Environmental exposure to active pharmaceutical ingredients (APIs) can have negative effects on the health of ecosystems and humans. While numerous studies have monitored APIs in rivers, these employ different analytical methods, measure different APIs, and have ignored many of the countries of the world. This makes it difficult to quantify the scale of the problem from a global perspective. Furthermore, comparison of the existing data, generated for different studies/regions/continents, is challenging due to the vast differences between the analytical methodologies employed. Here, we present a global-scale study of API pollution in 258 of the world's rivers, representing the environmental influence of 471.4 million people across 137 geographic regions. Samples were obtained from 1,052 locations in 104 countries (representing all continents and 36 countries not previously studied for API contamination) and analyzed for 61 APIs. Highest cumulative API concentrations were observed in sub-Saharan Africa, south Asia, and South America. The most contaminated sites were in low- to middle-income countries and were associated with areas with poor wastewater and waste management infrastructure and pharmaceutical manufacturing. The most frequently detected APIs were carbamazepine, metformin, and caffeine (a compound also arising from lifestyle use), which were detected at over half of the sites monitored. Concentrations of at least one API at 25.7% of the sampling sites were greater than concentrations considered safe for aquatic organisms, or which are of concern in terms of selection for antimicrobial resistance. Therefore, pharmaceutical pollution poses a global threat to environmental and human health, as well as to delivery of the United Nations Sustainable Development Goals.

The presence of microscale polymer particles (i.e., microplastics) in the environment has become a major concern in recent years. Sorption of organic compounds by microplastics may affect the phase distribution within both sediments and aqueous phases. To investigate this process, isotherms were determined for the sorption of seven aliphatic and aromatic organic probe sorbates by four polymers with different physico-chemical properties. Sorption increased in the order polyamide < polyethylene < polyvinylchloride < polystyrene. This order does not reflect the particle sizes of the investigated microplastics within the aqueous dispersions, indicating the influence of additional factors (e.g., π-π-interactions) on the sorption of aromatic compounds by polystyrene. Linear isotherms by polyethylene suggested that sorbate uptake was due to absorption into the bulk polymer. In contrast, non-linear isotherms for sorption by PS, PA, and PVC suggest a predominance of adsorption onto the polymer surface, which is supported by the best fit of these isotherms using the Polanyi-Manes model. A strong relationship between the sorption coefficients of the microplastics and the hydrophobicity of the sorbates suggests that hydrophobic interactions are of major importance.

Microplastics that are released into the environment undergo aging and interact with other substances such as organic contaminants. Understanding the sorption interactions between aged microplastics and organic contaminants is therefore essential for evaluating the impact of microplastics on the environment. There is little information available on how the aging of microplastics affects their sorption behavior and other properties. We have therefore investigated the effects of an accelerated UV-aging procedure on polystyrene microplastics, which are used in products such as skin cleaners and foams. Physical and chemical particle characterizations showed that aging led to significant surface oxidation and minor localized microcrack formation. Sorption coefficients of organic compounds by polystyrene microplastics following aging were up to one order of magnitude lower than for pristine particles. Sorption isotherms were experimentally determined using a diverse set of probe sorbates covering a variety of substance classes allowing an in-depth evaluation of the poly-parameter linear free-energy relationship (ppLFER) modelling used to investigate the contribution of individual molecular interactions to overall sorption. The ppLFER modelling was validated using internal cross-validation, which confirmed its robustness. This approach therefore yields improved estimates of the interactions between aged polystyrene microplastics and organic contaminants.

Published literature has been reviewed in order to (a) explore the (potential) applications of nanotechnology in pesticide formulation, (b) identify possible impacts on environmental fate, and (c) analyze the suitability of current exposure assessment procedures to account for the novel properties of nanopesticides within the EU regulatory context. The term nanopesticide covers a wide variety of products and cannot be considered to represent a single category. Many nanoformulations combine several surfactants, polymers, and metal nanoparticles in the nanometer size range. The aims of nanoformulations are generally common to other pesticide formulations, these being to increase the apparent solubility of poorly soluble active ingredients, to release the active ingredient in a slow/targeted manner and/or to protect against premature degradation. Nanoformulations are thus expected to (a) have significant impacts on the fate of active ingredients and/or (b) introduce new ingredients for which the environmental fate is still poorly understood (e.g., nanosilver). Therefore, it seems that adaptations of current exposure assessment approaches will be necessary, at least for some nanopesticides. The present analysis provides a useful framework to identify priorities for future research in order to achieve more robust risk assessments of nanopesticides.

Monitoring data are necessary for the future production of engineered nanomaterials and the development of regulations for nanomaterials. Therefore, it is necessary to develop methods that reliably detect and quantify nanomaterials in real-world systems at expectedly low concentrations. In this work we tested several methodological approaches to detect titanium dioxide nanomaterials released from sunscreen products into the Old Danube Lake (Vienna, Austria), which is heavily used for recreational activities like bathing and water sports during the summer season. During a 12-month period suspended particulate matter (SPM) was collected from the lake and analyzed using a combination of complementary techniques. By sampling at a location approximately 50 m from the nearest bathing area and at one meter depth from the water surface, we focused on the potentially mobile fraction of the released nanoparticles. We were able to identify titanium dioxide nanoparticles stemming from sunscreens in the suspended matter of the lake using electron microscopy. Bulk analysis of SPM clearly shows an increase of Ti-containing particles during the summer season. These analyses, however, are not able to distinguish sunscreen nanoparticles from natural Ti-bearing nanoparticles. Therefore, Elemental ratios of Ti with Al, V, Ga, Y, Nb, Eu, Ho, Er, Tm, Yb, and Ta as determined by ICPMS and ICPOES, in combination with single particle ICPMS analysis were applied to establish local background values. The observed mild increase of Ti elemental ratios, compared to spring background values indicates that the residence time of released nanomaterials in the water column is rather short. Overall, the advantages and disadvantages of the methods used to detect and characterize the nanomaterials are discussed.

Elevated PAH concentrations were detected in bank soils along the Mosel and Saar Rivers in Germany. Information on the identification of PAH sources in this area however remains unclear. This study was able to characterize the PAH sources by application of several approaches, including consideration of the distribution patterns of 45 PAHs (including 16 EPA PAHs and some alkyl PAHs), specific PAH ratios, distribution patterns of n-alkanes and principal component analysis (PCA). In addition, the efficiency of the tested approaches was assessed. The results from the application of the various source identification methods showed that pyrogenic PAHs dominate soil samples collected upstream of the confluence of the Mosel and Saar Rivers, and petrogenic and pyrogenic PAHs dominate samples downstream of the confluence. Based on the analysis of reference materials and organic petrography, the petrogenic input was found to be dominated by coal particles. More detailed information on the petrogenic sources was provided by the n-alkane analyses. The current study concludes that to accurately determine the origin of PAHs, several identification methods must be applied.

The production and use of nanoparticles leads to the emission of manufactured or engineered nanoparticles into the environment. Those particles undergo many possible reactions and interactions in the environment they are exposed to. These reactions and the resulting behavior and fate of nanoparticles in the environment have been studied for decades through naturally occurring nanoparticulate (1-100 nm) and colloidal (1-1000 nm) substances. The knowledge gained from these investigations is nowhere near sufficiently complete to create a detailed model of the behavior and fate of engineered nanoparticles in the environment, but is a valuable starting point for the risk assessment of these novel materials. It is the aim of this Review to critically compare naturally observed processes with those found for engineered systems to identify the "nanospecific" properties of manufactured particles and describe critical knowledge gaps relevant for the risk assessment of manufactured nanomaterials in the environment.