Geruchsschwelle
Die Geruchsschwelle ist die Schwelle, an der ein Duftstoff oder Riechstoff von einem Organismus olfaktorisch wahrgenommen wird. Der Geruchsschwellenwert, kurz GSW, ist jene minimale Konzentration eines bestimmten gasförmigen, sensorisch aktiven Stoffes im umgebenden Medium, die dieses Lebewesen durch seinen Geruchssinn gerade noch wahrnehmen kann.
Der Geruchsstoff kann schon in Luft vorliegen (wie etwa Ozon), oder als flüchtiger Stoff dahin übergetreten sein aus einer flüssigen Matrix (z. B. Trinkwasser, Wein) oder einer festen, die ihn enthalten hat (so etwa als Aromastoff).
In der DIN-Norm EN 13725[1] wird ein Geruchsschwellenwert definiert als diejenige Geruchstoffkonzentration, bei der unter definierten Prüfbedingungen die Wahrscheinlichkeit für die Wahrnehmung der Probe bei 0,5 liegt, also gerade 50 % der Probanden eine Geruchswahrnehmung angeben.
Geruchsschwellenwert
Quantitativ kann der Geruchsschwellenwert entweder als absolute Größe (Einwaage / Volumen) angegeben werden, oder als jenes Verhältnis von Volumenanteilen einer geruchsfreien Vergleichsmatrix zur untersuchten Matrix, bei der der Geruch eben noch wahrgenommen werden konnte. Bei letzterer Methode ist der GSW somit eine Art Verdünnungsfaktor.
Beispiele für Schwellenwerte
- Geruchsfreies Wasser hat den GSW Null. Bei der Beurteilung geruchsbehafteten Wassers gemäß der bundesdeutschen Trinkwasser-Verordnung (TrinkwV) gilt als Grenzwert der Faktor 3 (Threshold Odour Number, TON; in Verdünnung 1:2) bei 23 °C Wassertemperatur.[2]
- Der Geruchsschwellenwert von 2,4,6-Trichloranisol (TCA), dem Verursacher des Korktons, kann bei einem sensorisch trainierten Riecher niedriger liegen, sodass er bei einer Verkostung mit retronasaler Aromawahrnehmung auch Konzentrationen detektieren kann, die von etwa 2 ng pro Liter Wein herrühren, während eine untrainierte Person oft erst bei 100 ng·l−1 etwas riecht bzw. schmeckt. Die eigentlichen Geruchsschwellenwerte werden jedoch für ein orthonasales Riechen bestimmt und beziehen sich auf ein Luftvolumen und nicht auf einen Liter Wein. Bezogen auf Raumluft liegt der GSW von TCA etwa bei 2 ng/m3 gleich 2 pg/dm3 gleich 2·10−12 g/l Luft oder 0,2 ppt gleich 200 ppq (parts per quadrillion, Teile pro Billiarde), was hier rund 6·109 Molekülen pro Liter Luft entspricht.
Geruchsschwellenkonzentrationen in Luft
In einem Kubikmeter Luft finden sich folgende Geruchsschwellenkonzentrationen (20 °C, 1013 hPa):[3]
| Stoffgruppe | Substanz | Geruchsschwelle (µg·m−3 Luft) |
Geruchseindruck |
|---|---|---|---|
| Aldehyde | Acetaldehyd | 4,8 | stechend, fruchtig |
| Amine | Dibutylamin | 19,3 | fischig |
| Amine | Diisopropylamin | 4,2 | fischig |
| Amine | Dimethylamin | 57 | fischig, faulig |
| Amine | Ethylamin | 1000 | nach Ammoniak |
| Amine | Methylamin | 25,3 | fischig, faulig |
| Amine | Triethylamin | 96 | fischig, nach Ammoniak |
| Carbonsäuren | Isovaleriansäure | 2,2 | käsig, schweißartig |
| Ketone | Acetophenon | 2,39 | blumig, seifig |
| Ketone | Octanon | 120000 | aromatisch |
| Mercaptane | Allylmercaptan | 0,06 | nach Kaffee, stark nach Knoblauch |
| Mercaptane | Amylmercaptan | 0,36 | eklig, modrig |
| Mercaptane | Benzylmercaptan | 0,23 | eklig, ranzig |
| Mercaptane | Crotylmercaptan | 0,035 | nach Skunk |
| Mercaptane | Ethylmercaptan | 0,23 | nach verfaulendem Kohl |
| Mercaptane | Methylmercaptan | 1,3 | nach faulendem Kohl, schweflig |
| Mercaptane | Propylmercaptan | 0,09 | eklig |
| Sulfide | Dimethylsulfid | 1,2 | nach verfaulendem Gemüse |
| Sulfide | Diphenylsulfid | 0,058 | eklig |
| Carbonsäureester | Buttersäureethylester | 1,2 | aromatisch |
| Diacetyl | 2,4 | nach Butter, sahnig | |
| Alkohole | 1-Octen-3-ol | 12,0 | pilzig |
| Stickstoff-Heterocyclen | Pyridin | 4,5 | unangenehm, schmerzend |
| Schwefelwasserstoff | 0,57 | nach faulen Eiern | |
| Stickstoff-Heterocyclen | Skatol (Methylindol) | 1,4 | nach Fäkalien, eklig |
| Thiole | Thiokresol | 0,12 | nach Skunk, ranzig |
| Thiole | Thiophenol | 0,075 | modrig, nach Knoblauch |
| Vanillin | 4,8 | vanillig | |
Geruchsschwellenkonzentrationen (GSK) in Wasser
In Bezug auf Trinkwasserbelastungen werden Geruchsschwellen für unterschiedliche Substanzen auch als deren Konzentration pro Liter Wasser angegeben:[4]
| Substanz | GSK (µg·l−1) |
|---|---|
| Aceton | 5000 |
| Benzin | 100 |
| Benzol | 2000 |
| Buttersäure | 50 |
| Chlor (pH-abhängig) | 100 |
| Chlorbenzol | 100 |
| Chlordioxid | 80 |
| Chlorphenole | 10 |
| Dichlorbenzole | 10–30 |
| Essigsäure | 8–10 |
| Geosmin | 0,006 |
| Hexachlorbenzol | 3000 |
| Indol | 300 |
| Menthol | 6 |
| 2-Methylthiobenzthiazol | 5 |
| Naphthalin | 500 |
| Nitrophenol | 10.000 |
| Pentachlorbenzol | 60 |
| Phenol | 1000 |
| Pyridin | 100 |
| Schwefelwasserstoff | 20 |
| Tetrachlorbenzole | 20–400 |
| Tetrachlorethen | 300 |
| Thiophenol | 1 |
| 2,3,4-Trichloranisol[5] | 0,003 |
| Trichlorbenzole | 5–50 |
Geruchsschwellen beim Menschen
Bei Menschen liegen die Geruchsschwellen je nach Substanz bei Konzentrationen von 107 bis 1017 Molekülen pro dm³ Luft. Am absoluten Schwellenwert, der Absolutschwelle oder Wahrnehmungsschwelle, und knapp darüber ist die Bestimmung eines Duftes nicht möglich, sondern nur die Empfindung eines unbestimmten Geruches („es riecht nach etwas“); bei Methylmercaptan (z. B. zur Odorierung von Erdgas verwendet) reichen dafür etwa 4·10−15g/l,[6] ein Anteil von etwa 2 ppq, was etwa 5·107 Molekülen pro dm³ Luft entspricht (ein Liter Luft wiegt gut 1 g und enthält etwa 2,7·1022 Moleküle).
Für die erkennende Wahrnehmung eines bestimmten Stoffs an seinem spezifischen Geruch („es riecht nach diesem“) sind jeweils höhere Konzentrationen notwendig; diese Erkennungsschwelle liegt bei Methylmercaptan etwa 50 mal höher (2·10−13g/l, 0,1 ppt, ca. 3·109 Moleküle/l Luft).
Diese Angaben sind Durchschnittswerte, da der Geruchsschwellenwert für einen bestimmten Geruchsstoff auch immer eine subjektive Größe ist, die von Mensch zu Mensch verschieden und selbst bei dem gleichen Menschen situationsabhängig unterschiedlich sein kann.
Geruchsschwellen bei Tieren
- Hunde: Zur Auslösung einer Geruchsempfindung genügt oft ein Molekül pro mm³ Luft, also 106/dm³. Damit kann ein Hund beispielsweise die wenigen Fettsäure-Moleküle wahrnehmen, die durch eine Schuhsohle diffundieren.
- Bären, insbesondere Eisbären, haben unter den Säugetieren vielleicht den am besten ausgeprägten Geruchssinn. Eisbären sind in der Lage über kilometerweite Entfernung mögliche Sexualpartner zu riechen oder Beute wie Robben geruchlich wahrnehmen, in länger bewohnten Robbenhöhlen auch unter zentimeterdickem Eis.[7]
- ein Aal reagiert schon auf zwei Moleküle Phenylethylalkohol, das entspräche etwa 1 ml dieses Stoffs, verdünnt mit der 58fachen Wassermenge des Bodensees.
- Der Seidenspinner registriert das Eintreffen eines einzelnen Moleküls des weiblichen Sexualpheromons (wenn es ihm denn in einem Luftvolumen zukommt). Das Sexualverhalten wird jedoch erst bei 200–300 Molekülen beeinflusst.
Anwendung im Obstbau
Die niedrige Geruchsschwelle von Duftstoffen wie Pheromonen wird unter anderem im Obstbau genutzt, wenn man sogenannte Schädlinge versucht vor der Eiablage abzufangen, etwa um „wurmigen“ Früchten vorzubeugen. So werden beispielsweise für den Zwetschgen- und Apfelwickler mit Pheromonen imprägnierte klebrige Fallen in den Baum gehängt, um die schwärmenden Männchen anzulocken und eine Begattung zu verhindern.
Einzelnachweise
- DIN EN 13725:2003-07 Luftbeschaffenheit; Bestimmung der Geruchsstoffkonzentration mit dynamischer Olfaktometrie. Beuth Verlag, Berlin.
- Trinkwasserverordnung (TrinkwV), Anlage 3 – Indikatorparameter. Bundesministerium der Justiz und für Verbraucherschutz (Deutschland), abgerufen am 27. August 2021.
- lebensministerium.at: Stand der Technik der Kompostierung - Grundlagenstudie. 29. September 2005, S. 68.
- Walter Kölle: Wasseranalysen – richtig beurteilt. Grundlagen, Parameter, Wassertypen, Inhaltsstoffe, Grenzwerte nach Trinkwasserverordnung und EU-Trinkwasserrichtlinie. 2. aktualisierte und erweiterte Auflage. WILEY-VCH, Weinheim 2003, ISBN 3-527-30661-7. S. 369f.
- nach anderen Quellen ist die GSK für 2,3,4-TCA ähnlich der von 2,3,6-TCA und 2,4,6-TCA und liegt im Bereich von etwa 0,0002 bis 0,002 µg/l (0,2 – 2 ng/l); siehe auch Gerstel Tabelle 1, pdf abgerufen am 2. April 2014.
- Stefan Silbernagl, Agamemnon Despopoulos: Taschenatlas Physiologie, 7. A, Thieme Verlag, 2007, ISBN 978-3-13-567707-1, S. 346.
- natur-lexikon.com: Eisbär