Характеристика и применение пассивных пробоотборников для мониторинга пестицидов в воде
Summary
A protocol about the characterization and application of five different passive sampling devices is presented.
Abstract
Пять различных водных пассивных пробоотборников были откалиброваны в лабораторных условиях для измерения 124 наследия и текущих используемых пестицидов. Данное исследование предоставляет протокол для подготовки пассивного пробника, калибровка, метод экстракции и инструментального анализа. Частота дискретизации (R S) и пассивные коэффициенты распределения пробоотборник воды (K PW) были рассчитаны для силиконового каучука, полярного органического химического интегративный сэмплер POCIS-A, POCIS-B, SDB-RPS и C 18 диска. Поглощение выбранных соединений зависит от их физико – химических свойств, т.е., силиконовая резина показала лучшее поглощение для более гидрофобных соединений (логарифм коэффициента распределения октанол-вода (K OW)> 5,3), в то время как POCIS-A, B-POCIS и SDB- RPS диска были более пригодны для гидрофильных соединений (Log K OW <0,70).
Introduction
Пестициды непрерывно вводят в водную среду и может представлять опасность для водных организмов 1. Мониторинг пестицидов в водной среде , как правило , осуществляется с использованием выборки захвата, однако, этот метод выборки не в полной мере учитывает временные вариации в концентрации из – за колебаний расхода или эпизодических входов (например, осадки, комбинированные канализационные переполняется, канализация лагуны релиз) 2 , 3. Таким образом, методы мониторинга должны быть улучшены для лучшей оценки экологических рисков, связанных с пестицидами. Пассивный отбор проб позволяет непрерывный контроль в течение продолжительного периода времени с минимальной инфраструктурой и низкой концентрацией загрязнителя 4,5.
Пассивные пробоотборники было показано , что является ценным инструментом для мониторинга подземных вод в 6, пресной воды, сточных вод 7-10 11 и 12 морских вод. Кроме того, в целях мониторинга <suP> 13,14, пассивные пробоотборники также используются для нецелевых анализа 15, токсикологии тестирования 16,17, а в качестве альтернативы sediment- и биомониторинга 18. Пассивные пробоотборники накапливаются химические вещества непрерывно из воды и обеспечивают время средневзвешенный (СВЗ) концентрации 14. Поглощение загрязнителя зависит от частоты дискретизации (R S) и пассивный коэффициент распределения пробоотборник воды (K PW), которая зависит от пассивного конструкции пробника, пробник материала, физико – химических свойств загрязняющего вещества, а также условий окружающей среды (например, воды турбулентность, температура) 13,14,19,20.
Подробное видео имеет целью показать, как калибровать и применять пассивные пробоотборники для пестицидов в воде. Конкретные цели включали я) для выполнения подготовки, экстракции и инструментального анализа для 124 отдельных пестицидов с использованием пяти различных типов пассивных SAMPLERS, в том числе из силиконового каучука, полярный органический химический интегративный пробоотборник (POCIS) -А, POCIS-B, SDB-RPS и C 18 диска, б) для оценки R S и K PW для пестицидов в исследовании лаборатории поглощения, и III) чтобы продемонстрировать, как выбрать соответствующий пассивный пробник целевого соединения, представляющего интерес и как рассчитать концентрации TWA для соответствующего пассивного пробоотборника.
Эталоны и пассивные устройства пробоотборник
Целевые соединения включены 124 унаследованных и используемые в настоящее время пестицидов , включая гербициды, инсектициды и фунгициды (таблица 1). Внутренний стандарт смесь (IS смеси) включены фенопроп (2,4,5-TP), клотиандин-D 3, ethion и тербутилазин-D 5. Другие используемые химикаты включали метанол (MeOH), ацетонитрил (ACN), ацетон (АСЕ), дихлорметан (ДХМ), циклогексан (СН), этилацетат (ЭА), петролейный ЕТона (ПЭ), 2-пропанола, 25% -ный раствор аммиака, уксусной кислоты (HAC) и муравьиной кислоты (FA). Пять различных устройств пассивной выборки были охарактеризованы, в том числе из силиконового каучука, POCIS-A и POCIS-B, SDB-RPS и C 18 диска 1,21.
Таблица 1. Пассивный пробник частота дискретизации (R 'S, L день -1), коэффициенты распределения пробоотборник воды (K' PW, L кг -1) и уравнения (уравнение.) , Используемый для расчета концентраций в пробах на местах для индивидуального пестициды а. (Перепечатано из журнала хроматографии A, 1405, Lutz Аренс, Атласи Данешвар, Анна Е. Лау, Дженни Kreuger, характеристика пяти пассивных устройств отбора проб для контроля содержания пестицидов в воде, 1-11, авторские права (2015 г.), с разрешения Elsevier .) 22 Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы загрузить этот файл.
Protocol
Representative Results
Discussion
Для контроля качества, в качестве стандартной процедуры, лабораторных заготовок, пределы обнаружения (LOD), восстановлений и воспроизводимости были исследованы 23. Несколько пестицидов были обнаружены в пустых образцах при низких уровнях концентрации. LODs были установлены в качест…
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).
