Effect van de sediment:water verhouding op concentraties van PAKs in de waterfase tijdens de Corophium volutator bioassay
M.T.O. Jonker en S.A. van der Heijden
November 2005 Institute for Risk Assessment Sciences/IRAS Universiteit Utrecht
Een rapportage in opdracht van het Rijksinstituut voor Kust en Zee/RIKZ
2
INHOUDSOPGAVE
SAMENVATTING
5
INLEIDING
6
MATERIAAL EN METHODEN
9
Chemicaliën
9
SPME fibers
9
SPME metingen tijdens Corophium testen (statische blootstelling)
9
SPME metingen bij het IRAS (dynamische blootsteling)
10
PAK analyses
10
Dataverwerking en statistische analyses
11
RESULTATEN EN DISCUSSIE
12
CONCLUSIES
18
LITERATUUR
18
3
4
SAMENVATTING Binnen het Chemie-Toxiciteits-Toets (CTT) programma ter beoordeling van de kwaliteit van bagger, worden door het Rijksinstituut voor Kust en Zee de zogenaamde Corophium volutator bioassays uitgevoerd. Tijdens deze gestandaardiseerde test treedt helaas regelmatig sterfte van de testorganismen op door te hoge concentraties ammonium. De bijbehorende vals-positieve uitslag zou kunnen worden voorkomen door de sediment:water verhouding tijdens de testen te verlagen (verdunning ammoniumconcentratie). In het huidige onderzoek is onderzocht of een dergelijke verlaging gevolgen heeft voor de concentraties van hydrofobe organische chemicaliën in de waterfase, waarbij de specifieke aandacht uitging naar polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAKs). PAK concentraties in de waterfase bij twee verschillende sediment:water verhoudingen (de momenteel toegepaste en een circa drie maal verlaagde) werden hiertoe gemeten met behulp van Solid Phase Micro Extraction (SPME) fibers. Dit gebeurde zowel daadwerkelijk tijdens 10-daagse Corophium testen (statische blootstelling van de fibers), als tijdens 10- en 28-daagse schudproeven (dynamische blootstelling), los van de Corophium testen. In overeenstemming met de theorie bleek in geen van de gevallen een significant verschil in concentraties in de waterfase te bestaan tussen de twee sediment: water verhoudingen. Voor hydrofobe stoffen is er daarom geen reden om de verlaging van de sediment:water verhouding tijdens de Corophium assay niet door te voeren.
5
INLEIDING Ter beoordeling van de verspreidbaarheid van baggerspecie in zoute wateren is recentelijk een nieuw systeem in werking getreden. Dit nieuwe beoordelingssysteem, genaamd de Chemie-Toxiciteits-Toets (CTT) combineert chemische analyses met een drietal bioassays (1). Eén van deze bioassays is de zogenaamde Corophium volutator bio-assay, waarbij gekeken wordt naar de overleving van de mariene slijkgarnaal C. volutator na een 10-daagse blootstelling in een systeem bestaande uit een laag sediment met daarboven een bepaalde hoeveelheid (zout) water (2). In de test, zoals die momenteel door het RIKZ wordt uitgevoerd, treedt echter geregeld sterfte van de testorganismen op doordat het ammoniumgehalte in de testsystemen hoger is dan Corophii kunnen weerstaan. Hoewel dit uiteraard duidt op een hoge toxische potentie van de geteste sedimenten, is dit een ongewenst effect. Deze ammonium-geïnduceerde toxiciteit zal of hoeft in de veldsituatie immers niet op te treden, doordat er zodanig veel verdunningscapaciteit (in de vorm van bovenstaand water) aanwezig is, dat de ammoniumconcentratie onder de toxische drempelconcentratie ligt. In de gebruikte testsystemen is de verdunningscapaciteit daarentegen zeer klein (600 ml water op 200 ml sediment (2)). Zodoende kan zich de situatie voordoen dat sedimenten worden bestempeld als zwaar toxisch op basis van niet realistische effecten. Ammonium kan, met andere woorden, de afwezigheid of de aanwezigheid van meer subtiele effecten volledig overschaduwen. De vraag is daarom gerezen of de momenteel toegepaste sediment:water verhouding wel de juiste is, en of het niet beter zou zijn de verhouding te verlagen. Een verlaging van de genoemde verhouding zou immers het risico op een vals-positief resultaat veroorzaakt door ammonium kunnen verkleinen (meer verdunningscapaciteit aanwezig). Een mogelijk probleem dat een dergelijke down-scaling echter met zich mee zou kunnen brengen, is dat de concentraties van andere stoffen tevens zodanig afnemen, dat zij geen toxische effecten meer veroorzaken. Dit zou resulteren in mogelijke vals-negatieve uitslagen.
6
Een belangrijke groep toxische stoffen waarop bio-assays zich doorgaans onder andere richten, is die van de hydrofobe organische chemicaliën (HOCs) (1). Dit zijn stoffen als polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAKs), polychloorbifenylen (PCBs) en olie. Wanneer deze stoffen in voldoende hoge concentraties aanwezig zijn in een sediment, kunnen er acute (sub)lethale effecten optreden bij organismen, als gevolg van de narcotiserende werking van de chemicaliën (3). Hoewel de bovenbeschreven situatie voor ammonium doet vermoeden dat een verlaging van de sediment:water verhouding tevens de concentraties
van
HOCs
in
de
waterfase
zou
kunnen
verlagen,
is
dit
zeer
hoogstwaarschijnlijk niet het geval. HOCs zijn namelijk stoffen met een zeer lage oplosbaarheid in water (in tegenstelling tot ammonium), die altijd sterk gesorbeerd zitten aan het sediment (met een bijbehorende concentratie Cs). Uitputting van het sediment zal daardoor theoretisch gezien niet kunnen optreden; alleen bij extreem lage sediment:water verhoudingen. Omdat de stoffen met de waterfase uitwisselen volgens constante verdelingscoëfficiënten (Kd):
Kd =
Cs Cw
zal (zolang het sediment niet wordt uitgeput – Cs blijft bij benadering constant) de concentratie in de waterfase (Cw) daarmee ook onafhankelijk zijn van de sediment:water verhouding.
In de huidige studie is in opdracht van het Rijksinstituut voor Kust en Zee/RIKZ, de bovenstaande theorie getoetst voor een serie van 13 PAKs in drie sedimenten afkomstig uit de Rotterdamse haven. Corophium bio-assays zijn uitgevoerd bij twee sediment:water verhoudingen, namelijk 200 ml sediment: 600 ml water (standaard verhouding) en 100 ml sediment: 850 ml water. Tijdens deze 10-daagse testen zijn met behulp van Solid Phase
7
Micro Extraction (SPME) fibers1 de concentraties van de PAKs in de waterfasen bepaald en is onderzocht of de gevonden concentraties significant verschillen bij de verschillende sediment:water verhoudingen. Omdat echter verwacht kan worden dat er na 10 dagen van statische blootstelling zeker niet voor alle PAKs evenwicht in een sediment-water-fiber systeem zal zijn bereikt, zijn de metingen “ex situ” herhaald onder dynamische (gemengde) condities. Hierbij zijn zowel 10 als 28 dagen als blootstellingsduur toegepast. De eerste blootstellingsduur diende om een directe vergelijking mogelijk te maken met de “in situ” metingen tijdens de Corophium assays; de tweede blootstellingsduur is gehanteerd omdat uit ervaring blijkt dat voor de meeste veldsedimenten pas na 28 dagen werkelijk evenwicht wordt bereikt (5). Verder is een dergelijke lange blootstelling interessant in verband met het voornemen van het RIKZ op termijn een chronische (enkele weken durende) Corophium test op te zetten.
1
SPME fibers bestaan uit een dunne glasvezel die gecoat is met een polymeer (doorgaans PDMS ofwel siliconenrubber). Hydrofobe stoffen zoals PAKs partitioneren in de (tevens hydrofobe) coating en kunnen zodanig ten behoeve van kwantitatieve analyse uit een waterfase worden geëxtraheerd. Zie bijvoorbeeld referentie (4).
8
Materiaal & Methoden Chemicaliën De volgende chemicaliën zijn gebruikt: Methanol en acetonitrile (HPLC grade; Lab Scan, Dublin, Ierland), Millipore water (Millipore Waters, Amsterdam), natriumchloride, magnesiumchloride, calciumchloride, natriumsulfaat, kaliumsulfaat en natriumazide (alle p.a. kwaliteit; Merck, Darmstadt, Duitsland). SPME Fibers De gebruikte SPME fibers zijn op maat gesneden stukken van een op rol geleverde glasvezel, gecoat met een laagje polydimethylsiloxane (PDMS) (Poly Micro Technologies, Phoenix, Arizona, USA). De glasvezel heeft een diameter van 110 µm en de PDMS coating is 28,5 µm dik. Voor gebruik werden alle fibers thermisch gedesorbeerd (schoongemaakt) in een GC oven door ze gedurende 16 uur onder een constante stroom van helium (~30 ml/min) uit te stoken bij 275 °C. SPME metingen tijdens Corophium testen (statische blootstelling) De “in situ” SPME metingen vonden plaats in het AquaSense lab te Colijnsplaat. Vóór het toevoegen van de Corophii, werd in ieder systeem 2x5 cm fiber ingebracht. De twee fibers werden geborgd aan een katoenen draadje en met behulp van een lange pincet voorzichtig in het bovenste, zachte laagje van het sediment geduwd (de laag waar Corophii actief zijn). Het draadje werd met tape aan de buitenkant van het bekerglas bevestigd en diende om de fibers na afloop van de blootstelling terug te kunnen vinden. In totaal werd in 30 systemen gemeten: 3 sedimenten, elk bij 2 sediment:water verhoudingen (200 ml sediment: 600 ml water en 100 ml sediment: 850 ml water), en elk in vijfvoud. Er werden geen SPME metingen gedaan in het controle sediment (Oesterput sediment), omdat hier naar verwachting alle stoffen onder de detectielimiet zouden vallen. Na 10 dagen bij 15 °C werden de fibers uit het sediment verwijderd, opgemeten, afgeveegd met een in Millipore water gedrenkte tissue, en boven een HPLC vial in stukjes geknipt. In
9
deze vial bevond zich een insert met 180 µl acetonitrile, waarin de PAKs vanuit de fiber direct worden geëxtraheerd. Na transport van de vials (in een koelbox) naar Utrecht, werd op dezelfde dag aan alle vials 20 µl van een interne standaard-oplossing toegevoegd (2methylchryseen) ten behoeve van volume correctie (vial en injectievolume). Aansluitend werden alle vials gevortexd. SPME metingen bij het IRAS (dynamische blootsteling) “Ex situ” metingen vonden plaats bij het IRAS op meegebrachte monsters van de 3 sedimenten. Van de natte monsters werd hiertoe een bepaalde hoeveelheid in amberkleurige 7 ml vials (Supelco, Bellefonte, PA, USA) gebracht. Deze hoeveelheid was ofwel 1.5 ml (gelijk aan 1.75-1.85 g nat materiaal, afhankelijk van het sediment), ofwel 0.63 ml (0.74-0.78 g nat sediment). In het eerste geval werd vervolgens 4.5 ml synthetisch zeewater toegevoegd, terwijl in het tweede geval dit volume 5.37 ml bedroeg. Op deze manier werden twee verschillende sediment:water verhoudingen gecreëerd die exact overeen kwamen met de verhoudingen zoals die tijdens de Corophium test waren toegepast. Het synthetische zeewater bestond uit een oplossing van 24.5 g/l natriumchloride, 9.8 g/l magnesiumchloride, 3.22 g/l natriumsulfaat, 0.85 g/l kaliumsulfaat, 0.53 g/l calciumchloride en 25 mg/l natriumazide (biocide) (6). De vials werden gesloten met caps met aluminium inlage, geschud, en tenslotte werden aan iedere suspensie twee fibers van 5 cm toegevoegd. Het totale aantal van tweemaal 24 vials (een duplicaatset van een viervoud meting van 3 sedimenten, elk in twee verschillende sediment:water verhoudingen) werd vervolgens op een Rock&Roll apparaat (Snijders Scientific, Tilburg) gelegd en gedurende ofwel 10 dagen ofwel 28 dagen gemengd bij 20 °C. Na de beoogde blootstellingsduur werden de fibers uit de vials gehaald, opgemeten, afgeveegd met in Millipore water gedrenkte tissue, en overgebracht in een HPLC vial, waarin zich een insert bevond die gevuld was met 180 µl acetonitrile. Als laatste werd aan alle vials 20 µl interne standaard-oplossing toegevoegd. Net voordat de vials werden geanalyseerd, werden ze gedurende 30 seconden gemengd op een vortex apparaat. De bovenbeschreven methode is een gemodificeerde versie van de methode gerapporteerd in (7).
10
PAK analyses PAKs werden geanalyseerd op een HPLC systeem dat bestond uit de combinatie van een Varian Prostar 420 autosampler, een Gynkotec P580 HPLC pomp, een Shimadzu DGU-14A degasser, een Phenomenex TS130 kolomoven en een Jasco FP-920 fluorescentie detector. De gebruikte kolom was een Vydac 201TP reverse phase C18 kolom. Er werd gedraaid bij 25 °C met een methanol:water mengsel (flow en mengsel gradiënt) en iedere run werd afgesloten met een acetonitrile spoelstap. Kwantificering geschiedde op basis van een vierpunts ijklijn waarvan alle punten in vijfvoud werden geanalyseerd. Dataverwerking en statistische analyses Alle piekhoogten voortvloeiend uit de integraties (Chromcard versie 1.21, CE instruments, Milaan, Italië) werden met behulp van Microsoft Excel omgerekend naar PAK concentraties in de fiber (Cf; in µg individuele PAK per liter PDMS coating). Deze concentraties kunnen in principe worden doorberekend naar concentraties in de waterfase (Cw), indien fiber-water verdelingscoëfficiënten (Kf) voor de stoffen bekend zijn (Cw=Cf/Kf). Voor zout water zijn deze verdelingscoëfficiënten echter niet voorhanden. Hoewel een inschatting van de coëfficiënten gemaakt kan worden door circa 0.2 logeenheden bij de waarden voor zoet water op te tellen, is er in deze studie voor gekozen de vertalingstap van concentratie in de fiber naar concentratie in de waterfase niet te maken. Immers, de huidige vraagstelling richt zich op de mogelijke verschillen tussen behandelingen en deze kunnen ook geïnventariseerd worden op basis van concentraties in de fibers (die een vaste relatie vertonen met de concentraties in de waterfase, omdat de Kf onafhankelijk is van de sediment:water
verhouding). De hierna gepresenteerde resultaten betreffen daarom concentraties in de fibers. Ter illustratie van de orde van grootte van concentraties in de waterfase, is echter één tabel (Tabel 2) opgenomen waarin een schatting wordt gegeven van de Cw waarden. Resultaten van de twee verschillende behandelingen (sediment:water verhoudingen) werden getoetst op statistische verschillen door middel van t-testen (two-sample assuming equal variances; Microsoft Excel). De testen werden uitgevoerd voor al de drie afzonderlijke blootstellingen (statisch, 10-daags dynamisch en 28-daags dynamisch). De uitkomsten werden vervolgens getoetst aan een significantieniveau van 0.05.
11
Resultaten & Discussie In Tabel 1 zijn de concentraties in SPME fibers (Cf) weergegeven zoals die bepaald zijn na de 10-daagse, statische blootstelling in de sediment-water systemen waarin gelijktijdig de overleving van Corophii werd getest. In de tabellen 3 en 4 staan de Cf waarden gemeten na de respectievelijk dynamische 10- en 28-daagse blootstellingen. Ter illustratie van de orde van grootte van de concentraties in de waterfase (Cw), zijn in Tabel 2 schattingen van deze
Cw’s gegeven voor de metingen tijdens de Corophium assays. Benadrukt moet worden dat deze waarden niet kwantitatief geïnterpreteerd mogen worden, en wel om de volgende twee redenen: (1) Vergelijking van de tabellen 1, 3 en 4 leert dat er na de 10-daagse, statische blootstelling in de meeste gevallen nog geen evenwicht is bereikt (zie onder). Dit betekent dat de Cf in dit geval nog geen goede afspiegeling geeft van de Cw; (2) De Cw’s in Tabel 2 zijn berekend met behulp van Kf waarden zoals die voor dit type fiber zijn bepaald in zoet water bij 20 °C. Door “salting out” effecten, is de Kf in zout water waarschijnlijk hoger en bij 15 °C is de Kf eveneens hoger als gevolg van toenemende fiber-water partitie bij afnemende temperatuur. Wegens het eerste punt zijn de gegeven schattingen feitelijk te laag; als gevolg van het tweede punt zullen de geschatte waarden te hoog liggen. Desalniettemin mogen de concentraties in Tabel 2 worden gezien als een redelijke, kwalitatieve inschatting. De boodschap die uit de Tabellen 1-4 naar voren komt, is dat de concentraties gemeten voor individuele PAKs bij de twee verschillende sediment:water verhoudingen, in het merendeel van de gevallen goed overeen komen. Uit de resultaten van de statistische analyses (t-toetsen) komt dan ook naar voren dat er geen significante verschillen zijn tussen de behandelingen (gevonden P waarden >> 0.05; zie Tabel 5). Met andere woorden, de concentraties van PAKs in de waterfase zijn constant en daarmee onafhankelijk van de sediment:water verhouding. Deze conclusie is in overeenstemming met de theorie en toont aan dat er voor PAKs, en daarmee zeer hoogstwaarschijnlijk voor hydrofobe stoffen in het algemeen, geen reden is de sediment:water verhouding tijdens Corophium testen niet te verlagen.
12
Tabel 1. PAK concentraties gemeten in SPME fibers (µg PAK / liter PDMS) blootgesteld aan drie verschillende sedimenten, elk in twee verschillende sediment:water verhoudingen (H en L)a. Blootstelling vond plaats gedurende 10 dagen tijdens Corophium volutator bio-assays (statische blootstelling)b.
Sedimentcode
335139
335139
335140
335140
335142
335142
H
L
H
L
H
L
317 ± 12
335 ± 25
339 ± 33
364 ± 27
391 ± 7
385 ± 8
53 ± 4
52 ± 5
64 ± 3
67 ± 6
83 ± 5
85 ± 8
Fluoranthene
415 ± 10
421 ± 43
597 ± 41
574 ± 21
522 ± 19
545 ± 62
Pyrene
720 ± 14
761 ± 67
676 ± 69
656 ± 50
604 ± 22
633 ± 39
Benz[a]anthracene
83 ± 6
83 ± 4
138 ± 9
136 ± 10
104 ± 7
107 ± 8
Chrysene
236 ± 6
239 ± 9
248 ± 3
252 ± 5
237 ± 7
242 ± 11
Benzo[e]pyrene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Benzo[b]fluoranthene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Benzo[k]fluoranthene
27 ± 2
32 ± 3
42 ± 2
43 ± 5
28 ± 1
30 ± 3
Benzo[a]pyrene
32 ± 3
34 ± 5
57 ± 9
60 ± 7
36 ± 3
35 ± 3
Benzo[ghi]perylene
57 ± 8
58 ± 5
74 ± 12
70 ± 4
63 ± 10
62 ± 11
Dibenz[ah]anthracene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Indeno[123,cd]pyrene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Phenanthrene Anthracene
a
: H staat voor de hoge sediment:water verhouding (200 ml sediment: 600 ml water); L staat voor de lage verhouding (100 ml sediment: 850 ml water);
b
: n = 5 voor elk type systeem (type sediment bij bepaalde sediment:water verhouding);
nb: niet bepaald; onder de detectielimiet.
13
Tabel 2. Geschattea PAK concentraties in de waterfase (ng/l) tijdens 10-daagse Corophium
volutator bio-assays, uitgevoerd op drie verschillende sedimenten, elk in twee verschillende sediment:water verhoudingen (H en L)b,c.
Sedimentcode
335139
335139
335140
335140
335142
335142
H
L
H
L
H
L
Phenanthrene
46.9 ± 1.8
49.6 ± 3.6
50.2 ± 4.8
53.8 ± 4.0
57.8 ± 1.0
56.9 ± 1.1
Anthracene
8.1 ± 0.6
7.8 ± 0.7
9.7 ± 0.4
10.1 ± 0.9
12.6 ± 0.8
12.9 ± 1.3
Fluoranthene
25.6 ± 0.6
25.9 ± 2.6
36.8 ± 2.5
35.4 ± 1.3
32.2 ± 1.2
33.6 ± 3.8
Pyrene
36.9 ± 0.7
39.1 ± 3.4
34.6 ± 3.5
33.6 ± 2.5
31.0 ± 1.1
32.5 ± 2.0
Benz[a]anthracene
1.5 ± 0.1
1.5 ± 0.1
2.5 ± 0.2
2.5 ± 0.2
1.9 ± 0.1
2.0 ± 0.1
Chrysene
4.7 ± 0.1
4.8 ± 0.2
4.9 ± 0.1
5.0 ± 0.1
4.7 ± 0.1
4.8 ± 0.2
Benzo[e]pyrene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Benzo[b]fluoranthene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Benzo[k]fluoranthene
0.2 ± 0.02
0.2 ± 0.02
0.3 ± 0.02
0.3 ± 0.03
0.2 ± 0.00
0.2 ± 0.02
Benzo[a]pyrene
0.3 ± 0.02
0.3 ± 0.05
0.5 ± 0.1
0.5 ± 0.1
0.3 ± 0.03
0.3 ± 0.03
Benzo[ghi]perylene
0.2 ± 0.03
0.2 ± 0.02
0.3 ± 0.05
0.3 ± 0.01
0.2 ± 0.04
0.2 ± 0.04
Dibenz[ah]anthracene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Indeno[123,cd]pyrene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
a
: Concentraties zijn niet kwantitatief te interpreteren door het ontbreken van evenwichtscondities. Tevens zijn de schattingen berekend met behulp van Kf waarden gemeten bij 20 °C in zoet water;
b
: H staat voor de hoge sediment:water verhouding (200 ml sediment: 600 ml water); L staat voor de lage verhouding (100 ml sediment: 850 ml water);
c
: n = 5 voor elk type systeem (type sediment bij bepaalde sediment:water verhouding);
nb: niet bepaald; onder de detectielimiet.
14
Tabel 3. PAK concentraties gemeten in SPME fibers (µg PAK / liter PDMS) blootgesteld aan drie verschillende sedimenten, elk in twee verschillende sediment:water verhoudingen (H en L)a. Blootstelling vond plaats gedurende 10 dagen onder menging (dynamische blootstelling)b.
Sedimentcode
335139
335139
335140
335140
335142
335142
H
L
H
L
H
L
461 ± 31
410 ± 24
386 ± 24
360 ± 27
483 ± 21
495 ± 14
79 ± 4
62 ± 3
92 ± 3
64 ± 1
155 ± 9
157 ± 14
Fluoranthene
656 ± 29
500 ± 20
983 ± 49
991 ± 57
1480 ± 149
1440 ± 82
Pyrene
653 ± 59
528 ± 28
1089 ± 86
1194 ± 55
1411 ± 97
1332 ± 70
Benz[a]anthracene
150 ± 10
113 ± 3
303 ± 10
284 ± 16
321 ± 37
307 ± 13
Chrysene
297 ± 18
267 ± 12
335 ± 9
352 ± 7
418 ± 32
437 ± 14
Benzo[e]pyrene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Benzo[b]fluoranthene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Benzo[k]fluoranthene
60 ± 6
32 ± 4
150 ± 13
131 ± 3
120 ± 9
110 ± 6
Benzo[a]pyrene
67 ± 6
44 ± 4
200 ± 26
162 ± 6
140 ± 11
130 ± 7
Benzo[ghi]perylene
79 ± 2
67 ± 4
149 ± 18
117 ± 3
92 ± 8
98 ± 8
Dibenz[ah]anthracene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Indeno[123,cd]pyrene
nb
nb
123 ± 14
95 ± 4
87 ± 8
82 ± 11
Phenanthrene Anthracene
a
: H staat voor de hoge sediment:water verhouding (1.5 ml sediment: 4.5 ml water); L staat voor de lage verhouding (0.63 ml sediment: 5.37 ml water);
b
: n = 4 voor elk type systeem (type sediment bij bepaalde sediment:water verhouding);
nb: niet bepaald; onder de detectielimiet.
15
Tabel 4. PAK concentraties gemeten in SPME fibers (µg PAK / liter PDMS) blootgesteld aan drie verschillende sedimenten, elk in twee verschillende sediment:water verhoudingen (H en L)a. Blootstelling vond plaats gedurende 28 dagen onder menging (dynamische blootstelling)b.
Sedimentcode
335139
335139
335140
335140
335142
335142
H
L
H
L
H
L
482 ± 24
478 ± 25
385 ± 19
371 ± 13
516 ± 24
499 ± 24
78 ± 2
67 ± 4
89 ± 4
72 ± 5
122 ± 7
149 ± 9
Fluoranthene
763 ± 14
676 ± 51
935 ± 32
1068 ± 73
1242 ± 57
1420 ± 121
Pyrene
766 ± 17
694 ± 49
1080 ± 87
1263 ± 59
1260 ± 48
1362 ± 128
Benz[a]anthracene
160 ± 2
143 ± 18
282 ± 24
290 ± 14
267 ± 11
295 ± 20
Chrysene
317 ± 5
286 ± 15
331 ± 20
361 ± 22
377 ± 8
437 ± 18
Benzo[e]pyrene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Benzo[b]fluoranthene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Benzo[k]fluoranthene
79 ± 5
64 ± 5
132 ± 12
150 ± 8
87 ± 2
119 ± 10
Benzo[a]pyrene
82 ± 6
68 ± 4
177 ± 19
192 ± 14
125 ± 3
137 ± 9
Benzo[ghi]perylene
87 ± 10
65 ± 5
127 ± 12
128 ± 22
92 ± 1
100 ± 1
Dibenz[ah]anthracene
nb
nb
nb
nb
nb
nb
Indeno[123,cd]pyrene
73 ± 10
76 ± 10
114 ± 20
120 ± 13
91 ± 6
95 ± 2
Phenanthrene Anthracene
a
: H staat voor de hoge sediment:water verhouding (1.5 ml sediment: 4.5 ml water); L staat voor de lage verhouding (0.63 ml sediment: 5.37 ml water);
b
: n = 4 voor elk type systeem (type sediment bij bepaalde sediment:water verhouding);
nb: niet bepaald; onder de detectielimiet.
16
Tabel 5. P waarden (two-tail) resulterend uit t-toetsen.
Sedimentcode
335139
335140
335142
10-daags, statisch, in situ
0.94
0.99
0.96
10-daags, dynamisch, ex situ
0.63
0.96
0.97
28-daags, dynamisch, ex situ
0.83
0.84
0.84
Een vergelijking van de Cf waarden in de tabellen 1 en 3 toont aan dat in ieder geval voor de sedimenten 335140 en 335142 nog geen evenwicht was bereikt na de 10-daagse, statische blootstelling. Concentraties in de fibers na 10 dagen dynamische blootstelling aan deze sedimenten (Tabel 3) zijn immers hoger dan die na 10 dagen statische blootstelling (Tabel 1). Het verschil tussen deze behandelingen is tevens statistisch significant (paired t-tests). Voor het sediment 335139 daarentegen, is er geen significant verschil aan te tonen (paired t-test), terwijl op het oog voor een aantal PAKs toch zeker wel sprake is van een verschil. Deze verschillen worden daarom hoogstwaarschijnlijk uitgemiddeld door een aantal stoffen waarvoor geen verschil aanwezig is. Het afwijkende gedrag van sediment 335139 komt tevens naar voren uit de vergelijking tussen de Cf waarden na 4 weken en 10 dagen dynamische blootstelling (Tabel 4 en 3, respectievelijk). De concentraties gemeten na 4 weken blijken namelijk significant te verschillen van die gevonden na 10 dagen dynamische blootstelling, terwijl voor de andere twee sedimenten dit niet het geval is. Met andere woorden, voor de laatste twee sedimenten is reeds na 10 dagen dynamische blootstelling een evenwichtsituatie bereikt, maar voor het 335139 sediment lijkt dit niet het geval te zijn. Zoals eerder vermeld, is de verwachting dat met de gehanteerde methode, sediment-water-fiber systemen na een 4-weekse dynamische blootstelling in ieder geval in evenwicht verkeren. De huidige resultaten bevestigen deze verwachting voor de sedimenten 335140 en 335142, maar voor het 335139 sediment kan de evenwichtssituatie niet worden geverifieerd (wat echter niet
17
betekent dat er geen evenwicht is na 4 weken). Voor het afwijkende gedrag van sediment 335139 is niet direct een sluitende verklaring te geven, maar een verhoogde heterogeniteit zou een rol kunnen spelen.
Conclusies In deze studie zijn met behulp van SPME fibers PAK concentraties gemeten in de waterfase bij twee verschillende sediment:water verhoudingen (1:3 en 1:8½ v/v). De metingen vonden zowel plaats tijdens 10-daagse Corophium bio-assays, als tijdens parallelle, ex situ, 10- en 28-daagse schudexperimenten. Alle metingen laten zien dat de twee sediment:water verhoudingen resulteren in concentraties die niet (statistisch significant) van elkaar verschillen. De huidige resultaten tonen daarmee aan dat de blootstellingsconcentraties van PAKs voor Corophium volutator tijdens de CTT Corophium bio-assay onafhankelijk zijn van de sediment:waterverhouding. Vanuit een chemisch (hydrofoob, organisch) oogpunt is daarmee de weg vrij om de sediment:water verhouding tijdens Corophium bio-assays te verlagen.
Literatuur (1)
Schipper, C.A.; Schout P. De weg naar implementatie van de Chemie-Toxiciteits-
Toets. 2003. RIKZ rapport 2003/.36; AKWA/RIKZ 04.005. 82 p. (2)
RIKZ–Standard Operating Procedure. The 10d marine amphipod Corophium
volutator mortality sediment toxicity test. 2000. Rapport nr SPECIE-01. 17 p. (3)
Verhaar, H. J. M.; Busser, F. J. M.; Hermens, J. L. M. Surrogate parameter for the baseline toxicity content of contaminated water: Simulating the bioconcentration of mixtures of pollutants and counting molecules. Environ. Sci. Technol. 1995,
29, 726-734.
18
(4)
Mayer, P.; Vaes, W. J.; Wijnker, F.; Legierse, K. M.; Kraaij, R. H.; Tolls, J.; Hermens, J. M. Sensing dissolved sediment porewater concentrations of persistent and bioaccumulative pollutants using disposable solid-phase microextraction fibers. Environ. Sci. Technol. 2000, 34, 5177-5183.
(5)
Van der Heijden, S.A; Jonker, M.T.O. 2005. Unpublished data.
(6)
Jonker, M. T. O.; Sinke, A. J. C.; Brils, J. M.; Koelmans, A. A. Sorption of polycyclic aromatic hydrocarbons to oil contaminated sediment: Unresolved complex? Environ. Sci. Technol. 2003, 37, 5197-5203.
(7)
Ter Laak, T.L. Sorption to soil of hydrophobic and ionic compounds:
Measurement and modeling. 2005. Proefschrift; Institute for Risk Assessment Sciences, Universiteit Utrecht, Utrecht. 157 p.
19
