Toxizität und Bewertung (Berechnungsmodelle)
Toxizitätsäquivalente
Die Toxizität (Giftigkeit) von Dioxinen - und neuerdings coplanarer PCB - wird durch das sogenannte Toxizitätsäquivalent (TEQ) in Relation zur Toxizität des hochgiftigen 2,3,7,8 TCDD gesetzt. Die TEQ geben an, welcher Menge an 2,3,7,8 TCDD das in Frage stehende Gemisch aus PCDD/PCDF in seiner toxischen Wirkung entspricht. Der Toxizitätsäquivalenzfaktor (TEF) des 2,3,7,8-TCDD ist mit 1 festgelegt. Durch Multiplikation der gemessenen Konzentration des jeweiligen Kongeners mit dem entsprechenden TEF und anschließender Addition der so gewichteten Konzentrationswerte, ergibt sich diejenige Konzentration, von der die gleiche toxische Wirkung ausgehen würde wie von 2,3,7,8-TCDD.
Grundlage für die Erstellung der TEF ist die Annahme, dass die einzelnen Kongenere grundsätzlich das gleiche Wirkungsprinzip, jedoch unterschiedliche Wirkungsstärken aufweisen.
Toxizitätsäquivalenzfaktoren nach NATO / CCMS und WHO
| Stoffbezeichnung |
I-TEF nach NATO/CCMS 1988 |
WHO-TEF 1998 |
WHO-TEF 2005 |
| 2,3,7,8-Tetra-CDD |
1,0 |
1 |
1 |
| 1,2,3,7,8-Penta-CDD |
0,5 |
1 |
1 |
| 1,2,3,4,7,8-Hexa-CDD |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
| 1,2,3,6,7,8-Hexa-CDD |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
| 1,2,3,7,8,9-Hexa-CDD |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
| 1,2,3,3,6,7,8-Hepta-CDD |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
| 1,2,3,4,6,7,8,9-Octa-CDD |
0,001 |
0,0001 |
0,0003 |
| 2,3,7,8-Tetra-CDF |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
| 1,2,3,7,8-Penta-CDF |
0,05 |
0,05 |
0,03 |
| 2,3,4,7,8-Penta-CDF |
0,5 |
0,5 |
0,3 |
| 1,2,3,4,7,8-Hexa-CDF |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
| 1,2,3,6,7,8-Hexa-CDF |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
| 1,2,3,7,8,9-Hexa-CDF |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
| 2,3,4,6,7,8-Hexa-CDF |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
| 1,2,3,4,6,7,8-Hepta-CDF |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
| 1,2,3,4,7,8,9-Hepta-CDF |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
| 1,2,3,4,6,7,8,9-Octa-CDF |
0,001 |
0,0001 |
0,0003 |
Für die den Dioxinen ähnlichen PCB-Isomere (coplanare PCB) sind ebenfalls Toxizitätsäquivalenzfaktoren vorgeschlagen worden.
Toxizitätsäquivalenzfaktoren (TEF) für PCB-Isomere
| PCB-Typ |
IUPAC-Nr. |
Struktur |
WHO-TEF 1998 |
WHO-TEF 2005 |
| keine ortho-Substitution |
77 |
3,3',4,4'-TeCB |
0,0001 |
0,0001 |
| 81 |
3,4',4,5'-TeCB |
0,0001 |
0,0003 |
| 126 |
3,3',4,4',5-PeCB |
0,1 |
0,1 |
| 169 |
3,3',4,4',5,5'-HxCB |
0,01 |
0,03 |
| eine ortho-Substitution |
105 |
2,3,3',4,4'-PeCB |
0,0001 |
0,00003 |
| 114 |
2,3,4,4',5-PeCB |
0,0005 |
0,00003 |
| 118 |
2,3',4,4',5-PeCB |
0,0001 |
0,00003 |
| 123 |
2',3,4,4',5-PeCB |
0,0001 |
0,00003 |
| 156 |
2,3,3',4,4',5-HxCB |
0,0005 |
0,00003 |
| 157 |
2,3,3',4,4',5'-HxCB |
0,0005 |
0,00003 |
| 167 |
2,3',4,4',5,5'-HxCB |
0,00001 |
0,00003 |
| 189 |
2,3,3',4,4',5,5'-HpCB |
0,0001 |
0,00003 |
Berechnungsmodelle
Es existieren verschiedene Modelle zur Berechnung der TEQ. In Deutschland wurden zunächst die vom ehemaligen Bundesgesundheitsamt in Zusammenarbeit mit dem Umweltbundesamt im Jahre 1985 festgelegten TEF verwendet (BGA/UBA-TEQ). In den letzten Jahren erfolgt jedoch auch in Deutschland die Berechnung der TEQ fast ausschließlich mit sogenannten Internationalen TEF, die von einem wissenschaftlichen Gremium der NATO entwickelt wurden (I-TEq bzw. NATO/CCMS-TEq). Außerdem existiert seit 1998 ein Modell der WHO /12/.
Bei den internationalen Berechnungsverfahren werden in der Regel zusätzlich die nicht nachweisbaren Kongenere mit dem Wert ihrer halben Nachweisgrenze berücksichtigt und der Gesamtwert als I-TEq (½ NWG) angegeben. Neben diesen Konzentrationsangaben in TEQ wird noch die Gesamtsumme aller nachgewiesenen vier- bis achtfach chlorierten Dioxine und Furane berechnet. Bei diesen Kalkulationen (Gesamt-TEQ und Gesamtsummen) werden generell die ein- bis dreifachchlorierten Dioxine und Furane nicht berücksichtigt, da ihr toxikologischer Wirkungsmechanismus nicht mit dem der höher chlorierten vergleichbar ist. In der Regel werden diese Verbindungen deshalb auch nicht analysiert.
Richtwerte
Das Gesundheitsrisiko durch PCDD/F kann derzeit nur über Risikoabschätzungen quantifiziert werden. Die nachfolgend aufgeführten Werte, die von verschiedenen nationalen und internationalen Institutionen abgeleitet worden sind und sich je nach Bewertungskonzept unterscheiden (0,006 bis 10 pg TEQ/ (kg x d) ), sollen der Einordnung und Bewertung von Messwerten dienen.
Richtwerte zur duldbaren Dioxinaufnahme in den menschlichen Organismus
| EPA (USA) |
0,006 pg TEQ/(kg x d) |
Virtuell sichere Dosis, ausgehend von der krebserregenden Wirkung des Stoffes ohne Schwellenwert. |
| WHO (1998) |
1 - 4 pg WHO-TEq/(kg x d) |
Wert der tolerierbaren täglichen Aufnahme (TDI-Wert) für Dioxine/Furane und dioxinähnliche PCB. |
| UBA/BgVV |
< 1 pg I-TEq/(kg x d) |
Geforderte PCDD/F-Belastung der Bevölkerung. |
Richtwerte für PCDD/F im Boden
Richtwerte und Handlungsempfehlungen zur Bodennutzung und -sanierung der B/L-AG Dioxine (1991):
| Zielgröße: |
5 ng I-TEq/kg mT (mT = Trockenmasse)
i. S. eines Vorsorgewertes für Sanierungsmaßnahmen
|
|
|
|
|
| Richtwerte für landwirtschaftliche und gärtnerische Bodennutzung: |
< 5 ng I-TEq/kg mT (mT = Trockenmasse)
jegliche Nutzung der Böden ungepüft möglich
5 - 40 ng I-TE/kg mT
Prüfaufträge und Handlungsempfehlungen im Sinne der Vorsorge
> 40 ng I-TE/kg mT
Einschränkung auf bestimmte landwirtschaftliche und gärtnerische Bodennutzungen
|
Maßnahmewerte der BBodSchV: Werte für Einwirkungen oder Belastungen, bei deren Überschreiten unter Berücksichtigung der jeweiligen Bodennutzung in der Regel von einer schädlichen Bodenveränderung oder Altlast auszugehen ist und Maßnahmen erforderlich sind (§ 8 BBodSchG).
| Maßnahmewerte für Kinderspielflächen: |
100 ng I-TEq(NATO/CCMS)/kg mT
|
|
|
|
|
| Maßnahmewerte für Wohngebiete, Park- und Freizeitanlagen: |
1.000 ng I-TEq(NATO/CCMS)/kg mT
|
|
|
|
|
| Maßnahmewerte für Industrie- und Gewerbegrundstücke: |
10.000 ng I-TEq(NATO/CCMS)/kg mT
|
Berechnung der Toxizitätsäquivalentkonzentration (TEQ)
Dioxine und Furane haben unterschiedliche Grundstrukturen und chemische Eigenschaften d.h. sie treten in unterschiedlichen Kongeneren auf. Die Basis zur Toxizitätsberechnung bildet das hochgiftige 2,3,7,8- Tetrachlordibenzodioxin (TCDD). Mit Hilfe der Toxizitätsäquivalentefaktoren (TEF) werden alle vierfach- und höherchlorierten Dibenzodioxine und -furane auf die Toxizität des 2,3,7,8-TCDD umgerechnet.
Ein Beispiel
Bei der Berechnung muss zwischen zwei verschiedenen Arten unterschieden werden. Die Erste trifft zu wenn das Analyseergebnis des Kongeners höher als die Bestimmungsgrenze (BG) ist. In diesem Fall wird TEQ(A, B, C) bestimmt indem das Analyseergebnis mit dem WHO-TEF multipliziert wird.
Ist das Analyseergebnis kleiner als die BG so gibt es drei unterschiedliche Bestimmungsarten für die TEQs(A, B, C). Sie unterscheiden sich dadurch, wie die BG in die Berechnung einbezogen wird. Der TEQ-A wird mit der vollen Bestimmungsgrenze berechnet, der TEQ-B wird ohne BG berechnet und der TEQ-C wird mit der halben BG berechnet. Für jedes Kongener ist eine Bestimmungsgrenze festgelegt, ist der gemessene Wert (Analyseergebnis) des Kongeners kleiner als die BG geht bei TEQ-A die BG, bei TEQ-B der Wert 0 und bei TEQ-C die halbe BG mit in die Berechnung ein.
Im Anschluss müssen die Ergebnisse der Multiplikationen noch aufsummiert werden um den endgültigen TEQ zu bekommen.
Anhand eines Beispiels soll dies verdeutlicht werden (alle Werte sind nur fiktiv und dienen ausschließlich der Veranschaulichung):
| Nr |
PCDD Kongenere |
WHO-TEF |
BG |
Analyseergebnis |
WHO-TEQ-A |
WHO-TEQ-B |
WHO-TEQ-C |
1 |
2,3,7,8-TCDD |
1 |
0.5 |
3 |
3 |
3 |
3 |
2 |
1,2,3,7,8-PeCDD |
1
| 1.2 |
0.7 |
1.2 |
0 |
0.6 |
3 |
1,2,3,4,7,8-HxCDD |
0.1 |
0.8 |
0 |
0.08 |
0 |
0.04 |
4 |
1,2,3,6,7,8-HxCDD |
0.1
| 2.5 |
10 |
1 |
1 |
1 |
5 |
1,2,3,7,8,9-HxCDD |
0.1 |
0.3 |
7.5 |
0.75 |
0.75 |
0.75 |
6 |
1,2,3,4,6,7,8-HpCDD |
0.01 |
0.7 |
5 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
7 |
OCDD |
0.0001 |
1.2 |
25 |
0.0025 |
0.0025 |
0.0025 |
| |
|
|
|
Summe |
6.0825 |
4.8025 |
5.4425 |
Erklärung:
Nr. 1: Das Analyseergebnis von 3 ist höher als die BG daher wird das Analyseergebnis mit dem WHO-TEF multipliziert. Alle drei TEQs bekommen somit den gleichen Wert.
Nr. 2: Das Analyseergebnis von 0,7 ist kleiner als die BG für WHO-TEQ-A wird somit die BG mit dem WHO-TEF multipliziert. Für WHO-TEQ-B wird einfach der Wert 0 gesetzt. Bei WHO-TEQ-C wird die halbe BG (1,2 /2) = 0,6 mit dem WHO-TEF multipliziert.
Als Ergebnis für WHO-TEQ-A erhält man 6,0825, für WHO-TEQ-B 4,8025 und für WHO-TEQ-C den Wert 5,4425. Diese Werte bilden somit die Grundlage für eine Aussage über die Belastung mit Dioxinen/Furanen verschiedener Bereiche in der Umwelt.
