Schwermetalle – Vorkommen, Informationen und Analytik

Schwermetalle in der Umwelt

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Was sind Schwermetalle und wo kommen sie vor?

Eine offizielle Definition, ab wann ein Metall als Schwermetall gilt, gibt es nicht. Eine der gängigen Definitionen besagt: „Als Schwermetalle werden die Metalle definiert, die eine Dichte von mehr als 5 g/cm3 aufweisen.“ Sie kommen in der Natur überall vor. Manche dieser Schwermetalle sind in geringen Mengen giftig. Blei, Cadmium, Quecksilber und Arsen sind aus toxikologischer Sicht die kritischsten Elemente, aber auch Kupfer, Eisen, Nickel, Zink, Chrom und Zinn werden häufig zusammen mit den toxischen Schwermetallen genannt.

Probleme können immer dann entstehen, wenn die Konzentrationen in den uns umgebenden Medien wie Wasser, Staub, Luft, Lebensmittel, Textilien, Baumaterialien, Farben und Lacke zu hoch werden. Erhöhte Konzentrationen können natürliche oder anthropogene Ursachen haben.

 

Natürliche erhöhte Konzentrationen von Schwermetallen?

In den Erzabbaugebieten, wie dem Harz oder rund um Aachen kommt es zu erhöhten Schwermetall Mengen im Boden. Viele Pflanzen wachsen dadurch nicht mehr optimal. Es gibt aber Pflanzen, die speziell an diese Gegebenheiten angepasst sind. Die sogenannten Zeigerpflanzen, Schwermetallpflanzen, Erzpflanzen oder auch Metallophyten. Im Harz und im Raum Aachen kann man Rasen aus Galmeipflanzen sehen. Diese sind besonders tolerant gegenüber Zinkerz. Die schwermetalltoleranten Pflanzen können auch zur Abreicherung verwendet werden.

Wie gelangen die Schwermetalle in die Umwelt und in unseren Kreislauf?

Die Schwermetalle können aus dem Boden ausgewaschen werden und somit ins Wasser gelangen. Sie können von Pflanzen aufgenommen werden und somit in die Nahrung gelangen.

Über die Kläranlagen, Überschwemmungen von Kontaminierten Böden und Regenwasser gelangen die Schwermetalle auch in die Flüsse und Seen. Die Meere sind in der Küstenregion, dort wo die Flüsse einmünden deutlich höher belastet als weiter draußen im offenen Meer. In den fettreichen Flußfischen wie dem Aal und langlebigen Meeresfischen finden sich nach wie vor hohe Schwermetallgehalte, weshalb von offizieller Seite nur ein eingeschränkter Verzehr empfohlen wird. Insbesondere Quecksilber kann in Meeresfischen in hohen Konzentrationen nachgewiesen werden.

Asiatische Länder haben seit geraumer Zeit Probleme mit erhöhten Arsen Konzentrationen im Wasser. Durch die intensive Landwirtschaft werden immer tiefere Gesteinsschichten angebohrt, um Wasser für die Reisfelder zu bekommen. Diese Gesteinsschichten enthalten große Mengen an Arsen welche dann mit dem Wasser auf den Reisfeldern landen und am Ende auch im Reis. Siehe dazu auch unser Beitrag zum Arsen

Kakao hat die Eigenschaft, Cadmium aus dem Boden zu „saugen“. Daher werden in Schokolade häufig erhöhte Konzentrationen von Cadmium gefunden. (Die europäische Union hat jetzt erstmals eine Höchstmengen für Cadmium in Schokolade festgelegt. Diese gilt ab 01.01.2019.)

 

Welche anthropogenen Ursachen gibt es für erhöhte Schwermetall Konzentrationen?

In der Nähe von Industrieanlagen, Mülldeponien oder auch Militäranlagen finden sich erhöhte Gehalte von Blei, Arsen, Quecksilber, Nickel oder Cadmium. Entlang von viel befahrenen Straßen sind im Boden noch immer erhöhte Bleigehalte nachzuweisen, ein Erbe aus der Zeit als das Benzin noch verbleit war.

Darüber hinaus wurden in der Vergangenheit Schwermetalle in vielen Bereichen als Werkstoff eingesetzt.

Bleirohre für Wasserleitungen sind auch heute noch mögliche Quellen für erhöhte Bleigehalte im Trinkwasser in Altbauten. Normalerweise passivieren Kalkablagerungen aus dem Wasser die innere Oberfläche dieser Wasserrohre und verhindern den Übertritt von Blei in das Wasser. Platzen diese inneren Carbonatschichten jedoch ab, kann das Wasser in direkten Kontakt mit dem bleihaltigen Material treten. Gleiches gilt für Wasserleitungen aus Kupfer. Die Kupferkonzentration im Trinkwasser nimmt im Laufe der Zeit ab. Neu verlegte Kupferleitungen führen relativ hohe Mengen an gelöstem Kupfer mit sich. Nach und nach nimmt die Kalkschicht in der Leitung zu und die Kupfer Konzentration im Wasser nimmt ab. 

Schwermetallhaltige Pigmente für Farben und Lacke waren sehr beliebt. Die bleihaltigen Anstriche für Außenfassaden, Heizungen oder auch Autolacke zeichneten sich durch hohe Widerstandsfähigkeit aus, sie sind wetterfest und lange haltbar.

Zahnfüllungen aus quecksilberhaltigem Amalgam galten lange als für unsere Gesundheit unbedenklich.

Blei, Cadmium, Quecksilber und Arsen sind hoch giftig

Bei der Bewertung der Giftigkeit ist die Konzentration nicht der alleinige ausschlaggebende Faktor; die Form, in der das Schwermetall vorliegt, ist ebenfalls sehr wichtig. Die Form entscheidet darüber, ob das Schwermetall leicht vom Körper aufgenommen und in den Blutkreislauf resorbiert wird oder nicht. So liegt Blei häufig als Bleioxid oder Bleisulfat vor, beispielsweise in alten weißen Farben; beides Stoffe mit geringerer Toxizität im Vergleich zu Bleisalzen oder metallorganischen Bleiverbindungen. Das Antiklopfmittel Tetraethyl-Blei hingegen ist leicht flüchtig, lipophil (fettlöslich) und kann über die Atmung sehr schnell resorbiert werden.

Seit 1989 ist die Verwendung von Blei-haltigen Farben verboten; dennoch sind im Wohnbereich häufig noch alte Anstriche mit Blei-Farben vorhanden. Das Antiklopfmittel Bleitetraethyl ist in Deutschland seit 1988 und in der EU seit 2005 verboten. Generell muss auch heute noch jede Anstrengung unternommen werden, um die Bleibelastung des Menschen und hier insbesondere von Säuglingen und Kleinkindern zu reduzieren.

Vergleichbares kennen gilt für Quecksilber. In seiner reinen flüssigen Form finden es in Thermometern Verwendung. Oder in Quecksilberhaltigen Legierungen wie bei Amalgam-Füllungen. Ein unbeabsichtigtes Verschlucken eines Quecksilbertröpfchen führt jedoch nicht gleich zu einer Quecksilbervergiftung. Die flüssige Erscheinungsform ist weit weniger giftig als Quecksilberdämpfe, Quecksilbersalze und metallorganische Quecksilberverbindungen. In Fisch finden wir häufig das metallorganische Methylquecksilber, eine hoch toxische Verbindung, die sehr schnell resorbiert wird.

Da der Mensch einer Schwermetall-Exposition nicht ausweichen kann, besteht ein großes Interesse an sogenannten Entgiftungsverfahren, mit denen man die Schwermetalle aus dem Körper „ausleitet“. Verschiedene Detox-Kuren sowie der Verzehr von Schwermetall bindenden Materialien wie Chlorella-Algen oder Bentonit werden empfohlen.  (Ob und in welchem Maße solche Verfahren erfolgreich sind ist derzeit wissenschaftlich noch nicht vollständig erforscht.)

Wie analysiert man Schwermetalle und Metalle?

Analytisch wird eigentlich nicht unterschieden zwischen Schwermetallen wie Blei und Quecksilber und Metallen wie Kupfer oder Eisen. Verfahren und Messtechnik sind identisch.

Die zu untersuchende Probe wird in der Regel aufgeschlossen. Das bedeutet, die organische Substanz wird soweit zerstört, dass die Schwermetalle frei in Lösung sind. Dies wird mittels Mikrowellen oder aber chemisch mit einem Königswasser Aufschluss erreicht, einem Gemisch hochkonzentrierter Säuren.

Gemessen werden die Elemente dann mittels ICP/MS (Inductive couppled plasma / mass spectrometry) oder AAS (Atomabsorptionsspektrometer).

Darüber hinaus ist in bestimmten Fällen auch eine zerstörungsfreie Analytik möglich. Dann wird mittels Röntgenfluoreszenz die Oberfläche eines Materials überprüft.

 

Schwermetall Analysen bei my-lab: 


Laboranalyse: Wasser - Schwermetalle: Blei, Cadmium, Kupfer, Nickel und Zink

Leitungswasser und Brunnenwasser – Schwermetalle: Blei, Cadmium, Kupfer und Nickel

WAC01

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Laboranalyse:  Blei, Cadmium, Quecksilber, Arsen in Lebensmittel und Futtermittel

Schwermetalle in Lebensmitteln und Futtermitteln: (Blei, Cadmium, Quecksilber, Arsen)

FAC01

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Laboranalyse: Schwermetalle Arsen, Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Zink im Boden

Boden: Schwermetalle (Pb, Cd, Cr, Cu, Ni, Zn, As)

SHM07

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Laboranalyse: Kunststoffe - Schwermetalle - Blei, Cadmium, Quecksilber, Brom

Lacke und Kunststoff: Schwermetalle – Pb, Cd, Hg und Brom mittels RFA (Röntgenfluoreszens Analyse)

MACZ4

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Laboranalyse: Textilien: Schwermetalle - Analysenumfang klein (Cd, Pb, Hg, Cu, Cr)

Textilien oder Kosmetik: Schwermetalle – Analysenumfang klein (Cd, Pb, Hg, Cu, Cr, Ni)

MAC01

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