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Unterschiede im Löslichkeitsverhalten und in der akuten Toxizität von ionischem Silber und Silbernanopartikeln gegenüber der Süßwassergarnele Neocaridina davidi
ein Mesokosmenversuch
Philipp Torben Hugger
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Chemie
Betreuer*in
Franz Jirsa
DOI
10.25365/thesis.77737
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24560.40412.596893-8
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Allgemein gilt Silber als das toxischste Metall für aquatische Lebewesen. Mit dem Rückgang der analogen Fotografie und den damit verbundenen Silberabfällen hat diese Problematik für einige Jahre an Bedeutung verloren. Durch die verstärkte Verwendung von Silbernanopartikeln in einer immer breiteren Produktpalette ist die Umweltbelastung durch Silber heute aber höher als je zuvor. In dieser Arbeit wurde erstmals die akute Toxizität auf die Rückenstrichgarnele N. davidi bestimmt. Es wurden Silbernanospheres mit PVP-Coating, Silbernanopowder ohne Coating und ionisches Silber verglichen. Um realitätsnahe Bedingungen zu schaffen, wurden Mesokosmenversuche mit künstlichem Donauwasser durchgeführt. Der LC50 über 24 Stunden betrug für ionisches Silber 4,3 µg/L, für die Nanospheres 37,7 µg/L und für das Nanopowder 383 µg/L. Die Unterschiede werden mit der Stabilität der NP und der daraus resultierenden Freisetzung von Silberionen erklärt. Die Nanospheres mit PVP-Coating agglomerieren weniger als das Nanopowder und haben somit eine größere Gesamtoberfläche, über die sich Silberionen lösen können. Diese Annahme wird auch durch die gemessenen Konzentrationen an gelöstem und damit bioaktivem Silber bestätigt, das aber auch gelöste NP miteinschließt. Der gelöste Anteil am Silber war bei den Nanospheres größer als beim Nanopowder. Aufgrund von Komplexbildung mit Huminstoffen und Chloriden lag selbst beim ionischen Silber, welches als leichtlösliches Salz zugegeben wurde, nur ein Teil gelöst vor. Dieser gelöste Anteil hat generell für alle Silberspezies über die Zeit abgenommen. Weiters wurde die Silberakkumulation in den Garnelen betrachtet. Diese ist für Ag+ und die Nanospheres ähnlich und nimmt mit steigender Expositionsdauer zu. Beim Nanopowder ist das Gegenteil der Fall, denn nach 24 Stunden verstorbene Garnelen haben mehr Silber aufgenommen als jene, die längere Zeit im Mesokosmos überlebt haben. Hier zeigt sich, dass ein Biokonzentrationsfaktor von etwa 30 zum Tod führt. Womöglich kommt es nach 24 Stunden zu keiner relevanten Anreicherung mehr, da nur noch wenig gelöstes Silber vorliegt. Diese Ergebnisse zeigen, dass das Coating von AgNP einen wesentlichen Einfluss auf deren Toxizität und Löslichkeit hat.
Abstract
(Englisch)
Silver is generally considered to be the most toxic metal for aquatic life. With the decline of analogue photography and the associated silver waste, this problem has become less important for some years. However, with the increased use of silver nanoparticles in a great range of products, the environmental impact of silver is now higher than ever before. In this work, the acute toxicity to the Cherry shrimp N. davidi was determined for the first time. Silver nanospheres with PVP-coating, silver nanopowder without coating and ionic silver were compared. In order to create realistic conditions, mesocosm experiments were carried out with artificial Danube water. The determined LC50 over 24 hours was 4.3 µg/L for ionic silver, 37.7 µg/L for the nanospheres and 383 µg/L for the nanopowder. The differences can be explained by the stability of the NP and the resulting release of silver ions. The nanospheres with PVP-coating tend to agglomerate less than the nanopowder and therefore have a larger total surface area which can release silver ions. This assumption is also confirmed by the measured concentrations of dissolved and therefore bioactive silver, which also includes dissolved nanoparticles. The dissolved proportion of silver was greater for the nanospheres than for the nanopowder. Due to complexation by humic acids and chlorides, only a portion of the ionic silver, which was added as a readily soluble salt, was dissolved. This dissolved proportion generally decreased over time for all silver species. The silver accumulation in the shrimps was also analysed. It is similar for Ag+ and the nanospheres where it increases with longer exposure times. In contrast, for the nanopowder the shrimps that died after 24 hours absorbed more silver than those that survived longer in the mesocosm. Results show that a bioconcentration factor of around 30 is lethal. It is a possibility that after 24 hours there is no longer any relevant accumulation happening, as only a small amount of dissolved silver is still present. These results show that the coating of AgNP has a significant influence on its toxicity and solubility.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Nanopartikel Neocaridina davidi Akute Toxizität von Silbernanopartikeln Löslichkeitsverhalten von Silbernanopartikeln
Schlagwörter
(Englisch)
AgNP Toxicity of nanomaterials
Autor*innen
Philipp Torben Hugger 
Haupttitel (Deutsch)
Unterschiede im Löslichkeitsverhalten und in der akuten Toxizität von ionischem Silber und Silbernanopartikeln gegenüber der Süßwassergarnele Neocaridina davidi
Hauptuntertitel (Deutsch)
ein Mesokosmenversuch
Paralleltitel (Englisch)
Differences in solubility behaviour and acute toxicity of ionic silver and silver nanoparticles towards the freshwater shrimp Neocaridina davidi
Paralleluntertitel (Englisch)
a mesocosm experiment
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
IV, 71 Seiten : Illustrationen
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Franz Jirsa
AC Nummer
AC17443989
Utheses ID
74699
Studienkennzahl
UA | 066 | 862 | |