Hodnocení expozice vodních organismů z různých trofických úrovní persistentním organickým látkám pomocí rovnovážného pasivního vzorkování

Bc. Pavla Fialová

Master's thesis

Exposure assessment of aquatic biota from different trophic levels to organic pollutants using equilibrium passive sampling

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývala stanovením úrovně kontaminace persistentních organických polutantů (POPs) v rybách z různých trofických úrovní a ve vodním prostředí, kde vzorkované ryby žily. Byly vybrány dvě lokality se zcela odlišnou úrovní kontaminace POPs, tj. řeka Laborec na Slovensku a řeka Bečva v České republice. Metoda rovnovážného pasivního vzorkování (EPS) byla použita k určení úrovně kontaminace POPs v povrchové vodě a v nedravých a dravých rybách chycených na zkoumaných lokalitách. Pro EPS v rybí svalové tkáni nebo homogenátu z jater byly pro dynamickou expozici použity pasivní vzorkovače tvořené z tenkých filmů polydymethylsiloxanu (PDMS). Pro sledování úrovně POPs ve vodě byly použity vzorkovače na bázi silikonové gumy, které byly aplikovány na několika místech v rámci studované lokality. Uvolnění referenční látek (PRCs), kterými byly pasivní vzorkovače před expozicí obohaceny, bylo použito pro potvrzení dosažení rovnovážného stavu. Pokud byla část PRCs, která zůstala ve vzorkovači menší než 5 %, bylo dosaženo rovnováhy. Rovnovážné koncentrace POPs ve vzorkovači byly převedeny na koncentraci na bázi lipidů za použití rozdělovacích koeficientů mezi polymerem a lipidy. Celková koncentrace POPs stanovená v rybí svalové tkáni a játrech pomocí konvenční extrakce rozpouštědlem byla srovnána s koncentrací na bázi lipidů získanou rovnovážným pasivním vzorkováním. V této diplomové práci bylo zjištěno, že koncentrace POPs v rybách se zvyšují s rostoucí trofickou úrovní (TL) a hydrofobicitou sloučenin. Byl pozorován biomagnifikační efekt, který činil zvýšení koncentrací s faktorem 3–7 pro ryby z trofické úrovně 2 na trofickou úroveň 3.3. Srovnání úrovně kontaminace POPs vyjádřené jako koncentrace na bázi lipidů v rybách a ve vodě ukázalo, že koncentrace v rybách nebyly v rovnováze s koncentracemi ve vodě. Pro zkoumané látky by rovnováha mohla být dosažena po extrapolaci na trofickou úroveň 4. Ve srovnání s konvenční extrakcí rozpouštědlem, EPS ve svalové tkání i v homogenátu z jater poskytlo velmi dobrou shodu výsledků.

Abstract:

This thesis aimed to determination of contamination level with persistent organic pollutants (POPs) in fish of different trophic level and in the water phase where the sampled fish lived in. Two sampling sites of very different POP contamination were selected for investigation, i.e. the Laborec river in Slovakia and the Bečva river in the Czech Republic. Equilibrium passive sampling (EPS) method was used to study the level of POP contamination in surface water and in non-predatory and predatory fish species caught in the area of investigation. For EPS in fish fillet or liver homogenate the thin film polydimethylsiloxane (PDMS) passive samplers were used in dynamic exposure. For monitoring of POPs level in water phase, silicone rubber-based passive samplers were deployed at several sampling sites of habitat water. Dissipation of performance reference compounds (PRCs) dosed to passive samplers prior to exposure was used to confirm the equilibrium status. The retained fraction of PRCs less than 5 % indicated equilibrium attainment. Equilibrium concentrations of POPs in the passive samplers were translated to lipid-based concentration using polymer-lipid partition coefficient. Total POP concentration in fish fillet and liver tissue was also determined using conventional solvent extraction method and compared with lipid‑based concentration obtained by EPS. In this thesis it was observed that concentration of POPs in fish species increased with increasing trophic level (TL) and compound hydrophobicity. This indicated biomagnification effect with a factor of 3–7 for fish of TL from 2 to 3.3. Comparison of POP contamination level using lipid-based concentration in fish and water phase showed that fish was not in equilibrium with habitat water. Equilibrium between fish and water could be reached after extrapolation to trophic level 4 for studied compounds. Compared to conventional solvent extraction, EPS in fish fillet tissue and liver homogenate provided well comparable results.

Keywords

Bioakumulace, Chemická aktivita, Chemický monitoring ryb, Organochlorované pesticidy, Persistentní organické polutanty, Polychlorované bifenyly, Polydimethylsiloxan, Rovnovážné pasivní vzorkování, Silikonová guma, Vodní rámcová směrnice, Bioaccumulation, Chemical activity, Chemical monitoring of fish, Equilibrium passive sampling, Organochlorine pesticides, Persistent organic pollutants, Polychlorinated biphenyls, Polydimethylsiloxane, Silicone rubber, Water Framework Directive

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 5. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 8. 6. 2018
• Supervisor: Ph.D. Tatsiana Rusina
• Reader: doc. RNDr. Jakub Hofman, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Environmental Chemistry