Peroxyacetylnitrat

Peroxyacetylnitrat (PAN) ist ein Spurengas in der Atmosphäre und zugleich ein Luftschadstoff.

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Entstehung

PAN entsteht in der Atmosphäre durch die photochemische Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu Peressigsäureradikalen in Gegenwart von NO₂, ist also – da es nicht direkt in die Atmosphäre abgegeben wird – ein sekundärer Luftschadstoff. Es ist neben Ozon und H₂O₂ wichtigster Bestandteil des photochemischen Smogs, und in seiner Konzentration eng an den Verlauf der Ozonkonzentration gekoppelt.

Neben PAN kommen Peroxypropionyl-, -butyrylnitrat sowie -benzoylnitrat (PPN, PBN, PBzN) vor (allgemein Peroxy-Alkyl-Nitrat). Beobachtet wurden auch chlorierte Formen. PAN ist jedoch die wichtigste Verbindung dieser Gruppe. PAN und seine Homologe erreichen in Ballungsräumen etwa 5 bis 20 % der Konzentration von Ozon, typischerweise etwa 10 %. PAN zerfällt nur langsam wieder in NO₂ und Radikale. Infolge dieser Stabilität kann es aber über weite Strecken verfrachtet werden und fungiert als Transporteur von Stickoxiden in Reinluftgebiete.

Der Abbau von PAN in der Atmosphäre ist primär thermisch; somit erfolgt der Langstreckentransport von PAN durch kalte Zonen der Atmosphäre, während der Abbau in wärmeren Schichten erfolgt. PAN stellt so zugleich eine Quelle und eine Senke von RO_x- und NO_x-Radikalen dar, und wird deshalb auch als Reservoirgas bezeichnet.^[3]

Messwerte

Die natürliche Konzentration von PAN in der Atmosphäre liegt unter 0,1 µg/m³. In westdeutschen Städten ergaben Messungen Halbstundenwerte bis zu etwa 25 µg/m³, bekannte Spitzenwerte (z. B. gemessen in Los Angeles in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts) liegen teils über 200 µg/m³ (bei PAN entspricht 1 ppm 4370 µg/m³). Wegen der aufwendigen Messmethodik liegen zu PAN meist nur punktuelle Messungen vor, also keine mit Ozon vergleichbaren Messreihen.

Schadwirkungen

PAN besitzt eine höhere Toxizität als Ozon. Die beim photochemischen Smog auftretenden Augenreizungen sind weniger durch das nur schwer wasserlösliche Ozon, als durch PAN und begleitende Spurengase verursacht. Zudem wird PAN als Faktor bei der Hautkrebsentstehung diskutiert: insbesondere chlorierte Derivate, jedoch auch PAN selbst, gelten als mutagen.

Schadwirkungen bei Pflanzen durch PAN sind gleichfalls belegt: Es schädigt besonders das Schwammgewebe von Blättern, ausgehend von den Spaltöffnungen. Daher werden Symptome reiner PAN-Schädigung oft zunächst auf der Unterseite von Blättern beobachtet (Silber- bis Bronzefärbung mit anschließender Nekrose). Bestimmte sensible Pflanzenarten können daher zur Bioindikation von PAN eingesetzt werden, z. B. Buschbohnensorten oder die Kleine Brennnessel (Urtica urens).^[4]

PAN wirkt in der Atmosphäre als Treibhausgas.

Akute und chronische Toxizität

PAN verursacht akute Augenreizungen beim Menschen. Dazu genügte in einer Freiwilligen-Studie 1961 eine Konzentration von 4,95 mg/m³ für 10 bis 15 Minuten. Eine aktuellere Untersuchung aus dem Jahr 1987 zeigte dieselben Symptome schon bei 0,64 mg/m³ (0,13 ppm). Personen mit COPD berichteten über eine Verstärkung der Krankheitssymptome, wenn sie 0,059 mg/m³ PAN ausgesetzt waren. Mäuse zeigten eine höhere Anfälligkeit gegen Infektionen durch Streptococcus pyogenes mit Todesfolge, nachdem sie drei Stunden lang einer Dosis von 14,8 bis 28,4 mg/m³ PAN ausgesetzt waren. Bei Langzeitversuchen mit Ratten über 4 Wochen bis 6 Monaten ergaben Mengen ab 11,8 ppm (4 Wochen) beziehungsweise 74 mg/m³ (6 Monate) eine erhöhte Sterblichkeit und verschiedenste Symptome wie erhöhter Thrombozyten-Anzahl, Vergößerung der Lunge, abnormalem Verhalten, Stocken des Wachstums, und schweren Entzündungen bis zu Metaplasien und Hyperplasien der Atemwege. Bei Bakterien (Salmonella typhimurium) und Lymphozyten aus Mäusen wirkte PAN genotoxisch und bei höheren Konzentrationen zytotoxisch^[5]

Einzelnachweise

1. ↑ Archives of Environmental Health. Vol. 15, Pg. 739, 1967.
2. ↑ Toxicology. Vol. 8, Pg. 231, 1977.
3. ↑ J. S. Gaffney et al.: Peroxyacyl Nitrates. In: The Handbook of Environmental Chemistry. Vol. 4, Part B, S. 1–38; Hrsg.: Hutzinger, O., Springer, 1989
4. ↑ S. Gilge: Peroxyacetylnitrat – ein wichtiger troposphärischer Spurenstoff, GAW-Brief Nr. 34 des Deutschen Wetterdienstes, Mai 2006.
5. ↑ OEHHA Report On Ethanol in Gasoline: Toxicity Summaries, 15. Februar 2000