Karakterisering en toepassing van passieve samplers voor Monitoring van bestrijdingsmiddelen in het water
Summary
A protocol about the characterization and application of five different passive sampling devices is presented.
Abstract
Vijf verschillende water passieve samplers werden gekalibreerd onder laboratoriumcondities voor het meten van 124 legacy en de huidige gebruikte bestrijdingsmiddelen. Deze studie geeft een protocol voor de passieve sampler voorbereiding, kalibratie, extractie methode en de instrumentele analyse. Sampling rates (R S) en passieve sampler-water verdelingscoëfficiënten (K PW) werden berekend voor siliconenrubber, polaire organische chemische integratieve sampler POCIS-A, POCIS-B, SDB-RPS en C 18 schijf. De opname van de geselecteerde verbindingen afhankelijk van hun fysisch-chemische eigenschappen, dat wil zeggen, siliconenrubber toonden een betere opname voor meer hydrofobe stoffen (log octanol-water verdelingscoëfficiënt (K OW)> 5,3), terwijl POCIS-A, POCIS-B en SDB- RPS schijf waren meer geschikt voor hydrofiele verbindingen (log K OW <0,70).
Introduction
Pesticiden worden continu geïntroduceerd om het aquatisch milieu en een risico voor waterorganismen 1 opleveren. Monitoring van bestrijdingsmiddelen in de waterige omgeving wordt typisch uitgevoerd middels greepstaalname dit echter monsternemingstechniek niet volledig verklaren temporele variaties teweegbrengen vanwege stromingsfluctuaties of episodische ingangen (bijvoorbeeld precipitatie, overstorten, afvalwater lagune release) 2 , 3. Zo moet het toezicht op methoden die moeten worden verbeterd voor een betere inschatting van milieurisico's in verband met pesticiden. Passieve sampling maakt continue bewaking over een langere periode met een minimum aan infrastructuur en lage concentraties van verontreinigingen 4,5.
Passieve samplers hebben aangetoond dat het een waardevol instrument voor de monitoring in het grondwater 6, zoet water 7-10, afvalwater 11 en mariene wateren 12 zijn. Naast bewakingsdoeleinden <sup> 13,14 zijn passieve samplers ook gebruikt voor niet-doelwit 15 analyse, toxicologie testen 16,17 en als alternatief voor de monitoring van sediment- en 18. Passieve samplers accumuleren chemicaliën doorlopend van water en voer de tijd gewogen gemiddelde (TWA) concentraties 14. De opname van de verontreiniging is afhankelijk van de bemonsteringsfrequentie (Rs) en passieve sampler-water verdelingscoëfficiënt (K PW), die afhangt van de passieve sampler ontwerp, sampler materiaal, fysicochemische eigenschappen van de verontreiniging en de omgevingsomstandigheden (bijvoorbeeld water turbulentie, temperatuur) 13,14,19,20.
De gedetailleerde video is bedoeld om te laten zien hoe om te kalibreren en passieve samplers gelden voor bestrijdingsmiddelen in het water. De specifieke doelstellingen opgenomen i) de voorbereiding, extractie en instrumentele analyse uit te voeren voor 124 afzonderlijke bestrijdingsmiddelen met behulp van vijf verschillende soorten passieve samplers, met inbegrip van siliconen rubber, polaire organische chemische integratieve sampler (POCIS) -A, POCIS-B, SDB-RPS en C 18 schijf, ii) R S en K PW beoordelen voor de pesticiden in een laboratorium opname studie, en iii) om te demonstreren hoe de geschikte passieve sampler van de gewenste verbinding van belang en hoe TWA concentraties te berekenen voor de respectievelijke passieve sampler selecteren.
Normen Reference en passieve sampler apparaten
Doelverbindingen inbegrepen 124 verouderde als momenteel gebruikte pesticiden zoals herbiciden, insecticiden en fungiciden (tabel 1). Interne standaard mengsel (IS mengsel) opgenomen fenoprop (2,4,5-TP), clothianidin-D 3, ethion en terbuthylazine-D 5. De gebruikte chemicaliën opgenomen methanol (MeOH), acetonitril (ACN), aceton (ACE), dichloormethaan (DCM), cyclohexaan (CH), ethylacetaat (EA), petroleum ethaar (PE), 2-propanol, 25% ammonia, azijnzuur (HAC) en mierenzuur (FA). Vijf verschillende passieve bemonsteringsapparatuur werden gekenmerkt, met inbegrip van siliconen rubber, POCIS-A en POCIS-B, SDB-RPS en C 18 schijf 1,21.
Tabel 1. Passieve sampler sampling rate (R 'S, L dag -1), sampler-water verdelingscoëfficiënten (K' PW, L kg -1) en vergelijkingen (vgl.) Gebruikt voor de berekening van de concentraties volgens veldmonsters individuele pesticiden a. (Overgenomen uit Journal of Chromatography A, 1405, Lutz Ahrens, Atlasi Daneshvar, Anna E. Lau, Jenny Kreuger, karakterisering van de vijf passieve bemonstering apparaten voor de controle van bestrijdingsmiddelen in het water, 1-11, Copyright (2015), met toestemming van Elsevier .) 22 klik hier om dit bestand te downloaden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Voor kwaliteitscontrole, als standaardprocedure, laboratorium blanks, detectielimieten (LOD), terugvorderingen, en herhaalbaarheid werden onderzocht 23. Een paar pesticiden werden ontdekt in het lege monsters bij lage concentraties. LODs werden vastgesteld als de waarde van het laagste punt van de kalibratiecurve die aan de criteria van een signaal-ruisverhouding van 3. De gemiddelde LOD was 8,0 pg absolute geïnjecteerd op de kolom voor siliconenrubber, 1,7 pg voor absolute POCIS-A, 1,6 pg absolute voor POCI…
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).
