Výskyt a interakce jodu v přírodním prostředí se zaměřením na hydrosféru.

Mgr. Martin ŠEDA

Doctoral thesis

The occurrence and interactions of iodine in a natural environment, focused on the hydrosphere.

Abstract:

Jód je významný, pro vyšší živočichy esenciální prvek. Velká část světové populace trpí nedostatkem jódu; objasnění přenosu a mobility tohoto elementu v životním prostředí, ve vodách, v půdě, ve vzduchu i v organismech, je proto velice důležité. Cílem práce bylo zejména vypracování a optimalizace metody stanovení velmi nízkých koncentrací jódu ve vodách technikou hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS). Bylo prokázáno, že vliv typu filtru během úpravy vzorku nemá statisticky významný vliv na zvýšení obsahu nečistot v analytu. Jako interní standard byl doporučen antimon oproti běžně užívaným prvkům (tellur nebo indium). Vzorky nebyly konzervovány, kyselina dusičná způsobovala vytěkání části jódu ze vzorku, přídavek vodného roztoku amoniaku neměl statisticky průkazný vliv. Metodika stanovení byla ověřena na několika souborech vzorků vod, a to jak srážkových, tak povrchových a lyzimetrických. U povrchových vod byla v období podzimu 2009 až léta 2010 sledována část řeky Blanice (oblast jihočeské části Šumavy) včetně hlavních přítoků. Průměrný obsah jódu v odebraných vzorcích z řeky Blanice se pohyboval v rozmezí 1,48 ? 0,30 ?g?dm-3 (duben 2010) a 3,05 ? 0,38 ?g?dm-3 (červenec 2010). Průměrný obsah jódu v odebraných vzorcích ze všech přítoků řeky Blanice se pohyboval v rozmezí 2,52 ? 1,63 ?g?dm-3 (březen 2010) a 3,67 ? 1,37 ?g?dm-3 (červenec 2010). Koncentrace jódu ve sledovaných povrchových vodách se v průběhu toků nijak významně neměnila. Další dva sledované potoky se nacházely v okolí Rapotína (oblast Jeseníků). Průměrné hodnoty obsahu jódu na odběrných místech byly následující: Annov (horní část) 1,60 ? 0,65 ?g?dm-3, Annov (dolní část) 1,88 ? 1,18 ?g?dm-3, Salaš (horní část) 1,77 ? 0,92 ?g?dm-3, Salaš (dolní část) 1,42 ? 0,58 ?g?dm-3. Obecně vzato data naznačují, že oblast Šumavy je na jód mírně bohatší než Jeseníky. Srážkové vody odebírané v jižních Čechách (Arnoštov na Šumavě a České Budějovice) i v Jeseníkách (Rapotín) obsahovaly jódu méně, jen výjimečně překračovaly 3 mikrogramy na litr vody. Situace byla odlišná na jaře roku 2010 během výskytu sopečného prachu a popela nad Českou republikou. Ten pocházel z náhlé aktivity islandské sopky Eyjafjallajökull. V tomto období byly koncentrace několikanásobně zvýšené na všech sběrných stanovištích, což nepřímo dokazuje, že se jód během sopečných erupcí může uvolňovat a přenášet atmosférou na velké vzdálenosti. Ukázalo se, že čistírny odpadních vod (ČOV) jód v odpadních vodách eliminují jen částečně, avšak ČOV ve sledovaném regionu byly příliš malé na to, aby mohl být zhodnocen celkový dopad na životní prostředí. Maximální hodnota obsahu jódu na výpusti ČOV Prachatice byla 28,5 ?g?dm-3, což je několikanásobně více, než činí přirozené hodnoty v Živném potoce, kam odtok ústí. U velkých čistíren by byl výzkum této problematiky mnohem zajímavější. Z vlastních lyzimetrů instalovaných na Šumavě v lokalitě Arnoštov byly odebrány vzorky lyzimetrických vod ze tří blízkých pozemků. Nejvyšší koncentrace jódu byly nalezeny na pozemku, kde je pasen dobytek. Tyto hodnoty byly statisticky významně vyšší (průměr 4,38 ? 1,74 ?g?dm-3) oproti hodnotám na pozemcích využívaných jako sečená louka (průměr 2,69 ? 1,19 ?g?dm-3) nebo nesečených, ponechaným ladem (průměr 2,25 ? 1,39 ?g?dm-3). Jód tedy pravděpodobně pocházel z moči a výkalů skotu. Tato práce přispívá k celkovým současným poznatkům o jódu, zejména k části týkající se stanovení jódu v oblasti hydrosféry.

Abstract:

Iodine is an important element essential for higher animals. A large part of the global human population suffers from a lack of iodine; elucidation of transfer and mobility of this element in the environment, water, soil, air and in organisms is thus very important. The aim of this work was the elaboration and optimisation of the method for determination of very low concentrations of iodine in the waters. The mass spectrometry with inductively coupled plasma (ICP-MS) technique was used. It has been shown that using of different filter types during sample preparation had no significant effect on the content of impurities in the filtered sample. Antimony was recommended as an internal standard, despite commonly used elements (indium or tellurium). Samples were not preserved because nitric acid caused volatilization of iodine from the sample and the addition of aqueous ammonia had no significant effect. The optimised method was tested on several groups of water samples, including precipitation, surface water and lysimetric waters. From autumn 2009 to summer 2010, a part of the Blanice River (Šumava Mountains, South Bohemia) was sampled. The average content of iodine in samples ranged from 1.48 ? 0.30 ?g?dm-3 (April 2010) to 3.05 ? 0.38 ?g?dm-3 (July 2010). The average content of iodine in samples from all tributaries of the Blanice River ranged between 2.52 ? 1.63 ?g?dm-3 (March 2010) and 3.67 ? 1.37 ?g?dm-3 (July 2010). The concentration of iodine in the monitored surface waters did not change significantly along the flow of the river. The other two streams were sampled near Rapotín village (Jeseníky Mountains, north Moravia). The average contents of iodine were as follow: Annov (upper stream) 1.60 ? 0.65 ?g?dm-3, Annov (lower stream) 1.88 ? 1.18 ?g?dm-3, Salaš (upper stream) 1.77 ? 0.92 ?g?dm-3, Salaš (lower stream) 1.42 ? 0.58 ?g?dm-3. Generally, the data showed that considering iodine, the area of Šumava had slightly higher levels than those observed in the Jeseníky Mountains. Precipitation collected in the South Bohemia (Arnoštov village and city of České Budějovice) and in Jeseníky (Rapotín) contained less iodine compared to surface waters, and rarely exceeded 3 micrograms per liter of water. The situation has changed in the spring of 2010, because of the occurrence of volcanic dust and ash over the Czech Republic. This volcanic cloud came from the sudden activity of the Eyjafjallajökull Volcano (Iceland). In the mentioned period, the contents of iodine in precipitation were increased several times at all sample collection sites. This is an indirect evidence that iodine could be released during volcanic eruptions and transferred over long distances through the atmosphere. It turned out that the wastewater treatment plant can eliminate iodine in wastewater only partially. However, the wastewater treatment plants in the monitored region were too small to evaluate the overall impact on the environment. The maximum iodine content at the outlet of the wastewater treatment plant Prachatice town (South Bohemia) was 28.5 ?g?dm-3, which is several times higher than natural levels in the Živný stream, to which the treated water flows. Lysimetric water samples were collected from lysimeters installed in three nearby plots in Arnoštov village (Šumava, South Bohemia). The highest concentrations of iodine were found on plot where cattle were grazed. These values were significantly higher (average 4.38 ? 1.74 ?g?dm-3) than those obtained from a site used as hay meadow (average 2.69 ? 1.19 ?g?dm-3) or an untreated meadow (average 2.25 ? 1.39 ?g?dm-3). Iodine therefore probably originated from the urine and feces of grazed cattle. This thesis contributes to the total knowledge of iodine, particularly to the part concerning determination of iodine in the hydrosphere.

Keywords

jód, jodidy, hydrosféra, ICP-MS, řeka Blanice, sopka Eyjafjallajökull, povrchové vody, odpadní vody, srážky.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 11. 2013

Accessible from:: 15. 11. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 28. 1. 2014

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Agriculture

Doctoral programme / field:
Chemie / Agricultural chemistry