New methods of sampling and samples preconcentration of hydrophobic compounds in aquatic ecosystems

Tatsiana Rusina, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Rovnovážné pasivní vzorkování se v poslední době stalo mocným nástrojem pro odhad rizikového potenciálu spojeného s hydrofobními organickými polutanty v prostředí. Ten je reprezentován volně rozpuštěnými koncentracemi těchto látek ve vodní fázi. Volně rozpuštěné koncentrace jsou pro studium osudu hydrofobních organických polutantu a analýzu jejich rizik relevantnější než celkové koncentrace. Výzkumná činnost, jejíž výsledky jsou shrnuty v předkládané dizertační práci, byla detailně zaměřená na některé aspekty výběru a aplikace pasivních vzorkovačů. V úvodu práce jsou diskutovány základní principy a současný stav poznání v oblasti pasivního vzorkování vod. Vedle dvoufázových vzorkovačů typu semipermeabilních membránových zařízení (SPMDs) jsou v poslední době pro vzorkování hydrofobních kontaminantu stále populárnější i jednofázové vzorkovače. V první části práce byly studovány vlastnosti polymeru, které jsou rozhodující pro procesy příjmu polutantu a tedy i jejich aplikaci v oblasti pasivního vzorkování. Na základe objektivních a měřitelných kritérií byla jako jednofázový vzorkovač pro další experimenty vybrána silikonová guma. Druhá část disertační práce řeší problém vztahu mezi hydrofobicitou chemických látek a rychlosti jejich příjmu silikonovým materiálem. Byl aplikován zcela nový přístup ke kalibraci pasivních vzorkovačů v kontrolovaných laboratorních podmínkách. Celá práce je zakončena podrobným návodem na aplikaci pasivních vzorkovačů na bázi silikonové gumy ve vodném prostředí a celkovým zhodnocením a shrnutím současných perspektiv.

Abstract:

Equilibrium passive sampling has become a powerful tool in sensing pollution level of hydrophobic organic compounds (HOCs) in the environment represented as their freely dissolved concentrations in the water phase. Regarding fate and risk assessment of HOCs, their dissolved water concentrations are more relevant than the total concentrations. The research work fulfilled in this thesis intended consideration of more detailed aspects regarding selection and application of passive samplers. In Introduction, the basic principles and the state-of-the art in passive water sampling are summarized. Next to the bi-phasic semi permeable membrane devices (SPMDs), single-phase passive samplers are becoming more popular for the sampling of hydrophobic contaminants. In the first part of the presented thesis, the properties of polymers that are important for the uptake processes and thus, for the application in passive sampling, were studied. Based on the objective and measurable criteria, a silicone rubber single-phase polymer was selected for the further experiments. The second part of the thesis resolves the relation of the sampling rate with compound hydrophobicity for silicon rubber passive samplers. New approach to calibration of the sampler in controlled laboratory conditions was successfully applied. The thesis was finalized with the guidelines for application of the silicone rubber based passive sampler in water including the final conclusions and perspectives.

Keywords

passive sampling, hydrophobic organic compounds (POPs), calibration, diffusion coefficient

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2009

Thesis defence

• Date of defence: 22. 4. 2009
• Supervisor: prof. RNDr. Jana Klánová, Ph.D.
• Reader: prof. Ing. Josef Čáslavský, CSc., Dr. Ian M Davies, Ing. Branislav Vrána, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry (4-years) / Environmental Chemistry