Vývoj nových technik pasivního vzorkování perzistentních organických polutantů ve vodním prostředí - kalibrační studie

Mgr. Roman Prokeš, Ph.D.

Advanced ('rigorózní') thesis

Development of new passive sampling devices for persistent organic pollutants in the aquatic environment - calibration study

Abstract:

Stanovení koncentrací perzistentních organický polutantů (POP) v životním prostředí je velmi důležité. Perzistentní organické polutanty jsou obtížně rozložitelné toxické látky s možností dálkového transportu, které se mohou akumulovat v tukových tkáních organismů. Metody pasivního vzorkování se používají k měření kontaminace vody, vzduchu a půdy. Tyto techniky stanoví průměrnou koncentraci volně rozpuštěných polutantů za danou vzorkovací dobu. Pasivní vzorkovače jsou oproti tradičním metodám vzorkování levnější, jejich obsluha a manipulace s nimi je jednodušší, nepotřebují elektrickou energii a mohou být vystaveny nepříznivým povětrnostním podmínkám. Difúze organických polutantů ze vzorkovaného média do vzorkovače je řízena rozdílem chemických potenciálů. Ke sledování kontaminace životního prostředí bylo již v minulosti úspěšně použito mnoho různých metod pasivního vzorkování. Nejznámější technika integrativního pasivního vzorkování je metoda semipermeabilních membrán (SPMD). Technika SPMD se skládá z polyethylenové (LDPE) membrány naplněné trioleinem, který je v ní rovnoměrně rozprostřen. Hlavní nevýhodou metody SPMD je složitější laboratorní zpracování vyžadující oddělení stanovovaných polutantů od sběrného média (triolein). V posledních letech je snahou předejít nevýhodám SPMD a přizpůsobit metody pasivního vzorkování tak, aby byly přístupné pro běžný monitoring. Pro vzorkování hydrofobních sloučenin může být použit jednofázový systém na bázi silikonové gumy (SR), která má podobnou afinitu jako SPMD. Hlavními výhodami tohoto pasivního vzorkovače oproti SPMD je jednoduchá konstrukce, nízká cena a možnost opětovného použití. Použití SPMD nebo SR vyžaduje stanovení absorpční rychlosti sledovaných polutantů pomocí kalibrační studie. Pro výpočet skutečné koncentrace vzorkované matrice z koncentrace nalezené ve vzorkovači je nutné stanovit vzorkovací rychlosti pro jednotlivé sloučeniny. V této kalibrační studii byly vypočteny rychlosti vzorkování šestnácti polycyklických aromatických uhlovodíků. Kalibrace byla provedena v průtokovém systému v laboratorně kontrolovaných podmínkách a byly porovnány vzorkovací rychlosti technik na bázi SPMD a SR.

Abstract:

Monitoring of persistent organic pollutants (POPs) is important for determination of the levels of organic contaminants in the environment. POPs are particulary relevant due to their persistence, long-range transport potential, high toxicity and tendency to bioaccumulate in living organisms. Passive sampling devices are widely used to assess exposure of organisms in water, air and soils. These techniques allow determination of the time-weighted average concentration of freely dissolved pollutant fraction over extended periods of time. Passive samplers are cheaper than conventional methods, their manipulation is simple, no power is needed and they can be used in the harsch conditions. Diffusion of organic pollutants from sampled media to the sampler is driven by a difference in the chemical potentials. A number of different passive sampling devices have been successfully used for environmental monitoring. The most widely used integrative passive technique is a semipermeable membrane device (SPMD). The SPMD consists of the low-density polyethylene tubing enclosing a thin film of triolein. The main disadvantage of this technique is quite complex sample preparation procedure requiring recovery of accumulated pollutants from the collecting phase (triolein). In the last few years several attempts have been made to develop passive sampling devices avoiding the main drawbacks of SPMDs and to make passive sampling more attractive for routine monitoring. Single-phase passive samplers as silicone rubber (SR) have been used as an alternative with similar affinity for hydrophobic compounds. The main advantages of passive samplers based on silicone rubber are the simple construction, low cost and possibility for re-using. SPMD or SR should be calibrated prior to their environmental application to determine their uptake rates for pollutants of interest. Estimation of the sampling rate values (Rs) for all pollutants is necessary for calculation of their real concentrations in sampled matrices. Rs values of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were determined in this calibration study using water flow system in the laboratory controlled conditions and Rs values of SPMD and SR samplers were compared.

Keywords

pasivní vzorkování, kalibrační studie, semipermeabilní membrána, silikonová guma, polycyklické aromatické uhlovodíky

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 11. 2008

Thesis defence

• Date of defence: 17. 12. 2008
• Reader: doc. Ing. Josef Čáslavský, CSc., RNDr. Jakub Hofman, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Chemistry / Environmental Chemistry