توصيف وتطبيق العينات سلبية لمراقبة المبيدات في المياه
Summary
A protocol about the characterization and application of five different passive sampling devices is presented.
Abstract
تم معايرة خمسة مختلف العينات سلبية الماء تحت ظروف المختبر لقياس 124 إرث والمبيدات المستخدمة حاليا. وتقدم هذه الدراسة على بروتوكول لإعداد العينات السالبة والمعايرة وطريقة استخراج والتحليل الآلي. تم حساب معدلات أخذ العينات (R S) والسلبي معاملات لفصل الماء عن العينات (K PW) للمطاط السيليكون، القطبي العضوية تكاملية الكيميائية العينات POCIS-A، POCIS-B، SDB-RPS وC 18 قرص. امتصاص المركبات اختيار يعتمد على خصائصها الفيزيائية، أي أظهر مطاط السيليكون لامتصاص أفضل للمركبات أكثر مسعور (سجل لفصل الماء عن الأوكتانول معامل (K OW)> 5.3)، في حين POCIS-A، POCIS-B وSDB- كان القرص RPS أكثر ملاءمة للمركبات المائية (تسجيل K OW <0.70).
Introduction
يتم إدخال المبيدات بشكل مستمر إلى البيئة المائية وقد تشكل خطرا على الكائنات الحية المائية 1. وعادة ما يتم تنفيذ مراقبة المبيدات في البيئة المائية باستخدام أخذ العينات انتزاع، ومع ذلك، فإن هذا الأسلوب أخذ العينات لا يأخذ في الحسبان تماما عن التغيرات الزمنية في تركيزات بسبب التقلبات في تدفق أو العرضية المدخلات (على سبيل المثال، وهطول الأمطار، جنبا إلى جنب تجاوزات الصرف الصحي، والإفراج عن بحيرة الصرف الصحي) 2 3. وبالتالي، لا بد من تحسين لتقدير أفضل للمخاطر البيئية المرتبطة المبيدات طرق الرصد. تتيح أخذ العينات سلبية المراقبة المستمرة على مدى فترة طويلة من الزمن مع الحد الأدنى من البنية التحتية وتركيزات الملوثات منخفضة 4،5.
وقد تبين أن العينات سلبية ليكون أداة قيمة لرصد المياه الجوفية في 6، والمياه العذبة 7-10 ومياه الصرف الصحي 11 و المياه البحرية 12. إلى جانب أغراض الرصد <suص> 13،14، كما تم استخدام العينات سلبية للتحليل غير المستهدفة 15، وعلم السموم اختبار 16،17، وكبديل لsediment- والرصد البيولوجي 18. العينات سلبية تتراكم المواد الكيميائية بشكل مستمر من المياه وتوفر الوقت المتوسط المرجح (TWA) تركيزات 14. امتصاص الملوثات يعتمد على معدل أخذ العينات (R S) والسلبي معامل فصل الماء عن العينات (K PW)، والذي يعتمد على تصميم السلبي العينات، المواد العينات، والخصائص الفيزيائية والكيميائية للملوثات، والظروف البيئية (على سبيل المثال، الماء الاضطراب، ودرجة الحرارة) 13،14،19،20.
يهدف فيديو مفصل لإظهار كيفية معايرة وتطبيق العينات السلبية للمبيدات في المياه. وتضمنت الأهداف المحددة ط) لإجراء إعداد والاستخراج والتحليل الآلي ل124 المبيدات الفردية باستخدام خمسة أنواع مختلفة من sampl الدراسي السلبيالمتطلبات البيئية، بما في ذلك المطاط سيليكون، القطبية العضوية تكاملية الكيميائية العينات (POCIS) -A، POCIS-B، SDB-RPS وC 18 القرص، والثاني) لتقييم R S و K PW للمبيدات في دراسة امتصاص المختبر، والثالث) لشرح كيفية اختيار العينات السالبة المناسبة للمجمع الهدف من الفائدة وكيفية حساب تركيزات TWA للالعينات السالبة منها.
المعايير المرجعية والأجهزة العينات السالبة
وتشمل المركبات المستهدفة 124 إرث والمبيدات المستخدمة حاليا بما في ذلك مبيدات الأعشاب والمبيدات الحشرية ومبيدات الفطريات (الجدول 1). وشمل خليط القياسي الداخلي (هو خليط) fenoprop (2،4،5-TP)، كلوثياندين-D 3، ethion وterbuthylazine-D 5. وتشمل المواد الكيميائية المستخدمة أخرى الميثانول (MeOH)، الأسيتونتريل (إيه سي)، والأسيتون (ACE)، ثنائي كلورو ميثان (DCM)، الهكسان الحلقي (CH)، خلات الإيثيل (EA)، وآخرون البتروللها (PE)، 2-بروبانول، 25٪ محلول الأمونيا وحامض الخليك (HAC) وحمض الفورميك (FA). واتسمت خمسة أجهزة أخذ العينات السلبية المختلفة، بما في ذلك المطاط سيليكون، POCIS-A وPOCIS-B، SDB-RPS، وC 18 القرص 1،21.
الجدول 1. معدل أخذ العينات العينات سلبية (R 'S، L يوم -1)، معامل لفصل الماء عن العينات (K' PW، L كجم -1) والمعادلات (المعادلة) المستخدمة لحساب التركيزات في العينات الميدانية للفرد المبيدات أ. (نقلا عن مجلة اللوني A، 1405، لوتز اهرنز Atlasi دانشور، آنا E. لاو، جيني Kreuger، توصيف خمسة أجهزة أخذ العينات السلبية لرصد المبيدات في الماء، 1-11، حقوق الطبع والنشر (2015)، بإذن من السيفير .) 22 يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.
Protocol
Representative Results
Discussion
لمراقبة الجودة، وإجراءات موحدة، والفراغات المختبر، تم فحص حدود الكشف (اللد)، المبالغ المستردة، والتكرار 23. تم الكشف عن عدد قليل من المبيدات في عينات فارغة في مستويات تركيز منخفضة. وضعت LODs حيث بلغت قيمة أدنى نقطة على منحنى المعايرة التي تلبي معايير إشارة إلى نسب…
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
- 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).
