Stabilizovaná kapalinová membránová zařízení - Stabilized liquid membrane devices

Výzkumný pracovník drží SLMD

A stabilizované zařízení na kapalnou membránu nebo SLMD je typ pasivní vzorkovací zařízení který umožňuje in situ, integrační sbírka na vodní bázi, labilní iontové kovové kontaminanty.[1] Zachycením a sekvestrováním kovových iontů na jeho povrch nepřetržitě po dobu dnů až týdnů může SLMD poskytnout integrativní měření biologicky dostupné toxické kovové ionty přítomné ve vodném prostředí.[2] Jako takové byly použity ve spojení s dalšími pasivními vzorkovači v ekologických terénních studiích.[3][4]

Pozadí

Pasivní vzorkovače byly poprvé vyvinuty počátkem 70. let 20. století k monitorování koncentrací znečišťujících látek ve vzduchu, kterým mohou být průmysloví pracovníci vystaveni, ale v 90. letech 20. století vědci vyvinuli a využili pasivní vzorkovače ke sledování znečišťujících látek ve vodném prostředí.[5] Prvním typem pasivního vzorkovače vyrobeného pro použití ve vodném prostředí byl polopropustné membránové zařízení (SPMD).[5] SPMD lze použít ke stanovení časově vážených průměrných koncentrací hydrofobní organické kontaminující látky, ale až do počátku dvacátých let se pasivní zařízení pro odběr vzorků kovových kontaminantů ještě neobjevila.[1]Kovy v prostředí se mohou specializovat do různých forem. Většina kovů rozpuštěných ve vodném prostředí je přítomna v jakémkoli z několika iontových, komplexních iontových a organicky vázaných stavů.[1] U většiny toxických kovů je biologická dostupnost největší u labilních kovů ve volném iontovém stavu.[1] Uznávajíc potenciální užitečnost zařízení pro pasivní odběr vzorků, které by mohlo být použito k měření stopových množství biologicky dostupných toxických kovů, vědci na Geologický průzkum Spojených států (USGS) a University of Missouri zahájil vývoj jako protějšek k SPMD, které mohly být použity ke vzorkování labilních kovů.[2]

Struktura a funkce

Vnější část SLMD se skládá z části uzavřených, plochých, polopropustných polyethylenových hadiček. Uvnitř této hadice je uzavřena hydrofobní směs 1: 1 činidlo tvořící komplex kovů a dlouhý řetěz organická kyselina.[1] Organická kyselina difunduje trubkami na vnější povrch, kde karboxylová kyselina část může tvořit stabilní komplexy s ionty vápníku a hořčíku ve vodě.[2] To umožňuje, aby se voskovitá vrstva pomalu hromadila na vnější straně tuby. činidlo vytvářející komplex s kovy se neustále mobilizuje do této voskovité vrstvy, kde může izolovat kovové ionty z vody.[1] Hydrofobní činidlo vytvářející komplex s kovem, které se nejčastěji používá v SLMD, je alkylovaný 8-hydroxychinolin.[2] Kyselina olejová se běžně používá jako druhá polovina směsi hydrofobních činidel v poměru 1: 1, protože ve vodném vzorkovacím médiu snadno vytváří oleáty vápníku.[1] Kromě základního zařízení se k umístění SLMD v terénu někdy používají hydrofobní plastové pláště.[1][2] Proměnlivý průtok vody může změnit rychlosti vzorkování kovů pomocí SLMD, což ztěžuje stanovení časově průměrné koncentrace.[2] Umožněním difúze odpovědných kovových analytů na povrch SLMD při současném omezení difúze částic koloidní nebo huminové látky, tyto hydrofobní pláště pomáhají snižovat variabilitu absorpce SLMD v rychle se pohybujících vodách.[2]

Po nasazení ve známém časovém intervalu lze SLMD obnovit z pole pro analýzu. Praní s 20% kyselina dusičná umožňuje extrakci nahromaděných kovů a pomocí analytických technik, jako je hmotnostní spektroskopie s indukčně vázanou plazmou (ICP-MS) nebo atomová absorpční spektroskopie (plamen AAS) pro měření koncentrace kovu v extraktu lze určit množství kovu akumulovaného SLMD.[1]

Aplikace

Je známo, že SLMD se hromadí kadmium, kobalt, měď, nikl, Vést, a zinek,[1][2] a byly nasazeny ve studiích monitorování sladké vody Washingtonským ministerstvem ekologie (ekologie)[3] a USGS.[6]Ekologie nasadila SLMD v horním a dolním Indian Creek na 28, respektive 27 dní.[3] Koncentrace kovů na SLMD byly použity k odhadu skutečné koncentrace kovů v potoce. Odhadovaná koncentrace byla vyjádřena jako rozmezí založené na vzorkovací frekvenci SLMD a délce expozice. Účelem odběru bylo prozkoumat možné příčiny subletálních účinků mladých pstruhů a ztráty bentické biodiverzity v potoce.[3]

Výhody a omezení

Toxické kovy mohou být přítomny ve vodném prostředí na stopa nebo ultrastopové koncentrace, přesto musí být toxikologicky významné a způsobit tak újmu lidem nebo životnímu prostředí.[2] Protože tyto koncentrace jsou tak nízké, klesly by nad detekční limity většiny analytických nástrojů, pokud byla média vzorkována pomocí tradičních grabovacích vzorků.[7] Použití SLMD k pasivnímu sběru kovů po delší dobu umožňuje akumulaci stopových kovů na zjistitelnou úroveň, což může poskytnout přesnější odhad vodní chemie a kontaminace.[2] SLMD mají také tu výhodu, že jsou schopny zachytit impulsy kontaminace kovy, které by jinak mohly být při použití nezjištěny urvat vzorky.[3]SLMD jsou omezeny na hodnocení labilních kovů a nelze je použít k monitorování organické kontaminanty. Dále, i když byla opakovaně prokázána schopnost SLMD vzorkovat měď, zinek, nikl, olovo a kadmium,[1][2][4] tam byl malý laboratorní výzkum na jejich schopnost spolehlivě vychytávat jiné toxické kovy. Přestože laboratorní studie účinnosti SLMD zkoumaly pouze měď, zinek, nikl, olovo a kadmium, SLMD byly s úspěchem použity v terénních studiích k hodnocení širší škály kovů.[3]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j k Brumbaugh, W.G., Petty, J.D., Huckins, J.N., Manahan, S.E. 2002. Stabilizované kapalinové membránové zařízení (SLMD) pro pasivní, integrativní odběr vzorků labilních kovů ve vodě. Voda, vzduch, znečištění půdy. 133, 109–119.
  2. ^ A b C d E F G h i j k Petty, J.D., Brumbaugh, W.G., Huckins, T.W.M., Wiedmeyer, R. 2001. Patent USA č. US006296760B1. https://patents.google.com/patent/US6296760?oq=ininventor:Petty+ininventor:Brumbaugh+ininventor:Huckins+ininventor:Wiedmeyer
  3. ^ A b C d E F 2012. Možné příčiny poškození raného životního stylu pstruha duhového a ztráta bentické biologické rozmanitosti v Indian Creek. Washington State Department of Ecology.
  4. ^ A b Brumbaugh, W.G., May, W.T., Besser, J.M., Allert, A.L., Schmitt, C.J. 2008. Hodnocení elementárních koncentrací v proudech nového olověného pásu v jihovýchodní Missouri, 2002-05. Zpráva o vědeckých výzkumech 2007-5057.
  5. ^ A b Alvarez, D. 2013. Vývoj semipermeabilních membránových zařízení (SPMD) a polárních organických integrovaných vzorníků (POCIS) pro monitorování životního prostředí. Toxikologie prostředí a chemie. 23: 2179–2181.
  6. ^ United States Geological Society (USGS) Columbia Environmental Research Center. Květen 2004. Citováno 28.5.2018.
  7. ^ Petty, J.D., Huckins, J.N. Alvarez, DA, Brumbaugh, WG, Cranor WL, Gale, RW, Rastall, AC, Jones-Lepp TL, Leiker TJ, Rostad CE, Furlong ET, 2004. Holistický přístup s pasivním integrativním vzorkováním pro hodnocení přítomnosti a potenciálních dopadů vodou přenosných kontaminanty životního prostředí. Chemosphere 54, 695-709.