OECD 310 Bewertung der leichten biologischen Abbaubarkeit – CO2 in versiegelten Behältern (Headspace-Test)

Der Standard „OECD 310 Leichte biologische Abbaubarkeit – CO2 in versiegelten Behältern (Headspace-Test)“, veröffentlicht im Rahmen der OECD-Leitsätze für verantwortungsvolles Geschäftsgebaren multinationaler Unternehmen (OECD-Leitsätze), beschreibt eine Screening-Methode zur Beurteilung der leichten biologischen Abbaubarkeit von Chemikalien.

Die Prüfsubstanz (normalerweise 20 mg C/L) wird als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle in geschlossenen Fläschchen (normalerweise 28 Tage) unter aeroben Bedingungen inkubiert. Die Fläschchen enthalten ein Puffer-Mineralsalz-Medium, das mit einer gemischten Mikroorganismenpopulation beimpft ist. Zur Überprüfung des Prüfverfahrens sollte parallel eine Referenzsubstanz mit bekannter biologischer Abbaubarkeit (Anilin, Natriumbenzoat oder Ethylenglykol und 1-Octanol) getestet werden.

Es wird empfohlen, nach ausreichend langen Zeitabständen drei Probenfläschchen zu analysieren. Zusätzlich werden am Ende des Tests mindestens fünf Testfläschchen (aus Testgefäßen, Blindproben und Gefäßen mit Referenzmaterial) analysiert, um sicherzustellen, dass 95-Prozent-Konfidenzintervalle für den mittleren prozentualen Wert der biologischen Abbaubarkeit berechnet werden können.

Die Kohlendioxidfreisetzung durch den endgültigen aeroben Abbau der Testsubstanz wird durch Messung des Überschusses an anorganischem Kohlenstoff in den Testfläschchen im Vergleich zu den leeren Fläschchen mit beimpftem Medium bestimmt. Der Grad der biologischen Abbaubarkeit wird als Prozentsatz der theoretisch maximalen anorganischen Kohlenstoffproduktion basierend auf der anfänglich zugegebenen Menge der Testsubstanz angegeben. In diesem Test zeigt ein biologischer Abbau von mehr als 60 Prozent des theoretisch maximalen anorganischen Kohlenstoffs innerhalb eines 10-tägigen Zeitraums an, dass die Testsubstanz unter aeroben Bedingungen leicht biologisch abbaubar ist.

Der OECD-Standard 310 liefert ähnliche Informationen wie die sechs in den OECD-Standards 301 A bis F beschriebenen Testmethoden. Daher kann eine chemische Substanz, die in diesem Standard positive Ergebnisse zeigt, als leicht biologisch abbaubar und somit in der Umwelt schnell abbaubar angesehen werden.

Die bewährte OECD-Kohlendioxidmethode, die auf Sturms ursprünglichem Test basiert und zur Beurteilung der biologischen Abbaubarkeit organischer Chemikalien durch Messung des durch mikrobielle Aktivität erzeugten Kohlendioxids verwendet wird, ist im Allgemeinen die erste Wahl für die Prüfung schwerlöslicher Chemikalien und solcher mit starker Adsorption. Diese Methode wird auch für lösliche (aber nichtflüchtige) Chemikalien bevorzugt, da die Kohlendioxidfreisetzung von vielen als einziger eindeutiger Beweis für mikrobielle Aktivität angesehen wird.

Die Entfernung von gelöstem organischem Kohlenstoff kann durch physikalisch-chemische Prozesse (Adsorption, Verflüchtigung, Niederschlag, Hydrolyse) und mikrobielle Einwirkung erfolgen, und viele nichtbiologische Reaktionen verbrauchen Sauerstoff. Kohlendioxid wird selten abiotisch aus organischen Chemikalien produziert.

Dieser Test, eine von der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) entwickelte Standardmethode, ist Teil der „OECD-Leitlinien für die Prüfung von Chemikalien hinsichtlich Abbau und Akkumulation“. Er bietet eine robuste, behördlich anerkannte Methode zur Beurteilung, wie schnell und vollständig eine Chemikalie unter aeroben Bedingungen abgebaut wird, insbesondere bei Substanzen mit flüchtigen Bestandteilen.

Der OECD 310-Test ist ein Screening-Verfahren zur Messung der biologischen Abbaubarkeit von Chemikalien durch Überwachung der Kohlendioxidfreisetzung in einem geschlossenen Behältersystem. Die Testsubstanz, typischerweise in einer Konzentration von 20 mg Kohlenstoff pro Liter (mg C/L), dient als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle für eine gemischte Population von Mikroorganismen in einem Puffer-Mineralsalzmedium unter aeroben Bedingungen. Der Test dauert typischerweise 28 Tage. Während dieser Zeit wird das beim biologischen Abbau entstehende Kohlendioxid mit einem TOC-Analysator (Total Organic Carbon) als anorganischer Kohlenstoff gemessen. Der Grad der biologischen Abbaubarkeit wird als Prozentsatz des theoretisch maximalen anorganischen Kohlenstoffs basierend auf der Ausgangsmenge der Testsubstanz ausgedrückt.

Die Hauptmerkmale des OECD-Standards 310 sind:

• Geschlossenes Gefäßsystem: Im Gegensatz zu anderen OECD-Tests verwendet der OECD 310-Test geschlossene Gefäße, um den Verlust flüchtiger Verbindungen zu verhindern. Dadurch eignet er sich ideal für die Prüfung von Substanzen, die während der Verarbeitung verdunsten können. Dieses geschlossene System stellt sicher, dass das gesamte entstehende Kohlendioxid aufgefangen und für eine genaue Messung verwendet wird.
• Kohlendioxidmessung: Der Test misst den aeroben biologischen Abbau durch Messung der Kohlendioxidentwicklung. Dies gibt Aufschluss darüber, in welchem ​​Ausmaß die Testsubstanz durch Mikroorganismen mineralisiert wurde.
• Anwendbarkeit: Dieser Test eignet sich sowohl für wasserlösliche als auch für wasserunlösliche Substanzen, solange eine gute Dispersion erreicht wird. Er ist besonders effektiv bei flüchtigen Verbindungen.
• Wiederholbarkeit: Die Methode ist darauf ausgelegt, menschliche Fehler zu minimieren und die Wiederholbarkeit zu erhöhen, wodurch konsistente und zuverlässige Daten für regulatorische Zwecke bereitgestellt werden.
• Testdauer: Der Standardtest dauert 28 Tage, wobei Verlängerungen für die endgültige Beurteilung der biologischen Abbaubarkeit möglich sind.

Der OECD-Test 310 stuft eine Substanz als leicht biologisch abbaubar ein, wenn innerhalb eines Zeitraums von 10 Tagen innerhalb der 28-tägigen Testperiode mindestens 60 Prozent ihres organischen Kohlenstoffs in Kohlendioxid umgewandelt werden. Dieser Zeitraum beginnt mit der Umwandlung von 10 Prozent des organischen Kohlenstoffs in Kohlendioxid und muss innerhalb der 28-tägigen Testperiode enden. Erreicht eine Substanz nach Ablauf der 10 Tage einen biologischen Abbau von 60 Prozent, was auf eine mögliche Zersetzung unter geeigneten Bedingungen, wie z. B. in gut betriebenen Kläranlagen, hindeutet, kann sie endgültig als biologisch abbaubar eingestuft werden.

Der OECD 310-Test folgt einem strukturierten Protokoll, um zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten:

• Vorbereitung: Die Prüfsubstanz wird in verschlossene Fläschchen mit einem gepufferten Mineralsalzmedium gegeben, das mit Belebtschlamm aus einer kommunalen Kläranlage beimpft wurde. Zur Validierung des Verfahrens wird parallel eine Referenzsubstanz (z. B. Anilin, Natriumbenzoat oder Ethylenglykol) getestet.
• Inkubation: Die Flaschen werden 28 Tage lang im Dunkeln bei kontrollierter Temperatur (normalerweise 20–25 Grad) inkubiert, wobei regelmäßig (zu mindestens acht Zeitpunkten) Proben entnommen werden, um die Kohlendioxidproduktion zu messen.
• Analyse: Das freigesetzte Kohlendioxid wird in Karbonat umgewandelt und mit einem Total Organic Carbon Analyzer als anorganischer Kohlenstoff gemessen. Der prozentuale biologische Abbau wird durch Vergleich des gemessenen IC50-Wertes mit dem theoretischen IC50-Wert der Testsubstanz berechnet.
• Kontrollen: Blindkontrollen (Medium und Inokulum ohne Testsubstanz) und Toxizitätskontrollen (Testsubstanz kombiniert mit Referenzsubstanz) werden einbezogen, um die Hintergrundproduktion von Kohlendioxid und mögliche Hemmeffekte der Testsubstanz zu berücksichtigen.
• Schlussfolgerungen: Eine Substanz, die innerhalb von 10 Tagen eine biologische Abbaubarkeit von 60 Prozent erreicht, gilt als leicht biologisch abbaubar. Das Erreichen dieses Schwellenwerts nach Ablauf des Zeitfensters weist auf eine vollständige biologische Abbaubarkeit hin.

Der OECD-Test 310 wird in vielen Branchen häufig verwendet, um Umweltaussagen und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften zu untermauern:

• Einhaltung gesetzlicher Vorschriften: Die Ergebnisse der OECD 310 werden von Aufsichtsbehörden und Zertifizierungsstellen für Schmierstoffe zur Validierung von Angaben zur biologischen Abbaubarkeit akzeptiert.
• Produktentwicklung: Branchen wie Verpackungen, Körperpflegeprodukte, Haushaltsreiniger und Düngemittel verwenden den OECD-Standard 310, um die Umweltverträglichkeit ihrer Produkte nachzuweisen, insbesondere für flüchtige oder unlösliche Verbindungen.
• Umweltrisikobewertung: Diese Methode hilft bei der Entwicklung sichererer und nachhaltigerer Produkte, indem die Persistenz von Chemikalien in der Umwelt bewertet wird.
• Internationale Zertifizierungen: OECD 310-Daten unterstützen die Umweltkennzeichnung und Marktakzeptanz in Regionen mit strengen Umweltvorschriften.

Der OECD-Standard 310 eignet sich besonders für:

• Substanzen mit flüchtigen Bestandteilen, die bei Tests mit offenen Systemen wie OECD 301B verloren gehen können.
• Produkte, die eine internationale Zertifizierung oder ein Umweltzeichen erfordern.
• Unternehmen, die qualitativ hochwertige, reproduzierbare Daten für behördliche Unterlagen benötigen.

Bei schwer löslichen oder potenziell toxischen Substanzen können zusätzliche Überlegungen erforderlich sein, wie etwa die Verwendung von Kieselgel oder Silikonöl zur Verbesserung der Dispersion.

Der OECD-Standard 310 bietet somit eine moderne, zuverlässige und gesetzeskonforme Methode zur Bewertung der biologischen Abbaubarkeit von Chemikalien, insbesondere solchen mit flüchtigen Bestandteilen. Sein geschlossenes Behältersystem, die direkte Kohlendioxidmessung und seine weltweite Akzeptanz machen ihn zu einem wertvollen Instrument für Branchen, die ihre Umweltverträglichkeit nachweisen möchten. Durch die Bereitstellung klarer Kriterien für die biologische Abbaubarkeit unterstützt er die nachhaltige Produktentwicklung und den Umweltschutz und hilft Branchen, gesetzliche Anforderungen zu erfüllen und die Erwartungen der Verbraucher an umweltfreundliche Produkte zu erfüllen.

Unsere seit vielen Jahren tätige Organisation, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt, führt mit einem kompetenten Team und einer umfangreichen Infrastruktur Tests, Messungen und Analysen in den unterschiedlichsten Bereichen für Unternehmen aller Branchen durch. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß dem OECD-Standard 310 „Bioabbaubarkeit – CO2 in geschlossenen Behältern (Headspace-Test)“ an.