Summary

Suda Pestisitlerin İzleme Karakterizasyonu ve Pasif Numune Uygulama

Published: August 03, 2016
doi:

Summary

A protocol about the characterization and application of five different passive sampling devices is presented.

Abstract

Beş farklı su pasif numune 124 mirası ölçümü ve mevcut kullanılan pestisitler için laboratuvar koşullarında kalibre edildi. Bu çalışma, pasif örnekleyici hazırlama, kalibrasyon, ekstraksiyon yöntemi ve enstrümantal analiz için bir protokol sağlar. Örnekleme oranları (R ve S) ve pasif örnekleyici-su bölünme katsayısı (K PW), silikon kauçuk, polar organik kimyasal birleştirici örnekleyici POCIS-A, POCIS-B, uykuda solunum bozukluğu-RPS ve C 18 disk için hesaplanmıştır. Seçilmiş bileşiklerin alımı fizikokimyasal özelliklerine bağlı, yani, silikon kauçuk POCIS-A ise POCIS-B ve SDB- (oktanol-su bölünme katsayısına (K OW)> 5.3 log) daha fazla hidrofobik bileşikler için, daha iyi bir alımının gösterdi RPS diski hidrofilik bileşiklerin (K ow <0.70 log) için daha uygun idi.

Introduction

Pestisitler sürekli su ortamında tanıtıldı ve Sucul organizmalar 1 için risk teşkil edebilir. Sulu bir ortamda pestisit izlenmesi tipik olarak akış ya da epizodik girdiler (örneğin, çökeltme, kombine kanalizasyon taşmaları, kanalizasyon lagün salım) 2 dalgalanmalar kapmak örnekleme, ancak bu örnekleme tekniği tamamen konsantrasyonlarda zamansal farklılıkları hesaba gelmez kullanılarak yapılır 3. Böylece, izleme yöntemleri pestisitler ile ilgili çevresel risklerin daha iyi bir tahmini için geliştirilmiş olması gerekir. Pasif örnekleme minimum altyapı ve düşük kirletici konsantrasyonları 4,5 ile uzun bir süre boyunca sürekli olarak izlenmesine olanak verir.

Pasif numune yeraltı 6 izleme, tatlı su 7-10, atıksu 11 ve deniz suları 12 için değerli bir araç olduğu gösterilmiştir. izleme amacıyla yanında <sup> 13,14, pasif numune de hedef olmayan analizi 15, toksikoloji testleri 16,17 kullanılmaktadır, ve bir alternatif olarak sediment- ve 18 biyoizleme için. Pasif numune sudan sürekli kimyasallar birikir ve ağırlıklı ortalama (TWA) 14 konsantrasyonlar zamanı sağlar. Kirletici alımı pasif örnekleyici tasarım, örnekleyici malzeme, kirletici fizikokimyasal özellikleri ve çevresel koşullara (örneğin, su bağlıdır örnekleme hızı (R ve S) ve pasif örnekleyici-su dağılım katsayısı (K PW) bağlıdır türbülans, sıcaklık) 13,14,19,20.

ayrıntılı video kalibre ve su pestisitlerin pasif numune nasıl uygulanacağına göstermeyi amaçlıyor. Özel hedefler i) pasif sampl beş farklı türleri kullanarak 124 farklı böcek ilacı için hazırlık, çıkarma ve enstrümantal analiz gerçekleştirmek için dahilsilikon kauçuk içeren, ERS polar organik kimyasal birleştirici örnekleyici (POCIS) -A, POCIS-B, uykuda solunum bozukluğu-RPS ve C 18 diski, ii) Bir laboratuar alımının etüd pestisit R, S ve K, PW değerlendirmek ve iii) ilgi ve nasıl kendi pasif örnekleyici için TWA konsantrasyonlarının hesaplamak için hedef bileşiğin uygun pasif örnekleyici seçmek için nasıl göstermek için.

Referans standartları ve pasif örnekleyici cihazları

Hedef bileşikler, 124 mirası ve herbisit, insektisit ve fungisit (Tablo 1) de dahil olmak üzere şu anda kullanılan böcek ilaçları dahildir. Iç standart karışım (karışım IS) fenoprop (2,4,5-TP), klotiyanidin-D 3, etion ve terbutilazin-D 5 dahil. Diğer kullanılan kimyasallar metanol (MeOH), asetonitril (ACN), aseton (ACE), diklorometan (DCM), sikloheksan (CH), etil asetat (EA) dahil, petrol veOnunla (PE), 2-propanol,% 25 amonyak çözeltisi, asetik asit (HAc) ve formik asit (FA). Beş farklı pasif örnekleme cihazlar, silikon kauçuk, POCIS-A ve POCIS-B, SDB-RPS ve C18 diski 1,21 da dahil olmak üzere karakterize edilmiştir.

Tablo 1. Pasif örnekleyici örnekleme hızı (R 'S, L gün -1), örnekleyici-su dağılım katsayıları (K' PW, L kg-1) ve denklemler (Denklem.) Bireysel saha örneklerinde konsantrasyonlarının hesaplanması için kullanılan pestisitler a. (Elsevier izni ile, su, 1-11, Telif Hakkı (2015) pestisit izlenmesi için Kromatografi A Journal, 1405, Lutz Ahrens, Atlasi Daneshvar, Anna E. Lau, Jenny Kreuger, beş pasif örnekleme cihazlarının Karakterizasyonu yayımlanmaktadır .) 22 Bu dosyayı indirmek için tıklayınız.

Protocol

1. Pasif Sampler Tasarım ve Hazırlama Silikon kauçuk levhalar (3.2 mm x 10 mm paslanmaz çelik kesici kullanılarak ve bir paslanmaz çelik kör perçin kullanarak bağlayın x 600 mm 2.5 mm ve 2.5 mm x 314 mm şeritler halinde silikon kauçuk levha kesti (600 mm x 600 mm, 0,5 mm kalınlığında) ) x 914 mm 2,5 mm (yüzey alanı = 457 cm2, emici kütle = 15.6 g, hacmi, toplam numune şerit boyutunu elde etmek için bir perçin tabancası = ile 22.9 cm3). </l…

Representative Results

Beş farklı pasif örnekleyici teknikleri 124 mirasının alımı ve silikon kauçuk (Şekil 1) ve POCIS A, POCIS B, SDB-RPS ve C 18 diskte (Şekil 2) dahil olmak üzere mevcut kullanılan pestisitlerin için karşılaştırıldı. ekstraksiyon yöntemi ve enstrümantal analiz performansı optimize edildi. Laboratuar alım deneylerinin sonuçları PW değerleri farklı böcek ilacı (Şekil 3) için alım …

Discussion

Kalite kontrolü için, standart prosedür, laboratuvar boşlukları olarak, algılama (LOD), kurtarma ve tekrarlanabilirlik sınırları 23 incelenmiştir. Birkaç böcek ilaçları, düşük konsantrasyon seviyelerinde boş örneklerde tespit edildi. LODs ortalama LODs silikon kauçuk, POCIS-A için 1.7 pg mutlak 1.6 sütun üzerine enjekte 8.0 pg mutlak 3. Bu gürültü oranına bir sinyal kriterlerini karşılayan kalibrasyon eğrisine en alçak noktası değeri olarak belirlendi pg POCIS-B, SDB-RPS disk …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The Swedish EPA (Naturvårdsverket) (agreement 2208-13-001) and Centre for Chemical Pesticides (CKB) are gratefully acknowledged for funding this project. We thank Märit Peterson, Henrik Jernstedt, Emma Gurnell and Elin Paulsson at the OMK-lab, SLU, for skillful assistance with analytical support and supply of pesticide standards.

Materials

Methanol Merck Millipore 1.06035.2500
Acetonitrile Merck Millipore 1.00029.2500 
Acetone Merck Millipore 1.00012.2500
2-propanol Merck Millipore 1.00272.2500
Dichloromethane Merck Millipore 1.06054.2500
Ammoniak Merck Millipore 1.05428.1000 Purity 25%
Formic acid Sigma-Aldrich 94318-50ML-F Purity ~98%
Ethyl acetate  Sigma-Aldrich 31063-2.5L for pesticide residue analysis
Petroleum ether  Sigma-Aldrich 34491-4X2.5L for pesticide residue analysis
Acetic acid  Sigma-Aldrich 320099-500ML Purity ≥99.7%
Cyclohexane  Fisher Chemicals C/8933/17 for residue analysis
Empty polypropylene SPE Tube with PE frits, 20 μm porosity, volume 6 mL Supelco 57026
Empore SPE Disks, C18, diam. 47 mm Supelco 66883-U Passive sampler
Empore SPE Disks, SDB-RPS (Reversed-Phase Sulfonate), diam. 47 mm Supelco 66886-U  Passive sampler
POCIS-A  EST POCIS-HLB Passive sampler
POCIS-B EST POCIS-Pesticide  Passive sampler
Polyethersulfone (PES) membranes EST PES
Silicone rubber sheet Altec 03-65-4516 Passive sampler
Agilent 5975C Agilent Technologies 5975C GC-MS
HP-5MS UI J&W Scientific HP-5MS Analytical column for GC-MS
Agilent 6460 Agilent Technologies 6460 HPLC-MS/MS
Strata C18–E, 20 x 2 mm id and 20–25 μm particle size Phenomenex Strata C18–E Online SPE column for LC-MS/MS
Strata X, 20 x 2 mm id and 20–25 μm particle size Phenomenex Strata X Online SPE column for LC-MS/MS
Zorbax Eclipse Plus C18 Agilent Technologies Zorbax Eclipse Plus C18 Analytical column for LC-MS/MS
Isolute phase separator, 25 mL Biotage 120-1907-E
Stainless steel blind rivet, 3.2×10 mm Ejot & Avdel 951222

References

  1. Rodney, S. I., Teed, R. S., Moore, D. R. J. Estimating the toxicity of pesticide mixtures to aquatic organisms: A review. Hum. Ecol. Risk Assess. 19 (6), 1557-1575 (2013).
  2. Kreuger, J. Pesticides in stream water within an agricultural catchment in southern Sweden, 1990-1996. Sci. Total Environ. 216 (3), 227-251 (1998).
  3. Carlson, J. C., Challis, J. K., Hanson, M. L., Wong, C. S. Stability of pharmaceuticals and other polar organic compounds stored on polar organic chemical integrative samplers and solid-phase extraction cartridges. Environ. Toxicol. Chem. 32 (2), 337-344 (2013).
  4. Alvarez, D. A., et al. Development of a passive, in situ, integrative sampler for hydrophilic organic contaminants in aquatic environments. Environ. Toxicol. Chem. 23 (7), 1640-1648 (2004).
  5. Vrana, B., et al. Passive sampling: An effective method for monitoring seasonal and spatial variability of dissolved hydrophobic organic contaminants and metals in the Danube river. Environ. Pollut. 184, 101-112 (2014).
  6. Dougherty, J. A., Swarzenski, P. W., Dinicola, R. S., Reinhard, M. Occurrence of herbicides and pharmaceutical and personal care products in surface water and groundwater around Liberty Bay, Puget Sound, Washington. J. Environ. Qual. 39 (4), 1173-1180 (2010).
  7. Muñoz, I., Martìnez Bueno, M. J., Agüera, A., Fernández-Alba, A. R. Environmental and human health risk assessment of organic micro-pollutants occurring in a Spanish marine fish farm. Environ. Pollut. 158 (5), 1809-1816 (2010).
  8. Wille, K., et al. Rapid quantification of pharmaceuticals and pesticides in passive samplers using ultra high performance liquid chromatography coupled to high resolution mass spectrometry. J. Chromatogr. A. 1218 (51), 9162-9173 (2011).
  9. Poulier, G., et al. Estimates of pesticide concentrations and fluxes in two rivers of an extensive French multi-agricultural watershed: application of the passive sampling strategy. Environ. Sci. Pollut. Res. 22 (11), 8044-8057 (2015).
  10. Moschet, C., Vermeirssen, E. L. M., Singer, H., Stamm, C., Hollender, J. Evaluation of in-situ calibration of chemcatcher passive samplers for 322 micropollutants in agricultural and urban affected rivers. Water Res. 71, 306-317 (2015).
  11. Petty, J. D., et al. An approach for assessment of water quality using semipermeable membrane devices (SPMDs) and bioindicator tests. Chemosphere. 41 (3), 311-321 (2000).
  12. Metcalfe, C. D., et al. Contaminants in the coastal karst aquifer system along the Caribbean coast of the Yucatan Peninsula, Mexico. Environ. Pollut. 159 (4), 991-997 (2011).
  13. Allan, I. J., et al. Field performance of seven passive sampling devices for monitoring of hydrophobic substances. Environ. Sci. Technol. 43 (14), 5383-5390 (2009).
  14. Vrana, B., et al. Passive sampling techniques for monitoring pollutants in water. TrAC – Trend. Anal. Chem. 24 (10), 845-868 (2005).
  15. Allan, I. J., Harman, C., Ranneklev, S. B., Thomas, K. V., Grung, M. Passive sampling for target and nontarget analyses of moderately polar and nonpolar substances in water. Environ. Toxicol. Chem. 32 (8), 1718-1726 (2013).
  16. Escher, B. I., et al. Evaluation of contaminant removal of reverse osmosis and advanced oxidation in full-scale operation by combining passive sampling with chemical analysis and bioanalytical tools. Environ. Sci. Technol. 45, 5387-5394 (2011).
  17. Pesce, S., Morin, S., Lissalde, S., Montuelle, B., Mazzella, N. Combining polar organic chemical integrative samplers (POCIS) with toxicity testing to evaluate pesticide mixture effects on natural phototrophic biofilms. Environ. Pollut. 159 (3), 735-741 (2011).
  18. Booij, K., Smedes, F., Van Weerlee, E. M., Honkoop, P. J. C. Environmental monitoring of hydrophobic organic contaminants: The case of mussels versus semipermeable membrane devices. Environ. Sci. Technol. 40 (12), 3893-3900 (2006).
  19. Harman, C., Allan, I. J., Vermeirssen, E. L. M. Calibration and use of the polar organic chemical integrative sampler-a critical review. Environ. Toxicol. Chem. 31 (12), 2724-2738 (2012).
  20. Jonker, M. T. O., Der Heijden, S. A. V. a. n., Kotte, M., Smedes, F. Quantifying the effects of temperature and salinity on partitioning of hydrophobic organic chemicals to silicone rubber passive samplers. Environ. Sci. Technol. 49 (11), 6791-6799 (2015).
  21. Jansson, C., Kreuger, J. Multiresidue analysis of 95 pesticides at low nanogram/liter levels in surface waters using online preconcentration and high performance liquid chromatography/tandem mass spectrometry. J. AOAC Int. 93 (6), 1732-1747 (2010).
  22. Ahrens, L., Daneshvar, A., Lau, A. E., Kreuger, J. Characterization of five passive sampling devices for monitoring of pesticides in water. J. Chromatogr. A. 1405, 1-11 (2015).
  23. Royston, P. Approximating the Shapiro-Wilk W-test for non-normality. Stat. Comput. 2 (3), 117-119 (1992).
  24. Gauthier, T. D. Detecting trends using Spearman’s rank correlation coefficient. Environ. Forensics. 2 (4), 359-362 (2001).
  25. Morin, N., Miège, C., Coquery, M., Randon, J. Chemical calibration, performance, validation and applications of the polar organic chemical integrative sampler (POCIS) in aquatic environments. TrAC – Trend. Anal. Chem. 36, 144-175 (2012).
  26. . Water Quality – Sampling – Part 23: Guidance on Passive Sampling in Surface Waters. ISO 5667-23:2011. , (2011).
  27. Morin, N., Camilleri, J., Cren-Olivé, C., Coquery, M., Miège, C. Determination of uptake kinetics and sampling rates for 56 organic micropollutants using “pharmaceutical” POCIS. Talanta. 109, 61-73 (2013).

Play Video

Cite This Article
Ahrens, L., Daneshvar, A., Lau, A. E., Kreuger, J. Characterization and Application of Passive Samplers for Monitoring of Pesticides in Water. J. Vis. Exp. (114), e54053, doi:10.3791/54053 (2016).

View Video