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
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
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