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Leaching of organic rubber-derived compounds from road and climbing hall dust into simulated lung fluids
Emily Alice Roche
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Environmental Systems: Processes - Pollution - Solutions
Betreuer*in
Thilo Hofmann
DOI
10.25365/thesis.78535
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-13630.18724.432748-3
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Reifenabriebpartikel, die durch die mechanische Abnutzung von Reifen entstehen, gelangen in die Umwelt, wo Gummiadditive freigesetzt werden können. Diese Chemikalien sowie ihre Transformationsprodukte werden zunehmend in Gewässern, Böden und in der Luft nachgewiesen, was zu umwelt- und ökotoxikologischen Bedenken führt. Ähnliche Prozesse des Abriebs, der Diffusion und der Transformation finden auch in Kletterhallen statt und gehen vermutlich von den Gummissohlen von Kletterschuhen aus. Da Menschen die Partikel in der Luft einatmen können, muss das Freisetzungsverhalten dieser Chemikalien in der Lunge untersucht werden. In dieser Studie wurde die Freisetzung von 16 Gummiadditiven und deren Transformationsprodukten aus Straßen- und Kletterhallenstaub in simulierten Lungenflüssigkeiten untersucht. Mithilfe des Next Generation Pharmaceutical Impactor wurden Staubproben in einatembare Partikelgrößen fraktioniert (D50 ≤ 4,42 μm). Die Staubproben wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert und mit beschleunigter Lösungsmittelextraktion auf das Vorkommen der Chemikalien untersucht. Die Experimente erfolgten in simulierter epithelialer Lungenflüssigkeit sowie in phagolysosomaler Flüssigkeit. Letztere wurde mit und ohne Zugabe von Wasserstoffperoxid getestet, um die oxidativen Bedingungen im Phagolysosom nachzubilden. Die Freisetzung der Stoffe wurde über einen Zeitraum von sieben Tagen (in simulierter epithelialer Lungenflüssigkeit) bzw. zwei Stunden (in phagolysosomaler Lungenflüssigkeit) beobachtet und mittels Triple-Quadrupol-Flüssigchromatographie- Massenspektrometrie gemessen. Zusätzlich wurde die Stabilität der Chemikalien in den Lungenflüssigkeiten untersucht. Die Ergebnisse zeigten in allen Flüssigkeiten eine rasche Anfangsfreisetzung,wobei in der simulierten epithelialen Lungenflüssigkeit über die Zeit ein langsamer Konzentrationsanstieg beobachtet wurde, während die Konzentration in der phagolysosomalen Flüssigkeit weitgehend konstant blieb. Unter den oxidativen Bedingungen der phagolysosomalen Flüssigkeit kam es zu verstärktem Abbau bestimmter Chemikalien, wie zum Beispiel 2-Mercaptobenzotiazol, während gleichzeitig erhöhte Konzentrationen seiner Transformationsprodukte 2-Hydroxybenzotiazol und Benzotiazol gemessen wurden. Dies deutet darauf hin, dass oxidative Prozesse in der Lunge die Verfügbarkeit und Umwandlung von Gummizusatzstoffen und ihrer Transformationsprodukte maßgeblich beeinflussen können. Die Studie zeigt die potenzielle Freisetzung dieser Chemikalien in simulierten Lungenflüssigkeiten. Da die Toxizität der Stoffe für den Menschen noch weitgehend unklar ist, sollten zukünftige Studien sich darauf konzentrieren mögliche Gesundheitsrisiken nach dem Einatmen dieser Chemikalien zu klären.
Abstract
(Englisch)
Tire wear particles generated through the mechanical abrasion of tires are released into the environment, where rubber-derived compounds can leach. These compounds, along with their transformation products, are increasingly detected in aquatic systems, soil and air, raising environmental and ecotoxicological concerns. Similar processes of abrasion, diffusion, and transformation are occurring in indoor climbing gyms, likely originating from the rubber soles of climbing shoes. Given the potential for humans to inhale these airborne particles, it is important to evaluate the leaching behavior of rubber-derived compounds in the lungs. This study investigated the leaching of 16 rubber-derived compounds from road and climbing hall dust in simulated lung fluids. Samples were fractionated with the Next Generation Pharmaceutical Impactor to isolate respirable particles (D50 ≤ 4.42 μm). Dust was characterized using Scanning Electron Microscopy and extracted with Accelerated Solvent Extraction, confirming the presence of rubber-derived compounds in the respirable fraction. Leaching experiments were conducted using simulated epithelial lung fluid and phagolysosomal fluid, the latter tested both with and without hydrogen peroxide to mimic the oxidative environment of the phagolysosome. Leaching was assessed over 7 days in simulated epithelial lung fluid and two hours in phagolysosomal fluid, and leachates were analyzed using Liquid Chromatography coupled to Triple Quadrupole Mass Spectrometry. Additionally, stability experiments were performed to evaluate the persistence of these compounds in the lung fluids. Results showed a rapid initial release of compounds in all fluids, with slower increases only observed over 7 days in simulated epithelial lung fluid. The presence of hydrogen peroxide enhanced the degradation of certain parent compounds, such as 2-mercaptobenzothiazole, while simultaneously increasing concentrations of their transformation products, such as 2-hydroxybenzothiazole and benzothiazole. These findings reveal that oxidative conditions in the lung may alter the bioaccessibility and transformation of rubber-derived compounds. This study revealed the leaching of rubber-derived compounds from airborne dust into simulated lung fluids. Since the toxicity of these compounds to humans remains largely unknown, future research should focus on identifying possible health risks following respiration of rubber-derived compounds.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Reifenabrieb Umweltverschmutzung Gummiadditive
Schlagwörter
(Englisch)
rubber-derived compounds pollution leaching
Autor*innen
Emily Alice Roche
Haupttitel (Englisch)
Leaching of organic rubber-derived compounds from road and climbing hall dust into simulated lung fluids
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
xiii, 52, XV Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thilo Hofmann
Klassifikation
43 Umweltforschung > 43.12 Umweltchemie
AC Nummer
AC17550355
Utheses ID
76191
Studienkennzahl
UA | 066 | 299 | |