Karakterisering og anvendelse av passive prøvetakere for overvåking av plantevernmidler i vann
Summary
A protocol about the characterization and application of five different passive sampling devices is presented.
Abstract
Fem forskjellige vann passive prøvetakere ble kalibrert under laboratorieforhold for måling av 124 arv og nåværende brukte plantevernmidler. Denne studien gir en protokoll for den passive sampler forberedelser, kalibrering, utvinning metoden og instrumentell analyse. Samplingsfrekvens (R S) og passive sampler-vann partisjon koeffisientene (K PW) ble beregnet for silikongummi, polar organiske kjemiske integrerende sampler POCIS-A, POCIS-B, SDB-RPS og C 18 disk. Opptaket av de utvalgte forbindelser avhengig av deres fysikalsk-kjemiske egenskaper, dvs. silikongummi viste en bedre opptak for flere hydrofobe forbindelser (log oktanol-vann-fordelingskoeffisienten (K OW)> 5,3), mens POCIS-A, POCIS-B og SDB- RPS disk var mer egnet for hydrofile forbindelser (log K OW <0,70).
Introduction
Plantevernmidler kontinuerlig introduseres for vannmiljøet og kan utgjøre en risiko for vannlevende organismer 1. Overvåking av plantevernmidler i vandige miljø er vanligvis utføres ved hjelp fange prøvetaking, men dette prøvetaking teknikken ikke fullt rede for timelige variasjoner i konsentrasjoner som følge av endringer i strømnings eller episodisk innganger (for eksempel nedbør, kombinert kloakk renner over, kloakk lagune utslipp) 2 , 3. Dermed overvåkingsmetoder må forbedres for en bedre estimering av miljørisiko knyttet til plantevernmidler. Passiv prøvetaking tillater kontinuerlig overvåking over en lengre periode med minimal infrastruktur og lave forurensningskonsentrasjoner 4,5.
Passive prøvetakere har vist seg å være et verdifullt verktøy for overvåking i grunnvann 6, ferskvann 7-10, avløpsvann 11 og marine farvann 12. Foruten overvåkingsformål <sup> 13,14, har passive prøvetakere også blitt brukt for ikke-target analyse 15, toksikologi testing 16,17, og som et alternativ til Sediment- og overvåking av biologisk miljø 18. Passive prøvetakere akkumulere kjemikalier kontinuerlig fra vann og gi tidsvektet gjennomsnitt (TWA) konsentrasjoner 14. Opptaket av forurensningen er avhengig av samplingsfrekvensen (R S) og passive sampler-vann-fordelingskoeffisienten (K PW), som avhenger av den passive sampler utforming, sampler materiale, fysisk-kjemiske egenskaper av forurensningen, og miljøforhold (for eksempel vann turbulens, temperatur) 13,14,19,20.
Den detaljerte video tar sikte på å vise hvordan å kalibrere og bruke passive prøvetakere for plantevernmidler i vann. De spesifikke målene inngår i) å utføre forberedelse, utvinning og instrumentell analyse for 124 individuelle plantevernmidler ved hjelp av fem ulike typer passiv samplers, inkludert silikongummi, polar organiske kjemiske integrerende sampler (POCIS) -A, POCIS-B, SDB-RPS og C 18 disk, ii) å vurdere R S og K PW for plantevernmidler i et laboratorium opptak studie, og iii) å demonstrere hvordan du velger riktig passive sampler av den ønskede forbindelsen av interesse og hvordan du beregner TWA konsentrasjoner for de respektive passive sampler.
Referansestandarder og passive sampler enheter
Target forbindelser inkludert 124 arv og i dag brukes plantevernmidler inkludert ugressmidler, insektmidler og soppmidler (tabell 1). Intern standard blanding (IS blanding) inkludert fenoprop (2,4,5-TP), clothianidin-D 3, ethion og terbuthylazine-D-5. Andre brukte kjemikalier inkludert metanol (MeOH), acetonitril (ACN), aceton (ACE), diklormetan (DCM), cykloheksan (CH), etylacetat (EA), petroleum ethennes (PE), 2-propanol, 25% ammoniakkoppløsning, eddiksyre (HAc) og maursyre (FA). Fem forskjellige passive prøvetakere ble preget, inkludert silikongummi, POCIS-A og POCIS-B, SDB-RPS, og C 18 disk 1,21.
Tabell 1. Passiv sampler samplingsfrekvens (R 'S, L dag -1), sampler-vann fordelingskoeffisienter (K' PW, l kg -1), og ligningene (ekv.) Som brukes for beregning av konsentrasjoner i feltprøver til individuell plantevernmidler a. (Gjengitt fra Journal of Chromatography A, 1405, Lutz Ahrens, Atlasi Daneshvar, Anna E. Lau, Jenny Kreuger, Karakterisering av fem passive prøvetakere for overvåking av plantevernmidler i vann, 1-11, Copyright (2015), med tillatelse fra Elsevier .) 22 klikk her for å laste ned denne filen.
Protocol
Representative Results
Discussion
For kvalitetskontroll, som standard prosedyre, laboratorie blanks, deteksjonsgrenser (LOD), inngang, og repeterbarhet ble undersøkt 23. Noen plantevernmidler ble påvist i de blanke prøvene ved lave konsentrasjonsnivåer. Lods ble satt som verdien av det laveste punkt på kalibreringskurve som oppfyller kriteriene for et signal til støyforhold på 3. De gjennomsnittlige lods var 8,0 pg absolutt injisert på kolonnen for silikongummi, 1,7 pg absolutt for POCIS-A, 1,6 pg absolutte for POCIS-B, 3,0 pg absolut…
Declarações
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 |
Referências
- 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).
- Kreuger, J. Pesticides in stream water within an agricultural catchment in southern Sweden, 1990-1996. Sci. Total Environ. 216 (3), 227-251 (1998).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Vrana, B., et al. Passive sampling techniques for monitoring pollutants in water. TrAC – Trend. Anal. Chem. 24 (10), 845-868 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Royston, P. Approximating the Shapiro-Wilk W-test for non-normality. Stat. Comput. 2 (3), 117-119 (1992).
- Gauthier, T. D. Detecting trends using Spearman’s rank correlation coefficient. Environ. Forensics. 2 (4), 359-362 (2001).
- 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).
- . Water Quality – Sampling – Part 23: Guidance on Passive Sampling in Surface Waters. ISO 5667-23:2011. , (2011).
- 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).
