Vysoké učení technické v Brně Fakulta chemická Ústav chemie a technologie ochrany životního prostředí

Transkript

1 Vysoké učení technické v Brně Fakulta chemická Ústav chemie a technologie ochrany životního prostředí Milada Vávrová, Martin Hroch, Ludmila Mravcová, Petr Lacina, Petra Dvořáková Praha, Téze přednášky 2 1

2 3 Princip SEC POŽADAVKY NA STACIONÁRNÍ FÁZI Matrice gelu musí být inertní k analyzované látce i k mobilní fázi, odolávat zvýšené pracovní teplotě. Gel se nesmí během separace rozkládat a uvolňovat produkty rozkladu. 4 2

3 Volba gelu Hydrofilní gely (Sephadex) pro látky ve vodě rozpustné mobilní fáze je voda s přídavkem organického rozpouštědla Hydrofobní gely (kopolymery styrenu a divinylbenzenu) pro látky nerozpustné ve vodě mobilní fáze: aromatické, chlorované, heterocyklické uhlovodíky Univerzální gely výroba na bázi silikagelu a porézních skel 5 Aplikace Stanovení molekulové hmotnosti systému a polydisperzity Gelový permeační chromatograf Agilent 1100 Series 6 3

4 Polyhydroxyalkanoáty (PHA) Charakterizace polyestery bakteriálního původu akumulovány jako zásobní forma energie a uhlíku Zástupce homopolymer poly(3-hydroxybutyrát) (PHB) (mechanickými vlastnostmi podobný polypropylenu, je však plně biodegradabilní a biokompatibilní) kopolymer poly(3-hydroxybutyrát-co-3-hydroxyvalerát) (PHBV) (vzniká inkorporací 3-hydroxyvalerátu do struktury PHB za účelem vylepšení mechanických vlastností) Využití průmysl obalových materiálů (biodegradabilní obaly) medicínské aplikace (implantáty, transportní systémy, kryty ran ) 7 Triblokový kopolymer ITA-PLGA-PEG-PLGA-ITA Charakterizace Poly(mléčná kyselina) Poly(glykolová kyselina) Poly(ethylenglykol) C H 3 H C HO C O OH kyselina glykolová D,L mléčná kyselina H HO CH C O OH Itakonová kyselina HO 2-methylen-butandiová kyselina O C CH 2 OH C C CH 2 O Poly(ethylenglykol) 8 4

5 Polyestery PGA PLA PEG PLA PGA 9 Příprava vzorku mrazící box chladicí box GPC lyofilizace pokles molekulové hmotnosti kopolymeru HPLC kyselina mléčná kyselina glykolová 10 5

6 Kvantifikace poklesu molekulové hmotnosti PLGA-PEG-PLGA KolonaPLgel minimix-e (250 4,6 mm; 3 µm) Předkolona (50 4,6 mm; 3 µm) Mobilní fáze tetrahydrofuran Nástřik 10 µl Teplota kolony 30 C Průtok 0,300 ml.min -1 Teplota detektoru 30 C Doba analýzy 30 minut Tabulka Přehled Mn čerstvě syntetizovaných kopolymerů 11 Porovnání vzorku č.2 a č.3 5. den degradace 10. den degradace ,7 34, ,1 46,1 52,8 45, ,8 40 p ok les M n (% ) ,7 15,1 12,7 p ok les M n (% ) ,6 28, ph 4,2 ph 7,4 ph 9,2 0 ph 4,2 ph 7,4 ph 9,2 5.den degradace 20% vzorku č. 2 5.den degradace 20% vzorku č.3 Obr. č. 8 Porovnání 20% vzorku č. 2 a 3 po pěti dnech degradace 10.den degradace 20% vzorku č den degradace 20% vzorku č.3 Obr. č. 9 Porovnání 20% vzorků č. 2 a 3 po deseti dnech degradace 12 6

7 Závěr Metodou GPC bylo zjištěno: největší procentický pokles Mn kopolymerů při ph 9,2 nejnižší procentický pokles Mn při ph 4,2 kopolymer modifikován kyselinou itakonovou degradoval více ve srovnání s nemodifikovaným kopolymerem

8 Pesticidy organofosfáty chlorpyrifos, diazinon, parathion, dimethoate, phosmet karbamáty carbofuran, aldicarb, methiocarb, pirimicarb, propamocarb látky toxické, zdraví škodlivé, nebezpečné pro ŽP 15 Stanovení stanovení vybraných pesticidů ve vzorcích odpadní vody a povrchové vody odpadní voda - velkokapacitní ČOV v Brně-Modřicích, (14 dní, přítok i odtok) extrakce (solid phase extraction) vlastní analýza GC/TOF-MS na přístroji Pegasus IV D GC/ECD na přístroji Agilent 6890 N 16 8

9 Optimalizace postupu SPE 2 druhy sorbentů - Oasis HLB a ENVI-18 několik elučních činidel sorbent eluční činidla C18 Met-DCM (1:1) Met-EtAC (1:1) AC Met AC-Met (1:1) AC-Met (2:1) HLB AC-Met (2:1) Met-AC (2:1) Met-AC (2:1) výtěžnost se pohybovala v rozmezí % u propamocarbu dosahovala 42 % 17 GC-ECD kolony HT-8 (50 m 0,22 mm 0,25 µm) DB-17 MS (60 m 0,25 mm 0,25 µm) nástřik 1 µl, 65 C, splitless teplotní program počáteční teplota 45 C, počáteční izoterma 2 min; rychlost ohřevu 40 C/min do 220 C; a následně 5 C/min do 270 C, finální izoterma 4 min celková doba analýzy 20,38 min 18 9

10 ECD2 B, (MB\SIG10001.D) Hz phosmet diazinon dimethoate chlorpyrifos parathion min Chromatogram směsi standardů o koncentraci ng ml -1, (GC/ECD, kolona DB-17 MS) 19 GCxGC-TOFMS primární kolona Rxi-5Sil MS (29 m x 0,25 mm, 0,25mm vrstva filmu) sekundární kolona BPX-50 (1,4 m x 0,1 mm, 0,1 mm vrstva filmu) nástřik 1 µl, 250 C, splitless teplotní program počáteční teplota 45 C, počáteční izoterma 2 min; rychlost ohřevu 40 C/min do 220 C; a následně 5 C/min do 260 C celková doba analýzy 20,38 min 20 10

11 Fragmentogram směsi standardů o koncentraci ng ml -1 Pozn. 1-aldicarb, 2-propamocarb, 3-carbofuran, 4-methiocarb, 5-dimethoate, 6-diazinon, 7-phosmet, 8-pirimicarb, 9-chlorpyrifos, 10-parathion 21 Reálné vzorky odpadní voda koncentrace sledovaných pesticidů na přítoku i na odtoku - řádově v desetinách µg l -1 (u methiocarbu v desítkách) aldicarb, phosmet, propamocarb a dimethoate koncentrace často pod mezí detekce nebo kvantifikace nejvyšší účinnost odstranění byla prokázána u pesticidu chlorpyrifos (70 %) methiocarb a propamocarb - na odtoku zaznamenány vyšší koncentrace než na přítoku (u methiocarbu o 22 %, u propamocarbu o 32 %) 22 11

12 Změna koncentrace chlorpyrifosu na přítoku a na odtoku; stanovované pomocí GC/MS-TOF 23 Reálné vzorky povrchová voda ověření, zda se pesticidy dostávají z vyčištěných odpadních vod vypouštěných z ČOV do povrchových vod odběrová místa před ČOV, za ČOV, přímo na odtoku z ČOV (řeka Svratka) zjištěny vyšší koncentrace sledovaných pesticidů za ČOV než před ČOV (v desetinách nebo setinách µg l -1 ) přímo na odtoku byly koncentrace daných pesticidů nejvyšší 24 12

13 porovnání koncentrací sledovaných pesticidů ve vzorcích povrchové vody 25 Dvoudimenzionální GC separace látek dvěma odlišnými mechanismy vyšší účinnost separace lepší identifikace sloučenin než v 1D výhody větší kapacita píků zvýšení poměru signál/šum zisk strukturovaného 2D chromatogramu pirimicarb a phosmet vzájemná koeluce v 1D, ve 2D nedochází k překrývání píků 26 13

14 pirimicarb a phosmet, koncentrace 500 ng ml Studium distribuce halogenovaných difenyletherů do složek životního prostředí 28 14

15 Bromované retardátory hoření Zdroj: Boer de, K., Boom, J. P.: Polybrominated biphenyls and diphenyl ethers. The handbook of environmental chemistry 3, New types of persistent halogenated compound

16 PBDE - vlastnosti Zdroj: Donald, M.: Handbook of physical-chemical properties and environmental fate for organic chemicals. Database MSDS: Material safety data sheets < 31 Vlastnosti PBDE Skupina BDE M r (g/mol) Hlavní kongenery Log K ow Rozpustnost ve vodě* Bod varu ( C) Bod rozkladu ( C) Mono-BDE 249,1 3 4,28 4,8 310 Di-BDE 328,1 15 5,03 ~ Tri-BDE 406,9 28 5,17 5,58 0,1 Tetra-BDE 485,8 47, 49 5,87 6,16 ~ 0,01 Penta-BDE 564,7 66, 85, 99, 100 6,64 6,97 ~ 0,01 > 300 > 200 Hexa-BDE 643,6 153, 154 6,86 7,92 ~ 0,04 Hepta-BDE 722,5 183, 190 7,05 8,0 ~ 8, Okta-BDE 801,4 8,35 8,9 ~ > 232 Nona-BDE 880,3 9 ~ 1, Deka-BDE 959, ,97 4, Zdroj: Donald, M.: Handbook of physical-chemical properties and environmental fate for organic chemicals. Database MSDS: Material safety data sheets <

17 33 PBDE - použití Zdroj: Donald, M.: Handbook of physical-chemical properties and environmental fate for organic chemicals. Database MSDS: Material safety data sheets <

18 35 Zdroje PBDE 36 18

19 37 Zpracování, extrakce a přečištění vzorků zpracování pro každou matrici odlišné extrakce byla prováděna sonikací 3 x 20 minut následně byly extrakty přefiltrovány přes bezv. Na 2 SO 4 a zakoncentrovány na objem 2 ml na vakuové odparce extrakt (2 ml) byl vložen na skleněnou kolonu ( mm) 2 cm bezv. Na 2 SO 4 / 5 cm akt. Al 2 O 3 / 5 cm akt. Florisil / 2 cm bezv. Na 2 SO 4 před použitím kolona promyta 5 ml n-hexanu vzorek promýván 90 ml směsi n-hexanu:diethyletheru (94:6) po odpaření roztoku do sucha na vakuové odparce rozpuštění v 500 µl isooktanu v případě živočišné matrice byla přidána konc. H 2 SO 4 k odstranění znečištění bylo nakonec použito mikrofiltru finální roztok byl převeden do vialek k následné analýze na GC(ECD) 38 19

20 39 Analýza vzorků 10 kongenerů v isooktanu kalibrační řada roztoků o různých koncentracích: Rostlinná matrice Živočišná matrice 0, ng/ml 0, ng/ml samotná analýza GC-ECD Pracovní podmínky Teplotní program PTV injektoru 90 C (zádrž 0,1 min); 720 C/min do 350 C (5 min); 10 C/min do 220 C Teplota detektoru 300 C Nastřikované množství 2 µl Teplotní program pece 100 C (zádrž 2 min); 30 C/min do 200 C (3 min); 3 C/min do 230 C (15); 5 C/min do 270 C (15 min); 10 C/min do 300 C (20 min) Nosný plyn H 2 (konstantní průtok: 1,5 ml/min, průtoková rychlost: 31 cm/s) Make-up N 2 (10 ml/min) Celková doba analýzy 79,33 min 40 20

21 41 Rostlinné bioindikátory I akumulační bioindikátory využívány v rámci monitoringu a kontroly reziduální kontaminace zmapování kontaminace a kumulace PBDE u vybraných druhů jehličnanů z různých lokalit ČR Druh Lokalita Počet vzorků Borovice lesní (Pinus sylvestris) Borovice vejmutovka (Pinus strobus) Jedle bělokorá (Albies alba) Smrk pichlavý (Picea pungens) Praha 8, Radňoves, Moravský Krumlov, Zastávka u Brna, Vranov, Hlubočany Praha 8 1 Praha 8, Hrabětice, Vranov, Pohořelice u Zlína, Jelšava (SK) Praha 8, Radňoves, Hrabětice, Česká Třebová, Vranov, Hlubočany, Prostějov, Šelešovice

22 Rostlinné bioindikátory II používají se pro sledování koncentrací těžkých kovů (Cd, Pb, Hg) chlorovaných organických látek (PCB, OCP, DDT) polycyklických aromatických uhlovodíků ověření transportu z půdy do rostlin a možné kumulace také u PBDE Lokalita Analyzovaná matrice Počet vzorků Pšenice obecná (Triticum aestivum) 7 Nový Jičín Ječmen (Hordeum) 4 Vojtěška setá (Medicago sativa) 2 Jetel luční (Trifolium pratense) 5 Řepka olejka (Brassica napus) 4 43 Živočišné bioindikátory I (ryby) Druh Kapr obecný (Cyprinus Carpio) Karas obecný (Carassius Carrasius) Cejn velký (Abramis brama) Bolen dravý (Aspius aspius) Lín obecný (Tinca tinca) Plotice obecná (Rutilus rutilus) Cejnek malý (Blicca bjoerkna) Lokalita Počet jedinců Analyzovaná tkáň Záhlinické rybníky 3 S, K Záhlinické rybníky, Staré Město pod Landštejnem Brněnská přehrada, Záhlinické rybníky, Vírská přehrada Brněnská přehrada, Vírská přehrada Brněnská přehrada, Záhlinické rybníky Brněnská přehrada, Vírská přehrada, Staré Město pod Landštejnem 8 S, K, V 21 S, K, V 2 S, K, V, J 2 S, K, V 3 S, K, V, J Záhlinické rybníky 1 S S sval K kůže V vnitřnosti J játra 44 22

23 Živočišné bioindikátory II (ryby) Druh Perlín ostrobřichatý (Scardinius erythrophtalmus) Amur bílý (Ctenopharyngodon idella) Okoun říční (Perca fluviatilis) Candát obecný (Sander lucioperca) Štika obecná (Esox Lucius) Úhoř říční (Anguilla anguilla) Sumec velký (Silurus glanis) Jelec Tloušť (Leuciscus cephalus) Lokalita Počet jedinců Analyzovaná tkáň Záhlinické rybníky 1 S Záhlinické rybníky 1 S, K Brněnská přehrada 2 S, K, V Brněnská přehrada 1 S, K, V Záhlinické rybníky, Vírská přehrada S sval K kůže V vnitřnosti J játra 4 S, K, J Záhlinické rybníky 1 S, K Záhlinické rybníky 1 S, K Modřice a Rajhradice 40 S, K, V 45 Živočišné bioindikátory III (ptáci) stanovení obsahů a distribuce jednotlivých kongenerů PBDE v tkáních odlov jedinců zajistila dle platné legislativy ČR Ornitologická stanice v Přerově Datum úhynu káně lesní (Buteo buteo), káně rousná (Buteo lagopus) volavka popelavá (Ardea cinerea), kormorán velký (Phalacrocorax carbo) Druh Lokalita Počet jedinců Pohlaví Analyzovaná tkáň 2003 Káně lesní Záhlinické rybníky n = 3 3 S*, J, Sr+L 2003 Káně rousná Záhlinické rybníky n = 1 S*, J, Sr+L 11/2004 Kormorán velký Hustopeče nad Bečvou n = S*, J 11/2004 Káně lesní Bartošovice n = S*, J 12/2004 Káně lesní Bartošovice n = 4 4 S*, J, Sr+L -/2004 Volavka popelavá Záhlinické rybníky n = 5 5 S*, J, Sr+L 09/2005 Kormorán velký Záhlinické rybníky n = S*, J, Sr+L 09/2005 Volavka popelavá Hustopeče nad Bečvou n = S*, J 2007 Kormorán velký Hustopeče nad Bečvou n = 5 5 S, J, Sr, L, M, P, SO, K S* prsní sval, S svaly (prsní + stehenní), J játra, Sr srdce, L ledviny, M mozek, P peří, SO střevní obsah, K kůže 46 23

24 47 Výsledky I jehličí borovice Lokalita Σ 10 PBDE (ng/g sušiny) Praha 8 (1) 1,8 Praha 8 (2) 1,16 Praha 8 (3) 2,09 Radňoves 0,42 Moravský Krumlov 0,47 Zastávka u Brna 0,85 Vranov 0,42 Hlubočany 0,97 vzorky Praha 8 vykazují zvýšené celkové koncentrace rozdíl v distribuci jednotlivých kongenerů u obou druhů borovic odlišný zdroj v bezprostřední blízkosti nebo různé složení terpentýnového balzámu Lokalita SV Španělsko Druh borovice Borovice halepská - Pinus halepensis, Borovice pinie - Pinus pinea Borovice černá - Pinus nigra Analyzovaná matrice ΣPBDE (ng/g sušiny) Jehličí 0,027 13,04 Čína Borovice černá - Pinus nigra Kůra 0,65 34,5 Čína: nejvíce zastoupené kongenery BDE-209 (56,9-87,2 %), BDE-47, BDE-99, BDE-183 a BDE-153 odpovídá složení technických směsích 48 24

25 Výsledky I jehličí jedle Lokalita Σ 10 PBDE (ng/g sušiny) Praha 8 (1) < LOD Praha 8 (2) < LOD Hrabětice 0,99 Vranov 0,93 Pohořelice u Zlína 1,01 Jelšava 0,73 Analyzovaná Σ Lokalita Druh jedle 11 PBDE matrice (ng/g sušiny) Ottawa Jedle Frazerova - Abies fraseri Jehličí 0,05 2,6 lokální zdroj úložiště a zpracovací místo OEEZ 49 Výsledky I jehličí smrk Lokalita Σ 10 PBDE (ng/g sušiny) Praha 8 4,85 Radňoves < LOD Hrabětice 1,41 Česká Třebová (1) < LOD Česká Třebová (2) < LOD Vranov 1,01 Hlubočany 1,09 Prostějov 0,52 Šelešovice 1,63 nejvyšší obsah PBDE u vzorku Prahy 8 identifikovány pouze výšebromované kongenery (# 99>118>153>154>100) Analyzovaná ΣPBDE Lokalita Druh smrku matrice (ng/g sušiny) Ontario Smrk ztepilý Picea abies Jehličí 0,13 6,92 sledovaná lokalita okolí řízené skládky odpadů v kanadském Ontariu pozitivní nálezy zahřívání plastových spotřebičů při jejich likvidaci uvolňování PBDE 50 25

26 Výsledky II ekosystém Záhlinice nejčastěji detekované kongenery v jednotlivých tkáních BDE-28 a BDE-47 závislost mezi obsahem BDE-47 a ΣPBDE získaná hodnota (R 2 =0,804) hexa- a heptabromované kongenery (BDE-153, BDE-154 a BDE-183) detekovány u více než 93 % tkání ; dohromady tvořily až 79 % podíl z celkové kontaminace 51 Výsledky II ekosystém Záhlinice po analýzách tkání kormoránů byla, až na tři vzorky, zjištěna úplná absence kongenerů PBDE nalezené hodnoty Σ 10 PBDE dosahovaly hladin od 65,4 do 199,3 µg/kg tkáně (max. 3 kongenery) kormoráni káňata u volavek byly pouze 2 vzorky negativní u ostatních hladiny od 52,4 do 501,2 µg/kg tkáně (játra), 31,3-549,3 µg/kg tkáně (sval) a 71,9-289,2 µg/kg tkáně (srdce+ledviny) káně rousná 183,9 µg/kg tkáně (játra) a 132,2 µg/kg tkáně (sval) káně lesní ,9 µg/kg tkáně (játra), 51,1-66 µg/kg tkáně (sval) a 45,1 308,9 µg/kg tkáně (srdce+ledviny) volavky?výsledky? analýzy rybích tkání kontaminace PBDE minimálně srovnatelná porovnání nálezů u obou druhů vodních ptáků 52 26

27 Výsledky II ekosystém Záhlinice přes kolísavé hodnoty kontaminace patrný proces bioakumulace přítomnost PBDE v organismech a jejich transport v rámci potravního řetězce treska tuleň lední medvěd běluha v Severním ledovém oceánu v oblasti Baltského moře byl realizován také výzkum kumulace PBDE v řadě sleď losos tuleň rybí olej člověk 53 Výsledky III Vírská a Brněnská přehrada monitoring PBDE v rybách odlovených ve Vírské a Brněnské přehradě hlavní úkol: zjistit kontaminaci rybích jedinců PBDE v obou nádržích v závislosti na délce toku řeky další důvody rozloha resp. význam přehrad podobné spektrum vyskytujících se druhů ryb často diskutovaný stav Brněnské přehrady bylo odloveno celkem 29 kusů malých a větších ryb pilotním druhem se stal cejn velký, kterého bylo analyzováno 20 jedinců ze všech druhů ryb byly shodně izolovány vzorky svalu a kůže 54 27

28 55 Výsledky III Vírská a Brněnská přehrada porovnání s výsledky monitoringu 40 kongenerů PBDE v 23 jedincích parmy Graellsovy žijících v řece Cinca v severním Španělsku ryby byly odloveny ve čtyřech lokalitách mezi prvním a posledním odběrovým místem se nacházel zásadní zdroj znečištění - průmyslová zóna Monzón zaměřená na chemický a těžký průmysl vzdálenost 58 km vzdálenost 60 km 56 28

29 Výsledky IV Bartošovice a Hustopeče n/bečvou monitoring zaměřený na do jaké míry dochází v tělech ptáků ke kumulaci kongenerů PBDE jak závažné jsou nalezené hladiny v porovnání se zahraničními dohromady odloveno celkem 11 vodních a 8 suchozemských ptáků z těl ptáků (4x kormorán, 2x volavka, 4x káně) byly izolovány vzorky jater a prsního svalu z těl zbývajících 4 káňat bylo separováno srdce a ledviny (směsný vzorek) z těl 5 kormoránů byl izolován soubor celkem 8 vzorků prsní sval, játra, srdce, ledviny, mozek, peří, střevní obsah, kůže 57 Výsledky IV Bartošovice a Hustopeče n/bečvou získané výsledky jsou až na jednu výjimku prakticky srovnatelné výrazně vyšší obsahy PBDE u káněte č ,6 µg/kg (játra) 507,7 (sval) 392,1 (srdce+ledviny) největší zastoupení BDE-47 a BDE-153 (19,9 resp. 19,7 %) nejméně se vyskytovaly nížebromované # 3,15 a 28 první monitoring na území Polska se v letech 2007 až 2008 analýza jater přirozeně uhynulých ptáků nejvyšší koncentrace 89, ng/g tuku byly zjištěny u káňat a jestřábů majoritní kongenery BDE-47 > BDE-153 > BDE

30 Výsledky V Bartošovice a Hustopeče n/bečvou Σ 10 PBDE od 65,4 do 199,3 µg/kg tkáně (max. 3 kongenery) 52,4-501,2 µg/kg tkáně (játra) 31,3-549,3 µg/kg tkáně (sval) 71,9-289,2 µg/kg tkáně (srdce+ledviny) Z porovnání nálezů Σ 10 PBDE z lokalit Hustopeče a Záhlinice jsou patrné: a) až 3x vyšší koncentrace u kormoránů z lokality Hustopeče n/bečvou b) vyšší hodnoty u volavek c) ve 10 vzorcích z Hn/B bylo detekováno všech 10 kongenerů PBDE d) profil kongenerů, dominantní jsou BDE # 47, 99, 100, 153 a ve všech tkáních byla stanovena přítomnost PBDE nejnižší obsahy u peří 0,1-1,1 µg/kg (1,9±1,8%) mozkové tkáně 1,9-8,9 µg/kg (6,7±1,5%) srdce 9,1-26,5 µg/kg (2,4±1,3%) nejvyšší ve svalech 232,5 544,9 µg/kg (2,6±3,1%) játrech 236,8 527,9 µg/kg (1,6±0,9%) kůži 214,3 523,5 µg/kg (20,3±14,8%) BDE-47, BDE-100 a BDE

31 Závěr I rostlinné bioindikátory vzorky jehličí v letech z různých regionů ČR sledováno 10 kongenerů PBDE a výsledné koncentrace byly vztaženy na sušinu nejvyšší obsah sumy majoritních kongenerů PBDE: 2,09 ng/g borovice vejmutovka (Praha 8) 1,8 ng/g borovice lesní (Praha 8) 1,01 ng/g jedle bělokorá (Pohořelice u Zlína) 4,85 ng/g smrk pichlavý (Praha 8) získané výsledky stanovené ve všech druzích jehličí v ČR byly nižší nebo srovnatelné s nálezy publikovanými ve světové literatuře ověření vhodnosti použití při monitoringu PBDE objemná krmiva a olejniny všechny získané výsledky negativní 61 Závěr II ekosystém Záhlinice v rámci výzkumu bylo odloveno celkem 17 kusů malých a větších ryb (10 druhů) a 14 ptáků (4 druhy) Hlavní cíl posoudit míru kontaminace u ryb a ptáků jako dvou na sebe navazujících článků potravinové pyramidy výsledky indikují variabilitu mezi různými druhy ryb v závislosti na obsahu tuku v těle věku skladbě potravy analyzovaných jedinců nejčastěji detekované kongenery BDE-28 a především BDE-47 (R 2 =0,804) na základě analýz tkání ptáků byly zjištěny výrazné odlišnosti napříč trofickými úrovněmi potravního řetězce dochází ke zvyšování koncentrace bromovaných látek v organismu a tím k jejich bioakumulaci Hlavní zdroj kontaminace okolní průmyslová výroba, především společnost Fatra a.s. (závody Napajedla a Chropyně) 62 31

32 Závěr III Vírská a Brněnská přehrada vodní nádrže na řece Svratce přítomnost PBDE ve 49 jedincích malých a středních ryb odlovených (cejn velký tvořil více než 50 % vzorků) jedním z úkolů bylo zjistit kontaminaci ryb v obou nádržích v závislosti na délce toku řeky mírný nárůst kontaminace u ryb odlovených na dolním toku řeky Svratky distribuce jednotlivých kongenerů PBDE v analyzovaných jedincích srovnatelná dominantní složku tvořily nížebromované BDE-3, BDE-15, BDE-28 a BDE Závěr IV Bartošovice a Hustopeče n/bečvou káně lesní lokalita Bartošovice získány srovnatelné výsledky (! 443,6 µg/kg játra, 507,7 sval a 392,1 srdce+ledviny) z kongenerů měly největší zastoupení BDE-47 a BDE-153 (19,9 resp. 19,7 %) 4 kormoráni a 2 volavky oblast Hustopečí nad Bečvou koncentrace v rozmezí K ,5 µg/kg (sval) V 366,8-627,3 µg/kg (sval) 232,4-517,3 µg/kg (játra) 271,8-445,9 µg/kg (játra) 5 jedinců kormorána ve všech tkáních byla stanovena přítomnost PBDE (výrazné rozdíly) peří 0,1-1,1 µg/kg (obsah tuku 1,94 ± 1,76 %) a v mozkové tkáni 1,9-8,9 µg/kg (6,71 ± 1,46 %) svaly 232,5 544,9 µg/kg (2,63 ± 3,06 %), játra 236,8 527,9 µg/kg (1,55 ± 0,88 %) a kůže 214,3 523,5 µg/kg (20,29 ± 14,8 %). nejvýrazněji zastoupeny BDE-47, -100 a zásadní zdroj PBDE pro obě lokality: vysoce průmyslově orientovaný region Ostravska 64 32

33 Využití plynové chromatografie s hmotnostně spektrometrickou detekcí pro posouzení kontaminace odpadních a povrchových vod rezidui léčiv 65 Proč léčiva? Nové kontaminanty ŽP Vysoká produkce a spotřeba léčiv Jen částečné využití organismem (20 %) Kontinuální vstup do ŽP Ovlivnění přírodních ekosystémů (necílové organismy) Zatížení vodních ekosystémů odpadní voda povrchová voda podzemní voda pitná voda 66 33

34 Proč NSAID? 13 7, , , , , ,94 9 8, ,60 8 8, ,50 7 9, , ,48 6 9, , , , , ,74 Spotřeba 19 nejpoužívanějších skupin léčiv v ČR za rok 2010 (počet balení v mil) 1 2 Analgetika a nesteroidní protizánětlivé látky Léčiva ovlivňující renin-angiotenzinový systém 3 Krevní náhrady, infuzní a perfuzní roztoky 4 Antibakteriální léčiva pro systémovou aplikaci 5 Psycholeptika 6 Léčiva proti nachlazení a kašli 7 Beta-blokátory 8 Vazoprotektiva, venofarmaka 9 Léčiva ovlivňující hladinu lipidů 10 Nosní léčiva 11 Léčiva k terapii diabetu 12 Blokátory kalciových kanálů 13 Diuretika 14 Léčiva k terapii onemocnění spojených s poruchou acidity 15 Psychoanaleptika 16 Antikoagulancia, antitrombotika 17 Oftalmologika 18 Léčiva k terapii onemocnění spojených s obstrukcí dýchacích cest 19 Fytofarmaka a živočišné produkty 67 Proč NSAID? Ketoprofen 0,91 Diklofenak 4,09 Ostatní 2,98 K. salicylová 0,04 K. acetylsalicylová 7,96 Naproxen 0,46 Ibuprofen 10,81 Paracetamol 19,20 Spotřeba vybraných léčiv ze skupin analgetik a NSAID za rok 2010 (počet balení v mil) 68 34

35 Proč NSAID? β2-sympathomimetika 3% radioaktivní kontrastní látky 3% antacida 3% antineoplastika 4% antihypersensitiva 4% antidepresiva 4% anxyolitika 4% veterinární léčiva 3% perorální antidiabetika 3% antipsychotika 1% NSAID 16% antibiotika 15% betablokátory 8% antiepileptika 8% hormonální léky 9% látky snižující obsah tuků v krvi 12% Relativní zastoupení farmaceutických látek detekovaných v životním prostředí; Data byla sesbírána ze 134 článků publikovaných v letech [1] 69 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 70 35

36 Proč GC-MS? separační účinnost díky kapilárním kolonám citlivost Tvrdé ionizační techniky snadná identifikace sloučenin Orthogonálníkomprehensivní dvoj-dimenzionální plynová chromatografie s hmotnostně spektrometrickou detekcí Time-of-Flight(GCxGC-TOF MS) separační účinnost dělení na dvou různých kolonách citlivost - zvýšení poměru signálu k šumu kapacita píků Snadná identifikace sloučenin (výběr jakékoliv m/z) 71 Optimalizace navržené metody Optimalizace derivatizace Výběr vhodného derivatizačního činidla Nalezení optimálních podmínek derivatizace Optimalizace SPE Účel - co nejvyšší výtěžnost ph vzorku Koncentrace vzorku (2 koncentrační hladiny) Objem vzorku Detekční limity, vliv matrice, opakovatelnost, výtěžnost 72 36

37 Podmínky analýzy Nosný plyn He, 1 ml/min (konstantní průtok) Teplotní programy Primární kolona: 80 C po 1 min, 15 C/min, 300 C, po 2 min Sekundární kolona: + 5 C offset Teplota nástřiku: 280 C Modulátor Modulační perioda: 2 s Hot pulse: 0,4 s Cool time: 0,6 s MS detekce Ionizace: EI, 70 ev Teplota iontového zdroje: 250 C Frekvence: 100 spekter/s v rozsahu amu 73 Návrh metody SPE (Oasis HLB, 60 mg, 3 ml): 6 ml MeOH 3 ml MILLI-Q vody (ph 2) 250 ml odpadní vody (400 ml povrchové vody), ph 2 3 ml MILLI-Q vody sušení cca 15 min proudem vzduchu 6 ml MeOH 0,5 ml -odpařeno DERIVATIZACE: MSTFA + pyridin (200 µl µl) 70 C 90 min 74 37

38 Analýza pomocí GCxGC-TOF MS 1 k. salicylová, 2 k. acetylsalicylová, 3 k. klofibrová, 4 ibuprofen, 5 paracetamol, 6 kofein, 7 naproxen, 8 k. mefenamová, 9 ketoprofen, 10 - diklofenak 75 Analýza pomocí GCxGC-TOF MS 1 k. salicylová, 2 k. acetylsalicylová, 3 k. klofibrová, 4 ibuprofen, 5 paracetamol, 6 kofein, 7 naproxen, 8 k. mefenamová, 9 ketoprofen, 10 - diklofenak 76 38

39 Detekční limity Tabulka 1 detekční a kvantifikační limity Odpadní voda Povrchová voda Trimethylislyl deriváty léčiv LOD (ng/l) LOQ (ng/l) LOD (ng/l) LOQ (ng/l) Kyselina salicylová 0,23 0,78 0,15 0,49 Kyselina acetylsalicylová 0,48 1,59 0,30 0,99 Kyselina klofibrová 1,33 4,42 0,83 2,76 Ibuprofen 5,06 16,7 3,16 10,54 Paracetamol 6,03 20,1 3,77 12,55 Kofein 0,98 3,25 0,61 2,03 Naproxen 0,82 2,74 0,51 1,71 Kyselina mefenamová 0,68 2,26 0,42 1,41 Ketoprofen 1,13 3,78 0,71 2,36 Diklofenak 2,88 9,59 1,80 6,00 77 Výtěžnost metody Tabulka 2 Výtěžnost metody pro jednotlivé analyty (modelové vzorky) Léčiva Výtěžnost (%) * 250 ml ** 400 ml *** kyselina salicylová 92,2 ± 8,4 85,5 ± 6,2 kyselina acetylsalicylová 95,1 ± 4,1 92,0 ± 4,2 kyselina klofibrová 90,2 ± 5,3 87,6 ± 3,4 ibuprofen 94,3 ± 2,9 90,6 ± 2,7 paracetamol 46,4 ± 4,2 35,0 ± 6,8 kofein 98,3 ± 4,7 94,6 ± 3,0 naproxen 96,5 ± 8,7 95,6 ± 3,8 kyselina mefenamová 97,8 ± 3,5 95,5 ± 3,9 ketoprofen 97,2 ± 8,6 93,9 ± 8,3 diklofenak 98,1 ± 2,4 92,6 ± 2,1 * průměrná hodnota vypočítaná z hodnot pěti paralelních měření ± směrodatná odchylka ** reprezentující vzorek odpadní vody *** reprezentující vzorek povrchové vody 78 39

40 Opakovatelnost metody Tabulka 3 Opakovatelnost metody pro jednotlivé analyty a vybrané matrice RSD (%) * odpadní voda Léčivo modelový vzorek přítok odtok povrchová voda kyselina salicylová 4,1 7,6 9,0 9,9 kyselina acetylsalicylová 4,8 10,6 - - kyselina klofibrová 3, ibuprofen 5,2 6,6 9,4 10,9 paracetamol 6,1 6,7 - - kofein 4,3 5,7 14,7 12,1 naproxen 4,2 6,6 4,4 8,3 kyselina mefenamová 6, ketoprofen 4,5 9,6 6,2 10,5 diklofenak 5,1 5,6 5,0 8,7 * určeno z devíti paralelních měření 79 APLIKACE NA REÁLNÝCH VZORCÍCH ODPADNÍCH A POVRCHOVÝCH VOD 80 40

41 Odběry vzorků odpadní voda Velkokapacitní ČOV Brno Modřice přítok & odtok směsné vzorky dvouhodinový interval Odběry vzorků povrchová voda Řeka Svratka míst, celá délka toku celkem 19 vzorků tmavé 2,5 l lahve vymyté kyselinou chromsírovou a destilovanou vodou 82 41

42 Odběry vzorků povrchová voda Řeka Svitava míst po celé délce toku celkem 12 vzorků tmavé 2,5 l lahve vymyté kyselinou chromsírovou a destilovanou vodou 83 Úprava vzorků FILTRACE filtry ze skleněných mikrovláken SPE: 6 ml MeOH 3 ml MILLI-Q vody (ph 2) 250 ml odpadní vody (400 ml povrchové vody), ph 2 3 ml MILLI-Q vody sušení cca 15 min proudem vzduchu 6 ml MeOH 0,5 ml - odpařeno DERIVATIZACE: MSTFA + pyridin 70 C 90 min 84 42

43 VÝSLEDKY 85 Výsledky odpadní voda 86 43

44 Výsledky odpadní voda 87 Výsledky odpadní voda Kyselina acetylsalicylová 3,0 2,5 2,0 c (µg/l) 1,5 Přítok 1,0 0,5 0, datum

45 45 Ibuprofen datum c (µg/l) Přítok Odtok 89 Výsledky odpadní voda Paracetamol datum c (µg/l) Přítok 90 Výsledky odpadní voda

46 46 Naproxen 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4, datum c (µg/l) Přítok Odtok 91 Výsledky odpadní voda Ketoprofen 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6, datum c (µg/l) Přítok Odtok 92 Výsledky odpadní voda

47 Výsledky odpadní voda Diklofenak 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 c (µg/l) 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Přítok Odtok datum 93 Výsledky povrchová voda 120 účinnost odstraňování (%) ,83 % 100,00 % 97,90 % 100,00 % 97,37 % 81,16 % 72,44 % 45,30 % 0 K. salicylová K. acetylsalicylová Ibuprofen Paracetamol Kofein Naproxen Ketoprofen Diklofenak léčiva k. klofibrová a k. mefenamová - nedetekovány 94 47

48 Výsledky povrchová voda Ibuprofen c (ng/ml) Svratka 1 Svratka Svratka 2 Jimramov 1 Jimaramov 2 Vír 1 Vír 2 Štěpánov n. S. 1 Štěpánov n. S. 2 Tišnov 1 místo odběru Tišnov 2 Veverská Bitýška 1 Veverská Bitýška 2 Brno - Jundrov Brno - soutok Svitava a S... Brno - Modřice Rajhradice 1 Rajhradice 2 Židlochovice 1 Židlochovice 2 Ibuprofen c (ng/ml) Svitava Svitavy 1 Svitavy 2 Březová n. S. 1 Březová n. S. 2 Letovice 1 Letovice 2 Blansko 1 místo odběru Blansko 2 Adamov 1 Adamov 2 Brno 1 Brno - soutok Svitava a Svratky 95 Výsledky povrchová voda Ketoprofen c (ng/ml) Svratka 1 Svratka Svratka 2 Jimramov 1 Jimaramov 2 Vír 1 Vír 2 Štěpánov n. S. 1 Štěpánov n. S. 2 Tišnov 1 místo odběru Tišnov 2 Veverská Bitýška 1 Veverská Bitýška 2 Brno - Jundrov Brno - soutok Svitava a S... Brno - Modřice Rajhradice 1 Rajhradice 2 Židlochovice 1 Židlochovice 2 Ketoprofen c (ng/ml) Svitava Svitavy 1 Svitavy 2 Březová n. S. 1 Březová n. S. 2 Letovice 1 Letovice 2 Blansko 1 místo odběru Blansko 2 Adamov 1 Adamov 2 Brno 1 Brno - soutok Svitava a Svratky 96 48