1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212570_28446780.jpg logo_mu_cerne.gif • Luděk Bláha, PřF MU •Chemické látky v ekosystémech •- úvod - • OPVK_MU_stred_2 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Co by si student(ka) měl(a) odnést ? •Znát názvy, chemickou povahu (základní strukturní charakter) a zdroje hlavních skupin znečišťujících látek •Vysvětlit, které faktory v prostředí ovlivňují chování látek v prostředí (logKow, H, persistence)… •… a podmiňují tak míru biodostupnosti látek v prostředí a expozici organismů 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Contamination of water - chemicals ? •Degradable „nontoxic“ •organic material + nutrients / fertilizers (N/P) •„Other“ chemicals 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Chemické látky v hlavních složkách “prostředí” člověka – –Potraviny a potravní řetězce (viz jiná část přednášek): •Pesticidy, Toxické kovy, Veterinární léčiva ... a další – –Ovzduší •Prachové částice – vazba různých látek •Organické látky v ovzduší - PAHs, POPs (PCBs, PCDD/Fs, DDTs atd) •Další toxické látky v ovzduší – NOx, SOx, O3 •SMOG (smoke and fog) •Vnitřní prostředí – Bromované zhášeče hoření atd (PBDE/Fs) – –Pitná voda •Toxické kovy, patogeny ... •Organické mikropolutanty (pesticidy, léčiva – viz dále) •Toxiny sinic (viz dále) • •Velký nevyřešený problém: SMĚSI + spolupůsobení faktorů = Charakterizace EXPOZOMu 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Podzemní voda – pesticidy, repelenty, léčiva, bisfenol-A ... Loos et al. Pan-European survey on the occurrence of selected polar organic persistent pollutants in ground water (Water Research 44, 2010, 4115-4126) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif What numbers of CHEMICALS ? •Status 2017 • • • • • • • • • • • • • • • • • New web: • https://www.cas.org/about/cas-content 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif What numbers of CHEMICALS ? •https://echa.europa.eu/information-on-chemicals/ec-inventory •Cc •100,000 •are used •by industry 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Definice nejsou zcela jednoznačné ... ale je dobré chápat význam jednotlivých pojmů • TOXIKANTY / TOXINY / EKOTOXIKANTY • èTOXIKANTY •= látky které jsou toxické v relativně nízkých koncentracích, jsou do prostředí vnášeny lidskými činnostmi • èTOXINY •= přírodní tox. látky – produkované rostlinami, bakteriemi, živočichy èPozn.- několik příkladů environmentálně významných přírodních toxinů, které jsou současně ekotoxikanty: toxiny sinic - environmentální význam nabývají díky antropogenní činnosti - eutrofizace • • Významné pojmy http://cdn.phys.org/newman/gfx/news/hires/2013/1-increasingto.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Ekotoxikanty •Vybrané látky z širokého spektra chemických látek (nafta a její produkty - organické látky, farmaceutika, pesticidy), které mohou být uvolňovány do prostředí a mohou mít v ekosystémech specifické efekty/interakce. • •Každá lidská činnost vnáší do prostředí (toxické) látky –produkty a vedlejší produkty průmyslu –domácí odpad (detergenty, plasty ....) –produkty užívané v zemědělství –odpady z dopravy –veterinární a humánní farmaceutika –Další… • https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQYrBy1inGcFytovwR4-D2fwFegMAixkxWqeiEL1o6-jxO 6qdK1Zg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Kontaminanty –Látky znečišťující prostředí ... nemusí být přímo toxické, ale jsou škodlivé • –! nutrienty (NOx a POx) •nejsou ekotoxikanty ALE mají řadu sekundárních efektů à eutrofizace – –! organický komunální odpad •není přímo toxický, ALE zvyšuje obsah organického uhlíku •à rozkladné procesy à snižují obsah kyslíku à toxicita pro vodní organismy – –! těžké kovy, polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs) •existují v přírodě přirozeně ALE v “pozaďových” koncentracích • –! jednoduchá mýdla •uvolňovány ve vysokých koncentracích ALE rychlá hydrolýza na netoxické produkty – Ekotoxikanty vs. Kontaminanty ? 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Přehled zdrojů kontaminace –student by měl mít celkový přehled a znát vybrané typické znečišťující látky – viz přehled dále – –BODOVÉ ZDROJE (lze lépe kontrolovat, postihovat) •odpadní komunální vody •průmyslové odpadní vody •pevné městské a průmyslové odpady - skládky / spalování – –DIFUZNÍ ZDROJE (obtížná kontrola) •průmysl, produkty motorů, výroba energie •splachy z povrchů (silnice, střechy, nátěry ...) •zemědělské činnosti • Zdroje... a příklady reprezentativních kontaminantů http://wwws3.eea.europa.eu/themes/water/water-pollution/figures-and-maps/sources-of-pollution/image 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Odpadní komunální vody •Vliv na složky prostředí –Primárně vliv na vodu ... sekundárně i na půdu a přenos do potvravních řetězců (zavlažování, kaly z ČOV) – •Významné kontaminanty –Netoxické organické látky (fekální znečištění) –PPCP (Pharmaceuticals and Personal Care Products) •Léčiva •Domácí chemie (detergenty, změkčovadla, vůně/mošusy) –Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs) –Chlorované látky –Toxické kovy • http://www.omafra.gov.on.ca/english/nm/nasm/info/brochuref2.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Odpadní vody z průmyslu •Vliv na složky prostředí –Primárně vliv na vodu ... – •Významné kontaminanty –Konkrétní produkty podle typu průmyslu, příklady: •Potravinářství – organické znečištění, fytoestrogeny z rostlin •Papírenství – chlor, organické látky vznikající chlorací •Zpracování kovů –chladicí a obráběcí kapaliny (chlorované alkany / parafiny) •atd –Toxické kovy –Kyseliny, rozpouštědla (vč. halogenovaných) – –Globálně významné kontaminanty •Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a furany (PCDD/Fs) •Polychlorované bifenyly (PCBs) •Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs) • • http://www.iswa.uni-stuttgart.de/lsww/bilder/iwt_bereiche.en.jpg http://media.except.nl/media/cache/uploaded_images/asset_image/Industrie_All_v3_pure_image.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Skládky pevného odpadu (landfills) Průmyslové zony – staré zátěže •Vliv na složky prostředí –Primárně vliv na podzemní vodu (ground water, GW) – •Významné kontaminanty –Konkrétní produkty podle typu průmyslu a skládkováná, časté kontaminanty GW •BTEX – benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes •Nízkomolekulární halogenovaná rozpouštědla – př. ethyleny (TCE, DCE) –Toxické kovy – –Globálně významné kontaminanty •Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a furany (PCDD/Fs) •Polychlorované bifenyly (PCBs) •Organochlorové pesticidy (OCPs) • • http://wwws4.eea.europa.eu/publications/GH-07-97-595-EN-C2/Figure7_10.GIF 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Průmysl, spalovací motory, výroba energie •Vliv na složky prostředí –Difuzní znečištění –Primárně vliv na atmosféru + na všechny ekosystémy • •Významné kontaminanty –Toxické kovy (např. Pb, Cd a další) –CO, CO2 –Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs) –SOx, NOx –Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a furany (PCDD/Fs) – –Specifické organické látky používané v průmyslu •Dle typu průmyslu •Globální význam např. Polychlorované bifenyly (PCBs) • http://tiki.oneworld.org/energy/wonder_pollution.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Splachy z povrchů (runoffs) •Vliv na složky prostředí –Difuzní znečištění –Primárně vliv na vodu (povrchovou a podzemní)... – •Významné kontaminanty –Stavební chemie –Chlorované látky –Toxické kovy – –Globálně významné látky •Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a furany (PCDD/Fs) •Polychlorované bifenyly (PCBs) •Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs) • • http://www.livingonkarst.org/images/image006.jpg http://pugetsound.org/education/polluted-runoff/images/stormwaterjourney.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Zemědělství •Vliv na složky prostředí –Difuzní znečištění –Zejména vliv na půdu ... ale nepřímo na všechny složky – •Významné kontaminanty –Přípravky na ochranu rostlin (pesticidy) –Hnojiva (N-, P-) a jejich kontaminanty (často např. Cd) –Veterinární léčiva (à aplikace kejdy) • • • http://univr-cms.u-strasbg.fr/depotcel/DepotCel/592/contexte/fig1_eng.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Hlavní skupiny znečišťujících látek Významné termíny, zkratky ... a struktury 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Pesticidy Toxické pro nežádoucí organismy („pests“) DDT, parathion, glyfosát (round-up), atrazin Insekticidy Toxické pro hmyz/členovce DDT, parathion Herbicidy Toxické pro rostliny 2,4-D, glyfosát, atrazin Fungicidy Toxické pro houby/plísně Pesticidy s toxickými kovy (Hg, Cu) Rodenticidy Toxické pro hlodavce Kyanid Karcinogeny Indukují rakovinu Benzo[a]pyren Reprodukčně toxické Vliv na rozmnožování Ethinyl-estradiol Endokrinní disruptory Vliv na hormonální aparát Ethinyl-estradiol, tributylcín Skupiny látek podle účinků 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Lipofilní (hydrofobní) Rozpustné v tucích / málo rozpustné ve vodě DDT Hydrofilní Rozpustné ve vodě Fenol, moderní insekticidy Neutrální organické látky Látky bez náboje (neionizují se) DDT, PCB Radioaktivní látky Nestabilní, rozpad a uvolnění záření Radon Surfaktanty, detergenty Látky snižující povrchové napětí na rozhraní dvou fází Nonylfenol, alkylbenzen sulfonáty Persistentní látky Velmi dlouhý život v prostředí (nedegradují se) DDT, PCB Volatilní organické látky Volatile organic compounds (VOCs) Acetone, Benzene, Formaldehyde, Xylene Perchloroethylene, Toluene atd Skupiny látek podle fyz-chem vlastností 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Chlorované uhlovodíky, organochlorové látky Chlorohydrocarbons, organochlorines DDT, PCB, PCDD/Fs Polychlorované bifenyly (PCB) Polychlorinated biphenyls PCB153 Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) Benzo[a]pyren Polychlorované dibenzo-p-dioxiny („dioxiny“) a –furany Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and -furans (PCDD/Fs) 2,3,7,8-TCDD Těžké kovy, toxické kovy Heavy metals Hg, Pb, Cd (+ další) Organokovové látky Organometallics Alkyl-cíny Organofosfáty Organophosphates (OPs) Látky (insekticidy) – např. parathion BTEX látky Benzen a jeho deriváty – kontaminace podzemních vod a vzduchu (těkavé) Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylenes Významné skupiny látek podle struktury 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •DDT •PCB153 (velmi častý) •Polychlorované dioxiny a furany (PCDD/Fs) •Benzo[a]pyren – zástupce PAHs •Tributyl-cín chlorid •(Organokov) •Cypermethrin •Organofosfáty •BTEX • • • • • http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/11/Benzene_Toluene_and_ortho-%2Cmeta-%2Cand_p ara-xylene.svg/317px-Benzene_Toluene_and_ortho-%2Cmeta-%2Cand_para-xylene.svg.png •Znát „orientačně“ nejvýznamnější struktury 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Významné zkratky –skupiny látek •HPVC - High-production volume chemicals (z legislativy REACH) •CMR - Carcinogenic, mutagenic or reprotoxic (z legislativy REACH) •EDC - Endocrine disruptive compounds •POPs - Persistent Organic Pollutants (dle definice Stockholmské úmluvy) •OCPs - Organochlorine pesticides (např. DDT, lindan atd) •PBT - Persistent Bioaccumulative and Toxic compounds –velmi nebezpečné - specifická legislativa •PPCP - Pharmaceuticals and personal care products •PPP - Plant protection products –(Česky: POR – Prostředky na ochranu rostlin = obecně/lidově „pesticidy“) •HCs - Halogenated compounds (užíváno zpravidla při kontaminaci podzemních vod) •Emerging contaminants - “Nové typy kontaminantů” –zpravidla polární látky, které se doposud méně studovaly (dříve velká pozornost spíše látky persistentní!) • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Environmentální procesy 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Riziko látky v prostředí – které parametry ho podmiňují/určují? •RIZIKO •(např. Úbytek populace ryb v ČR) •Vlastnosti látky •NEBEZPEČNOST • •Vstupuje do ryby? (biokoncentrace) •Může se bioakumulovat? •Koncentruje se v potravní pyramidě (bioobohacování)? •Je pro ryby nebezpečná/toxická? •Jakým mechanismem/typem toxicity? • •Při jakých koncentracích ? • •Situace v prostředí •EXPOZICE • •Je látka ve vodě? (osud) •Je ve formě dostupné pro ryby? •(biodostupnost) • • • • •Jaká je biodostupná koncentrace? • •Schematický obrázek – shrnuje pojmy vysvětlené v další části přednášky 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif OSUD látky v prostředí určuje míru EXPOZICE E3 •ENVIRONMENTÁLNÍ OSUD (fate) popisuje •? V kterých složkách prostředí se látka nachází ROZDĚLOVÁNÍ mezi složky •? Jak se uvnitř složek pohybuje TRANSPORT – např. vzduchem •? Jak se uvnitř složek přeměňuje TRANSFORMACE – chemické a biologické •EXPOZICE (exposure) •Míra vystavení organismu •látce (v určité koncentraci, •po určitou dobu atd •= Expoziční scénáře) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Které parametry určují jaký bude osud chemické látky? ROZDĚLOVÁNÍ TRANSPORT TRANSFORMACE Vlastnosti látky Polarita vs hydrofobicita (Kow, rozpustnost ve vodě) Těkavost, bod varu, vypařování (H, bod varu) Reaktivita vs stabilita a persistence (t1/2) Vlastnosti prostředí Proudění (rychlost, směr, typ ...) Teplota Světlo (a jeho parametry) Chemické složení pH (volné H+) Redox potenciál (... přítomnost O2) Přítomnost anorganických iontů / výměnných míst (např. jíl) Částice – typ, velikost, množství Organický materiál – typ, množství (huminové látky atp.) Voda Sedimenty Půda Atmosféra Vlastnosti bioty vegetace, konzumenti ... Počet / Pohyb / Velikost (povrch) / Množství (%) tuku / Stupeň v trofické pyramidě atd. atd. E3 •Kombinace uvedených parametrů určí osud a výslednou expozici organismů Kow, H, t1/2 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Které parametry látek jsou především klíčové s ohledem na riziko EKOTOXICITY ? • •1) Tendence vstupovat do organismů • - vyšší hydrofobicita (tuky v organismech) • - rozdělovací koeficient oktanol/voda (Kow, logP) • •2) Stabilita (persistence, pomalá degradace) • - dlouhodobé působení v prostředí • - poločas života (t1/2) • •3) Toxické účinky v organismech • • … o každé z vlastností musíme něco vědět • • 1+2 - v této části kurzu • 3 – ostatní přednášky • • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Vstup látky do bioty (přestup z prostředí do organismu) •Distribuce látky mezi složkami prostředí –Rozdělovací procesy mezi složkami prostředí (kompartmenty/matrice/fáze) –biota/atmosféra - sediment (půda) / voda –půda/atmosféra - voda/atmosféra – •Jednou ze složek je BIOTA –důležité jsou procesy rozdělování “prostředí ß à biota” –Atmosféra / biota –Voda / biota –Sediment / biota –Půda / biota –Biota(potrava) / Biota (predátor) • http://engineering.dartmouth.edu/sedg/images/clip_image002_005.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Ca = K. Cb 1/n • C - koncentrace ve fázích A (Ca) a B (Cb) • K - rozdělovací konstanta • n - konstanta nelinearity • •V případě lineárního vztahu (n=1) K = Ca / Cb = “rozdělovací koeficient” –Velikost K určuje tendenci přechodu látky z fáze B do fáze A • •Z praktického experimentu (rozdělování látky mezi dvě fáze) lze odečíst příslušné konstanty log Ca = 1/n . log Cb + log K • • Rozdělovací procesy mezi fázemi v ROVNOVÁZE odpovídají kinetice prvního řádu – popis Freundlichova rovnice E3 K = směrnice v lineární části křivky 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Rozdělovací koeficient BIOTA / VODA –je náročné stanovit (standardní postup – stanovení biokoncentrace: viz dále) à Alternativa - využití modelu s n-octanolem •N-octanol –Nemísí se s vodou, obdobné vlasnosti jako tuky či fosfolipidy biologických membrán • •Rozdělování n-octanol/voda •Kow – rozdělovací koeficient •Charakterizuje HYDROFOBICITU (resp. LIPOFILICITU) •Časté vyjádření jako logKow (resp. logP) Model rozdělování “Biota-Voda” •Experimentální stanovení Kow http://chem3513-2007.pbworks.com/f/1196800274/11111.png •Systém n-octanol/voda + přidání látky https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQCHJGqrBcYK2KfOl1kf14Rc2J0pbGmNIP5HmuUOSBqDsF q6YqGgA •4 různé počáteční koncentrace n-oct water •Třepání do ustavení •rovnováhy •Chemická analýza •koncentrací •Výpočet Kow E3 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Látka Kow logKow (logP) K_bioakumulace (experimentální) Lindane 5 250 3.72 470 DDT 2 290 000 6.35 1 100 000 Arochlor 1242 (PCB) 199 600 5.30 3 200 Naftalen 3 900 3.59 430 Benzen 135 2.13 13 Kow – příklady http://www.edusoft-lc.com/hint/manuals/gif/hydropho.gif https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQOD6onm7_orG6StftSz9L80HMlRv2TVEDk8mcrvlMiOBb jnVkV 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Bioakumulace, Biokoncentrace, Bioobohacování http://omicsonline.org/JMBDimages/2155-9929-S1-003-g001.gif https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQOD6onm7_orG6StftSz9L80HMlRv2TVEDk8mcrvlMiOBb jnVkV •Biokoncentrace •Míra příjmu látky do organismu (ryby) z vody •BCF – Bioconcentration factor http://www.ibacon.de/tl_files/images/test-systems/environmental/14C/oecd_305_bioaccumulation_fish.j pg http://upload.wikimedia.org/math/a/a/9/aa9f301a0501c3cca3c98b71cc5ecfe2.png •Experimentální stanovení •Testy s rybami (standard OECD 305) •Dlouhé, náročné testy, testy s rybami in vivo • •BCF lze predikovat z Kow • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Bioakumulace, Biokoncentrace, Bioobohacování •Bioakumulace •Akumulace látky (všechny cesty expozice) •BAF – Bioaccumulation factor http://sustainablenano.files.wordpress.com/2013/12/3-bioaccumulation-vs-biomagnification.png •Bioobohacování (Biomagnification) • •Zvyšování koncentrací látek v organismech v potravním řetězci •BMF – Biomagnification factor (Cpredator/Cfood) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif http://www.itrcweb.org/contseds-bioavailability/images/fig_5_3.jpg •Bioobohacování (Biomagnification) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Rozdělování ATMOSFÉRA / VODA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Rozdělování ATMOSFÉRA / VODA •- ionizované látky se do atmosféry nevypařují •- významné rozdělování (opět) u organických neutrálních látek •- rozdělování mezi vodnou a kapalnou fázi popisuje Henryho zákon: • p = H . CW • p - parciální tlak látky (Pa) • H - Henryho konstanta (Pa.m3.mol-1) - charakteristická pro danou látku • CW -- koncentrace ve vodě (mol . m3) • •Pozn: ukazatelem “volatility” je např. také bod varu látky H (Pa . mol-1 . m-3) Charakteristika > 100 Velmi rychle se uvolňují z vody Příklad: halogenované alifatické uhlovodíky (dichloretan apod.) 25-100 Volatilizace pomalejší Příklad: chlorované benzeny 1-25 Pomalá volatilizace Příklad: většina PCBs < 1 Nevýznamná volatilizace Příklad: vysocechlorované PCDDs 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Environmentální transformace / Persistence 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Typy transformací organických látek: –částečná změna struktury (např. vstup OH do neutrální mk) –degradace na menší organické molekuly –úplná degradace org. látky (CO2, H2O) • •Hlavní procesy –Chemické - dle typu prostředí •atmosféra – fotochemické reakce, reakce s kyslíkem (!) •voda – hydrolýza, oxidační reakce •anoxické prostředí (sedimenty, podzemní voda) – redukční reakce –Biotické (enzymatická) •Úplná biotransformace („Ready biodegradability“ ) – látka je využívána mikroorganismy jako zdroj uhlíku à produkce CO2 •Kometabolizace – mikroorganismy potřebují jiný (hlavní) zdroj C (transformace látky v rámci „vedlejších“ procesů) •Výsledek transformace –netoxické produkty –tvorba ještě toxičtějších produktů (! př. Hg à methyl-Hg) • •Biodegradabilita vs Persistence –Látky polární a reaktivní – zpravidla krátký poločas života –Halogenované, neutrální látky – persistentní v prostředí – Přeměny látek v prostředí – (bio)transformace 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif E3 •Jednoduché transformační procesy (za přítomnosti kyslíku) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Anaerobní biotransformace – příklad methyl-rtuť http://scifun.chem.wisc.edu/chemweek/mercury/merccycle.gif •Me-Hg •Bioakumulace •Vysoká toxicita • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Kinetika transformace - kinetika prvního řádu – Ct = C0 . e-kt Ct - koncentrace v čase t C0 - počáteční koncentrace k - konstanta (rychlost degradace) t – čas •Po odvození (poločas života, half-life) •t1/2 = ln2 / k = 0.693 / k • Charakterizace persistence – poločas života •Time (days) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Poločas života vybraných pesticidů v půdě - příklady Látka Poločas života v půdě (roky) (t1/2, resp. DT50 – disappearance time 50%) Chlorované látky DDT 3-10 Dieldrin 1-7 Toxafen 10 Organofosfát – chlorfenos 0,2 Karbamát – carbofuran 0,05 – 1 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Stanovení degradace v praxi (standardy) Doporučení OECD – guideline 307 •Aerobic and Anaerobic Transformation in Soil –Přidání studované látky (může být radioaktivně značená) –Inkubace v čase àextrakce půdy (volatilní frakce) àstanovení úbytku původní látky vznik produktů transformace àChemické metody (GC, LC apod) – – •Domácí úkol • •Experimentální test anaerobní degradace viz YOUTUBE •http://www.youtube.com/watch?v=Y_zFPkbrwSY 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Osud (procesy) v prostředí à Expozice: BIODOSTUPNÁ látka 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif BIODOSTUPNOST http://www.intechopen.com/source/html/45279/media/image3.jpeg •Pojem původně z farmakologie –frakce látky, která je v těle účinná •V environmentálních vědách –frakce látky, která může být přijata do organismu = látka je ve formě, která je dostupná (není tedy vázána v prostředí - např. na organický uhlík apod.) • •Biodostupnost popisuje procesy (vztahy) mezi –Látkami přítomnými v prostředí –Vstupem (akumulací) látek do organismů –Vlastnostmi prostředí – •Příklad - Půda • dvě rozdílné půdy (vysoký a nízký obsah organického uhlíku) • biodostupnost (a tedy i bioakumulace) je vyšší v případě “low” 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Toxické kovy ve vodách vs. tvrdost vody •-> vyšší tvrdost vody (více Ca / Mg) – snížení biodostupnosti / snížení toxicity kovů (kompetice s toxickými kovy o vazná místa v biotě) • •Biodostupnost - příklady http://what-when-how.com/wp-content/uploads/2012/04/tmp495.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Hydrofobicita – organické látky vs. organický uhlík (huminové látky) •-> hydrofobní látky - tendence akumulace v tucích / v biotě • (ale současně i v mrtvé organické hmotě - OC) •-> vysoký obsah OC v prostředí (ve vodě): snížení biodostupnosti látek • •Biodostupnost - příklady http://www.itrcweb.org/contseds-bioavailability/images/text_box_2_2.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Toxické kovy ve vodách vs. pH / složení vod •-> vyšší pH: kovy přítomny v nerozpustných hydroxidech (snížení biodostupnosti) •-> nižší (kyselé) pH – vyšší rozpustnost a vyšší toxicita kovů • •Biodostupnost - příklady http://www.nps.gov/plants/restore/pubs/biosolids/img/biosolids10.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Kde najít informace o environmentálních vlastnostech ? (Kow, t1/2 atd) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •CAS – Chemical Abstract Services •Provozuje Americká Chemická Společnost (ACS) •CAS Number - Unikátní identifikátor •eChemPortal.org •Domácí úkol •Pro jednu z chemických „látek“, které jste našli v koupelně vyhledejte tyto údaje -- CAS Number -- Biodegradabilita -- logKow (akumulace?) à Údaje do odpovědníku DU02b • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Popište co jsou toxikanty, ekotoxikanty, toxiny a uveďte příklady •Které jsou hlavní zdroje toxických látek do prostředí? Uveďte přehled. • •Z které lidské aktivity (zejména) vstupují do prostředí polychlorované bifenyly, polychlorované dioxiny, polycyklické aromatické uhlovodíky ? •Co je hlavním zdrojem do prostředí u látek komunální chemie (mýdla, parfémy), léčiv? •Jaké látky se uvolňují do prostředí z plošných zdrojů znečištění? Uveďte příklady - zdroj:látky •Jaké látky vstupují do prostředí z bodových zdrojů znečištění? Uveďte příklady - zdroj:látky • •Co jsou to pesticidy? insekticidy? herbicidy? fungicidy? rodenticidy? karcinogeny? látky toxické pro reprodukci? endokrinní disruptory? organofosfáty? pyrethroidy? toxické kovy? •Pro každou z uvedených skupin uveďte příklad a popište hlavní rysy jeho chemické struktury (aromatické/alifatické?, neutrální/ionizované? halogenované?, hydrofilní nebo hydrofobní?, persistentní nebo degradovatelný?) •SHRNUTÍ – otázky 1/3 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Které hlavní vlastnosti látky jsou klíčové pro to, abychom látku označili za látku nebezpečnou (rizikovou) pro prostředíí? •Co se rozumí pod pojmem osud látek v prostředí? •Popište hlavní procesy, které látka v prostředí může prodělávat a uveďte hlavní parametry (vlastnosti) látek, které jsou pro tyto procesy klíčové. •Které vlastnosti chemické látky jsou klíčové pro vstup látky do organismu? •Co je to biokoncentrace? Na jaké vlastnosti látky závisí? •Co je to Kow? Jak ho lze experimentálně odvodit? •Která látka má větší Kow - hexan NEBO hexanol? •Která látka má větší Henryho konstantu - dichlormetan nebo dichlorbenzen? •Co je to bioobohacování? Která látka je např. bioobohacována a jakých hodnot cca dosahuje její BMF? •Co je to biodostupnost? Uveďte příklady rozdílných situací, kdy bude jedna příkladová látka hodně biodostupná a kdy bude málo biodostupná? • •V řece byly změřeny koncentrace DDT takto: (1) DDT vázané na suspendované částice 1 miligram/L vody, (2) DDT rozpuštěné ve vodě 1 mikrogram/L vody. Jaká frakce (%) DDT je zhruba přímo biodostupná pro přestup přes žábry ryb? •SHRNUTÍ – otázky 2/3 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif • •Který prvek hraje nejvýznamnější roli v transformacích chemických látek v prostředí země? • •Které hlavní transformační procesy prodělávají látky v různých matricích v prostředí (vzduch, půda, voda, sedimenty) • •Co je to poločas života látky? Uveďte příklad látky s krátkým a dlouhým poločasem života? Jak dlouhé jsou u takových látek jejich poločasy života? • •Jak se v praxi stanovuje biodegradovatelnost chemické látky? • •Jak se bude lišit poločas života benz[a]pyrenu (BaP) v těchto rozdílných situacích? BaP je vázán na částice aerosolu ve vzduchu, BaP vázán v sedimentu na dně vodní nádrže. • •V půdě je triazin v koncentraci 120 mg/kg a jeho DT50 je 180 dní. Za jak dlouho lze očekávat snížení koncentrace pod 10 mg/kg? •SHRNUTÍ – otázky 3/3