Vavrova_sigma 2014 - Sigma

Charakteristika MUSK sloučenin
Syntetické MUSK sloučeniny = syntetické vonné látky
• organické sloučeniny používané jako vonné složky parfémů, kosmetiky, produktů
osobní péče, detergentů, ...
• roční produkce: tisíce tun
• primární zdroj MUSK sloučenin v ŽP: odpadní vody
Vávrová M., Bukáčková M., Čáslavský J.,
Mravcová L.
• málo poznatků (od r. 1981) [POPs, toxicita]
Vysoké učení v Brně
Fakulta chemická
2
Čich
Čich
Čich je vnímán
chemoreceptory
Čichové receptory hluboko
uvnitř nosní dutiny na malé
plošce - čichová sliznice
Jeden konec receptoru spojen
s čichovým centrem mozku,
druhý konec pokryt brvami
Reagují s rozpuštěnými molekulami pachových
látek ve vzduchu - čichový vjem
Vjem přenesen nervovými vlákny do čichového
centra mozku – vyhodnocení signálu
Čichové receptory rozlišují více než deset tisíc
rozdílných vůní
Řez čichovým výběžkem a čichovou sliznicí
3
Historie vonných látek
4
Produkce MUSK sloučenin
• odnepaměti (2400 př.n.l.) používány přírodní
vonné látky (cca 200 látek)
Sloučenina
• od konce 19. stol. – použití syntetických
vonných látek (tisíce, 300 látek velkoobjem.)
Musk xylene
Musk ketone
Galaxolide® (HHCB)
Tonalide® (AHTN)
Umělé vonné látky:
• v přírodě se nevyskytují (xenobiotika)
• ekonomické hledisko
• málo studií
5
1992
174
124
2400
885
Produkce [t.rok-1]
1995
1998
2000
110
86
67
61
40
35
1482
1473
1427
585
385
358
6
1
Rozdělení MUSK podle chemické struktury
Polycyklické musk sloučeniny
Nitromusk sloučeniny
• objev: Baur (1888) při vývoji výbušnin
•
použití od počátku 20. století (snadná produkce, nízká cena)
•
použití i jako potravní aditiva a k výrobě výbušnin a herbicidů
•
největší producenti: Čína, Indie
od poloviny 20. stol. nahrazovány polycyklickými musk
•
•
použití od poloviny 20. století
•
široké rozšíření, levná výroba
•
relativně méně nebezpečné, studium degradace
•
spotřeba v Evropě pro rok 2000: 1427 t HHCB + 343 t AHTN
•
nyní pokles výroby, ale EU doposud legislativně neošetřila
•
př.: galaxolid (HHCB), tonalid (AHTN)
sloučeninami
•
od r. 1981 – omezování a zákazy (přesto dosud identifikovány)
•
př. musk xylen, musk keton
7
8
Lineární musk sloučeniny
Makrocyklické musk sloučeniny
• cykloalkyl estery (první syntéza: 1975)
• šetrnější pro ŽP (snadnější degradace)
• málo studií; očekává se zvýšená produkce
• př.: cyklomusk, helvetolid, romandolid
•
•
•
•
lilial
první syntéza: 1926 (dosud málo prozkoumané)
šetrnější pro ŽP, ale drahá výroba (kvalitnější parfémy))
nárůst produkce v posledních desetiletích
př. Muscon, Ambrettolid
arocet
linalool
9
Schéma průniku MUSK sloučenin do životního
prostředí
Vlastnosti MUSK sloučenin
•
semivolatilní organické sloučeniny, nepolární charakter
•
perzistentní, ubikvitární výskyt ve vodním prostředí (POPs)
•
lipofilní + snadná adsorpce na organickou hmotu
•
bioakumulativní (detekovány ve vodní biotě i v lidských tkáních)
•
metabolizace v ŽP a organismech na látky s odlišnými vlastnostmi
Vlastnost / Analyt
Atmosféra
Musk xylen
Tonalid
Typ musk sloučeniny
nitromusk
polycyklická
lineární
Sumární vzorec
C12H15N3O6
C18H26O
C12H22O2
žluté krystaly
bílé krystaly
bezb. kapalina
297,3
258,4
198,3
Vzhled
Molek. hmotnost [g.mol-1]
Teplota tání / varu [°C]
Tlak nasycených par [Pa]
log Kow
10
ODPADNÍ
VODA
Arocet
114,0
54,50
222,2
0,000 03
0,060 8
13,73
4,8
5,7
4,4
ZEMĚDĚLSKÉ
PRODUKTY
POTRAVA
SEDIMENT
BIOTA
11
ČISTÍRNA
ODPADNÍCH
VOD
KAL
VYČIŠTĚNÁ
VODA
PŮDA
DA
RECIPIENT/
POVRCHOVÁ
VODA
POVRCH
OVÁ
VODA
PITNÁ
VODA
12
2
Toxicita musk sloučenin
Analytické stanovení MUSK sloučenin
Odběr vzorku
• nízká akutní toxicita, potencionální chronická toxicita
(málo studií)
• endokrinní disruptory
Izolace analytů z matrice
• negativní efekty na celulární metabolismus (poškození
jater, chemosenzibilizace)
• potenciální karcinogeny (nitromusk sloučeniny)
Zakoncentrování a přečištění vzorku
s analyty
• amino-metabolity (př. 4-AMX) mohou atakovat DNA
Identifikace a stanovení analytů
14
13
Případová studie 1:
Vzorkování odpadní vody
Stanovení nitromusk a polycyklických musk sloučenin v
odpadní vodě z ČOV Brno - Modřice
Vzorky odebírány na
přítoku a odtoku ČOV
Termín odběru vzorků:
1.-28. 2. 2010
Odebírány 24 h směsné
vzorky (0,5 l)
Vzorky po odběru
filtrovány
Vybudována 1961, generální rekonstrukce 2001-2004
15
16
Optimalizace extrakčních podmínek SPME
Optimalizace extrakčních podmínek SPME
Optimalizace SPME:
typ vlákna:
Optimalizace typu vlákna a provedení (PMS)
provedení SPME: (HS / DI)
vliv vysolování (3,75 g NaCl)
teplota sorpce:
18000
Odezva
Odezva
Optimalizace typu vlákna a provedení (NMS)
PDMS (100 μm)
PDMS/DVB (65 μm)
PA (85μm)
VB/CarboxenTM/PDMS Stable FlexTM (50/30 μm)
16000
900000
14000
800000
12000
700000
10000
600000
8000
500000
6000
400000
4000
300000
2000
200000
0
100000
červené HS
červené DI
modré HS
modré DI
bílé HS
bílé DI
Typ vlákna a provedení
(60 / 70 / 80 / 90 °C)
(20 / 40 / 60 / 80 / 90 / 100 °C)
1000000
AMB
MX
MOS
TIB
MK
0
červené HS červené DI
PH
modré HS
TR
HHCB
modré DI
AHTN
bílé HS
bílé DI
Typ vlákna a provedení
čas sorpce:
(5 / 10 / 20 / 30 / 40 / 50 min)
(10 / 20 / 30 / 40 / 60 min)
17
18
3
Podmínky GC/MS analýzy
Optimalizované extrakční podmínky
Stanovení
NMS + PMS
Vlákno:
PDMS/DVB, 65 mm
Provedení:
přímá sorpce
Objem vialky:
22 ml
Objem vzorku:
16 ml
Teplota:
80 °C
Typ kolony:
DB-5MS
Rozměry kolony:
20 m × 0,18 mm × 0,18 mm
Nosný plyn:
He
Typ injektoru:
Split / Splitless
Dávkování:
bezděličové
Teplota injektoru:
Ustalování rovnováhy:
5 min
Expoziční čas:
30 min
Přídavek NaCl:
-
Rychlost míchání:
900 otáček min-1
0,8 ml.min-1 (konst.)
Lin. rychlost nosn. plynu:
19
Teplotní programy GC analýzy
t [°C]
250 °C
Průtok nosného plynu:
40 cm/sec
Teplota transferline:
285 °C
Teplota iont. zdroje (EI):
230 °C
Teplota kvadrupólu:
150 °C
Režim analyzátoru:
SIM
Nadávkovaný objem:
1 ml
GC 6890N (Agilent, USA)
MSD 5973N (Agilent, USA)
20
Sledované polycyklické musk sloučeniny
300
250
200
150
Galaxolid (HHCB)
Kvantifikační ion: 243
Identifikační ion: 258
100
50
Tonalid (AHTN)
Kvantifikační ion: 243
Identifikační ion: 258
0
0
5
10
15
TP1
20
TP2
25
30
35
40
t [min]
TP3
TP1: použito v případové studii 1 a 5
TP2: použito v případové studii 4
TP3: použito v případové studii 2 a 6
Phantolid (PH)
Kvantifikační ion: 229
Identifikační ion: 244
Traseolid (TR)
Kvantifikační ion: 215
Identifikační ion: 258
21
Sledované nitromusk sloučeniny
Musk xylen (MX)
Kvantifikační ion: 282
Identifikační ion: 297
Musk keton (MK)
Kvantifikační ion: 279
Identifikační ion: 294
Musk mosken (MOS)
Kvantifikační ion: 263
Identifikační ion: 278
22
Ukázkový chromatogram (SPME-GC/MS)
Musk tibeten (MT)
Kvantifikační ion: 251
Identifikační ion: 26
Musk ambrette (AMB)
Kvantifikační ion: 253
Identifikační ion: 268
23
24
4
Výsledky
Limity detekce a kvantifikace
optimalizované analytické metody
LOD
LOQ
nd
nq
[ng.l-1]
[ng.l-1]
[ng.l-1]
[ng.l-1]
PH
0,106
0,353
0,053
0,230
TR
3,21
10,7
1,61
6,96
Analyt
OV přítok
OV odtok
Analyt
[ng/l]
Účinnost
odstraňování
[ng/l]
[g/měsíc]
[g/měsíc]
PH
3,17
9,84
1,98
6,16
37,4 %
TR
33,5
104
13,9
43,1
58,6 %
HHCB
77,0
257
38,5
167
HHCB
2765
8583
1231
3821
55,5 %
AHTN
21,2
70,5
10,6
45,8
AHTN
423
1312
136
423
67,8 %
AMB
1,16
3,87
0,580
2,51
AMB
3,78
11,8
n.d.
n.d.
99,9 %
MX
3,91
13,0
1,95
8,47
MX
40,4
125
5,22
16,2
87,1 %
MOS
2,16
7,19
1,08
4,68
MOS
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
-
TIB
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
-
MK
89,9
279
54,7
170
39,1 %
TIB
2,00
6,67
1,00
4,34
MK
3,85
12,8
1,93
8,34
26
25
Shrnutí případové studie 1
Případová studie 2:
Stanovení lineárních musk sloučenin na ČOV Brno - Modřice
Do řeky Svratky je ročně uvolňováno 48 kg Galaxolidu.
Účinnost odstranění musk sloučenin na ČOV Brno –
Modřice:
Vzorky odebírány na přítoku a odtoku ČOV Brno - Modřice
1. termín odběrů: 11. 4. – 20. 4. 2011
2. termín odběrů: 17. 4. – 26. 4. 2012
3. termín odběrů: 4. 9. – 13. 9. 2013
36,70 – 53,26 % (pro PMS)
34,44 – 85,42 % (pro NMS)
Nitromusk i polycyklické musk sloučeniny mají největší
vliv na ŽP – je zde problém sorpce a metabolizace
28 28
27
Optimalizace extrakčních podmínek SPME
Optimalizované extrakční podmínky
Odezva
Optimalizace typu vlákna a provedení
Stanovení
350000
LMS
300000
Vlákno:
250000
Provedení:
200000
Objem vialky:
22 ml
150000
Objem vzorku:
14 ml
100000
Teplota:
80 °C
Ustalování rovnováhy:
5 min
Expoziční čas:
40 min
50000
0
modré
DI
modré
HS
šedé DI šedé HS červené
DI
červené
HS
bílé DI
bílé HS
Přídavek NaCl:
Rychlost míchání:
Typ vlákna a provedení
LIN
AR
AF
LIL
PDMS/DVB, 65 mm
head-space
3,75 g
900 ot.min-1
ISO
29
30
5
Ukázkový chromatogram (SPME-GC/MS)
Cílové sloučeniny při 1. odběru
Podmínky GC/MS analýzy stejné jako v Případové
studii 1
H3C
CH3
H3C
O
CH3
O
O
Linalool
Kvantifikační ion: 93
Identifikační ion: 71
Arocet
Kvantifikační ion: 82
Identifikační ion: 57
H3C
CH3
H3C
H
OH
O
CH3
Arofloron
Kvantifikační ion: 98
Identifikační ion: 71
O
H3C
O
CH3
CH3
CH3
CH3
Lilial
Kvantifikační ion: 189
Identifikační ion: 147
Isoamyl salicylát
Kvantifikační ion: 120
Identifikační ion: 138
31
32
Výsledky vzorků z 1. odběru
Limity detekce a kvantifikace
optimalizované analytické metody
koncentrace [ng/l]
analyt
LOD
LOQ
n.d.
n.q.
Analyt
[ng.l-1]
[ng.l-1]
[ng.l-1]
[ng.l-1]
Linalool
1,23
4,11
0,62
2,67
Arocet
0,41
1,36
0,20
0,88
Linalol
Arocet
Arofloron
1,10
3,67
0,55
Arofloron
2,38
Lilial
0,23
0,761
0,11
0,50
Isoamyl
salicylát
0,36
1,21
0,18
0,78
Lilial
Isoamyl-salicylát
min.
max.
prům.
přítok
25,92
90,81
55,72
odtok
n.d.
0,20
0,05
přítok
0,47
4,41
2,36
odtok
n.d.
n.d.
n.d.
přítok
0,37
5,34
1,82
odtok
n.d.
n.q.
-
přítok
0,19
1,22
0,49
odtok
0,02
0,07
0,05
přítok
0,12
0,97
0,53
odtok
n.d.
n.q.
-
33
Cílové sloučeniny při 2. odběru
Účinnost
odstraňování
99,92 %
99,99 %
99,95 %
90,46 %
99,90 %
34
Limity detekce a kvantifikace
optimalizované analytické metody
LOD
LOQ
[ng.ml-1]
[ng.ml-1]
Analyt
2-cyclohexylethanol
Kvantifikační ion: 81
Identifikační ion: 110
O
Citronellol
Kvantifikační ion: 69
Identifikační ion: 123
CH3
2-cyclohexylethanol
0,001
0,003
Fresco Menthe
0,0001
0,0002
Citranellol
0,0018
0,0061
Isobornyl Acetát
0,0001
0,0002
CH3
Fresco menthe
Kvantifikační ion: 98
Identifikační ion: 125
Isobornylacetát
Kvantifikační ion: 136
Identifikační ion: 121
35
36
6
Výsledky vzorků z 2. odběru
koncentrace [ng/ml]
analyt
min.
max.
prům.
přítok
n.d.
n.d.
0,0005
odtok
n.d.
n.d.
0,0005
přítok
n.d.
2,159
0,7395
Cílové sloučeniny při 3. odběru
Účinnost
odstraňování
2-cyklohexylethanol
-
Fresco methe
Dihydromyrcenol
Cyclohexylethylacetát
Arofir
Cyclacet/Jasmocyclen
91,87 %
odtok
n.d.
0,098
0,0263
přítok
1,093
24,93
8,6010
Citronellol
91,22 %
odtok
0,019
1,347
0,4991
přítok
0,127
3,540
1,1050
odtok
n.d.
0,060
0,0149
Isobornyl acetát
96,43 %
37
Výsledky vzorků ze 3. odběru
Limity detekce a kvantifikace
optimalizované analytické metody
LOD
LOQ
[ng.ml-1]
[ng.ml-1]
0,0005
0,0016
38
analyt
koncentrace [ng/l]
Analyt
Dihydromyrcenol
Dihydromyrcenol
Cyclohexylethylacetát
0,003
Cyclohexylethylacetát
0,009
Arofir
0,0003
0,001
Cyclacet/Jasmocyclen
0,0004
0,0013
Arofir
Cyclacet/Jasmocyclen
přítok
174,6
odtok
0,078
přítok
0,103
odtok
0,012
přítok
0,639
odtok
0,035
přítok
0,265
odtok
0,073
Účinnost
odstraňování
99,94 %
86,25 %
91,82 %
70,09 %
39
Shrnutí případové studie 2
40
Případová studie 3:
Stanovení musk sloučenin v PCPs
Ve všech vzorcích surové OV byly až na
2-cyklohexylethanol přítomny všechny analyty
Na odtoku byl ve všech vzorcích kvantifikován lilial,
citronellol, dihydromyrcenol, cyclohexylethylacetát, arofir
a cyclacet/jasmocyclen
Účinnost odstranění lineárních musk sloučenin byla ve
většině případů nad 90 %
Lineární musk sloučeniny mají ze všech musk sloučenin
nejmenší vliv na ŽP, proto se očekává jejich zvýšená
spotřeba.
Produkty osobní péče (PCPs):
Šampóny
Head and Shoulders, Palmolive, Timotei, Johnson´s baby,
Biomelen, Shauma
Sprchové gely
Garnier, Nivea, Dove, Oriflame, Casada
Mýdla
Cormen, Balea
Čistící prostředky
Jar, Pur
41
42
7
Podmínky GC/MS analýzy
Optimalizované extrakční podmínky
Stanovení
LMS
Vlákno:
PDMS/DVB, 65 mm
Provedení:
head-space
Objem vialky:
22 ml
Objem vzorku:
15 ml
Teplota:
80 °C
Ustalování rovnováhy:
5 min
Expoziční čas:
30 min
GC/TOF-MS
primární kolona: Rxi-5Sil MS - 29 m x 0,25 mm, 0,25 mm
sekundární kolona: BPX-50 - 1,4 m x 0,1 mm, 0,1 mm
Dávkování: split, poměr 1:10
Teplota injektoru: 250 °C
Teplota transfer line: 285 °C
Nosný plyn: He
Hmotnostní spektrometr
Rozsah m/z: 30 – 450
Rychlost sběru dat: 20 spek/sek, ve 2D 200 spek/sec
Napětí na detektoru: 1850 V
Teplota iontového zdroje: 230 °C
Přídavek NaCl:
-
Rychlost míchání:
800 ot.min-1
Kvantifikace sloučenin byla provedena metodou standardního přídavku
43
Teplotní program GC analýzy
44
Sledované makrocyklické musk sloučeniny a
galaxolid
300
250
t [˚C]
200
150
100
Ethylen brassylate
Kvantifikační ion: 98
Identifikační ion: 137
50
Cyclopentadecanone
Kvantifikační ion: 41
Identifikační ion: 55
Galaxolid
Kvantifikační ion: 243
Identifikační ion: 258
0
0
5
12
17
t [min]
22
27
45
Sledované lineární musk sloučeniny
46
Sledované lineární musk sloučeniny
H
O
O
H3C
Linalool
Kvantifikační ion: 93
Identifikační ion: 71
2-cyclohexylethanol
Kvantifikační ion: 81
Identifikační ion: 110
O
CH3
Citronelol
Kvantifikační ion: 69
Identifikační ion: 123
H3C
H3C
CH3
Isobornylacetat
Kvantifikační ion: 136
Identifikační ion: 121
Fresco menthe
Kvantifikační ion: 98
Identifikační ion: 125
CH3
CH3
H3C
CH3
H3C
CH3
O
CH3
CH3
O
Arocet
Kvantifikační ion: 82
Identifikační ion: 57
47
Arofloron
Kvantifikační ion: 98
Identifikační ion: 71
Lilial
Kvantifikační ion: 189
Identifikační ion: 147
OH
O
Allylcyclohexylpropionát
Kvantifikační ion: 55
Identifikační ion: 167
CH3
O
CH3
Isoamyl salicylát
Kvantifikační ion: 120
Identifikační ion: 138
Hexylcinnamic aldehyd
Kvantifikační ion: 91
Identifikační ion: 216
48
8
Vyhodnocení případové studie 3
Chromatogramy standardů
Polycyklické musk – galaxolid byl stanoven v 5 vzorcích o
koncentraci (0,3 – 330 µg/g)
350
Galaxolid
300
c [µg/g]
250
200
150
100
50
0
Helios Herb
Cormen
Palmolive
Garnier-ČR
Casada
49
Vyhodnocení případové studie 3
50
Vyhodnocení případové studie 3
Lineární musk – arofloron nebyl detekován, arocet a
Makrocyklické musk – cyclopentadecanone nebyl
linalool se vyskytovaly téměř ve všech vzorcích
(c = 2 – 2000 µg/g)
detekován, ethylen brassylate – v 9 vzorcích o koncentraci
(130 – 3300 µg/g)
7000
Ethylen brassylate
3500
6000
3000
2000
c [µg/g]
c [µg/g]
Linalool
citronelol
5000
2500
1500
1000
500
4000
3000
2000
1000
0
0
51
Vyhodnocení případové studie 3
Vyhodnocení případové studie 3
Lineární musk – hexylcinnamic aldehyd,
Lineární musk – citronelol, isobornyl acetat, fresco
menthe se vyskytovaly v méně než 50 % analyzovaných
vzorcích (c = 1 – 600 µg/g)
lilial, allylcyklohexyl propionate, isoamal salicylate
(c = 0,9 – 940 µg/g)
Hexylcinnamic aldehyd
1000
citronelol
500
isobornyl acetat
400
fresco menthe
lilial
Allylcyklohexyl propionate
800
c [µg/g]
c [µg/g]
600
52
300
200
Isoamyl salicylate
600
400
200
100
0
0
53
54
9
Případová studie 4:
Stanovení vybraných nitromusk a polycyklických musk
sloučenin v průmyslové odpadní vodě z kosmetické firmy
Firma produkující kosmetické
přípravky
Odpadní vody se před vypouštěním
do kanalizace se čistí ultrafiltrací
Vzorky odebírány 19.-20. 4. 2010
Cílové sloučeniny:
Příprava vzorků
Vzorky odebrané před UF (matriční efekty):
ředění 1:10; provedení SPME: HS – pro stanovení HHCB,
AHTN
ředění 1:5; provedení SPME: DI – pro stanovení AMB,
MK
Galaxolide (HHCB)
Vzorky odebrané za UF:
Tonalide (AHTN)
bez ředění; provedení SPME: DI – pro stanovení všech
analytů
Musk Ambrette (AMB)
Musk Keton (MK)
Analytická metoda GC/MS použita
stejná jako v Případové studii 1.
55
Optimalizované extrakční podmínky
Vlákno:
PA, 85 mm
Provedení:
DI (HS)
Objem vialky:
22 ml
Objem vzorku:
14 ml
Teplota:
Ustalování rovnováhy:
56
Limity detekce a kvantifikace
optimalizované analytické metody
Analyt
LOD
LOQ
[ng.l-1]
[ng.l-1]
n.d.
n.q.
[ng.l-1]
[ng.l-1]
HHCB
87,7
292
43,9
AHTN
0,621
2,07
0,311
1,35
80 °C
AMB
36,1
120
18,1
78,3
5 min
MK
0,597
1,99
0,298
1,29
Expoziční čas:
25 min
Rychlost míchání:
900 ot.min-1
190
58
57
Výsledky
19.4.2010
20.4.2010
21.4.2010
22.4.2010
23.4.2010
26.4.2010
27.4.2010
28.4.2010
29.4.2010
30.4.2010
Účinnost
odstraňování
99.08 %
Koncentrace [ng/ml]
AHTN
AMB
Před UF Za UF Před UF
Za UF
24,64
0,179
n.d.
n.d.
141
0,22
n.d.
n.d.
33,32
0,695
n.d.
n.d.
33,69
0,231
n.d.
n.d.
12,8
0,811
n.d.
n.d.
15,86
0,736
n.d.
n.d.
5,19
0,172
n.d.
n.d.
10,62
0,156
n.d.
n.d.
57,56
0,145
n.d.
n.d.
12,31
0,151
n.d.
n.d.
97.91 %
-.
Koncentrace HHCB a AHTN v OV před UF
MK
Před UF Za UF
2,28
0,082
0,74
0,01
2,56
0,02
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.q.
n.d.
n.q.
n.d.
n.q.
n.d.
n.q.
-1
HHCB
Před UF
Za UF
188
0,66
575
n.q.
54,1
1,84
213
0,56
31,1
0,55
211
1,74
86,7
0,67
50,1
0,5
772
0,57
77,6
0,52
c [µg.l ]
Datum
vzorkování
Výsledky
800
700
600
500
400
300
200
100
0
19.4.
Po
98.12 %
20.4.
Út
21.4.
St
22.4.
Čt
23.4.
Pá
HHCB před UF
59
26.4.
Po
27.4.
Út
28.4.
St
29.4.
Čt
30.4.
Pá
AHTN před UF
60
10
Případová studie 5:
Shrnutí případové studie 4
Stanovení nitromusk a polycyklických musk sloučenin ve
svalovině rybího druhu jelec tloušť (Squalius cephalus)
Koncentrace polycyklických musk sloučenin (před UF)
jednoznačně převyšovaly koncentrace nitromusk
sloučenin.
Účinnost ultrafiltrace pro dané analyty je z důvodu
koloidní povahy OV velmi vysoká.
Kosmetická firma je pouze minoritním bodovým zdrojem
znečištění OV musk sloučeninami.
Ke znečištění ŽP musk sloučeninami přispívají všichni lidé
používající produkty osobní péče (PCPs).
Ryby odloveny 10. 11. 2009
30 kusů před ČOV, 30 kusů za ČOV
K analýze použita svalovina
K extrakci použita metoda zrychlené extrakce
rozpouštědlem (PSE)
Extrakt přečištěn za použití sloupcové adsopční
chromatografie
Analytická metoda GC/MS použita stejná jako v
Případové studii 1.
61
62
Optimalizace extrakčních podmínek
Prováděna na reálném vzorku (3 g) s přídavkem deuterovaných
vnitřních standardů MX-D15 a AHTN-D3.
Optimalizované parametry:
typ extrakčního činidla:
Optimalizace teploty při PSE
Výtěžnost [%]
Výtěžnost [%]
Optimalizace extrakčního činidla při PSE
100
80
80
60
60
40
40
20
20
0
0
CH 100 %
Cyklohexan (100 %)
100
CH:EA (75:25) CH:EA (50:50) CH:EA (25:75)
MX-D
EA 100 %
100
110
Rozpouštědlo
AHTN-D
Cyklohexan :Ethylacetát (75:25)
MX-D
120
AHTN-D
140
Teplota [°C]
Optimalizace doby statické fáze a počtu cyklů při PSE
Výtěžnost [%]
Cyklohexan :Ethylacetát (50:50)
Cyklohexan :Ethylacetát (25:75)
Ethylacetát (100 %)
100
80
60
teplota extrakce: 100 / 110 / 120 / 140 °C
40
doba statické fáze: 4 / 8 / 12 / 16 min
20
počet cyklů: 1 / 2 / 3 cykly
0
4 min/1
63
Optimalizované parametry PSE
Extrakční činidlo:
120 °C
Tlak:
140 bar
Doba statické fáze:
Počet cyklů:
Patrona / m (vzorku)
4 min/3
MX-D
8 min/1
8 min/2
AHTN-D
12 min/1
16 min/1
Doba [min] / cykly
64
Optimalizace přečištění extraktu sloupcovou
adsorpční chromatografií
cyklohexan/ethylacetát
(25:75, v/v)
Teplota:
4 min/2
Zvolená náplň: florisil (vhodný pro odstranění
lipidů)
Optimalizované parametry:
typ elučního činidla (120 ml):
4 min
Aceton : Cyklohexan (20:80)
Aceton : Cyklohexan (50:50)
Aceton : Cyklohexan (80:20)
Ethylacetát : Cyklohexan (50:50)
Ethylacetát : Cyklohexan (80:20)
Ethylacetát (100 %)
3
22 ml / 3 g
množství elučního činidla (4 frakce: 4×40 ml)
65
66
11
Výtěžnost [%]
Optimalizace elučního činidla
120
Optimalizované parametry sloupcové
adsorpční chromatografie
100
80
60
40
Adsorbent:
florisil
20
Eluční činidlo:
ethylacetát
0
PH
TR
HHCB
AC:CH (20:80)
AHTN
AMB
AC:CH (50:50)
MX
AC:CH (80:20)
MOS
TIB
EA:CH (50:50)
MK
EA:CH (80:20)
MX-D
AHTN-D
EA (100 %)
Objem eluč. činidla:
80 ml
Průtok kolonou:
6 kapek.min-1
Výtěžnost [%]
Optimalizace objemu elučního činidla
100
80
60
40
20
0
PH
TR
HHCB
AHTN
1. frakce
AMB
MX
2. frakce
3. frakce
MOS
TIB
MK
MX-D
AHTN-D
4. frakce
67
Lokality odlovu ryb
68
Sledované polycyklické musk sloučeniny
Galaxolid (HHCB)
Kvantifikační ion: 243
Identifikační ion: 258
Tonalid (AHTN)
Kvantifikační ion: 243
Identifikační ion: 258
Traseolid (TR)
Kvantifikační ion: 215
Identifikační ion: 258
Phantolide (PH)
Kvantifikační ion: 229
Identifikační ion: 244
69
Sledované nitromusk sloučeniny
70
Limity detekce a kvantifikace
optimalizované analytické metody
Analyt
Musk xylen (MX)
Kvantifikační ion: 282
Identifikační ion: 297
Musk keton (MK)
Kvantifikační ion: 279
Identifikační ion: 294
Musk mosken (MOS)
Kvantifikační ion: 263
Identifikační ion: 278
Musk tibeten (MT)
Kvantifikační ion: 251
Identifikační ion: 26
Musk ambrette (AMB)
Kvantifikační ion: 253
Identifikační ion: 268
71
LOD
LOQ
n.d.
n.q.
[μg.kg-1]
[μg.kg-1]
[μg.kg-1]
[μg.kg-1]
PH
0,545
1,818
0,273
1,182
TR
1,105
3,684
0,553
2,395
HHCB
8,949
29,83
4,474
19,39
AHTN
1,985
6,615
0,992
4,300
AMB
1,464
4,880
0,732
3,172
MX
0,749
2,495
0,374
1,622
MOS
0,501
1,668
0,250
1,084
TIB
0,154
0,514
0,077
0,334
MK
0,571
1,902
0,285
1,236
72
12
Posouzení Případové studie 1 a Případové
studie 5
Shrnutí případové studie 5
Koncentrace polycyklických musk sloučenin
převyšovaly koncentrace nitromusk sloučenin
Potvrzen negativní vliv ČOV Brno – Modřice na obsah
PMS ve vodní biotě řeky Svratky.
25
0,8
20
0,6
15
0,4
10
0,2
5
0
0
PH
TR
HHCB AHTN AMB
odtok z ČOV
MX
MOS
TIB
svalovina ryb
MK
Analyt
73
74
Případová studie 6:
Extrakce vzorků povrchové vody
Stanovení lineárních musk sloučenin v povrchové vodě,
rostlinách a sedimentu
Optimalizovaná SPME metoda
Lokality odběru:
Řeka Jihlava:
Třebíč
Jihlava
Řeka Oslava
Velké Meziříčí
Náměšť nad Oslavou
Odebírané vzorky:
voda
sediment
vodní rostliny
Stanovení
Sledované analyty:
Vlákno:
dihydromyrcenol (DHM)
cyclohexylethylacetat (CHEA)
arofir (AR)
cyclacet/jasmocyclen (CY)
Provedení:
LMS
PDMS/DVB, 65 mm
head-space
Objem vialky:
22 ml
Objem vzorku:
14 ml
Teplota:
80 °C
Ustalování rovnováhy:
5 min
Podzim 2013
Expoziční čas:
40 min
Analytická metoda GC/MS použita stejná jako v Případové studii 1
Přídavek NaCl:
Rychlost míchání:
75
Extrakce vzorků sedimentu
-1
30
1
c [µg.kg ž.hm.]
-1
c [µg.l ]
Srovnání koncentrací analytů v efluentu z ČOV s
koncentracemi v rybách odlovenými za ČOV
1,2
3,75 g
900 ot.min-1
76
Extrakce vzorků rostlin
Sušeno do konstantní hmotnosti při 80 °C
Hmotnost analyzovaného vzorku: 30 g
Extrakční činidlo: cyklohexan
Třepáno: 3 x 30 min
Po každé extrakci extrakt filtrován přes bezvodý Na2SO4
Extrakty přečištěny sloupcovou chromatografií
Kolona: silikagel:florisil (1:1)
Eluční činidlo: ethylacetát (80 ml)
Eluát odpařen na vakuové odparce do sucha
Odparek rozpuštěn v 1 ml cyklohexanu
Sušeno do konstantní hmotnosti při 80 °C
Hmotnost analyzovaného vzorku: 5 g
Extrakční činidlo: cyklohexan
Třepáno: 3 x 30 min
Po každé extrakci extrakt filtrován přes bezvodý Na2SO4
Extrakty přečištěny sloupcovou chromatografií
Kolona: silikagel:oxid hlinitý (1:1)
Eluční činidlo: ethylacetát (80 ml)
Eluát odpařen na vakuové odparce do sucha
Odparek rozpuštěn v 1 ml cyklohexanu
77
78
13
Výsledky
Limity detekce a kvantifikace
optimalizované analytické metody
LOD
LOQ
[ng.ml-1]
[ng.ml-1]
0,0016
Lokalita Matrice
voda
sediment
rostliny
voda
Třebíč
sediment
rostliny
voda
Velké
sediment
Meziříčí
rostliny
voda
Náměšť
sediment
nad Osl.
rostliny
Jihlava
Analyt
Dihydromyrcenol
0,0005
Cyclohexylethylacetát
0,003
0,0009
Arofir
0,0003
0,0010
Cyclacet/Jasmocyclen
0,0004
0,0013
[µg·l-1]
[µg·kg-1
sušiny]
[µg·l-1]
[µg·kg-1
sušiny]
[µg·l-1]
[µg·kg-1
sušiny]
[µg·l-1]
[µg·kg-1
sušiny]
DHM
0,337
8,864
208,7
0,115
5,951
234,0
0,065
8,778
337,1
0,547
18,04
632,9
CHEA
<LOQ
0,093
28,64
<LOQ
0,264
20,42
<LOQ
0,402
22,36
0,010
0,610
8,591
AR
0,077
6,523
509,8
0,053
18,30
520,5
0,030
31,74
505,9
0,124
18,73
577,7
CY
0,062
<LOD
8,634
0,060
<LOD
3,894
0,045
<LOD
2,219
0,039
<LOD
1,564
79
80
Shrnutí případové studie 6
Nejvyšší koncentrace lineárních musk sloučenin byly
stanoveny ve všech případech v rostlinné matrici
Nejnižší byly naopak v povrchové vodě
Dále byl prokázaný nárůst koncentrací lineárních
musk sloučenin vzhledem k poloze místa odběru –
dolní tok řeky = vyšší koncentrace
Nejvíce se v odebraných matricích vyskytoval
Dihydromyrcenol a Arofir
Nejméně Cyclacet/Jasmocyclen
Za významnou pomoc v experimentální oblasti děkuji:
Ing. Liboru Zouharovi, Ph.D. – FCH VUT v Brně
Ing. Monice Bukáčkové – FCH VUT v Brně
Ing. Zuzaně Olejníčkové – FCH VUT v Brně
Ing. Veronice Píšťkové – FCH VUT v Brně
Ing. Veronice Rybové – FCH VUT v Brně
Ing. Richardu Sýkorovi – FCH VUT v Brně
Ing. Michalu Štefkovi – FCH VUT v Brně
Ing. Michalu Šubrtovi – FCH VUT v Brně
Ing. Kristýně Kubíčkové, Ph.D. – FVHE VFU Brno
Ing. Petře Komárkové – FVHE VFU Brno
Dr. Dubravce Janko Relić, Ph.D. – Faculty of Chemistry, University
of Belgrade, Serbia
81
82
14