftung, dem Fonds der Chemischen Industrie und der Pädagogischen Hochschule Ludwigsburg für finanzielle Unterstützung.Achim Habekost studierte Chemie an der Universität Hannover und Physik an der TU München für das Lehramt an Gymnasien. An der Uni Hannover promovierte er in physikalischer Chemie und war an der TU München Akademischer Rat in der Oberflächenphysik. An der Uni Hannover habilitierte er sich in Chemie und ihrer Didaktik und war Studiendirektor an der Deutschen Schule in Quito, Ecuador. Seit dem Jahr 2004 ist er Professor an der Pädagogischen Hochschule Ludwigsburg. Kathrin Fischböck studiert an der PH Ludwigsburg Biologie und Chemie und schreibt gerade ihre Bachelorarbeit in Chemie. Janine Rizos studiert Chemie an der PH Ludwigsburg.<h2>Quergelesen</h2>Beim Biozid Triclosan (5-Chlor-2-(2,4-dichlorphenoxy)-phenol) ist nicht auszuschließen, dass es bei Bakterien Resistenzen hervorruft.Die Substanz lässt sich auch in geringen Mengen über GC-MS und einige elektrochemische Verfahren empfindlich nachweisen.Bei der reduktiven Dehalogenierung entstehen keine Organochlorverbindungen.
<ul><h2>Literatur</h2><li>
1 Science Committee on Consumer Safety SCCS, European Union (2010) doi: 10.2772/11162</li><li>
2 J. Q. Yang, P. Wang, X. J. Zhang, K. B. Wu, J. Agric. Food Chem. 2009, 57, 9403.</li><li>
3 H. Dai, G. F. Xu, L. S. Gong et al., Electrochim. Acta 2012, 80, 362.</li><li>
4 T. S. Tsai, S. Thiagarajan, S. M. Chen, Int. J. Electrochem. Soc. 2011, 6, 3878.</li><li>
5 R. M. Pemberton, J. P. Hart, Anal. Chim. Acta 1999, 390, 107.</li><li>
6 H. Montaseri, P. B. C. Forbes, Trends in Anal. Chem. 2016, 85, 221.</li><li>
7 D. L. Armstrong, N. Lozano, C. P. Rice, M. Ramirez, A. Torrents, Environ. Res. 2018, 161, 17.</li><li>
8 Z. Song, N. Wang, L. Zhu, A. Huang, X. Zhao, H. Tang, Chem. Eng. J. 2012, 198–199, 379.</li><li>
9 M. Munoz, Z. M. de Pedro, J. A. Casas, J. J. Rodriguez, Chem. Eng. J. 2012, 198–199, 275.</li><li>
10 L. A. Constantin, I. Nitoi, N. I. Cristea, J. Indust. Eng. Chem. 2018, 58, 155.</li><li>
11 H. Liu, X. Cao, G. Liu et al., Chemosphere 2013, 93, 160.</li><li>
12 P. Zhai, X. Chen, W. Dong, H. Li, J-M. Chovelon, Environ. Sci. Pollut. Res. 2017, 24, 558.</li><li>
13 Y-Z. Ren, M. Franke, F. Anschuetz, B. Ondruschka, A. Ignaszak, Ultrason. Sonochem. 2014, 21, 2020.</li><li>
14 J. C. Yu, T. Y. Kwong, Q. Luo, Z. Cai, Chemosphere 2006, 65, 390.</li><li>
15 B. Yang, G-G. Ying, J-L. Zhao, L-J. Zhang, Y-X. Fang, L. D. Nghiem, J. Haz. Mat. 2011, 186, 227.</li><li>
16 Q. Wu, H. Shi, C.D. Adams, T. Timmons, Y. Ma, Sci. Total Envir. 2012, 439, 18.</li><li>
17 C. de Leon-Condes, C. Barrera-Diaz, J. Barrios, E. Becerril, Int. J. Environ. Sci. Technol. 2017, 14, 707.</li><li>
18 M. Moyo, L. R. Florence, J. O. Okonkwo, Sens. and Actuators B 2015, 209, 898.</li><li>
19 A. K. Orhon, K. B. Orhon, U. Yetis, F. B. Dilek, J. Environ. Manag. 2017, 204, 327.</li><li>
20 D. L. Armstrong, C. P. Rice, M. Ramirez, A. Torrents, Chemosphere 2017, 171, 609.</li><li>
21 Y. Gao, Y. Ji, G. Li, T. An, Wat. Res. 2014, 49, 360.</li><li>
22 S. Suarez, M. D. Dodd, F. Omil, U von Gunten, Wat. Res. 2007, 41, 2481.</li><li>
23 H. P. Schweizer, FEMS Microbiology Letters 2001, 202, 1.</li><li>
24 A. D. Russell, J. Antimicrobial Chemotherapy 2004, 53, 693.</li><li>
25 T .T. Welsch, E. T. Gillock, J. of Environ. Sci. Health. Part A 2011, 46, 436.</li><li>
26 S. M. Hammond, P. A. Lambert, A. N. Rycroft, The Bacterial Cell Surface. London &amp; Sydney: Croom Helm, 1984, 59.</li><li>
27 N. Aristov, A. Habekost, Chemosphere 2010, 80, 113.</li><li>
28 A. Habekost, N. Aristov, Chemosphere, 2012, 88, 1283.</li></ul>

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Triclosan unschädlich machen

Alltagsprodukte wie Seifen und Desinfektionsmitteln enthalten oft das Bakterizid Triclosan. So gelangt es zwangsläufig in die Umwelt. Daher sind empfindliche Detektionsmethoden der chlororganischen Verbindung gefragt sowie Reaktionen zur Detoxifizierung. Versuche aus dem Hochschulpraktikum. Tricl...

Ein geringer Teil der Beschäftigten in der chemischen Industrie, 15 Prozent, hat Chemie studiert. Doch es gibt in der Branche eine Reihe weiterer Berufe, die unmittelbar mit dem Fach zu tun haben.
65 Prozent der Arbeitnehmer in der Chemiebranche haben eine abgeschlossene Berufsausbildung. Sie bilden das Fundament an Arbeitskräften in der Industrie. 19 Prozent haben entweder einen Fachschulabschluss oder sind ungelernte Hilfskräfte.Neben Laboranten und Chemisch-Technischen Assistenten (CTA) arbeiten in der Branche eine Reihe weiterer Chemiefachkräfte: Chemikanten sind für die maschinelle Produktion von Farben, Kosmetika, Pflanzenschutzmitteln oder ähnlichem zuständig. Sie protokollieren zudem die Fertigungsverläufe. Arbeiter mit der Berufsbezeichnung „Chemische Produktionsfachkraft“ überwachen die Produktionsanlagen und Messinstrumente sowie Verpackungsprozesse. Pharmakanten produzieren Medikamente beispielsweise in Pulver- oder Tablettenform. Sie mischen Wirkstoffe mit Hilfsstoffen wie Zucker oder Geschmacksstoffen.Die Ausbildungsgänge für all diese Berufe setzen meistens keinen bestimmten Schulabschluss voraus. Eine Ausnahme ist die schulische Ausbildung zum CTA, die mindestens einen mittleren Bildungsabschluss vorschreibt. Je nach Ausbildungstyp stellen die Unternehmen allerdings Abiturienten oder Realschulabsolventen bevorzugt ein. So haben 68 Prozent der Chemielaboranten die Hochschulreife, 29 Prozent einen mittleren Bildungsabschluss. Nur 1 Prozent hat einen Hauptschulabschluss, keinen Schulabschluss haben 2 Prozent. Bei den Chemikanten haben 34 Prozent die Hochschulreife, 59 einen mittleren Bildungsabschluss, und 6 Prozent einen Hauptschulabschluss.Eine duale Ausbildung dauert dreieinhalb Jahre und findet in Ausbildungsbetrieben und Berufsschulen statt. CTA-Ausbildungen an Berufsfachschulen dauern in der Regel zwei Jahre.<h2>Weiterbildungsmöglichkeiten</h2>Wer eine abgeschlossene Berufsausbildung hat, kann sich zum Techniker weiterbilden.Chemietechniker übertragen beispielsweise chemische Reaktionen vom Labormaßstab auf industrielle Dimensionen. Infrage kommen auch Aufgaben wie Kundenberatung, Qualitätssicherung und das Überwachen von Betriebsabläufen. Spezielle Ausrichtungen für Chemietechniker sind Betriebstechnik, Biochemie, Laboratoriumstechnik, Umweltschutz oder Synthesetechnik. Techniker in der Chemie übernehmen leitende Aufgaben im Betrieb, koordinieren beispielsweise Produktionsabläufe, geben Geräteeinweisungen oder optimieren Synthese- oder Entsorgungsverfahren. Technische Weiterbildungen dauern in der Regel zwei bis vier Jahre, sie laufen in Vollzeit oder berufsbegleitend.Alternativ zur Chemietechnik besteht auch die Möglichkeit, sich zum Industriemeister in der Chemie weiterzubilden. Industriemeister planen und perfektionieren Fertigungsprozesse, sie kontrollieren Arbeitsleistung und Kostenentwicklung. Chemiemeister haben zwei bis vier Jahre Weiterbildung absolviert.Markus Schulze, Frankfurt
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1 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="http://bisds.iab.de" target="_blank">http://bisds.iab.de</a></ext-link></li><li>
2 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.berufenet.arbeitsagentur.de" target="_blank">www.berufenet.arbeitsagentur.de</a></ext-link></li><li>
3 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.elementare-vielfalt.de" target="_blank">www.elementare-vielfalt.de</a></ext-link></li></ul>

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