Innovationen der Analysen-, Bio- und Labortechnik als Garant für die Sicherheit unserer Nahrung VORWORT SPECTARIS Während für uns Trinkwasser etwas völlig Selbstverständ- liches ist, haben 2,2 Milliarden Menschen weltweit keinen Zugang zu sauberem Wasser. 121 Liter verwendet der Durchschnittsdeutsche am Tag, davon vier Prozent, also rund fünf Liter, zum Trinken und zur Zubereitung von Essen. Das Vertrauen der Verbraucher ist hoch − 83 Prozent der Verbraucher stufen die Qualität des Wassers als sehr gut oder gut ein. Nicht ahnend, dass hinter dem Wasser aus dem Hahn ein perfekt eingespieltes Team aus fast 6.000 Unternehmen der Wasserversorgung, 16.000 Wassergewinnungsanlagen, 553 Trinkwasserlaboratorien und einer „Wächter“-Techno- logie steht, die kaum einer kennt: DIE ANALYSEN-, BIO- UND LABORTECHNIK 5,2 Milliarden Kubikmeter Wasser werden in Deutschland jährlich überwacht, damit die Menschen das Lebensmittel Nummer eins sicher genießen können. Im Rahmen einer europäisch harmonisierten Trinkwassergesetzgebung befinden wir uns auf einem beispiellosen Standard mit strengen Grenzwerten und einem Technischen Regelwerk, das einen unbesorgten, lebenslangen Konsum des Trink- wassers garantiert. Trink|was|ser, das; -s (Substantiv, Neut- rum); Plural: Trinkwässer, seltener Trink- wasser (Wasser, das nach entsprechen- der Aufbereitung vom Menschen unbedenklich getrunken werden kann.) Vorwort SPECTARIS | 4 MATHIS KUCHEJDA Geschäftsführer Schmidt & Haensch GmbH & Co., Vor- sitzender des SPECTARIS- Fachverbands Analysen-, Bio- und Labortechnik JÖRG MAYER Geschäftsführer des Deutschen Industrieverbands SPECTARIS Und nicht nur beim Trinkwasser, auch in allen anderen Bereichen der Lebensmittelanalytik belegt Deutschland im europäischen und im internationalen Vergleich eine Spitzenposition. An neuen Lösungen wird bereits geforscht, beispielsweise am sog. Food Profiling, einem Analysever- fahren, das zur Echtheitsprüfung von Lebensmitteln Daten- muster in einer Genauigkeit generiert, die in ihrer Eindeutig- keit vergleichbar mit einem menschlichen Fingerabdruck sind. Mit dieser Publikation möchten wir Ihnen das enorme Potenzial der modernen Analysen-, Bio- und Labortechnik vor Augen führen und Sie auf eine spannende Reise in eine Welt mitnehmen, die hinter den Kulissen tagtäglich für unser aller Sicherheit sorgt. Mathis Kuchejda Jörg Mayer

Executive Summary Modernste Analysen- und Labortechnik als Garant für Versorgungssicherheit und Trinkwasserqualität. Die Versorgungssicherheit und die Trinkwasserqualität sind für die deutschen Verbraucher von größter Bedeutung. Zwei Säulen, hochwertige technische Regeln einerseits und das Einhalten strenger gesetzlicher Vorgaben andererseits, führen zu einer hohen Qualität und zur langfristigen Sicher- heit der deutschen Trinkwasserversorgung. Nur mit einer sensitiven und breit aufgestellten Analytik ist es möglich, die Einhaltung der Vorgaben auch sicher und nachhaltig zu kontrollieren und sich den immer neuen Aufgaben des Monitorings von Spurenstoffen optimal zu widmen. 3,7 MILLIARDEN KUBIKMETER TRINKWASSER JÄHRLICH Insgesamt existieren in Deutschland mehr als 5.800 Unter- nehmen der Wasserversorgung sowie rund 16.100 Wasser- gewinnungsanlagen (Wasserwerke). Diese gewinnen etwa 5,2 Milliarden Kubikmeter Wasser im Jahr, von denen knapp 3,7 Milliarden Kubikmeter an Haushalte und Klein- gewerbe abgegeben werden. 4 Prozent des Trinkwassers, also rund 5 Liter pro Tag, werden zum Trinken und zur Zubereitung des Essens verwendet. Fast ein Drittel des hochwertigen Trinkwassers wird für die Toilettenspülung genutzt. Hier haben sich bislang weder ein zweites öffent- liches Versorgungsnetz für „Brauchwasser“ noch haus- interne Grauwasser-Systeme durchgesetzt. UNTERSCHIEDLICHE KATEGORIEN DER WASSER- VERWENDUNG IN DEUTSCHEN HAUSHALTEN Wasserverwendung in Haushalten im Jahr 2013 – Durchschnitt bezogen auf Wasserabgabe an Haushalte und Kleingewerbe Anteil Kleingewerbe Essen, Trinken Raumreinigung, Autopflege, Garten Geschirr- spüler Wäsche- waschen 9 % 4 % 6 % Insgesamt 121 Liter pro Einwohner/Tag 6 % 12 % 27 % Toiletten- spülung 36 % Körper- pflege (Baden, Duschen) Quelle: Umweltbundesamt [6] NUR 0,2 CENT PRO LITER FÜR EIN HOCHWERTIGES LEBENSMITTEL Die Kosten für das Trinkwasser sind mehr als moderat: Im Durchschnitt kostet ein Kubikmeter Trinkwasser 1,72 EUR. Das sind rund 0,2 Cent pro Liter. Somit ergeben sich bei einer durchschnittlichen Haushaltsgröße mit durch- schnittlichem Wassergebrauch jährliche Kosten von rund 233 Euro. Wenn man schließlich noch eine Relation zu den 4 Prozent Trinkwasser herstellt, die tatsächlich zum Trinken oder Zubereitung von Essen genutzt werden, kostet dieses hochwertige Lebensmittel im ganzen Jahr durchschnittlich nur etwa 9,32 Euro für einen Haushalt. Das entspricht in etwa dem Preis für eine bis zwei Kisten Mineralwasser. Executive Summary | 6

Da dies nur die zwingend vorgeschriebenen, an die Behör- den gemeldeten Ergebnisse sind, ist die tatsächliche Zahl Trinkwasseruntersuchungen, etwa aufgrund von freiwilligen oder betrieblichen Kontrollen sowie von Untersuchungen nach Baumaßnahmen, um ca. 25 bis 35 Prozent höher. Da- mit dürfte die jährliche Zahl an Trinkwasseruntersuchungen bei rund 2 Millionen Analysenparametern liegen. 553 LABORATORIEN HABEN EINE AKKREDITIE- RUNG FÜR TRINKWASSERUNTERSUCHUNGEN An die 553 Trinkwasserlaboratorien in Deutschland werden strenge Anforderungen gestellt. Sie müssen nach ISO 17025 akkreditiert sein und ihre Kompetenz regelmäßig unter Beweis stellen. Die vorgeschriebenen Analysenver- fahren müssen eine bestimmte, verbindliche Mindest-Per- formance bezüglich Messunsicherheit und Sensitivität brin- gen. Das ist in vielem Fällen nur in enger Kooperation von innovativen Geräteherstellern und Laboratorien möglich. 83 % DER VERBRAUCHER BEWERTEN TRINK- WASSERQUALITÄT ALS SEHR GUT ODER GUT Die Wahrnehmung des Themas Trinkwasser ist bei den Verbrauchern traditionell sehr hoch, weil zum einen die Er- wartungshaltung an ein gesundes und unbelastetes Trink- wasser ausgeprägt ist und andererseits, da Trinkwasser gern öffentlich als das „wichtigste Lebensmittel“ dargestellt wird. Auch besteht seit Jahren ein medial ausgetragener Streit, ob nun Trinkwasser oder Mineralwasser das „besse- re“ Wasser sei. Mittlerweile sind die meisten Medienberich- te eher trinkwasserfreundlich, auch weil der ökologische Fußabdruck des Mineralwassers mit hohem Transport- und Verpackungsaufwand nicht günstig ist. Die Stiftung Waren- test hat im Jahr 2019 Trinkwasser getestet und als absolut einwandfrei eingestuft. Generell kann davon ausgegangen werden, dass beide Wasser-Typen einen hohen Qualitäts- standard haben, gut überwacht werden und unbesorgt getrunken werden können. Dem gegenüber stehen die sporadischen Meldungen zu „neuen“ Schadstoffen im Trinkwasser, die in einzelnen Fällen medial sehr präsent sein können. Die immer besser werdenden Analysentechniken und -geräte ermöglichen einen immer tieferen Einblick in die Belastung unserer Trinkwässer. So kann die Analytik heute prinzipiell einen Würfel Zucker im Bodensee nachweisen. Das führt auf der einen Seite zu immer besserem Verbraucherschutz auf- grund des zunehmenden Wissens. Auf der anderen Seite kann das aber auch durch emotional empfundene Risiken Executive Summary | 8 zur Verunsicherung führen, da Verbraucher die Informa- tionen oftmals nicht oder nur schwer in einen Zusammen- hang stellen können. Ungeachtet dessen befindet sich das Verbrauchervertrauen auf einem Rekordhoch: Im Jahr 2019 stuften rund 83 Pro- zent der befragten Verbraucher die Qualität als „sehr gut“ oder „gut“ ein. Immerhin 90 Prozent der deutschen Verbrau- cher sind mit der Qualität ihres Leitungswassers zufrieden, 86 Prozent zählen es zu den saubersten im europäischen Vergleich. Der Trend der Zufriedenheit zeigt insgesamt deutlich nach oben. Im Jahr 2007 lag die Quote an „sehr gut“ und „gut“ nur bei etwa 72 Prozent. Einschätzung der Trinkwasserqualität durch die Verbraucher – Anteil der Antworten mit der Note „sehr gut“ und „gut“ aus einer demoskopischen Umfrage (2007–2019) 85 80 75 70 65 60 Apr 07 Apr 08 Apr 09 Apr 10 Apr 11 Apr 12 Apr 13 Apr 14 Apr 15 Apr 16 Apr 17 Apr 18 Apr 19 Quelle: Institut für empirische Sozial- und Kommunikationsforschung [31] FORTSCHRITT IN DER TRINKWASSERANALYTIK: EMPFINDLICHKEIT STEIGT UM DEN FAKTOR 1.000 In den letzten 25 bis 30 Jahren hat sich die Empfindlichkeit der Analysengeräte, insbesondere der Detektor-Systeme der HPLC und GC massiv verbessert. Diese Innovation betrifft im Wesentlichen die organische Spurenanalytik. Die Bestimmungsgrenzen sind in dieser Zeit um etwa den Faktor 1.000 besser geworden. Diese Steigerung der Bestimmungsgrenzen ermöglicht heute eine Überwachung der meisten Schadstoffe im Trink- wasser in einem Bereich von wenigen Nanogramm pro Liter. Mit einer solchen Empfindlichkeit ist dafür gesorgt, dass alle Stoffe so sicher überwacht werden können, dass die Verbraucher optimal geschützt sind. Früher standen Verbundverfahren im Mittelpunkt, die mit Anreicherungs- techniken (SPE und LLE) zu ausreichenden Empfind- lichkeiten führten. Heute werden dank besserer Technik zunehmend effiziente und wirtschaftlich attraktivere Direkt- verfahren eingesetzt.

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Daneben sind die Möglichkeiten zur Identifizierung von unbekannten Stoffen mit den modernen Detektionstechni- ken dramatisch besser geworden. Damit treten immer mehr Stoffe aus der Versenkung ins Rampenlicht der Öffentlichkeit. Das dadurch mitunter verursachte Bild, dass die Umwelt immer belasteter wird, ist natürlich völlig ver- kehrt, weil die Stoffe in der Vergangenheit auch schon da waren. Man konnte sie jedoch nicht messen. Auf der einen Seite tragen wir mit den großen analytischen Fortschritten zur Verbesserung des Wissens um die Quali- tät unserer Lebensmittel einschließlich des Trinkwassers bei. Der Analytiker ist also auch Verbraucherschützer. Auf der anderen Seite stellt dieses Wissen aber auch eine große Verantwortung dar, die es wahrzunehmen gilt. Nur wenn die Daten und Fakten sinnvoll interpretiert und vor allem der Öffentlichkeit richtig und neutral vermittelt werden, kann sich der volle Nutzen der Analytik entfalten. Im Spannungs- feld von analytischer Information zu Spurenstoffen in unse- rer Umwelt, deren Bewertung und der Vermeidung von Panikmache müssen die Analytiker ihre Rolle finden und verantwortungsvoll wahrnehmen. Diese Studie soll vor Augen führen, dass nur mithilfe von Analysen- und Labortechnik die Sicherheit und Qualität von Trinkwasser nachhaltig gewährleistet werden kann. Dabei wird auch verdeutlicht, dass die Verbraucher täglich von den innovativen Produkten der Analysen- und Labortechnik profitieren. TRINKWASSERVERSORGUNG IN DEUTSCHLAND Die Wasserversorgung ist in Deutschland eine der Kernauf- gaben der öffentlichen Daseinsvorsorge in der Zuständig- keit der Gemeinden oder anderer öffentlich-rechtlicher Körperschaften. Die Daseinsfürsorge ist eine staatliche Auf- gabe zur Bereitstellung der für unser Leben als notwendig erachteten Güter, es geht also um die Grundversorgung, die eine wichtige Aufgabe des Staates ist. Die deutsche Wasserwirtschaft ist einer der größten Auftrag- geber für die Wirtschaft, da Leistungen für Planung und Bau der Versorgungsanlagen in großem Umfang an Fremd- firmen vergeben werden [1]. Die Entgelte für das Trink- wasser der Verbraucher, die Trinkwasserqualität, Umwelt- auflagen sowie Wasserentnahme- und Einleitrechte unter- liegen strenger staatlicher Kontrolle. Die Steigerung dieser Trinkwasser-Entgelte liegt seit vielen Jahren überwiegend unter dem Inflationsindex. Trinkwasser ist in Deutschland sehr preiswert, gerade im Vergleich zu Mineralwasser oder Tafelwasser, die eine vergleichbare Qualität haben. In vie- len Kundenbefragungen werden die für Trinkwasser zu be-- zahlenden Entgelte in aller Regel für angemessen gehalten. Kunden in Deutschland bezahlen im Durchschnitt deutlich weniger für ihr Trinkwasser als die Kunden in vergleich- baren EU-Ländern. Hochwertige technische Regeln des DVGW (Deutscher Ver- ein des Gas- und Wasserfaches e. V.) und das Einhalten der strengen gesetzlicher Vorgaben der Trinkwasserverord- nung (TrinkwV) [2] führen zur hohen Qualität und langfris- tigen Sicherheit der deutschen Trinkwasserversorgung. Beide Säulen der Trinkwasserqualität, ein gutes Regelwerk und eine Gesetzgebung, die den Verbraucher optimal schützt, sind von einer sehr guten und stets auf dem neues- ten Stand der Technik befindlichen Analysentechnik abhän- gig. Nur mit einer sensitiven und breit aufgestellten Analytik ist es möglich, die Einhaltung der Vorgaben auch sicher und nachhaltig zu kontrollieren. Trinkwasseranalytik | 12

Tab. 01 | Wasserabgabe der öffentlichen Wasserversorgung an Letztverbraucher, Eigenverbrauch der Wasserwerke und Wasserverluste Jahr 1991 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 Wasserabgabe, davon: Mio. Kubikmeter 5.747,9 5.094,2 4.858,6 4.773,9 4.727,7 4.543,9 4.500,0 4.467,7 Mio. Kubikmeter 4.127,8 3.872,0 3.814,0 3.779,1 3.752,3 3.622,9 3.576,9 3.540,5 Liter pro Einwohner/Tag 144 132 129 127 126 122 121 121 Mio. Kubikmeter 1.620,2 1.222,1 1.044,6 994,8 976,3 921,0 923,2 927,1 Haushalte und Kleingewerbe Gewerbliche Unternehmen und sonstige Abnehmer 1, 2 Eigenverbrauch der Wasserwerke Wasserverluste 3 Mio. Kubikmeter Mio. Kubikmeter 142,7 758,0 123,6 711,1 131,7 600,4 133,5 529,7 145,4 495,5 149,6 462,3 144,6 473,5 136,3 470,6 1 Sonstige Abnehmer: z. B. Krankenhäuser, Schulen, Behörden, kommunale Einrichtungen, Bundeswehr, landwirtschaftliche Betriebe 2 Änderung der Berechnungsbasis der Wasserabgabe je Einwohner nach 2010 3 Tatsächliche (z. B. Rohrbrüche) und scheinbare (Messfehler) Verluste sowie statistische Differenzen Quelle: Statistisches Bundesamt Diese Wassereinsparung wurde aus zwei Gründen möglich: 1. Den Wasserversorgungsunternehmen gelang es, die Wasserverluste durch Rohrbrüche und Undichtigkeiten spürbar zu senken: Im Jahr 1991 gingen auf diese Weise noch 758 Mio. m³ verloren, im Jahr 2013 nur noch 471 Mio. m³. Das ist im europäischen Vergleich eine sehr geringe Verlustrate. 2. Den Hauptanteil an der Einsparung hat jedoch der ge- sunkene individuelle Wasserverbrauch. Lag der tägliche Wasserverbrauch 1991 noch bei 144 Litern pro Einwoh- ner, sind im Jahr 2016 schon 123 Liter ausreichend gewesen. Der Bundesverband der Energie- und Wasser- wirtschaft (BDEW) gibt schließlich für das Jahr 2018 einen Wert von 127 Litern pro Kopf an [4]. Diese Durch- schnittswerte verteilen sich recht breit zwischen den einzelnen Bundesländern. In Nordrhein-Westfalen, Ham- burg, Bayern und Schleswig-Holstein nutzte ein Verbrau- cher im Schnitt 130 Liter und mehr täglich, in Sachsen nur 86 Liter [3]. Dazu soll in der Abbildung 1 im Detail dargestellt werden, wie sich der Trinkwasserverbrauch laut dem Statistischen Bundesamt (Destatis) in den letzten Jahren entwickelt hat. Abb. 01 | Öffentliche Wasserversorgung in Deutschland vom 1991 bis 2016; Wasserabgabe an Haushalte und Kleingewerbe je Einwohner und Tag in Litern 144 132 129 127 126 122 121 123 121 123 1991 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2010 2027 2028 Basis: Bevölkerungsfortschreibung auf Grundlage der Volkszählung 1987 (Westen) bzw. 1990 (Osten) Basis: Bevölkerungsfortschreibung auf Grundlage des Zensus 2011 (2010: Stichtag Zensus) Quelle: Statistisches Bundesamt [3] Trinkwasseranalytik | 14 Tab. 02 | Entwicklung der Einwohnerzahl und des Trinkwasser- verbrauchs in Deutschland von 1990 bis 2018 Jahr Einwohner- zahl [5] Wasser- verbrauch DE [3] [m 3] im Jahr täglicher Pro- täglicher Pro- Kopf- Verbrauch [Liter], berechnet* Kopf- Verbrauch [Liter], aus Literatur [3] 1991 1993 1995 2000 2013 2018 79.973.400 5.747.900.000 80.946.500 5.421.050.000 81.307.700 5.094.200.000 81.456.600 4.773.900.000 80.645.600 4.467.700.000 82.887.000 4.689.332.025 197 183 172 161 152 155 144 134 132 127 121 127 Quelle: Statistische Ämter des Bundes und der Länder [3], [5], IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser * Berechnungen des IWW basierend auf der Einwohnerzahl und dem jährlichen Wasserverbrauch Die Einwohnerzahlen in Deutschland haben sich dement- sprechend reziprok entwickelt [5]. Sie sind deutlich gestie- gen. Die Abbildung 2 zeigt ergänzend die Wasserverwendung in den unterschiedlichen Kategorien in den deutschen Haus- halten. Anteil Kleingewerbe 9 % 4 % 6 % 36 % Körper- pflege (Baden, Duschen) Essen, Trinken Raumreinigung, Autopflege, Garten Geschirr- spüler Wäsche- waschen Quelle: Umweltbundesamt [6] 6 % 12 % Insgesamt 121 Liter pro Einwohner/Tag 27 % Toiletten- spülung

Gesellschaftliche und gesetzliche Änderungen und ihr Einfluss auf die Trinkwasserqualität DIE GESELLSCHAFTLICHE BEDEUTUNG DER TRINKWASSERVERSORGUNG Das Recht auf Zugang zu sauberem Wasser (Trinkwasser) ist im Juli 2010 von der Vollversammlung der Vereinten Nationen (UN) als Menschenrecht anerkannt worden. Bolivien und 33 andere Staaten hatten eine betreffende Resolution in die UN-Vollversammlung eingebracht. Dieses Menschenrecht ist allerdings rechtlich nicht bindend und auch nicht einklagbar. Jedoch hat die Verankerung des Menschenrechts auf Wasser einen hohen politischen Stellenwert mit Symbolbedeutung und spiegelt auch die heutige gesellschaftliche Haltung wider. Schon seit der Antike ist die „Brunnenvergiftung“, also die absichtliche Verunreinigung des lebensnotwendigen Trink- wassers mit gesundheitsgefährdenden Schad- und Gift- stoffen aller Art, als schweres Verbrechen geahndet worden. In der Antike war das „trinkbare Wasser“ in den Städten und Dörfern meist nur durch Brunnen zugänglich, daher der Name. Generell steht in Deutschland die Gewässerver- unreinigung auch heute noch unter Strafe, auch wenn diese längst nicht mehr so drakonisch ist wie in der Antike. Die Entwicklung der trinkwasserrechtlichen Gesetzgebung wird nachfolgend näher erläutert. Die UNESCO gibt mit Stand 2019 an [7], dass noch immer 2,1 Milliarden Menschen keinen Zugang zu sauberem und durchgängig verfügbarem Trinkwasser haben, das sind rund 27 prozent der Weltbevölkerung. 4,3 Milliarden Men- schen (55 prozent) können keine sicheren Sanitäranlagen nutzen. Besonders betroffen von dieser Misere sind dabei diskriminierte Länder und Gruppen. SCHLÜSSELAUSSAGE Die Versorgung der Menschen mit gesundem Trink- wasser sowie die Entsorgung von Abwasser ist ein weltweit dominantes Problem sowie eine große Herausforderung, bei deren Bewältigung Deutschland im weltweiten sowie im europäischen Vergleich sehr weit vorn steht. Das verdanken wir einer sehr guten und strengen Trinkwasser-Gesetzgebung und einem beispiellosen technischen Regelwerk des DVGW und des DIN. Eine zukunftsfähige deutsche Wasserwirtschaft im Sinne des Wasserziels der UN erfordert, dass Wasser jederzeit in einwandfreier Qualität (Gesundheitsvorsorge) und aus- reichender Quantität (Versorgungssicherheit) zur Verfü- gung steht. Die Gesellschaft sollte daher in einer komplexen Welt die Belange der öffentlichen Trinkwasserversorgung bei allen Entwicklungen mitdenken und den unbedingten Vorrang berücksichtigen. Die Verfügbarkeit von sauberem Trinkwasser zu jeder Zeit ist eine Lebensgrundlage unserer heutigen Gesellschaft und auch maßgeblicher Faktor für unsere hohe Lebens- erwartung. Der hohe Wert einer funktionierenden Wasser- wirtschaft und des Wassers als regionales Produkt muss wieder mehr ins Bewusstsein der Gesellschaft rücken. Jede Gruppe (Industrie, Landwirtschaft …) aber auch alle Verbraucher müssen die Verantwortung für das eigene Handeln übernehmen [1]. Die kommunale Selbstverwaltung wurde auch mit dem Lissabon-Vertrag vom 01.12.2009 als Trinkwasseranalytik | 16

Quelle: BRAND GmbH & Co. KG einstimmenden Regelungen zu erlassen. Für die Rechts- quelle einer EU-Richtlinie gilt somit ein Anwendungsvor- rang, jedoch kein Geltungsvorrang. So wird beispielsweise für die Perfluorchemikalien (PFC, PFAS) mit der im Sommer 2020 zu erwartenden neuen EU-Trinkwasser-Richtlinie ein sehr niedriger Grenzwert von 0,1 µg/l eingeführt werden, der erst nach der maxi- mal zwei Jahre dauernden nationalen Umsetzung in einer Deutschen Trinkwasserverordnung gültig werden wird. Bei der ersten EG-Trinkwasser-Richtlinie aus dem Jahr 1980 [12] wurden jedoch rund sechs Jahre benötigt, bis darauf basierend die TrinkwV 1986 [13] gültig wurde und die Trinkwasserverordnung aus dem Jahr 1975 [11] ablöste. Wirklich gravierende Neufassungen der TrinkwV kamen im Jahr 2001 [17] auf Basis der EU-Trinkwasserrichtlinie 1998 [15] und des neuen Infektionsschutzgesetzes (IfSG) [16] sowie bisher letztmalig im Jahr 2018 auf die „Bühne“. Mit der TrinkwV 2001 [17] wurde die Akkreditierungspflicht der Laboratorien gemäß DIN EN ISO/IEC 17025 eingeführt. Das war ein wichtiger Schritt in Richtung eines europaweit harmonisierten Systems zum Qualitätsmanagement (QM) und zum Kompetenznachweis. Das Prinzip der Akkreditie- rung ist heute in allen Wasser-Rechtsbereichen sowie in der Lebensmittelanalytik europäisch umfassend eingeführt. Mit der Akkreditierungspflicht wurden die Ansprüche an die Gerätehersteller zunehmend höher, weil die sogenannte Prüfmittelüberwachung Einzug in die Laboratorien genom- men hat. GRENZWERTE FÜR CHEMISCHE STOFFE IM TRINKWASSER Bei der Festsetzung von Qualitätsanforderungen an das Trinkwasser kennt die Trinkwasserverordnung drei Prinzipien, die im Folgenden klar gemacht werden sollen: 1. Die Generalforderungen (§§ 4 und 6, TrinkwV [21]): Als wichtigstes Prinzip besteht die abstrakte und umfas- sende Generalforderung, dass Trinkwasser so beschaffen sein muss, dass durch seinen Genuss oder Gebrauch eine Schädigung der menschlichen Gesundheit durch Krankheits- erreger nicht zu besorgen ist. Im Trinkwasser dürfen auch keine chemischen Stoffe in Konzentrationen enthalten sein, die eine Schädigung der menschlichen Gesundheit besor- gen lassen. Als erstes wird also die relevanteste Forderung nach hygie- nisch-bakteriologischer Unbedenklichkeit aufgestellt, weil darin im Vergleich zu den chemischen Stoffen seit jeher das größte Risiko lauert. Die letzte große deutsche Chole- ra-Epidemie von 1892 in Hamburg hatte aufgrund hambur- gischer Besonderheiten verheerende Ausmaße und wurde durch Trinkwasser verbreitet und von Bakterien (Vibrio cho- lerae) verursacht. In dem Umfeld entstand damals schon durch die Arbeiten von ROBERT KOCH der noch heute in der TrinkwV zu findende Grenzwert für die Koloniezahl sowie ein dazu passenden Konsens-Analysenverfahren. Trinkwasseranalytik | 18

nur solche PBSM überwacht werden, deren Vorhandensein im betreffenden Wassereinzugsgebiet wahrscheinlich ist. Dieses Prinzip kann auch als „Target-Analytik“ (Target = Ziel) bezeichnet werden, weil in der Regel nur nach Stoffen ge- sucht wird, die vorab in einer Anforderungsliste festgelegt werden. Die Frage ist also: „Ist in dem Wasser Atrazin, Metri- buzin (usw.)?“ Dagegen kann die Frage „Was ist alles in dem Wasser enthalten?“ erst seit wenigen Jahren mit der so- genannten Non-Target-Analytik (HPLC mit hochauflösender Massenspektrometrie) beantwortet werden. Auch 1986 war das Spektrum an Wirkstoffen schon sehr groß, dennoch waren die Anforderungslisten an zu über- wachende Wirkstoffe überwiegend aufgrund der analy- tischen Möglichkeiten eher kurz, was folgende Beispiele typischer PBSM-Listen aus den Jahren 1986 und 2018 bzw. 2019 zeigen (Tabelle 4). Während im Jahr 1986 das ehemalige Bundesgesundheitsamt die Untersuchung von Tab. 04 | Entwicklung des Wirkstoffumfangs bei typischen nationa- len bzw. föderalen PBSM-Listen in den Jahren 1986 und 2018 Jahr Name der PBSM-Liste Anzahl Wirkstoffe Literatur 22 46 48 [22] [23] [24] 1986 22er-Liste an PBSM-Wirkstoffen des ehemaligen Bundes- gesundheitsamtes 2018 Niedersächsische Landesliste Trinkwasseruntersuchungen auf Pflanzenschutzmittel und Biozidprodukte (NiLaLi) 2019 Parameterliste für die Untersuchung von Pflanzen- schutzmitteln und Biozid- produkten (PSMBP) im Trinkwasser vom 05.07.2019 (Sachsen-Anhalt) Quelle:: IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser 22 Wirkstoffen empfohlen hat, veröffentlichte das Land Sachsen-Anhalt im Jahr 2019 eine Liste von 48 Wirkstoffen und deren Metaboliten. Das stellt eine Ausweitung des Um- fangs um rund 120 Prozent dar. In der Tabelle 5 wird als Gesamtüberblick die Anzahl der insgesamt in der Trinkwasserüberwachung befindlichen chemischen Stoffe zwischen 1975 und 2018 dargestellt. Wie man in der Tabelle 5 erkennt, war die Zahl der über die Trinkwasserverordnung im Jahr 1975 geforderten Über- wachungsparameter mit 18 vergleichsweise gering. Ins- besondere im Bereich der organischen Spurenparameter waren lediglich vier verschiedene Polyzyklische aroma- tische Kohlenwasserstoffe (PAK) zu untersuchen, darunter bereits das kanzerogene Benzo(a)pyren. Gemäß der Trinkwasserverordnung aus dem Jahr 1986 waren bereits insgesamt 68 Parameter zu überwachen. Dort wurde auch bereits die erste Vorgabeliste für PBSM des damaligen Bundesgesundheitsamtes umgesetzt, die 22er-Liste genannt wurde. Der Name leitete sich schlicht von der Anzahl der in der Liste enthaltenen Stoffe ab. Ab 1990 wurde typischerweise nach der analog entstandenen 36er-Liste untersucht. Später wurden immer mehr regionale Listen eingeführt, die in Abstimmung mit den zuständigen Ministerien, Landwirtschaftskammern und den regional zuständigen Behörden erarbeitet wurden. Da lediglich auf solche PBSM und Metaboliten untersucht werden muss, deren Auftreten in einem Wasserversorgungsgebiet wahr- scheinlich ist, gibt es keine allgemeingültige Liste oder eine bestimmte Zahl an zu überwachenden Stoffen. In die Sta- tistik der Tabelle 5 wurde daher als Beispiel die Liste aus Sachsen-Anhalt [24] mit 48 Stoffen aufgenommen. Ver- gleichbare Listen anderer Bundesländer weisen zwischen 30 und 65 Stoffe auf. Tab. 05 | Anzahl der insgesamt in der Trinkwasserüberwachung befindlichen chemischen Stoffe zwischen 1975 und 2018 Parameter-Typ Mikrobiologische Parameter Chemische Parameter Anlage 2 TrinkwV 1) Schwermetalle 2) Sonstige Anorganische Stoffe 3) PBSM, Biozidprodukte 1 4) Sonstige Organische Spurenstoffe Indikatorparameter Anlage 3 TrinkwV Radioaktivitätsparameter Gesamt Steigerung in Bezug auf TrinkwV 1975 Jahr 1975 (Anzahl) Jahr 1986 (Anzahl) Jahr 1990 (Anzahl) Jahr 2001 (Anzahl) Jahr 2018 (Anzahl) 3 7 4 0 4 0 0 18 – 6 6 3 22 11 20 0 68 6 6 4 36 14 29 0 95 7 9 6 36 17 17 2 94 7 10 7 48 17 17 2 108 278 % 428 % 422 % 489 % 1 Die Zahl der in der Überwachung befindlichen Listen an PBSM leiten sich aus den jeweils üblichen Anforderungen ab (s. Tabelle 4) Quelle:: IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser Trinkwasseranalytik | 20

Da das größte Gesundheitsrisiko, das vom Trinkwasser ausgehen kann, eine Infektion mit Krankheitserregern ist, gehören die mikrobiologischen Parameter zu denen, die in jedem Fall routinemäßig untersucht werden müssen und bei denen die Behörden bzw. die Trinkwasserversorger in aller Regel erheblich mehr Untersuchungen veranlassen, als es der Vorgabe der Verordnung entspricht. In der Tabelle 6 werden die amtlich erfassten Untersuchungs- zahlen in den Jahren 2010 und 2016 auf Basis der mikro- biologischen, chemischen und Indikatorparameter gegen- über gestellt. Die Zahlen wurden dem aktuellen UBA-Trink- wasserbericht [25] und der Statistik auf www.gbe-bund.de entnommen. Da hier nur die pflichtgemäß an die Behörden gemeldeten Ergebnisse aufgelistet werden, die nach der TrinkwV vor- geschrieben sind, ist die tatsächliche Zahl an Trinkwasser- untersuchungen einschließlich der betrieblichen Kontrollen sowie nach Baumaßnahmen noch erheblich höher. Mangels verfügbarer Zahlen dazu kann nur aus den Erfahrungen des Autors geschätzt werden, dass noch 25 bis 35 Prozent mehr Proben insgesamt untersucht werden. Für das Jahr 2016 wurden danach insgesamt rund 1,55 Mil- lionen untersuchte Parameter der Trinkwasserproben über die regionalen Behörden an das UBA gemeldet. Das sind rund 22 Prozent mehr an Parametern im Vergleich zum Jahr 2010. Betrachtet man nur die chemischen Stoffe der An- lage 2 TrinkwV, so fällt die Steigerung innerhalb der sechs Jahre von 2010 bis 2016 mit 57 Prozent noch deutlicher aus. Dies deutet an, dass sich insbesondere bei den orga- nischen Spurenstoffen immer größere Anforderungen be- züglich der Untersuchung sowie der Analysentechnik ergeben haben. Bei den anorganischen Parametern in der Verordnung (Anzahl und Häufigkeit) ist weitgehend von einer Konstanz auszugehen. Mit den freiwilligen und betrieblichen Kontrollen dürfte die jährliche Zahl an Trinkwasseruntersuchungen im Jahr 2016 bei rund 2 Millionen Analysenparametern gelegen haben. Wie die Tabelle 6 auch sehr deutlich zeigt, ist der Anteil an Proben, der Grenzwertüberschreitungen aufweist, mit ins- gesamt nur 0,15 Prozent im Jahr 2016 sehr niedrig. Beson- ders wenige Grenzwertüberschreitungen werden bei den chemischen Parametern gefunden (0,04 Prozent). ENTWICKLUNG DER GRENZWERTE MIT DER ZEIT Wie bereits dargestellt wurde, sind die Grenzwerte für die PBSM mit der Aufnahme in die TrinkwV von 1986 [13] als „Nullwertforderung“ ausgestaltet worden. Daher hat es auch bis heute keine Entwicklung bzw. Absenkung gege- ben. Eine Anpassung dieser Nullwert-Grenzwerte an die heutigen, viel besseren analytischen Möglichkeiten wird als nicht notwendig erachtet. Dies würde einer nicht uner- heblichen, toxikologisch nicht begründbaren Verschärfung gleichkommen. Entsprechende Pläne gibt es daher weder bei der EU noch national. Die Schwermetalle sind hinsichtlich ihrer Toxikologie schon seit Langem gut beschrieben, weswegen bereits mit der Einführung ihrer Grenzwerte in die TrinkwV 1975 [11] bzw. 1986 [13] solide Daten vorlagen, die eine sichere Grundlage für eine nachhaltige Regelung bildeten. In der Tabelle 7 werden die relevantesten Beispiele für die Entwicklung von Grenzwerten ab 1975 aufgeführt. Tab. 06 | Anzahl der amtlichen Trinkwasser-Untersuchungen in den Jahren 2010 und 2016 Parameter-Typ Mikrobiologische Parameter Chemische Parameter Anlage 2 TrinkwV Indikatorparameter Anlage 3 TrinkwV Gesamt Steigerung in Bezug auf 2010 Jahr 2010 Jahr 2010 Jahr 2016 Jahr 2016 (Anzahl, gesamt) (Grenzwertverletzungen) (Anzahl, gesamt) (Grenzwertverletzungen) 254.857 1.716 0,67 % 265.435 1.200 0,45 % 259.255 166 0,06 % 405.872 755.192 1.269.304 1.059 2.941 0,14 % 0,23% 876.527 170 896 0,04 % 0,10 % 1.547.834 2.266 0,15 % 22 % – 0,09% Quelle: Umweltbundesamt, Bundesministerium für Gesundheit [25]; www.gbe-bund.de Trinkwasseranalytik | 22

die Trinkwasserverordnung noch weitere Anforderungen an die Laboratorien, die verbindlich einzuhalten sind: Probenahmen und Untersuchungen sind nach den allge- mein anerkannten Regeln der Technik (a.a.R.d.T.) durch- zuführen. Dies ist ein indirekter Verweis auf die obligatori- schen Analysen- und Probenahme-Normen des DIN (DIN-, CEN-, ISO-Normen). • Für mikrobiologische Untersuchungen sind die verpflich- tenden Analysenverfahren in der TrinkwV namentlich aufgeführt. Diese konkrete Nennung von Verfahren ist notwendig, weil alle Methoden Konsensverfahren sind und in enger Verbindung zu den gesetzten Grenzwerten stehen. • Für chemische Untersuchungen sind die in der Anlage 5 Teil I genannten spezifizierten Verfahrenskennwerte ein- zuhalten. Die TrinkwV setzt dort tabellarisch Vorgaben für die Messunsicherheit der Analysenverfahren und stellt eine allgemeine Forderung auf, dass die Bestim- mungsgrenze (Sensitivität) der Analysenverfahren bei 30 Prozent oder weniger des betreffenden Grenzwertes liegen muss. Dies ist sinnvoll, damit auch unterhalb der Grenzwerte eine analytische Überwachung sicher mög- lich ist. Diese allgemeine Forderung ist auch in der EU-Richtlinie 2009/90/EG [27] für den Bereich der Wäs- ser in der Umwelt festgelegt. Solche strengen Anforde- rungen an die Bestimmungsgrenzen und die Sensitivität stellte in vielen Bereichen der Spurenanalytik eine große Herausforderung an die Laboratorien und insbesondere an die Gerätehersteller dar. • Alle Laboratorien müssen regelmäßig und erfolgreich an externen Qualitätssicherungsmaßnahmen (Ring- versuchen) teilnehmen. Heute ist bei der DAkkS eine recht umfangreiche Zahl an Laboratorien für Trinkwasseruntersuchungen akkreditiert. Dies geht aus einer Datenbankrecherche in der Liste der akkreditierten Stellen [26] hervor: 1. 553 Laboratorien haben eine Akkreditierung für Trink- wasseruntersuchungen 2. Davon haben rund 53 Prozent eine Akkreditierung für organische Spurenanalytik (291 Labore sind für HPLC- Techniken akkreditiert, 243 davon auch für GC) 3. Von allen Laboratorien haben rund 67 Prozent eine Akkreditierung für anorganische Spurenanalytik im Bereich der Schwermetalle (291 Labore sind für ICP-MS und/oder ICP-OES akkreditiert) SCHLÜSSELAUSSAGE Es gibt in Deutschland eine lange Tradition der Gesetzgebung für Trinkwasser. Schon seit rund 45 Jahren gibt es mit der Trinkwasserverordnung eine detaillierte Produktverordnung. Heute befinden wir uns im Rahmen einer europäisch harmonisierten Trinkwassergesetzgebung auf einem beispiellosen Standard mit strengen Grenzwerten und einem Technischen Regelwerk (DVGW), die einen unbesorgten, lebenslangen Konsum des Trinkwassers garantiert. Im Rah- men der Überwachung des Trinkwassers durch die Gesundheitsämter wird immer mehr und immer empfindlicher untersucht. Neben den Stoffen, die mit Grenzwerten belegt sind, werden heute dank immer besserer Analysentechnik viele zusätzliche und neue Stoffe überwacht, die aufgrund der „Generalforderung“ nach gesundem Trinkwasser von großem Interesse sind. Die Datenbank des Umweltbundesamts hat für das Jahr 2016 insgesamt rund 1,55 Millionen untersuchte Parameter registriert. Das sind rund 22 Prozent mehr an Parametern im Vergleich zum Jahr 2010. Mit dem geschätzten Anteil an freiwilligen Untersuchungen dürfte die aktuelle Zahl aller Trinkwasseruntersuchungen bei mindestens 2 Millio- nen Parametern pro Jahr liegen. Der Trend an Untersuchungen zeigt auch zukünftig weiter nach oben. An die 553 Trinkwasser-Laboratorien in Deutschland werden heute strenge Anforderungen gestellt. Sie müssen nach ISO 17025 akkreditiert sein und ihre Kompetenz regelmäßig unter Beweis stellen. Die vorgeschriebenen Analysenverfahren müssen eine bestimmte, verbindliche Mindest-Performance bezüglich Messunsicherheit und Sensitivität bringen. Dies ist in vielen Fällen nur in enger Kooperation von innovativen Geräteherstellern und Laboratorien möglich. Trinkwasseranalytik | 24

Zusammenfassend kann das Verbrauchervertrauen sehr gut über die Langzeitstudie „Qualität und Image von Trink- wasser in Deutschland (TWIS)“ [31] abgebildet werden. Diese Studie des Instituts für Empirische Sozial- und Kom- munikationsforschung (I.E.S.K.) aus dem Jahr 2019 stellt für den Zeitraum 2018/2019 das beeindruckend hohe Ver- trauen der Verbraucher in die Qualität und die Kontrolle des Trinkwassers sowie in den Service der Wasserversorger unter Beweis. Danach haben besonders die letzten 12 Mo- nate und die beiden „Jahrhundertsommer“ 2018 und 2019 die nicht enden wollende Diskussionen um das Thema „Nitrat“ in Deutschland, das Thema „Infrastruktur“ sowie die medienstarken Vergleiche von Leitungswasser und Mineral- wasser durch die Stiftung Warentest und Ökotest verstärkt und häufiger als zuvor das Thema „Trinkwasser“ auf die Tagesordnung gesetzt. Die Verbraucher machen sich an- gesichts von Klimawandel und Schadstoffdiskussionen abstrakte Sorgen um Qualität und Versorgungssicherheit. Dennoch bleibt die Wertschätzung im Hinblick auf Qualität, Service, Preis sowie im Hinblick auf die Leistungen der Wasserversorger insgesamt auf einem sehr hohen Niveau. In der Abbildung 3 wird die Einschätzung der Trinkwasser- qualität durch die Verbraucher aus der langjährigen demo- skopischen Umfrage des I.E.S.K von 2007 bis 2019 dar- gestellt. Dabei sind die Anteile der Antworten mit der Note „sehr gut“ und „gut“ über die Zeit aufgetragen. Im Jahr 2019 stuften rund 83 Prozent der befragten Ver- braucher die Qualität als sehr gut oder gut ein. Immerhin 90 Prozent der deutschen Verbraucher sind mit der Qualität ihres Leitungswassers zufrieden, 86 Prozent zählen es zu den saubersten im europäischen Vergleich. Der Trend der Zufriedenheit zeigt insgesamt deutlich nach oben. Im Jahr 2007 lag die Quote an „sehr gut“ und „gut“ nur bei etwa 72 Prozent. SCHLÜSSELAUSSAGE Abb. 03 | Einschätzung der Trinkwasserqualität durch die Ver- braucher – Anteil der Antworten mit der Note „sehr gut“ und „gut“ aus einer demoskopischen Umfrage (2007–2019) 85 80 75 70 65 60 Apr 07 Apr 08 Apr 09 Apr 10 Apr 11 Apr 12 Apr 13 Apr 14 Apr 15 Apr 16 Apr 17 Apr 18 Apr 19 Quelle: Institut für empirische Sozial- und Kommunikationsforschung [31] Diese erfreuliche Entwicklung ergibt sich trotz zunehmen- der medialer Meldungen zu Spuren-Schadstoffen, die heute aufgrund der analytischen Möglichkeiten oft bereits in Na- nogramm pro Liter (ng/l) angegeben werden und somit zu „hohen“ Zahlenwerten neigen. Der Verbraucher kann diese Informationen oft nicht sinnvoll in einen an Fakten orientier- ten Zusammenhang stellen. Deswegen ist es erforderlich, dass die Analytiker Verantwortung übernehmen für das, was und wie empfindlich sie analysieren. Sie müssen ihre Daten auch erklären und allgemein verständlich einordnen. Die immer besser werdenden Analysentechniken und -geräte ermöglichen einen immer tieferen Einblick in die Belastung unserer Trinkwässer. Das führt auf der einen Seite zu immer besserem Verbraucherschutz aufgrund des zu- nehmenden Wissens, auf der anderen Seite kann das aber auch durch emotional empfundene Risiken zur Verunsiche- rung führen. Da ist die Analytik aufgerufen, in diesem Span- nungsfeld die Waage zu halten und die Informationen und Meinungen neutral und anhand von Erkenntnissen einzu- ordnen und zu erklären. Die Präsenz des Themas Trinkwasser ist bei den Verbrauchern traditionell sehr hoch, weil die Erwartungshaltung an ein gesundes und unbelastetes Trinkwasser sehr ausgeprägt ist. In den letzten Jahren ist die Berichterstattung über Trinkwasser in den Medien in der Tendenz sehr positiv, trotz vereinzelter Meldungen zu den „Schadstoffen des Monats“. Die langjährige Entwicklung des Verbrauchervertrauens ist sehr positiv. Im Jahr 2019 stuften rund 83 Prozent der Verbraucher die Trinkwasserqualität als sehr gut oder gut ein. Die immer besser werdenden Analysentechniken und -geräte der Hersteller ermöglichen einen immer tieferen Einblick in die Belastung unserer Trinkwässer. Das führt zu immer besserem Verbraucherschutz aber auch zu emotional empfundenen Risiken und damit zur Verunsicherung. Die Analytiker sind daher aufgerufen, in diesem Spannungsfeld die Waage zu halten und die Informationen und Daten neutral und anhand von Erkenntnissen einzuordnen und allgemein verständlich zu erklären. Trinkwasseranalytik | 26

Tab. 08 | Überblick zur Entwicklung der organischen Einzelstoffanalytik seit 1960 Jahr 1960 1970 1971 1980 1980 1980 1985 1990 2000 2010 Technik Dünnschichtchromatografie Gaschromatografie mit FID Gaschromatografie mit ECD Gaschromatografie/Massenspektrometrie Kürzel DC GC/FID GC/ECD GC/MS Beispiele PAK FCKW, HKW, Kohlenwasserstoffe erste Pestizide wie Atrazin Nitroverbindungen, Aniline, Phenole, Chlororganika Gaschromatografie mit Stickstoff-Detektor GC/NPD Pestizide wie Atrazin, Simazin Hochdruckflüssigkeitschromatografie mit UV-Detektor HPLC/UV Phenole, Pestizide wie Diuron, Isoproturon Hochdruckflüssigkeitschromatografie mit Fluoreszenz-Detektion HPLC/FLD PAK Hochdruckflüssigkeitschromatografie, Massenspektrometrie als Detektor HPLC/MS Arzneimittelrückstände HPLC mit Tandem-Massenspektrometrie als Detektor HPLC/MS-MS Röntgenkontrastmittel HPLC/MS-MS mit Direktinjektion HPLC/MS Direktbestimmungen aus der Wasserphase Quelle:: IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser Diese Techniken sind mit Ausnahme der DC noch heute in den Wasserlaboratorien zu finden, wobei es in allen Berei- chen erhebliche Entwicklungen gegeben hat, insbesondere bei der Automatisierung durch Autosampler, Empfindlich- keitssteigerung bei den Detektoren sowie Einbindung der Geräte in eine IT-Struktur und an Labormanagement-Syste- me (LIMS). Seit 1960 gibt es mit den „Deutschen Einheitsverfahren“ (DEV) [34] eine Loseblattsammlung von Arbeitsvorschriften zur Wasseranalytik, die heute im Wesentlichen alle wichti- gen deutschen, europäischen und internationalen Normen für die Wasseranalytik enthält. Die „Deutschen Einheits- verfahren“ haben sich zum unentbehrlichen Standardwerk SCHLÜSSELAUSSAGE dieses Fachgebiets entwickelt und werden von der „Wasser- chemischen Gesellschaft – Fachgruppe in der Gesellschaft Deutscher Chemiker“ und dem Normenausschuss Wasser- wesen (NAW) des DIN (Deutsches Institut für Normung e. V.) herausgegeben. Die Tabelle 8 gibt einen groben Überblick zur Entwicklung der organischen Einzelstoffanalytik seit etwa 1960. Neben den Kern-Analysentechniken haben sich mit der Zeit auch die Probenvorbereitungs- bzw. Aufgabetechniken dank innovativer Entwicklungen bei den Herstellern weiter verbessert. Lange standen dabei Anreicherungstechniken im Vordergrund, damit eine mangelnde Empfindlichkeit der Detektoren durch eine externe Anreicherung der Analyten Bereits seit dem 17. Jahrhundert wird Wasseranalytik mit analytischen Geräten betrieben. Zwar sind heute noch immer Klassiker wie Maßanalyse und Fotometrie zu finden, das Hauptaugenmerk liegt jedoch auf innovativen Tech- niken für organische Spurenstoffe wie der HPLC und GC, die typischerweise komplexe Massenspektrometer als Detektoren aufweisen sowie auf der Multielement-Schwermetallanalytik mit ICP-OES und ICP-MS. Insbesondere bei der Automatisierung der Techniken durch Autosampler, der drastischen Empfindlichkeitssteige- rung bei den Detektoren sowie der Einbindung der Geräte in eine komplexe IT-Struktur einschließlich einer Kommu- nikation mit Labormanagement-Systemen (LIMS) hat es massive Entwicklungen in den letzten 20 Jahren gegeben. Mit Extraktions- und Anreicherungstechniken wie der SPE und LLE konnten Anreicherungsfaktoren bis zu 1.000 erreicht werden, um die niedrigen Grenzwerte sicher überwachen zu können. Dank der heute hohen Sensitivität der Detektoren (Massenspektrometer) kann die anreicherungsfreie oder auch direkte Analytik ohne Probenextraktion immer mehr Fuß fassen. Darin wird einer der entscheidendsten Schritte in der organischen Spurenanalytik der letzten Dekade gesehen. All diese Entwicklungen sind dank des „Entrepreneurships“ der Gerätehersteller im Sinne eines innovativen Unter- nehmertums sowie des Erfindertums möglich gewesen, wobei sehr oft Kooperationen mit Forschungseinrichtungen oder Universitäten in die Entwicklung und Validierung der Verfahren eingebunden sind. Trinkwasseranalytik | 28

Da die Anreicherung der Spurenstoffe aus Wasser zeit- und kostenintensiv ist und sich zudem bei sehr gut wasserlös- lichen Verbindungen (z. B. Metabolit Desphenyl-chloridazon, Acrylamid) als schwierig erweist, wurden zunehmend Ver- fahren zum anreicherungsfreien Nachweis dieser Stoffe im Ultraspurenbereich entwickelt. Bei der sogenannten anreicherungsfreien oder auch direkten Analytik wird auf die Probenextraktion verzichtet (Direktverfahren), wobei die Wasserproben nahezu un- mittelbar nach der Probenahme und dem Transport in das Labor analysiert werden können. Diese innovativen und für den Analytiker attraktiven Verfahren waren erst durch die Entwicklung hoch sensitiver Detektor-Systeme der Herstel- ler möglich. Darin wird einer der entscheidendsten Schritte in der organischen Spurenanalytik der letzten Dekade ge- sehen. DIE GRÖSSTEN VORTEILE DER DIREKTVERFAHREN SIND: 1. Verkürzte Analysenzeit: Einsparung von ca. einem Tag für die Probenvorbereitung 2. Dadurch resultiert auch ein verminderter Einsatz von Personal 3. Verbesserte Robustheit aufgrund von weniger Analysen- schritten 4. Weniger Material- und Chemikalienaufwand (weniger Lösungsmittel!) 5. Die Analyse von schwierig zu extrahierenden Substanzen wird möglich 6. Verringerte Transportkosten aufgrund von geringeren Probenvolumina 7. Insgesamt weniger kostenintensive Methodik (preiswer- ter) Ein weiterer Vorteil der Direktverfahren ist neben der Verein- fachung der HPLC-MS/MS-Methoden die Minimierung von Matrixeffekten bei der Messung, die bei herkömmlichen Verfahren i. d. R. aufwendig durch eine matrixangepasste Kalibrierung oder Standardaddition kompensiert werden müssen. Bestimmungsgrenzen von 10 ng/l sind heute bei Direkt- verfahren häufig möglich, wobei diese stark von der Ioni- sierbarkeit der Substanzen abhängig sind. In Einzelfällen lassen sich selbst Konzentrationen im einstelligen ng/l-Be- reich anreicherungsfrei detektieren. Weiterhin sind mithilfe sehr empfindlicher HPLC-MS/MS-Systeme und einem zusätzlichen Anreicherungsschritt Bestimmungsgrenzen unterhalb von 1 ng/L prinzipiell möglich. AUSBLICK Die Analytik von polaren organischen Spurenstoffen mittels HPLC-MS/MS hat in den letzten Jahren ganz erheblich an Bedeutung gewonnen. Es gibt eine Tendenz, dass beim Vorhandensein entsprechend empfindlichen Analysen- systemen die Direktverfahren den bisher eingesetzten Ver- bundverfahren vorgezogen werden. Die anreicherungsfreie Bestimmung von Pflanzenschutzmitteln in Wasserproben mittels HPLC-MS/MS befindet sich seit einigen Jahren auch in der internationalen Normung. Trinkwasseranalytik | 30

Abb. 04 | Steigerung der Empfindlichkeit der Analytik in den letzten 30 Jahren, BG = Bestimmungsgrenze Gaschromatographie Systeme (GC) Bestimmungsgrenze: 0,1 bis 0,5 Mikrogramm/Liter (µg/l) Liquid-Chromatographie- Massenspektometrie (LC-MS) Bestimmungsgrenze: 0,01 Mikrogramm/Liter (µg/l) Triple-Quad-Massenspektrometer (LC-MS/MS) Bestimmungsgrenze: 0,001 Mikrogramm/Liter (µg/l) = 1 Nanogramm/Liter (ng/l) 1990 2000 Quelle:: IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser Dokumenten enthalten sein müssen. Es werden auch ein- heitliche Verfahren festgelegt, die beim Bestimmen von wichtigen Leistungskenngrößen von Messgeräten verwen- det werden sollen. Die Norm wurde von Großbritannien in die europäische Nor- mung bei CEN eingebracht, weil dort ein Zertifizierungssys- tem MCERTS für Hersteller von Geräten existiert. MCERTS ist das Überwachungszertifizierungssystem der Umwelt- behörde von England und Wales. Es bietet den Rahmen für Unternehmen, die Erfüllung von Qualitätsanforderungen an die Geräte, die im Umweltmonitoring verwendet werden, über eine Zertifizierung nachzuweisen. In Deutschland ist ein solches Zertifizierungssystem bisher noch wenig verbreitet, weil die wesentlichen Punkte im Rah- men der PQ (Validierung) sinnvollerweise auf die Anwender- seite verlagert sind. ENTWICKLUNG UND EMPFINDLICHKEIT DER ANALYSENGERÄTE In den letzten 25 bis 30 Jahren hat sich die Empfindlichkeit der Geräte, insbesondere der Detektor-Systeme der HPLC und GC, massiv verbessert. Während im Jahr 1990 noch mit Anreicherungsverfahren wie der SPE und LLE die Emp- findlichkeit des Gesamtverfahrens verbessert werden musste, sind heute immer mehr Direktverfahren möglich. Diese Innovation betrifft im Wesentlichen die organische Spurenanalytik, da die klassischen Methoden der Schwer- metallmessung (AAS) schon ausreichend empfindlich Trinkwasseranalytik | 32 © Shimadzu Deutschland GmbH 2020 waren. Bei der anorganischen Spurenanalytik sind die mar- kantesten Entwicklungen besonders bei der Automatisie- rung und Multi-Elementfähigkeit zu sehen (ICP-OPES und ICP-MS). Die Steigerung der Empfindlichkeit der organi- schen Analytik in den letzten 30 Jahren wird in der Abbil- dung 4 dargestellt. Die Bestimmungsgrenzen sind in den letzten 30 Jahren um etwa den Faktor 1.000 besser geworden, wobei dies eine verallgemeinernde Aussage ist, weil im Bereich der Forschung auch 1990 schon einzelne Ansätze verfolgt wurden, die bessere Kenndaten möglich machten. Aber für die breite praktische Anwendung in Routinelaboren stim- men die Aussagen nach der eigenen Erfahrung des Autors. Diese Steigerung der Bestimmungsgrenzen ermöglicht heute eine Überwachung der meisten Schadstoffe im Trinkwasser in einem Bereich von 1 bis 10 ng/l. Mit einer solchen Empfindlichkeit ist dafür gesorgt, dass alle Stoffe so sicher überwacht werden können, dass die Verbraucher optimal geschützt sind. Bislang gibt es keine organischen Spurenstoffe, die unterhalb der heutigen Bestimmungs- grenzen mit Grenzwerten ober Vorbeugewerten belegt wären. Als konkretes Beispiel für diese Empfindlichkeitssteigerung kann die Atrazin-Analytik angeführt werden. Atrazin ist eins der am längsten bekannten und untersuchten PBSM. In der Literatur findet sich dazu ein Forschungsstand von Mitte der 1990er-Jahre, der eine Bestimmungsgrenze im mittleren bis unteren ng/L-Bereich (20–40 ng/l) zeigte. Das konnte damals jedoch nur mittels Anreicherungsverfahren (LLE, SPE) mit Anreicherungsfaktoren um etwa 1.000 er- reicht werden [37, 38].

Auch in Zukunft dürfte der Trend zur Ausweitung der Band- breite an Stoffen, die sich in der Überwachung befinden, anhalten. Als Indiz dafür kann die im europäischen Wasser- recht etablierte Beobachtungsliste („Watchlist“) [43] ge- sehen werden. Diese Beobachtungsliste definiert ein EU-weites Messprogramm für Stoffe in der aquatischen Umwelt, für die noch keine ausreichenden Daten aus der Gewässerüberwachung vorliegen. Ausgewählt werden da- für Stoffe, die in mehreren EU-Mitgliedstaaten verwendet werden, in die Gewässer gelangen können und für die es Probleme bei der Überwachung gibt, z. B. weil die Bestim- mungsgrenzen noch nicht gut genug sind. Im Jahr 2019 hat die EU-Kommission die Daten zur ersten Beobachtungs- liste ausgewertet. Diese erste Auswertung zeigt, dass mit der Beobachtungsliste sehr zielgerichtet EU-weit Daten zu Konzentrationen von bisher selten in den Gewässern der EU überwachten Stoffen ermittelt werden können. Auf der ersten Watchlist fanden sich die hormonell wirk- samen Chemikalien 17-alpha-Ethinylöstradiol (EE2), 17-beta-Östradiol (E2) und Östron (E1), die Pflanzenschutz- mittel Methiocarb und Neonicotinoide sowie bestimmte („Makrolid“-)Antibiotika. Diese Stoffe finden sich auch auf der zweiten Beobachtungsliste. Für die Pflanzenschutz- mittel Triallat und Oxadiazon, das in Verbraucherprodukten eingesetzte Antioxidans 2,6-Ditert-butyl-4-methylphenol, den in Sonnencremes eingesetzten UV-Filter 2-Ethylhexyl- 4-methoxycinnamat und das Schmerzmittel Diclofenac liegen nun ausreichend Überwachungsdaten für das Priorisierungsverfahren der Wasserrahmenrichtlinie vor. Wie man sieht, kommen immer mehr Stoffe aus den Bereichen der Pharmaka, Diagnostika und Verbraucher- produkten wie z. B. zur Körperpflege in den Fokus der Wasseranalytik. Dieser Watchlist-Prozess wird auch für den Trinkwasserbereich mit der neuen EU-Trinkwasser- richtlinie europaweit eingeführt werden. Dabei ist anhand neuester Erkenntnisse aus der Non-Target-Analytik deut- lich, dass noch mehrere Tausend Stoffe im Wasser nach- gewiesen werden können, deren Identität und Konzentra- tion heute noch nicht bekannt sind. Somit werden weder die Forschungsthemen in der Wasseranalytik weniger, noch die Herausforderungen an die Gerätehersteller. Zum Beispiel bestehen im Bereich der zielgerichteten Tar- get-Analytik größere Lücken, die in den nächsten Jahren noch zu füllen sind. Neue Arbeiten der Gruppe von REEMTSMA [44] zeigen, dass für die Gruppe der sogenann- ten persistenten, mobilen und toxischen Stoffe (PMT-Stoffe), in der sich viele sehr polare oder gar ionisch vorliegende Substanzen befinden, geeignete Analysenverfahren fehlen bzw. technisch noch in den Anfängen stecken. Die bisheri- gen Analysenverfahren der GC und HPLC, die in der Wasser- analytik rund 440 Stoffe abdecken, sind bestenfalls in der Lage, Stoffe zu erfassen, die eine Polarität haben, die einem logDOW von größer null entsprechen (logDOW = pH-Wert anhängiger Octanol-Wasser-Koeffizient). Die GC ist eher für unpolare Stoffe geeignet (logDOW > 3) und die HPLC für polare Stoffe (ab logDOW –0,5). Damit ergibt sich unweiger- lich eine verbleibende analytische Lücke unterhalb eines logDOW von der betreffenden Stoiffew von etwa –1. Dort herrscht noch immer eine gewisse Blindheit, die durch weitere Geräteentwicklungen gestopft werden muss. Für sehr polare Stoffe, wie die in den Medien stark diskutierten Spurenkontaminanten Glyphosat, TFA oder EDTA, sind analytische Sonderlösungen und damit die Hersteller von Analysengeräten mit weiteren Innovationen gefordert. Abschließend sei noch deutlich darauf hingewiesen, dass der Eindruck, die Umwelt bzw. das Wasser enthielte mit der Zeit immer mehr Schadstoffe, falsch ist. Die analytischen Möglichkeiten hinsichtlich Empfindlichkeit und Bandbreite an Stoffen ermöglichen eine immer bessere und tiefere Kenntnis der Qualität der Wässer. Es sind heute zunehmend mehr Stoffe bekannt, zum Teil auch durch theoretische Betrachtungen zur Emission der Stoffe in die Umwelt. Der Großteil an Stoffen wird jedoch durch analytischen Spürsinn im Rahmen investigativer Monitoring-Konzepte gefunden, der ohne optimale Gerätetechnik nicht umsetzbar wäre. Früher gab es mangels entsprechender analytischer Mög- lichkeiten eher eine Art „Blindheit“. Die Stoffe konnten noch gar nicht untersucht werden oder nicht so empfindlich, dass ein Nachweis möglich gewesen wäre. Tatsächlich haben sich die Gewässer in den letzten 25 Jahren massiv in Ihrer Qualität verbessert, woran die Analytik einen wich- tigen Anteil hat. Trinkwasseranalytik | 34

QUELLENVERZEICHNIS [1] Anonymus: Branchenbild der deutschen Wasserwirtschaft 2015 Herausgeber: ATT, BDEW, DBVW, DVGW, DWA, VKU (wvgw Wirt- schafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH), 2015, Internetpublikation www.bdew.de/media/documents/ Branchenbild_Wasserwirtschaft_2015.pdf, 84 Seiten [2] Anonymus: Verordnung zur Neuordnung trinkwasserrechtlicher Vorschriften vom 3. Januar 2018 (4. Änderungsverordnung zur TrinkwV). Bundesgesetzblatt, Teil I, 2018-01 (2): S. 99–114 [3] Anonymus: Umwelt – Öffentliche Wasserversorgung und öffent- liche Abwasserentsorgung – Öffentliche Wasserversorgung (Fach- serie 19 Reihe 2.1.1) Statistisches Bundesamt (Destatis) 2018 (12. Dezember 2018 korrigiert am 29.01.2019) Internetpublikation www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Umwelt/ Wasserwirtschaft/Publikationen/Downloads-Wasserwirtschaft/ wasser-oeffentlich-2190211169004.pdf, S. 100 [14] Anonymus: Verordnung über Trinkwasser und über Wasser für Lebensmittelbetriebe (Trinkwasserverordnung – TrinkwV) vom 5. Dezember 1990, Bundesgesetzblatt, Teil I, 1990 (18): S. 2613 [15] Anonymus: Richtlinie 98/83/EG des Rates vom 3. November 1998 über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch. Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften, 1998. 05.12.1998 (L 330): S. 32-54 [16] Anonymus: Gesetz zur Verhütung und Bekämpfung von Infektions- krankheiten beim Menschen (Infektionsschutzgesetz – IfSG) vom 20. Juli 2000, zuletzt geändert durch Artikel 1 des Gesetzes vom 17. Juli 2017. Bundesgesetzblatt, Teil I 2000: S. 2615 [17] Anonymus: Verordnung über die Qualität von Wasser für den men- schlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung – TrinkwV 2001) vom 21. Mai 2001. Bundesgesetzblatt, Teil I, 2001 (24): S. 959–980 [4] BDEW, Internetangaben; 03.04.2019; www.bdew.de/media/ documents/Trinkwasserverwendung_im_HH_2018_o_j_Ott_on- line_03042019.pdf [18] Anonymus: Bekanntmachung der Neufassung der Trinkwasser- verordnung vom 28. November 2011. Bundesgesetzblatt, Teil I, 2011 (61): S. 2370–2396 [5] Statistische Ämter des Bundes und der Länder, Internetangaben, 25. 9. 2019; www.statistik-bw.de/VGRdL/tbls/tab. jsp?rev=RV2014&tbl=tab20&lang=de-DE [19] Anonymus: Dritte Verordnung zur Änderung der Trinkwasser- verordnung vom 18. November 2015. Bundesgesetzblatt, Teil I, 2015 (46): S. 2076–2083 [20] Anonymus: Bekanntmachung der Neufassung der Trinkwasser- verordnung vom 10. März 2016. Bundesgesetzblatt, Teil I, 2016 (12): S. 459–491 [21] Anonymus: Verordnung zur Neuordnung trinkwasserrechtlicher Vorschriften vom 3. Januar 2018 (4. Änderungsverordnung zur TrinkwV). Bundesgesetzblatt, Teil I, 2018-01 (2): S. 99-114 [22] Bundesministerium für Gesundheit (1989): Empfehlung des Bundesgesundheitsamtes zum Vollzug der Trinkwasser- verordnung vom 22. Mai 1986. Fundstelle: BGBl I., S. 760 [23] Anonymus: Niedersächsische Landesliste Trinkwasser- untersuchungen auf Pflanzenschutzmittel und Biozidprodukte (NiLaLi) – im Auftrag des Niedersächsischen Ministerium für Soziales, Gesundheit und Gleichstellung (MS) in Abstimmung mit dem Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN), Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG) und der Landwirtschaftskammer Niedersachsen (LWK). , Niedersächsisches Landesgesundheits- amt (NLGA) 2018, Internetpublikation www.nlga.niedersachsen.de/ download/91279/Nds._Landesliste_Pflanzenschutzmittel_und_ Biozidprodukte.pdf [24] Anonymus: Parameterliste für die Untersuchung von Pflanzen- schutzmitteln und Biozidprodukten (PSMBP) im Trinkwasser vom 05.07.2019 (Sachsen-Anhalt) Ministerium für Arbeit, Soziales und Integration des Landes Sachsen-Anhalt – Arbeitsgruppe Trink- wasser des Landes Sachsen-Anhalt, 2019, Internetpublikation https://verbraucherschutz.sachsen-anhalt.de/fileadmin/Bibliothek/ Politik_und_Verwaltung/MS/LAV_Verbraucherschutz/hygiene/ trinkwasser/HE.14.05_PSMBP_2019-05-09.pdf [6] Umweltbundesamt, Internetpublikation, 2016, www.umweltbundesamt.de/daten/private-haushalte-konsum/ wohnen/wassernutzung-privater-haushalte#direkte-und-indirekte- wassernutzung [7] UNESCO; Pressemitteilung, 13. März 2019; www.unesco.de/newsletter/2580/weltwasserbericht-2019-grosse- ungleichheiten-beim-zugang-zu-wasser-sperrfrist-19 [8] Brunowsky, Ralf-Dieter, Welt Kommentar, www.welt.de/wirtschaft/bilanz/article184589388/Medienkritik- Die-deutsche-Lust-an-schlechten-Nachrichten.html [9] Gesetz, betreffend die Bekämpfung gemeingefährlicher Krankheiten (Reichsseuchengesetz), vom 30.6.1900 (Reichsgesetzblatt, 1900 S. 306) [10] Anonymus: Gesetz zur Verhütung und Bekämpfung übertragbarer Krankheiten beim Menschen (Bundes-Seuchengesetz) vom 18. Juli 1961 Bundesgesetzblatt, Teil I, 1961-07. 1961 (53): S. 1012–1029 [11] Anonymus: Verordnung über Trinkwasser und über Brauch- wasser für Lebensmittelbetriebe (Trinkwasserverordnung) vom 31. Januar 1975. Bundesgesetzblatt, Teil I, 1975-01 (16 ): 1975 (16): S. 453–461 [12] Anonymus: Richtlinie des Rates vom 15. Juli 1980 über die Quali- tät von Wasser für den menschlichen Gebrauch (80/778/EWG) Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften, 1980. 30.8.1980 (L 229): S. 11 [13] Anonymus: Verordnung über Trinkwasser und über Wasser für Lebensmittelbetriebe (Trinkwasserverordnung – TrinkwV) vom 22. Mai 1986, in Bundesgesetzblatt, Teil I1986, Bundesanzeiger: Köln. S. 760–773 Trinkwasseranalytik | 36

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Das Trinkwasser der Landeswasser- versorgung wird im Wasserwerk Langenau und im Egauwasserwerk zentral enthärtet. und der Empfindlichkeitssteigerung. Am wichtigsten dabei war nach meiner Einschätzung die Erweiterung des analy- tischen Horizonts. Wir können heute mehr Parameter unter- suchen als früher und dabei auch Stoffe erfassen, die bis- her noch nicht im Blickpunkt lagen. Besonders im Bereich der polaren und somit im Wasserkreislauf mobilen Spuren- stoffe hat sich einiges getan. Wichtig für diesen Fortschritt bei polaren Spurenstoffen waren und sind Neuerungen bei der Chromatografie und der Massenspektrometrie. SPECTARIS: Stichwort Empfindlichkeit bzw. Genauigkeit – das ist ja ein zweischneidiges Schwert. Einerseits führt eine höhere Empfindlichkeit zu mehr Sicherheit und fördert damit das Verbrauchervertrauen, andererseits kann der Nachweis kleinster Spuren von Stoffen in einer nicht rele- vanten und unschädlichen Konzentration zu einer Verun- sicherung führen. Wie kann dem begegnet werden und wie ist da Ihre Haltung? SPECTARIS im Gespräch – Trinkwasseranalyse | 40

Auf Spurensuche: Food Profiling – Zukunftstechnologien für die Lebensmittelanalytik Neben der Vorliebe für bestimmte Arten oder Sorten (bio- logische Identität), rücken zunehmend weitere Qualitäts- parameter in den Fokus der Verbraucher. Zu diesen zählt u. a. die Herkunft von Lebensmitteln, da mit dem Anbau- bzw. dem Produktionsstandort (geografischer Ursprung) oftmals bestimmte qualitative Eigenschaften verbunden werden. Die aus der biologischen Identität und dem geogra- fischen Ursprung resultierenden Preisunterschiede sind in vielen Fällen signifikant und stellen damit einen großen Anreiz für Lebensmittelfälscher dar. Dabei werden die Käu- fer oftmals nicht nur finanziell geschädigt, sondern auch gesundheitlich gefährdet. So können selbst Spuren von Ersatzstoffen bei entsprechend prädisponierten Allergikern lebensbedrohlich sein. Die Fälscher sind meist wissen- schaftlich gebildet und kennen die Grenzen der bisher ein- gesetzten Methoden bei der Untersuchung von Lebens- mitteln. Es reicht daher nicht mehr aus, nur auf bekannte Inhaltsstoffe zu prüfen. Vielmehr gilt es, die Gesamtheit der Lebensmittel im Blick zu haben. Aus diesem Grund erfahren sogenannte non-targeted Profiling-Methoden zunehmend mehr Aufmerksamkeit: Anstatt lediglich einzelne chemi- sche Substanzen (Analyten) nachzuweisen, werden dabei hypothesenfrei chemische Profile möglichst einer gesam- ten zellulären Ebene erfasst. Das erhaltende Datenmuster ist in seiner Eindeutigkeit vergleichbar mit einem mensch- lichen Fingerabdruck. Auf Spurensuche | 42 Dr. MARINA CREYDT studierte Lebensmittelchemie an der Hamburg School of Food Science und promo- vierte zum Forschungs- schwerpunkt: „Food Profiling – Massenspektro- metrische Strategien zur Authentizitätsbestimmung von Lebensmitteln“. Prof. Dr. MARKUS FISCHER Staatl. gepr. Lebensmittel- chemiker, seit 2006 Direktor des Instituts für Lebens- mittelchemie der Universität Hamburg und Gründer/Direktor der Hamburg School of Food Science. Markus Fischer ist Sprecher des Kompetenznetzwerks Food Profiling sowie Sprecher des naturwissenschaftlichen Teils des Clusters of Excellence Understanding Written Artefacts. ANWENDUNGSBEREICHE Sensitivität, Spezifität und Effizienz sind die maßgebenden Kriterien, wenn es um die Analytik von Lebensmitteln geht. In Zeiten komplexer werdender Warenströme und dadurch bedingt zunehmend herausfordernder Fragestellungen in den Kontexten Lebensmittelauthentizität und -sicherheit sind die klassischen Analyseverfahren oftmals nicht mehr ausreichend. Dies trifft insbesondere auf bewusst durch- geführte Lebensmittelfälschungen (Food Fraud) zu. Lebensmittelfälscher sind meist wissenschaftlich gebildet und kennen die Grenzen der eingesetzten Methoden bei der Untersuchung von Lebensmitteln, wie beispielsweise die seit 2011 durchgeführten OPSON-Operationen zur Be- kämpfung von irreführenden und betrügerischen Praktiken im Lebensmittelbereich verdeutlichen. Die hierfür notwen-

WAS KANN GETAN WERDEN? ANALYTISCHE TOOLBOX UND BEISPIELAPPLIKATIONEN Die genannten Beispiele verdeutlichen die Relevanz dieses Themas. Klassische mono- oder oligoparametrische lebens- mittelchemische Analysenmethoden, die in der Regel nur auf dem Nachweis einzelner oder weniger Elemente, Mole- küle oder Sequenzabschnitte beruhen, reichen für die genannten Fragestellungen nicht aus. Zudem fokussieren sich diese lediglich auf zuvor ausgewählte Analyten, jedoch können molekulare Veränderungen, nach denen nicht ge- zielt gesucht wird, auch nicht bemerkt werden. Aus diesem Grund erfahren sogenannte non-targeted Profiling-Metho- den zunehmend mehr Aufmerksamkeit. Anstatt lediglich einzelne Analyten nachzuweisen, werden hypothesenfrei chemische Profile möglichst einer gesamten zellulären Ebene erfasst. Das erhaltende Datenmuster ist in seiner Eindeutigkeit vergleichbar mit einem menschlichen Finger- abdruck (Abbildung 1). Die genannte Eindeutigkeit des Food Profiles hängt natürlich von der Leistungsfähigkeit (Sensitivität, Auflösung) der verwendeten analytischen Messinstrumente ab. Die analytische Erfassung einer ge- samten Analytgruppe wird mit der Nachsilbe „omics“ be- zeichnet. Je nachdem, ob es sich dabei um die Analyse der DNA, Proteine, Stoffwechselprodukte also Metabolite oder Elemente bzw. Isotopenverhältnisse handelt, ergeben sich die Begrifflichkeiten Genomics, Proteomics, Metabolomics und Metallomics bzw. Isotopolomics. Grundsätzlich gilt, umso mehr Informationen über ein Lebensmittel vorliegen, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, Proben mit sehr ähnlichen Eigenschaften (beispielsweise ähnliche geogra- fische Herkünfte oder Sorten) voneinander unterscheiden zu können. Aufgrund technischer Limitierungen ist es aller- dings nicht immer möglich, wirklich alle Informationen über ein Lebensmittel zu erfassen, sodass diesbezüglich noch einige Entwicklungsarbeiten sowohl auf der Hardwareseite als auch im Bereich der Auswertealgorithmen zu leisten sind1. 1 Auf Spurensuche | 44 Ein beispielhafter Workflow für die Entwicklung von non- targeted Methoden ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Aus- wahl der geeignetsten Omics-Strategie richtet sich zu- nächst nach der Fragestellung und bestimmt das Studien- design. Hypothesenfreie Ansätze beruhen generell auf dem Vergleich einer unbekannten Probe mit bekannten Bezugs- proben (Referenz). Um sämtliche Varianzen reproduzierbar abzudecken sowie ein valides Datenmodell zu erstellen, ist es erforderlich, zunächst eine ausreichend hohe Anzahl an Referenzproben zu vermessen. Das Referenzmaterial muss authentisch sein, d. h., diese Proben sollten im besten Fall direkt beim Erzeuger, bei pflanzlichen Rohstoffen direkt vom Feld, genommen werden. Einige der Omics-Strategien erfordern zudem eine regelmäßige Probenahme über meh- rere Ernteperioden hinweg, um die Vorgehensweise länger- fristig zu überprüfen und unterschiedliche exogene Fakto- ren beispielsweise aufgrund verschiedener Wetterlagen berücksichtigen zu können. Neben der reinen Probenahme sind auch Begleitdaten, die sog. Metadaten (beispielsweise Düngung, Fruchtwechsel aber auch GPS-Koordinaten etc.), hilfreich bzw. zwingend erforderlich für die Interpretation der Ergebnisse und sollten u. a. vom Erzeuger erfragt wer- den. Weiterhin muss sowohl ein standardisiertes Verfahren für die Transport- und Lagerungsbedingungen als auch für das Probenhandling erarbeitet werden, um mög- liche Varianzen diesbezüglich ausschließen zu können. Für die Vorbereitung der Proben werden diese zunächst zerkleinert und homogenisiert sowie extrahiert. Für Erste- res eigenen sich beispielsweise Messermühlen. Das Extrak- tionsverfahren hat einen maßgeblichen Einfluss auf die spätere Analytik und sollte daher auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Zielgruppe (Polarität, Dampfdruck etc.) ausgerichtet werden. Teilweise kann auch auf eine Extraktion verzichtet werden, beispielsweise durch den Einsatz von Desorptions- oder Laserablations- systemen, die eine direkte Vermessung der Proben ermög- lichen. Nach der Datenaufnahme steht die algorithmen- basierte Datenauswertung und -interpretation sowie der Aufbau einer entsprechenden Datenbank an. Basierend auf den erstellten Datenmodellen, kann anschließend eine Zu- ordnung unbekannter Proben erfolgen1. 1 Überblick über die verschiedenen Omics-Disziplinen und die entsprechenden analytischen Verfahren, die für eine Authen- tifizierung von Lebensmitteln geeignet sind. Die aufgenom- menen Datensätze können häufig mehrere Gigabytes einneh- men und müssen mit computergestützten Methoden sowie unter Anwendung spezieller mathematischer Algorithmen ausgewertet werden. Durch die simultane Analyse mehrerer zellulärer Ebenen und die Fusion der erhaltenen Daten (engl. data fusion) wird ein hochaufgelöstes Profil über ein Lebens- mittel erhalten (Food Profiling).

quencing) sowie wenige Jahre später von der Firma Oxford Nanopore Technologies© durch die Nanopore-Sequenzie- rung. Als Nanoporen werden beispielsweise Kanalproteine verwendet, die in eine Polymermembran eingebaut sind. Die DNA wird mithilfe eines Enzyms durch die Proteinporen geschleust. Zusätzlich wird eine Spannung über die nicht- leitende Membran angelegt. Der resultierende Ionenfluss wird durch die, in der Pore befindlichen, Basen gestört. Diese Änderung im Ionenstrom kann gemessen werden und ist charakteristisch für die einzelnen Basen. Aus den unterschiedlichen Signalen kann anschließend die Sequenz der DNA berechnet werden. Ein weiterer Vorteil neben der Leselänge ist die Größe dieser Geräte, sie haben derzeit die Ausmaße eines kleinen Brillenetuis und sind folglich vergleichsweise einfach zu transportieren8, 9. Neben der klassischen Sequenzierung des Kerngenoms eigenen sich auch die Genome von Chloroplasten und Mito- chondrien für die Bestimmung der biologischen Identität. Insbesondere, da diese kürzere Sequenzen aufweisen, die dementsprechend effizienter sequenziert werden können. Zudem werden diese extrachromosomalen Genome über- wiegend maternal vererbt und beziehen sich somit bei Pflanzen auf den Baum/Strauch, d. h., sie werden von der Bestäuberpflanze (Vater) nicht beeinflusst. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Genome von Plastiden und Mitochon- drien in höheren Kopienzahlen vorliegen und dadurch die Isolation der DNA effizienter durchgeführt werden kann10. Bei Vorliegen der vollständigen Sequenzen beispielsweise von verschiedenen Pflanzensorten können diese durch Vergleichen (engl. alignment) mit Bezugssequenzen auf einzelne Basenunterschiede, sogenannte SNPs (engl. single nucleotide polymorphisms), untersucht werden. Werden Unterschiede erkannt, werden i. d. R. gerichtete targeted Methoden für einen spezifischen Nachweis entwickelt. Da diese in den meisten Fällen PCR-basiert (engl. poly- merase chain reaction) sind, ist die Durchführbarkeit deut- lich einfacher sowie kostengünstiger und bei Entwicklung einer Real-Time-PCR-Methode ist zudem auch eine Quanti- fizierung möglich. Liegen keine Kenntnisse über die DNA- Sequenz vor, können dennoch mithilfe von sogenannten Fingerprinting-Techniken (RAPD, engl. randomly amplified polymorphic DNA; AFLP, engl. amplified fragment-length polymorphism; EPIC, engl. exon-primed intron-crossing; Mikrosatellitenanalyse), Unterschiede detektiert werden. Bei Mikrosatelliten handelt es sich um nicht-codierende kurze DNA-Abschnitte (engl. simple sequence repeats, SSR), die sich in Abhängigkeit des Verwandtschaftsgrads unter- schiedlich oft wiederholen und dadurch über das Genom verteilt, ein spezifisches Muster bilden. Sichtbar werden diese Muster mithilfe einer PCR und der Verwendung spe- zifischer Primer. Die gebildeten unterschiedlich großen Auf Spurensuche | 46 DNA-Fragmente werden nach ihrer Größe mittels Elektro- phorese auf einem Agarose- oder Polyacrylamidgel aufge- trennt und können anschließend ausgewertet werden (Abbildung 3). Zur Anwendung kamen derartige Methoden beispielsweise für die Unterscheidung von Weizen- und Dinkelmehl11 sowie für den Nachweis von Konsumkakao in Edelkakao12, für die Analyse von verschiedenen Haselnuss- sorten13 und für die Abgrenzung von Marzipan, welches aus Mandeln gewonnen wird und Persipan, das aus Aprikosen- kernen hergestellt wird14, 15. Neben diesen PCR-basierten Verfahren, eignen sich zudem isothermale Amplifikations- techniken (beispielsweise loop-mediated isothermal ampli- fication, LAMP), um Analysen auch direkt vor Ort ohne spezielle Laborausstattung durchführen zu können, wie beispielsweise für den Nachweis von Gewürzen16 und Pilz- Spezies17 sowie benutzerfreundliche DNA-Microarray-Chips, für mehrere simultane Nachweise. So konnte kürzlich mit dieser Technik ein System für die Differenzierung von Fischarten entwickelt werden18. 3 3 DNA-Fingerprinting: Zuordnung einer unbekannten Probe anhand eines charakteristischen Bandenmusters auf einem Elektrophoresegel. Die unbekannte Probe ist identisch mit Referenz 2. Die Laufrichtung der Elektrophorese ist von oben nach unten. PROTEOMICS-ANALYSEN Proteomics-basierte Verfahren können sowohl zum Nach- weis biologischer Identitäten, mikrobieller Pathogene, Lagerungs- und Produktionsweisen, der geografischen Herkunft sowie für die Qualitätssicherung proteinreicher Lebensmittel (z. B. Fisch- und Fleischprodukte) eingesetzt werden. Vorrangig werden sie jedoch für den Nachweis allergener Inhaltsstoffe verwendet, da nicht deklarierte all- ergene Zutaten als potenziell gesundheitsgefährdend einzu- stufen sind, zumal Schätzungen davon ausgehen, dass ca.

Die Massenspektrometrie und Kernresonanzspektroskopie sind zueinander komplementär und ergänzen sich gegen- seitig. Die jeweiligen Vor- und Nachteile können Tabelle 1 entnommen werden1. In der Vergangenheit wurden diese beiden Techniken beispielsweise dazu eingesetzt die geo- grafische Herkunft von Haselnüssen und Spargel nachzu- weisen24–26. Dies liegt vorrangig daran, dass dabei mehrere Tausend Verbindungen erfasst werden können, sodass die Varianz der Proben besser wiedergegeben werden kann, im Ver- gleich zu dem relativ begrenzten Umfang an Elementen und Isotopenverhältnissen1, 30. Tab. 1 | Vor- und Nachteile der Massenspektrometrie und Kernspinresonanzspektroskopie für Metabolomics-Analysen 27, 28. Massenspektrometrie Vorteile – hohe Selektivität – hohe Sensitivität – wesentlich mehr Verbindung können detektiert werden Nachteile (ca. 5.000) – breiter dynamischer Bereich – Kopplung mit chromatografischen Methoden möglich – Substanzen müssen ionisierbar sein – destruktive Methode – geringe Reproduzierbarkeit – keine Unterscheidung von isobaren Verbindungen (Ausnahme IMS) Weitere Möglichkeiten eröffnen in der Metabolomics-For- schung zudem schwingungsspektroskopische Untersu- chungen, wie beispielsweise die Infrarot-Spektroskopie und i. B. die Nahinfrarot- sowie die Raman-Spektroskopie, wobei die notwendigen Geräte in der Regel deutlich kleiner und günstiger sind. Außerdem können die Proben zum Teil direkt vor Ort vermessen werden und es werden keine zusätzlichen Chemikalien benötigt. Aufgrund der geringen Empfindlichkeit und des beschränkten Auflösungsvermö- gens eignet sich diese Analytik jedoch nur sehr bedingt für diffizilere Fragestellungen29. METALLOMICS- UND ISOTOPOLOMICS-ANALYSEN Die Analyse von Elementen beispielsweise anhand der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (engl. inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP- MS) und von Stabilisotopenverhältnissen, wie z. B. 2H/1H, 13C/12C, 15N/14N, 18O/16O und 34S/32S mittels Isotopenverhält- nis-Massenspektrometrie (engl. isotope ratio mass spectro- metry, IR-MS) kann ebenfalls Hinweise über den Anbauort eines Lebensmittels sowie zu dessen Produktionsweise liefern, da sich die Bodenprofile bestimmter Elemente und Isotopenverhältnisse in den Pflanzen wiederfinden. Vorteil- haft ist hierbei, dass die qualitative und quantitative Zusam- mensetzung der Element- und Isotopenverhältnisse relativ konstant gegenüber unterschiedlichen Verarbeitungsschrit- ten, wie beispielsweise Erhitzen oder längerfristige Lage- rung, ist. Dennoch ist diese Analytik im Vergleich zu einer Metabolomanalyse mitunter weniger aussagekräftig24. Auf Spurensuche | 48 Kernresonanzspektroskopie – hohe Selektivität – Messungen gut reproduzierbar – einfache De-novo-Strukturaufklärung – zerstörungsfrei – geringe Sensitivität – vergleichsweise geringe Auflösung – Anzahl der detektierbaren Verbindungen relativ gering (ca. 200) – kleiner erfassbarer Konzentrationsbereich DATENAUSWERTUNG UND DATENMANAGEMENT Der Großteil der dargestellten non-targeted Methoden führt zu sehr umfangreichen und mitunter unübersichtlichen Datensätzen, die zunächst mathematisch auf die relevan- testen Unterschiede reduziert und dadurch erst sichtbar gemacht werden müssen. Anschließend können für diese Unterschiede zielgerichtete (targeted) Methoden entwickelt werden. Dieser Schritt kann sinnvoll sein, um den analy- tischen Aufwand und damit auch die Analysekosten mög- lichst überschaubar zu halten, jedoch geht damit häufig auch ein Informationsverlust einher. Im optimalen Fall wird daher besser auf die hochaufgelösten Daten direkt zurück- gegriffen. Insbesondere bei sehr diffizilen Fragestellungen (beispielsweise geografische Nähe) kann der maximale Informationsgehalt ausschlaggebend sein. Für die Auswertung der Daten eigenen sich verschiedene multivariate Methoden, wie die Hauptkomponentenanalyse oder das Partial-Least-Squares-Verfahren, mit denen Unter- schiede und Ähnlichkeiten der Proben grafisch dargestellt werden können (Abb. 4A). Alternativ bzw. unterstützend bietet sich auch die Berechnung von tabellarischen Kon- fusionsmatrices beispielsweise mittels selbstlernenden Random-Forest- oder Support-Vector-Machine-Algorithmen an, in denen die ermittelte und die vorgegebene Klassenzu- gehörigkeit übersichtlich wiedergegeben werden (Abb. 4B)1. Die Analyse von Sequenzdaten, wie sie mittels Genomics- und Proteomics-Verfahren erhalten werden, erfordert dahingegen einerseits computergestützte Programme zum Vergleich (Alignment) von Sequenzfragmenten und einer

REFERENZEN 01 | Creydt, M.; Fischer, M.: Omics approaches for food authentication. Electrophoresis 2018, 39, 1569–1581 02 | Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit, OPSON-Operationen, www.bvl.bund.de/DE/Arbeitsbereiche/ 01_Lebensmittel/03_Verbraucher/16_Food_Fraud/06_OPSON_ Operationen/OPSON_Operationen_node.html, abgerufen 09.02.2020 03 | Bundesministerium fur Ernährung und Landwirtschaft, Deutsch- land, wie es isst. Der BMEL-Ernährungsreport 2018, www.bmel.de/ SharedDocs/Downloads/Broschueren/Ernaehrungsreport2018. pdf?__blob=publicationFile, abgerufen 09.02.2020 04 | European Comission, Agri-food fraud, https://ec.europa.eu/food/ safety/food-fraud_en, abgerufen 09.02.2020 05 | Weltgesundheitsorganisation, Lebensmittelsicherheit, www.euro.who.int/de/health-topics/disease-prevention/food- safety/news/news/2015/12/more-than-23-million-people-in- the-who-european-region-fall-ill-from-unsafe-food-every-year, abgerufen 09.02.2020 06 | Buermans, H. P. J.; den Dunnen, J. 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Food Chem. 2014, 62, 12118–12127. 11 | Mayer, F.; Haase, I.; Graubner, A.; Heising, F.; Paschke-Kratzin, A.; Fischer, M.: Use of Polymorphisms in the γ-Gliadin Gene of Spelt and Wheat as a Tool for Authenticity Control. J. Agric. Food Chem. 2012, 60, 1350–1357 12 | Herrmann, L.; Felbinger, C.; Haase, I.; Rudolph, B.; Biermann, B.; Fischer, M.: Food Fingerprinting: Characterization of the Ecuado- rean Type CCN-51 of Theobroma cacao L. Using Microsatellite Markers. J. Agric. Food Chem. 2015, 63, 4539–4544 13 | Felbinger, C.; Kutzsche, F.; Mönkediek, S.; Fischer, M.: Genetic profiling: Differentiation and identification of hazelnut cultivars (Corylus avellana L.) using RAPD-PCR. Food Control 2020, 107, 106791–106799 14 | Schelm, S.; Haase, I.; Fischer, C.; Fischer, M.: Development of a Multiplex Real-Time PCR for Determination of Apricot in Marzipan Using the Plexor System. J. Agric. Food Chem. 2017, 65, 516–522 Trinkwasseranalytik | 50 Auf Spurensuche | 50 15 | Haase, I.; Brüning, P.; Matissek, R.; Fischer, M.: Real-Time PCR Assays for the Quantitation of rDNA from Apricot and Other Plant Species in Marzipan. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 3414–3418 16 | Focke, F.; Haase, I.; Fischer, M.: Loop-Mediated Isothermal Amplifi- cation (LAMP): Methods for Plant Species Identification in Food. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 2943–2949 17 | Vaagt, F.; Haase, I.; Fischer, M.: Loop-Mediated Isothermal Ampli- fication (LAMP)-Based Method for Rapid Mushroom Species Identification. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 1833–1840 18 | Kappel, K.; Eschbach, E.; Fischer, M.; Fritsche, J.: Design of a user- friendly and rapid DNA microarray assay for the authentication of ten important food fish species. Food Chem. 2020, 311, 125884 19 | Sicherer, S. H.; Sampson, H. A.: Food allergy: Epidemiology, patho- genesis, diagnosis, and treatment. J. Allergy Clin. Immunol. 2014, 133, 291-307; quiz 308 20 | Downs, M.; Johnson, P.; Zeece, M.: Chapter 9 – Insects and Their Connection to Food Allergy. In Insects as Sustainable Food Ingredients, Dossey, A. T.; Morales-Ramos, J. A.; Rojas, M. G., Eds.: Academic Press: San Diego, 2016; pp 255–272 21 | Bracker, J.; Brockmeyer, J.: Characterization and Detection of Food Allergens Using High-Resolution Mass Spectrometry: Current Status and Future Perspective. J. Agric. Food Chem. 2018, 66, 8935–8940 22 | Heick, J.; Fischer, M.; Popping, B.: Influence of sample extraction solutions on the detection of wheat proteins by mass spectro- metry. J. AOAC Int. 2012, 95, 388–93 23 | Heick, J.; Fischer, M.; Pöpping, B.: First screening method for the simultaneous detection of seven allergens by liquid chromato- graphy mass spectrometry. J. Chromatogr. A 2011, 1218, 938–943 24 | Creydt, M.; Hudzik, D.; Rurik, M.; Kohlbacher, O.; Fischer, M.: Food Authentication: Small-Molecule Profiling as a Tool for the Geografic Discrimination of German White Asparagus. J. Agric. Food Chem. 2018, 66, 13328–13339 25 | Bachmann, R.; Klockmann, S.; Haerdter, J.; Fischer, M.; Hackl, T.: 1H NMR Spectroscopy for Determination of the Geografical Origin of Hazelnuts. J. Agric. Food Chem. 2018, 66, 11873–11879 26 | Klockmann, S.; Reiner, E.; Bachmann, R.; Hackl, T.; Fischer, M., Food Fingerprinting: Metabolomic Approaches for Geografical Origin Discrimination of Hazelnuts (Corylus avellana) by UPLC-QTOF-MS. J. Agric. Food Chem. 2016, 64, 9253–9262 27 | Marshall, D. D.; Powers, R.: Beyond the paradigm: Combining mass spectrometry and nuclear magnetic resonance for metabolomics. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 2017, 100, 1–16 28 | Goldansaz, S. A.; Guo, A. C.; Sajed, T.; Steele, M. A.; Plastow, G. S.; Wishart, D. S.: Livestock metabolomics and the livestock meta- bolome: A systematic review. PloS one 2017, 12, e0177675. 29 | Richter, B.; Rurik, M.; Gurk, S.; Kohlbacher, O.; Fischer, M.: Food monitoring: Screening of the geografical origin of white asparagus using FT-NIR and machine learning. Food Control 2019, 104, 318–325. 30 | Richter, B.; Gurk, S.; Wagner, D.; Bockmayr, M.; Fischer, M., Food authentication: Multi-elemental analysis of white asparagus for provenance discrimination. Food Chem. 2019, 286, 475-482.

SPECTARIS: Welche Rolle spielt die Analysen- und Labor- technik bei Ihrer täglichen Arbeit? Welche Technologien kommen zum Einsatz? Dr. Sven Steinhauer: Die Analysen- und Labortechnik ist ein Hauptbestandteil der täglichen Arbeit. Es darf dabei jedoch nicht vergessen werden, dass das Ergebnis immer nur so gut wie die ursprüngliche Probe ist. Somit legen wir großen Wert darauf, Eingangsmuster mit dem zugehörigen Auftrag auf Plausibilität zu überprüfen. Kann die Probe als einwand- frei definiert werden, so kommt diese in die Probenvorberei- tung und wird nach standardisierten Methoden zur Analyse vorbereitet. Dabei kommen klassische nasschemische Methoden genauso zum Einsatz wie hochmoderne Extrak- tionsverfahren. Die angeschlossenen Messtechniken zeich- nen sich inzwischen durch hochsensible und leistungsfähi- ge Geräte aus, die eine hohe Anzahl an Proben in möglichst kurzer Zeit zu analysieren im Stande sind. Hierzu hat die GBA Group eine flexible Akkreditierung, um in der Lage zu sein, den Kunden immer den aktuellsten Stand der Technik anzubieten und auf kurzfristige Anforderungen der Branche zu reagieren. SPECTARIS: Was sind die aktuellen Herausforderungen Ihrer Kunden aus dem Lebensmittelbereich und wie haben sich diese in den letzten Jahrzehnten geändert? Dr. Sven Steinhauer: Wie auch in anderen Bereichen des Lebens haben sich die Kommunikationswege in den letzten Jahren deutlich verschoben und sind schneller geworden. Daneben ändern sich die analytischen und gesetzlichen Anforderungen ebenfalls in einem schnelleren Tempo und können nur noch anhand von Datenbanken und online- SPECTARIS im Gespräch: Lebensmittelanalyse | 52 Befüllen eines Autosamplers mit fertigen Probenextrakten Zugängen aktuell gehalten werden. Um mit Partnern und deren globalen Lieferketten zusammenzuarbeiten, müssen Abläufe untereinander abgestimmt sein. So werden Auf- träge z. B. elektronisch terminiert, bevor die Probe physisch bei uns im Labor eingeht. Somit können die Aufträge besser in den Laborablauf des jeweiligen Tages eingeplant werden. Für die analytischen Fragen bedeutet dies nicht nur, die gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen, sondern auch die der Verbraucher und NGOs. Hier werden Forderungen nach geringen Bestimmungsgrenzen und Nachweisen gefordert, die teilweise über die gesetzlichen Anforderungen hinaus gehen. SPECTARIS: Hält die Analysen- und Labortechnik mit den veränderten Herausforderungen Schritt? Dr. Sven Steinhauer: Die Analysen- und Labortechnik kann diese Herausforderungen in jedem Fall meistern. In den letzten Jahren wurden weitere innovative Techniken ent- wickelt, die auch kleinste Mengen an Schadstoffen oder Verunreinigungen analysieren können. Häufig stellt sich inzwischen die Frage nach der Gefahr, die von diesen Sub- stanzen in solch geringen Mengen ausgeht. Hier sollte dem Gesetzgeber und seinen Institutionen vertraut werden und die gegebenen Grenz- und Höchstwerte als sicher ange- sehen werden, auch wenn die analytischen Möglichkeiten deutlich darunter analysieren können. SPECTARIS: Welche wichtigen Meilensteine kennzeichnen den Fortschritt in der Lebensmittelanalytik in den letzten Jahrzehnten?

ANWENDUNGSBEISPIELE INNOVATIVE ANALYSEN- UND LABORTECHNIK FÜR DEN LEBENSMITTELSEKTOR Anwendungsbeispiele | 54

VERBESSERTER QUANTITATIVER NACHWEIS KRITISCHER ANALYT- KONZENTRATIONEN IN ABWASSER, PROZESS- UND TRINKWASSER MIT- HILFE DER UV/VIS-SPEKTROSKOPIE Gebrauchsfertige Wassertestkits ermöglichen zusammen mit dafür vordefinierten Methoden und einem Rundküvettenadapter effiziente spektroskopische UV/VIS-Analysen der wichtigsten Wassertest- parameter, z. B. Phosphat, Sulfat oder Nitrat. 1 Das UV5 Excellence Spektrophotometer (METTLER TOLEDO) ermöglicht aus- gestattet mit Rundküvettenadapter und vordefinierten Methoden für gebrauchsfertige Wassertestkits (Spectroquant® Merck) effiziente spektroskopische UV/VIS-Analysen der wichtigsten Wassertestparameter. 2 Das UV5 Excellence Spektrophotometer ermöglicht bei hohem Probenaufkom- men die Automatisierung des Mess- vorgangs beispielsweise mithilfe des InMotionTM Probenwechslers und einer Durchflussküvette. 2 1 Anwendungsbeispiele | 56 3 Das UV5 Excellence Spektrophotometer (METTLER TOLEDO) ermöglicht durch Kombination mit verschiedenen Mess- adaptern die Anwendung von Spectro- quant® Wasserschnelltests von Merck in Rundküvetten und die Anwendung von Wassertestreagenzien für rechteckige Vollküvetten.

HOCHEMPFINDLICHER NACHWEIS PERFLUORIERTER KOHLENWASSERSTOFFE (PFAS) IN TRINKWASSER Hochsensitive und schnelle Triple-Quadrupol-Massenspektrometer bieten eine ideale Plattform zur sicheren Bestimmung und Quantifizierung per- und polyfluorierter Alkylverbindungen (PFAS). 1 1 LCMS-8060 von Shimadzu: Hochsensitives LCMS Triple- Quadrupol-Massenspektrometer zum Nachweis perfluorierter Kohlenwasserstoffe (PFAS) in Trinkwasser 2 Per- und polyfluorierte Alkylver- bindungen (PFAS) sind u. a. auf- grund ihrer wasserabweisenden Wirkung stark verbreitet. Laut Umweltbundesamt ist der Nach- teil dieser Verbindungen aber ihre Stabilität und Langlebigkeit (Persistenz), da viele PFAS to- xisch sind und sich über die Nahrungskette anreichern. 2 Anwendungsbeispiele | 58

INNOVATIVES SPEKTRALFOTOMETER MIT ÜBER 260 VORINSTALLIERTEN METHODEN DER WASSERANALYTIK Mehr als 250 Methoden für Testkits sind in hochmodernen UV/VIS-Spektralphotometern vorprogrammiert. Die Programme beinhalten Standardverfahren der Trink- und Abwasseranalytik und Verfahren verschiedener Hersteller. Darüber hinaus ist die Erstellung eigener Methoden möglich 1 AQ7100 (offen) und AQ8100 1 2 Beispiel der Darstellung auf dem Touchdisplay 3 Verschiedene Küvettenhalter für die AquaMate-Serie a 12 – 25 mm Ø (in allen Modellen enthalten b 10 mm Küvetten (nur in AQ8100 bereits enthalten) c 20 – 100 mm Küvetten (optional) d Filter- oder Filmhalterung (optional) e Abdeckung für Langröhrchen (optional) 2 3 a b c d e Anwendungsbeispiele | 60

AUTOMATISIERTE BILDAUFNAHME UND EFFIZIENTE DATENHALTUNG/-AUSWERTUNG VON KULTURSCHALEN Das System PetriJet automatisiert die digitale Bildaufnahme von bis zu 150 Kulturschalen pro Stunde für qualitätssichernde Versuchsreihen unter anderem in lebensmittelverarbeitenden Betrieben. Datenhandling und Datenauswertung übernimmt die Middleware zenLAB. 1 3 1 Modelldarstellung der 2 PetriJet-Plattform © Technische Universität Dresden 2 Modelldarstellung der zenLAB-basierten Middle- ware-Benutzeroberfläche für PetriJet © infoteam Software AG 3 Laboranten befüllen Petri- Jet und erstellen Ihre Auf- träge über die zenLAB- Middleware. Die Software koordiniert alle Aufträge sowie Bilddaten und Frei- gaben und übertragt vali- dierte Ergebnisse auto- matisch an das LIMS. © infoteam Software AG Anwendungsbeispiele | 62

TITRATION IN DER TRINKWASSER- ANALYSE – NEUE TECHNOLOGIE FÜR EIN KLASSISCHES VERFAHREN Die Maßanalyse oder Titration ist ein etabliertes und robustes Verfahren in der Trinkwasseranalytik um beispielsweise die Gesamtwasserhärte zu bestimmen oder Schwermetalle nachzuweisen. Mit der Flaschenaufsatz- bürette Titrette® wird der Arbeitsablauf im Vergleich zu traditionellen Büretten aus Glas vereinfacht. 1 1 Titrieren mit der Flaschenaufsatzbürette Titrette® 2 Klassische Bürette aus Glas 3 Die Flaschenaufsatzbürette Titrette® Anwendungsbeispiele | 64

NACHWEISSTARKE HOCHDURCHSATZ-ANALYTIK VON TRINKWASSER MIT ICP-MS Die ICP-MS-Systeme (induktiv gekoppeltes Plasma Massen- spektrometrie) von Analytik Jena erlauben den hochempfindlichen, simultanen Nachweis von verschiedenen Elementen im Trinkwasser. Die Technologie kann dabei geringste Ultraspuren detektieren. 1 2 3 1 Hier kommt eine Bildunterschrift hin. Die kann auch mehr Text haben. Oder weniger. 2 Hier kommt eine Bildunterschrift hin. Die kann auch mehr Text haben. Oder weniger. 3 Hier kommt eine Bildunterschrift hin. Die kann auch mehr Text haben. Oder weniger. Anwendungsbeispiele | 66

PROBENVORBEREITUNG UND -TEMPERIERUNG MIT WASSERBÄDERN Wasserbäder in unterschiedlichsten Ausstattungen leisten einen wichtigen Beitrag in der Probenvorbereitung der Lebensmittelanalytik. Sie sind unverzichtbarer Bestandteil von Analyseprozessen bei Lebensmitteluntersuchungen. 1 2 1 Mit sechs Wasserbädern, zwei Wasser- bädern mit Umwälzfunktion sowie drei Schüttelwasserbädern umfasst die LAUDA Hydro Produktpalette die perfekte Ausstattung für jede Labor- anforderung. 2 Schüttelwasserbäder der LAUDA Hydro Reihe bewegen Proben im Labor je nach Modell mit einer linearen oder einer orbitalen Schüttelbewegung. LAUDA Hydro Schüttelwasserbäder sind zuverlässige Begleiter für den dauerhaften Betrieb in der täglichen Laborarbeit. Anwendungsbeispiele | 68

EFFIZIENTE PROBENAUFBEREITUNG FÜR LEBENSMITTEL MITTELS ZENTRIFUGATION Ein System, bestehend aus einer Zentrifuge, einem Rotor und Probengefäßen, ermöglicht eine optimierte Auftrennung von festen und flüssigen Probenbestandteilen für nachfolgende Analysen, wie etwa zum Nachwies von Tierarzneimittelrückständen. 1 1 Um Lebensmittel auf Tierarzneimittel- rückstände zu testen, ist die Auftren- nung in feste und flüssige Proben- bestandteile mittels Zentrifugation erforderlich. Anwendungsbeispiele | 70

NACHWEIS VON GESUNDHEITSGEFÄHRDENDEN MINERALÖLRÜCKSTÄNDEN IN LEBENSMITTELN In Lebensmitteln werden häufig Mineralölrückstände gefunden, die z. B. durch Verarbeitung oder Verpacken in das Produkt gelangen. Durch Automatisierung der Analyse lassen sich die gesundheitsgefährdenden Stoffe besser nachweisen 2 1 Workstation zur automatisierten Bestimmung von Mineralöl in Lebensmitteln. 2 Sogenannte Humps (Hügel) zeigen an, wenn Mineralöl bei der Analyse gefunden wurde. 3 Roboter, der die Aufbereitung der Proben automatisiert. Die Probe wird beispielsweise mit Lösemitteln versetzt, um sie anschließend analysieren zu können. Quelle: Axel Semrau GmbH & CO. KG Anwendungsbeispiele | 72 1 3

Messe München GmbH analytica Weltleitmesse für Analytik, Labortechnik und Biotechnologie 19. bis 22. Oktober 2020 ANALYTICA 2020: HIER TRIFFT SICH DIE LABORWELT Als Weltleitmesse für Analytik, Labortechnik und Biotech- nologie ist die analytica in München alle zwei Jahre der internationale Dreh- und Angelpunkt der Laborbranche. Die analytica 2020 findet vom 19. bis 23. Oktober rein virtuell statt. Dabei thematisiert die Fachmesse mit dem Ausstellungs- bereich, der analytica conference sowie dem umfangreichen Rahmenprogramm aktuelle Fragestellungen der Branche. Über 1.000 Aussteller präsentieren ihre marktreifen Lösun- gen und Innovationen aus den Bereichen Analytik und Qua- litätskontrolle, Biotechnologie, Life Sciences, Diagnostik und Labortechnik. Kontakt: SUSANNE GRÖDL Projektleiterin analytica Tel.: +49 89 949-11488 info@analytica.de WISSENSCHAFTLICHER DIALOG UND PRAXISNAHER AUSTAUSCH Begleitet wird die Messe von der internationalen analytica conference mit Vorträgen renommierter Forscher aus aller Welt. Das Rahmenprogramm der analytica bietet einen Ein- blick in die Laborpraxis: Aktuelle Anwendungen und markt- fähige Produkte aus dem Labor- und Analysemarkt stehen hier im Fokus. i Messe München GmbH Messegelände, 81823 München info@analytica.de | www.analytica.de Autoren, Herausgeber und Studienpartner | 74 Autoren, Herausgeber und Studienpartner | 74

Das Rheinisch- Westfälische Institut für Wasserforschung 1 1 Aufbau einer elektrochemischen Messzelle Seit 1986 arbeitet IWW zusammen mit einem wachsenden Kundenkreis aus Unternehmen der Wasserversorgung und der Industrie, Abwasserverbänden, Schwimmbadbetrei- bern, Lebensmittelbetrieben, Anlagenbauern und Ausrüs- tern, Ministerien und Gesundheitsämtern, Ingenieurbüros und Instituten. Ein wichtiger Pfeiler der Geschäftstätigkeit ist die Analytik. Der Anspruch der IWW-Analytiker ist es, dem Kunden Ana- lysenergebnisse auf höchstem Qualitätsniveau zu liefern. IWW liefert nicht nur Messwerte, sondern auch die Inter- pretation und fachliche Einordnung. An den Standorten Mülheim an der Ruhr, Biebesheim am Rhein (IWW Rhein-Main) und Diepholz (IWW Nord) wirken etwa 150 hochqualifizierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Gesellschafter des IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasserforschung gemeinnützige GmbH sind sieben Wasserversorgungsunternehmen und Verbände, die Bera- tungs- und Entwicklungsgesellschaft mbH ist eine hundert- prozentige Tochter der Forschungsgesellschaft. IWW Das IWW Zentrum Wasser zählt zu den führenden Instituten in Deutschland für Forschung, Beratung und Weiterbildung in der Wasserversorgung und ist ein An-Institut der Univer- sität Duisburg-Essen und Mitglied der Johannes-Rau-For- schungsgemeinschaft e. V. des Landes Nordrhein-Westfalen. Die Leistungen der sechs Geschäftsbereiche Wasserres- sourcen-Management, Wassertechnologie, Wassernetze, Wasserqualität, Angewandte Mikrobiologie und Wasser- ökonomie & Management werden zum Beispiel von Ver- sorgungsunternehmen, Industrie, Abwasserverbänden, öffentlichen Einrichtungen und Behörden in Anspruch ge- nommen. In der Forschung gehört das IWW zu den maßgeblichen Instituten rund um das Thema Wasser und bearbeitet Pro- jekte in einem regionalen Kontext bis hin zu europaweiten Forschungskooperationen, in denen auch übergreifende Koordinationsaufgaben wahrgenommen werden. Die Kollo- quien, Konferenzen und Schulungen des IWW bieten beste Möglichkeiten, aktuelle Forschungsergebnisse und neues Wissen kennenzulernen und in der Praxis anzuwenden. Kennzeichnend für die Beratung und Dienstleistungen sind eine fachübergreifende Sichtweise und die kundenspezi- fische Problemlösung. Die Erfahrungen und Ergebnisse aus der Forschung fließen in die kompetente Beratungsleistung unmittelbar ein. Für IWW-Kunden ist die eingespielte inter- disziplinäre Zusammenarbeit der Chemiker, Technologen, Mikrobiologen, Geologen und Ökonomen ein großer Vorteil, weil die Fragestellungen stets mit aktuellem Wissen und ganzheitlich bearbeitet werden. Beim IWW sprechen Sie mit erfahrenen Fachmännern und Fachfrauen, die Sie immer im Zusammenhang von „Wasserqualität, angepasster Techno- logie, Sicherheit, Nachhaltigkeit und Effizienz“ beraten. i Das Rheinisch-Westfälische Institut für Wasserforschung (IWW) Moritzstraße 26 | 45476 Mülheim an der Ruhr info@iww-online.de | www.iww-online.de Autoren, Herausgeber und Studienpartner | 76

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Eine Studie von in Kooperation mit Deutscher Industrieverband für Optik, Photonik, Anlaysen- und Medizintechnik