Stanovení methylrtuti a celkové rtuti

Transkript

1 ČISTÉ ŽIVOTNÍ PROSTŘED EDÍ JAKO PODMÍNKA PRO PRODUKCI ZDRAVÝCH POTRAVIN: MODERNÍ POSTUPY PRO JEJICH KONTROLU..1 PRAHA HODNOCENÍ KONTAMINACE RYB ODLOVENÝCH PŘED P A ZA ČISTÍRNOU ODPADNÍCH VOD VYBRANÝMI ORGANICKÝMI POLUTANTY M. VÁVROVV VROVÁ 1, L. MRAVCOVÁ 1, M. HROCH 1, L. ZOUHAR 1, M. CHARVÁTOV TOVÁ, Z. KRÁLOV LOVÁ, E. ŠTILÁRKOVÁ Sledované látky methylrtuť a celkový obsah rtuti PAH syntetické analogy pižma (musk sloučeniny) PBDE CH 3 Hg, Hg 1 VUT v Brně, FCH VFU Brno, FVHE..1 PRAHA Analyzované vzorky Stanovení methylrtuti a celkové rtuti Druh (česky): Druh (latinsky): Čeleď: Jelec tloušť Leuciscus cephalus kaprovití..1 PRAHA 3 Rtuť Rizikový prvek vyskytující se ve všech v složkách ekosystému Do životního prostřed edí se dostává antropogenní činností i přírodnp rodními zdroji Toxicita závisz visí na formě výskytu (kovová, anorganická,, organická) Schopnost biomethylace těžba zlata cinabarit Biomethylace rtuti Methylrtuť ve vodním prostředí z anorganických sloučenin rtuti Mikrobiálněřízený proces v sedimentu za aerobních i anaerobních podmínek Bakterie methylující rtuť Clostridium, Bifidobacterium, Chromobacterium, Enterobacter, aj. Donor methylové skupiny methylkobalaminové sloučeniny Hlavní faktory ovlivňující tvorbu methylrtuti nízké ph, koncentrace Hg +, koncentrace methylkobalaminových sloučenin CH 3 Hg..1 PRAHA..1 PRAHA 6..1 PRAHA, SIGMA-ALDRICH 1

2 Methylrtuť Methylrtuť Bioakumulace schopnost hromadit se na vyšších trofických úrovních Vodní prostředí fytoplankton zooplankton malé ryby velké ryby člověk Množství methylrtuti v organismech na vrcholu potravního řetězce je až několikanásobně vyšší než v původním ekosystému Toxicita nejvíce zasahuje CNS, snadno proniká placentou. léta. st. Japonsko, zátoka Minamata tzv. Minamata disease..1 PRAHA 7 Vzrůst koncentrace MeHg..1 PRAHA 8 Příprava vzorku - methylrtuť Předčištění Pomocí acetonu a toluenu Homogenizace S HCl (1:1) Optimalizované podmínky GC/µECD HP 689 Series, µecd Kolona DB-17 capillary 3 m x, mm I.D.,, µm film J & W Scientific, Folsom, CA, USA Extrakce Dvojnásobná do toluenu Vlastní stanovení GC / µecd..1 PRAHA 9 Program termostatu Detektor Nástřik 8 C - 1 min zádrž 1 C/1 min do 18 C C/1 min do C 8 C 1 µl..1 PRAHA 1 Stanovení celkové rtuti AMA Advanced Mercury Analyser atomový absorpční spektrofotometr pro stanovení rtuti Vzorek (svalovina,, kůžk ůže) se přímo p navažuje do dávkovacd vkovacího zařízen zení Při i optimalizaci metody se počítá s navážkou (cca mg) a sušinou Sušina svaloviny (%) 7 Sušina kůžk ůže e (%) 6 Optimalizované podmínky stanovení pro svalovinu i kůžk ůži: 9 s sušen ení 1 s rozklad vzorku s doba čekaní Validace metody CRM (ERM - CE6; IRMM, Belgie) Methylrtuť Celková rtuť Certifikovaná hodnota mg.kg -1,, Stanovená hodnota mg.kg -1,31,66 % 96,6 88,9..1 PRAHA PRAHA 1..1 PRAHA, SIGMA-ALDRICH

3 1 Hz Hz 8 6 Hz MeHg MeHg MeHg min min min staard ng/ml vzorek svaloviny vzorek kůže Celková rtuť - Modřice Methylrtuť Modřice 1 1 Kůže Svalovina..1 PRAHA PRAHA 1 - Rajhradice Porovnání výsledků Celková rtuť Methylrtuť Rajhradice Kůže Svalovina 1 1 Celková rtuť Methylrtuť Celková rtuť Methylrtuť Modřice Kůže Svalovina 1 1 Rajhradice Kůže Svalovina PRAHA 1..1 PRAHA 16 Porovnání lokalit Kůže Svalovina Kůže Svalovina Porovnání lokalit - methylrtuť 1 1 Porovnání lokalit - celková rtuť Rajhradice Modřice 1 1 Rajhradice Modřice Závěr Ve e svalovině ryb je obsaženo více v methylrtuti (i celkové rtuti) než v kůžk ůži Ryby před p ČOV obsahovaly více v methylrtuti (i celkové rtuti) než ryby za ČOV Brno-Mod Modřice Biokoncentrační faktor u vzorků z Modřic byl,67 Biokoncentrační faktor u vzorků z Rajhradic byl, NAŘÍZEN ZENÍ KOMISE (EU) č.. /11 (kterým se měním Nařízen zení Komise č /6), kterým se stanoví maximáln lní limity některých n kontaminujících ch látek l v potravinách - max. limit rtuti, mg.kg - 1 čerstvé hmotnosti ryby vztaženo pro potraviny..1 PRAHA PRAHA PRAHA, SIGMA-ALDRICH 3

4 Stanovení PAH PAH Představitelé perzistentních organických polutantů (POPs) Dlouhodobě přetrvávají v životním m prostřed edí Mají toxické,, karcinogenní a mutagenní účinky Mají schopnost tvořit další sloučeniny, jejichž karcinogenita je podstatně vyšší šší,, než u původních sloučenin Mohou se vázat v na pevných sorbentech nebo částicích ch (prach) a kumulovat se v živých organismech (schopnost bioakumulace)..1 PRAHA Příprava vzorku ÚPRAVA VZORKŮ rozetřít se síranem sodným EXTRAKCE ZA STUDENA 3 x min dichlormethan EXTRAKCE onepse teplota 1 C, doba extrakce x minut, dichlormethan PŘEČIŠTĚNÍ na sloupci silikagelu IDENTIFIKACE A KVANTIFIKACE pomocí GC/MS..1 PRAHA 1..1 PRAHA, SIGMA-ALDRICH

5 - Rajhradice Porovnání lokalit Svalovina Rajhradice 1 1 naftalen acenaphtylen acenaften fluoren phenanthren anthracen fluoranthen pyren benzo[a]anthracen chrysen benzo[b]fluoranthen Rajhradice - sval Rajhradice - kůže benzo[k]fluoranthen benzo[a]pyren ieno[1,,3-c,d]pyren dibenzo]a,h]anthracen benzo[g,h,i]perylene..1 PRAHA 3, 3, 1, 1, 1 1 naftalen acenaphtylen acenaften naftalen acenaphtylen acenaften fluoren fluoren phenanthren phenanthren anthracen anthracen fluoranthen fluoranthen pyren benzo[a]anthracen Kůže pyren benzo[a]anthracen chrysen benzo[b]fluoranthen benzo[k]fluoranthen chrysen benzo[b]fluoranthen benzo[a]pyren benzo[k]fluoranthen dibenzo]a,h]anthracen ieno[1,,3-c,d]pyren benzo[a]pyren Modřice Rajhradice benzo[g,h,i]perylene..1 PRAHA 6 dibenzo]a,h]anthracen ieno[1,,3-c,d]pyren Modřice Rajhradice benzo[g,h,i]perylene zastoupení PAH Zastoupení PAH zastoupení PAH Zastoupení PAH Rajhradice - kůže Modřice- kůže Rajhradice - sval Modřice - sval naftalen acenaphtylen acenaften fluoren phenanthren anthracen fluoranthen pyren benzo[a]anthracen chrysen ieno[1,,3-c,d]pyren Rajhradice - kůže Modřice- kůže Rajhradice - sval Modřice - sval % 1% % 3% % % 6% 7% 8% 9% 1% naftalen acenaphtylen acenaften fluoren phenanthren anthracen fluoranthen pyren benzo[a]anthracen chrysen ieno[1,,3-c,d]pyren..1 PRAHA 7..1 PRAHA 8 Využit ití PSE extrakce - PSE extrakce Optimalizace podmínek extrakce na přístroji onepse Srovnání obsahu PAH C, x min 1 C, x1 min 8 C, x min 8 C, x1 min sediment svalovina NAP ACL ACE FLR PHE ANT FLU PYR BaA CHR BbF BkF BaP INP DBA BPE NAP ACL ACE FLR PHE ANT FLU PYR BaA CHR BbF BkF BaP INP DBA BPE..1 PRAHA 9..1 PRAHA 3..1 PRAHA, SIGMA-ALDRICH

6 Závěr Koncentrace PAHs v kůžk ůži i ryb dosahovaly vyšší šších hodnot než koncentrace stanovené ve svalovině. PSE xmin, 1 C Stanovení syntetických analogů pižma (musk sloučeniny)..1 PRAHA 31 Syntetické analogy pižma organické látky používané jako vonné složky parfémů, detergentů, kosmetiky, čistících prostředků,... průnik do ŽP prostřednictvím odpadních vod omezené množství informací (od 1981) [nové POPs] 1) Nitromusk sloučeniny - musk keton, musk xylen ) Polycyklické musk sloučeniny - galaxolid (HHCB), tonalid (AHTN) 3) Makrocyklické musk sloučeniny - Muscon, Ambrettolid Dělení: musk xylen galaxolid ) Lineární musk sloučeniny - Arocet, Arofir, Linalool arocet..1 PRAHA PRAHA 3 Vlastnosti semivolatilní organické sloučeniny, nepolární charakter perzistentní, ubikvitární výskyt ve vodním prostředí (POPs) lipofilní + snadná adsorpce na organickou hmotu bioakumulativní (nalezeny ve vodní biotě i v lidech) metabolizace v ŽP a organismech na látky s odlišnými vlastnostmi nízká akutní toxicita, potencionáln lní chronické účinky Průnik MUSK sloučenin do ŽP 1 µg.g -1 produktu ČLOVĚK MUSK ODPADNÍ VODA ČOV 1 ng.l -1 plazmy µg.l -1 - ng.l -1 RECIPIENT KAL PŮDA PODZEMNÍ VODA eokrinní disruptory BIOTA 1 µg.kg µ -1 ž. hm. SEDIMENT mg.kg PRAHA 3..1 PRAHA PRAHA, SIGMA-ALDRICH 6

7 Sledovaní zástupci MUSK sloučenin Příprava vzorku Homogenizace 3 g vzorku + PSE matrix Extrakce PSE extrakce Čištění na koloně Florisil..1 PRAHA 37 Vlastní stanovení GC / MSD..1 PRAHA 38 Optimalizace ace PSE extrakce Extrakční činidlo zvolena směs chloroform : ethylacetát (:7) Optimalizace ace PSE extrakce Teplota extrakce zvolena teplota 1 C..1 PRAHA PRAHA Optimalizace ace PSE extrakce Počet cyklů zvoleny 3 cykly po minutách Optimalizovan ovaná PSE extrakce Rozpouštědlo: Teplota: Tlak: Doba statické fáze: Počet cyklů: Optimalizovaný PSE program Patrona / m (vzorku) cyklohexan/ethylacet ethylacetát (:7) 1 C 1 bar min 3 ml / 3 g..1 PRAHA 1..1 PRAHA..1 PRAHA, SIGMA-ALDRICH 7

8 3 1 1 Teplotní program Čas [min] Optimalizace ace kolonové chromatografie Eluční činidlo zvoleno eluční činidlo ethylacetát (1 %) Optimalizace ace sloupcové chromatografie Objem elučního činidla zvolen objem elučního činidla: 8 ml Provedení: Eluát byl jímán po frakcích (1 frakce = ml) Již prvních ml postačuje k eluci více než 9 % obsahu analytů...1 PRAHA 3..1 PRAHA Optimalizovan ovaná sloupcová chromatografie Optimalizovaný postup sloupcové chromatografie Náplň kolony: Eluční činidlo: Objem eluč. činidla: Průtok kolonou: florisil ethylacetát 8 ml 6 kapek / min..1 PRAHA Identifikace a stanovení analytů GC 689N (Agilent, USA), MSD 973N (Agilent, USA) Typ kolony: Rozměry kolony: Nosný plyn: Režim kolony: Injektor: Teplota injektoru: Průtok nosného plynu: Lin. rychlost nosn. plynu: Teplota iont. zdroje (EI): Teplota kvadrupólu: Režim analyzátoru: Doba analýzy: DB-MS m,18 mm,18 µm He const. flow Splitless C,8 ml/min cm/sec 3 C 1 C SIM 3 min..1 PRAHA 6 Identifikace a stanovení analytů Teplota[ C] Rampa počátek 1 C/min C/min 1 C/min Teplota C 11 C 16 C 8 C Drženo 1 min min 8 min min Meze detekce (LOD) a meze kvantifikace (LOQ) Analyt PH AMB TR HHCB AHTN MX MOS TIB MK LOD [µg/kg ž.hm.], 1,6 1,1 8,99 1,98,786,,13,7 LOQ [µg/kg ž.hm.] 1,818,88 3,68 9,83 6,61,9 1,668,1 1,9..1 PRAHA 7..1 PRAHA 8..1 PRAHA, SIGMA-ALDRICH 8

9 Analyt PH TR HHCB AHTN MX MOS TIB MK AMB Nejistoty analytických výsledků r t [%] 1,67 1,96 1,1,73 1,8 11,,73 3,8 1,6 R t [%] 89,76 89,76 89,76 89,76 9,9 9,9 9,9 9,9 9,9 u(r) t [%],96,96,96,96,139,139,139,139,139 u ct [%] 3, 1,97 3, 3,1,6 1,96 11, 3,7,8 Abuance Chromatogram staardu Phantolide Ambrette Traseolide TIC: K.D Galaxolide Musk xylene Tonalide Moskene Staard ng.ml -1 Tibeten Musk ketone Time--> PRAHA 9..1 PRAHA [µg.kg -1 min. max. počet vzorků počet vzorků počet kvantif. ž.hm.] koncentrace koncentrace NQ vzorků před za před za před za před za před za Analyt ČOV ČOV ČOV ČOV ČOV ČOV ČOV ČOV ČOV ČOV PH NQ, AMB TR HHCB AHTN MX MOS TIB MK NQ NQ 79,78 39,61 1,6 NQ 1,17 11,7 NQ NQ NQ NQ NQ NQ 1,16 3, Koncentrace [µg/kgž. hm.] Koncentrace [µg/kg ž. hm.] Porovnání lokalit Zastoupení musk sloučenin ve vzorcích ryby odlovených před ČOV HHCB AHTN MK TUK Číslo vzorku Zastoupení musk sloučenin ve vzorcích ryby odlovených za ČOV Výtěžnost tuku[%] Výtěžnost tuku[%] PRAHA 1 HHCB AHTN MK PH TUK Číslo vzorku..1 PRAHA Průměrn rné koncentrace Průměrné koncentrace musk sloučenin v rybí tkáni Musk sloučeniny v OV Koncentrace [µg/kg ž.hm.] PH AMB TR HHCB AHTN MX [µg.kg -1 ž.hm.] Průměrné koncentrace Analyt před ČOV za ČOV PH,3,9 AMB,8,8 TR,8,663 HHCB 16,9 1,8 AHTN,99,3 MX,87,68 MOS,, TIB,77,8 MK,3 1,3 MOS TIB MK Analyt PH TR HHCB AHTN AMB MX MOS TIB MK OV přítok [ng/l] [g/měsíc] 3,17 9,8 33,8 1, ,8 131,171 11,8, 1, 9,33 79, Odtok [ng/l] [g/měsíc] 1,98 6,16 1,68 3, , 3, nq nq, 17, Účinnost čištění [%] 37,3 6,1,8 66,76 99,99 99,99 39,7 LOD [ng/l],16 3,13 77, 1,16 1,16 3,97,18, 3,81 LOQ [ng/l],33 1,71 6,8 7,3 3,867 13, 7,193 6,673 1,8 Před ČOV Za ČOV..1 PRAHA 3..1 PRAHA..1 PRAHA, SIGMA-ALDRICH 9

10 MUSK v efluentu z ČOV a v rybí svalovině Závěr Koncentrace [ng/l] Srovnání průměrných koncentrací musk sloučenin v effluentu z ČOV s koncentracemi ve svalovině ryb odlovenými za ČOV PH TR HHCB AHTN AMB MX MOS TIB MK Analyt Koncentrace [ µg/kg ž.hm.] effluent ryba byla optimalizovaná metoda pro stanovení syntetických analogů pižma v rybách v rybách odlovených za ČOV byly prokázány nižší hodnoty nejvyšší obsah byl zjištěn n u tonalidu a galaxolidu ze skupiny polycyklických musk sloučenin..1 PRAHA..1 PRAHA 6 Stanovení PBDE CO JSOU PBDE A BROMOVANÉ RETARDÁTORY TORY HOŘEN ENÍ? Skupina nových persistentních halogenovaných polutantů Používají se v celéřadě různých produktů, protože zpomalují hoření Bromované retardátory hoření (BFR) Reaktivní Začleněny do polymerní matrice Aditivní Pouze přidány k matrici - PBDE..1 PRAHA 8 Fyzikáln lní a chemické vlastnosti PBDE Výskyt PBDE Struktura PBDE ' 3' 1' O 1 3 ' 6' 6 ' x Br y Br Sumární vzorec: C 1 OH 1 (x + y) Br (x + y) kde x + y nabývají hodnoty od 1 do 1 VNĚJŠÍ PROSTŘED EDÍ VNITŘNÍ PROSTŘED EDÍ x + y = 1 až 1 Kongener Počet atomů Br 6 1 Log K ow 6, 7,13 6,86 7,39 9,97 Teplota tání ( C) 83,-8, 9,-9, , 3, Rozpustnost ve vodě (mg/ml; C),1,9, 8,7 1-7, vzduch sedimenty kaly z ČOV biologické vzorky lidská krev tuková tkáň mateřské mléko prach v bytech prach v kancelářích biologické vzorky lidská krev tuková tkáň mateřské mléko..1 PRAHA 9..1 PRAHA 6..1 PRAHA, SIGMA-ALDRICH 1

11 Zdroje PBDE Primárn rní zdroje vstupu do ŽP: Izolace, kabely, pojistky, vypínače Lamináty, koberce, imitace dřeva PC, TV Autodíly Nátěrové hmoty Vyluhování Přechod do vody, půdy, sedimentů a organismů Zdroje a výskyt PBDE ZDROJE Vznik polymerního prachu Odpařování Adsorpce na částečky prachu Sekuárn rní zdroje vstupu do ŽP: Revolatilizace ze sedimentů Odpařování z nátěrů ŽIVOTNÍ PROSTŘED EDÍ..1 PRAHA 61 Vznik atmosférických polutantů Kontaminace ovzduší v uzavř. prostorech Kontaminace systému voda/půda Bioakumulace..1 PRAHA 6 Možné zdroje kontaminace populace Využit ití PBDE v průmyslu voda produkce PBDE ovzduší Využití PBDE v koncových odvětvích a produktech 7% 6% Doprava Elektrické a elektronické zařízení Stavebnictví/konstrukce Textil/ostatní využití 31% 6% plankton ryby lidé..1 PRAHA PRAHA 6 Lokality odlovu ryb Odlovené druhy ryb Lokality odlovu ryb (1 Brněnská přehrada; Záhlinické rybníky; 3 Vírská přehrada; Modřice, Rajhradice; Staré Město pod Laštejnem) S sval, K kůže, V vnitřnosti, J játra..1 PRAHA Kapr obecný PRAHA, SIGMA-ALDRICH 11

12 Příprava vzorku Identifikace a stanovení analytů Homogenizace, dehydratace vzorku Na SO Karas obecný Cejn velký GC Hewlett-Packard 689N serie II, PTV inlet s CO chlazením, 63 Ni ECD, N jako make-up plyn, paralelně pracující kap. kolony Extrakce třepání, sonikace; petrolether Kolony DB-17ms (Agilent J&W, USA) 6 m, mm vnitřní průměr, µm vrstva stacionární fáze %fenylmethylpolysiloxan HT-8 (SGE, USA) m, mm vnitřní průměr, µm vrstva stacionární fáze 8%fenylpolykarboransiloxan Čištění na koloně Al O 3, Florisil; n-hexan:diethylether Vlastní stanovení GC / µecd Okoun říční Bolen dravý teplotní program PTV injektoru teplotní program termostatu Detektor Nástřik Nosný plyn make-up plyn 9 C (zádrž,1 min); 7 C/min do 3 C ( min); 1 C/min do C 1 C (zádrž min) 3 C/min do C (3 min) 3 C/min do 3 C (1) C/min do 7 C (1 min) 1 C/min do 3 C ( min) 3 C µl H (konstantní průtok: 1, ml/min, průtoková rychlost: 31 cm/s) N..1 PRAHA PRAHA 68 Sledované kongenery PBDE Výstup chromatogram PBDE staard mix BDE-3 BDE-1 BDE-8 BDE-7 BDE-99 BDE-1 BDE-118 BDE-13 BDE-1 BDE PRAHA PRAHA 7 Výstup chromatogram reálný vzorek..1 PRAHA PRAHA 7..1 PRAHA, SIGMA-ALDRICH 1

13 Porovnání kontaminace analyzovaných tkání jelce tlouště odloveného v lokalitách Modřice a Rajhradice na řece Svratce (µg/kg svaloviny) vyjádřené jako Σ 1 PBDE Jelec tloušť..1 PRAHA PRAHA 7 Hladiny majoritních kongenerů PBDE ve svalech a kůži středních a velkých ryb odlovených v lokalitě Záhlinické rybníky vyjádřené jako celková kontaminace v µg/kg tkáně..1 PRAHA 7 Hladiny majoritních kongenerů PBDE ve svalové tkáni, kůži a vnitřnostech ryb odlovených ve vodní nádrži Laštejn vyjádřené jako celková kontaminace v µg/kg tkáně..1 PRAHA 76 Závislost mezi obsahem BDE-7 a sumou všech kongenerů PBDE..1 PRAHA 77 Nejvyšší koncentrace Σ1PBDE ve svalech ryb a ptáků odlovených v lokalitě Záhlinické rybníky v µg/kg tkáně. Pro srovnání je uveden příklad nálezů a kumulace PBDE v potravním řetězci v Severním ledovém oceánu..1 PRAHA PRAHA, SIGMA-ALDRICH 13

14 Hladiny majoritních kongenerů PBDE ve svalové tkáni, kůži a vnitřnostech jedinců cejna velkého odloveného ve Vírské a Brněnské přehradě vyjádřené jako celková koncentrace v µg/kg tkáně..1 PRAHA PRAHA 8 Hladiny majoritních kongenerů PBDE ve svalové tkáni, kůži a vnitřnostech ryb odlovených v přehradě Vír a Brněnské přehradě vyjádřené jako celková kontaminace v µg/kg tkáně Nejvyšší koncentrace S1PBDE v analyzovaných tkáních cejna velkého z lokalit Vírská a Brněnská přehrada (µg/kg tkáně). Pro srovnání jsou uvedeny nálezy PBDE získané v podobně zaměřeném výzkumu parmy Graellsovy žijící v řece Cinca v severním Španělsku..1 PRAHA PRAHA 8 Profily majoritních kongenerů PBDE detekovaných v jednotlivých tkáních ryb pocházejících z vodních nádrží Vír a Brno Závěr Byla posuzována úroveň kontaminace ryb odlovených na řece Svratce, Brněnsk nské přehradě, přehradní nádrži i Vír, V Záhlinických rybnících ch Ve všech v lokalitách byla prokázána kontaminace ryb PBDE, lišilo ilo se zastoupení jednotlivých kongenerů Byl prokázán n transfer z ryb do vodních ptíků (volavky a kormoráni)..1 PRAHA PRAHA 8..1 PRAHA, SIGMA-ALDRICH 1

15 PODĚKOV KOVÁNÍ Závěr Ministerstvo školství,, mláde deže e a tělovýchovy (výzkumný projekt MSM 6171) Ministerstvo školství, mláde deže e a tělovýchovyt (specifický výzkum FCH S 11-3 )..1 PRAHA 8..1 PRAHA PRAHA, SIGMA-ALDRICH 1