(©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Chemické látky v ekosystémech Obecná ekotoxikologie Luděk Bláha, PřF MU Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNI 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 y^B^\\ Centrum pro výzkum (^j) toxických látek t^&Ss vprostředí Contamination of water - chemicals ? Degradable „nontoxic" „Other" chemicals 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, 03 • SMOG (smoke and fog) • Vnitřní prostředí - Brómované 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 (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Radiation Air & Water Pollution Internal Chemical Environment Podzemní voda - pesticidy, repelenty, léčiva, bisfenol-A ... A 30 Významné pojmy Definice nejsou zcela jednoznačné ... ale je dobré chápat význam jednotlivých pojmů TOXIKANTY / TOXÍNY / EKOTOXIKANTY ^TOXIKANTY = látky které jsou toxické v relativně nízkých koncentracích, jsou do prostředí vnášeny lidskými činnostmi ^TOXÍNY = přírodní tox. látky - produkované rostlinami, bakteriemi, živočichy ■^Pozn.- několik příkladů environmentálne významných přírodních toxinů, které jsou současně ekotoxikanty: toxiny sinic - environmentálni význam nabývají díky antropogenní činnosti - eutrofizace (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí 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... (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Ekotoxikanty vs. Kontaminanty ? • Kontaminanty - Látky znečišťující prostředí... nemusí být přímo toxické, ale jsou škodlivé - ! anorganické živiny - nutrienty (NOx a POx) • nejsou ekotoxikanty ALE mají řadu sekundárních efektů -> eutrofizace - ! organický komunální odpad (fekální znečištění) • není přímo toxický, ALE zvyšuje obsah organického uhlíku • -> rozkladné procesy -> snižují obsah kyslíku -> toxicita pro vodní organismy - ! těžké kovy, polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs) • existují v přírodě přirozeně ALE v "pozaďových" koncentracích, člověk hladiny mění/přesouvá/zvyšuje - ! jednoduchá mýdla • uvolňovány ve vysokých koncentracích ... rychlá hydrolýza na netoxické produkty (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Kolik chemických látek lidé skutečně znají, tj. vyrobili a prozkoumali jsme jejich vlastnosti a informace sdílíme v databázi? Několik desítek tisíc (1000 x) Několik stovek tisíc (10 000 x) Několik milionu (1000 000 x) Několik desítek milionů (10 000 000 x) Několik miliard (1000 000 x) Několik desítek miliard (10 000 000 x) Start the presentation to see live content. For screen share software, share the entire screen. Get help at pollev.com/app V^k*^/ I v prostředí What numbers of CHEMICALS ? SOLUTIONS - RESOURCES * CAS O ATA * ABOUT * O 8? Q CONTACT TRAINING SEARCH LOGIN www.cas.org Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Kolik různých chemických Látek Lidé v EU používají (ve větším množství, > lt / rok)? Několik stovek (100 x) Několik tisíc (1000 x) Několik desítek tisíc (10 000 x) Několik stovek tisíc milionů (100 000 x) Několik milionu (1 000 000 x) Start the presentation to see live content. For screen share software, share the entire screen. Get help at polLev.com/app V^k*^/ I vprostředí https://echa.europa.eu/information-on-chemicals/ec-inventory Cc 23,000+ used by industry «ECHA EUROPEAN CHEMICALS AGENCY PRÁVNI PREDPISY ECHA > Informace o chemických látkách > Registrované látky O nás Kontakt Pracovní místa Search the ECHA Website [NFOR'-li.CE 0 CHE-CCkVCH LATKÁCH Registrované látky daje pocházejí z registračních dokumentací předložených agentuře ECHA do data uvedeného jako datum poslední aktualizace. Cewtvé množstevní rozmezí je stanoveno na základe všech dokumentací, přičemž se však nezahrnují dva typy údajů. Množství, kteramsou uváděna jako důvěrné informace, a množství použitá jako meziprodukt k výrobě jiných chemických látek. Celkové množs^Mní rozmezí, které je zveřejněno, tudíž nemusí nutně odpovídat zaregistrovanému množstevnímu rozmezí (zaregistrovaným množstevním rozmezím). UpozorňujemV že některé informace o registrovaných látkách mohou patřit třetím stranám. Pro používání takovýchto informací tudíž muže bý^faezbytný předchozí souhlas třetí strany, která je vlastní. Více k tomuto tématu naleznete v právním upozornění. Upozorňujeme, že^formace o chemických vlastnostech registrovaných látek jsou přímo dostupneVa portálu eChemPortal. Vyhledávání údajů o chemických vlastnostech Please note: ■ Trie 'Substance rT^nanoform'' search filter returns all factsheets coritainirig any data related to nanornaterials. NB: This does not mean that a registration cwering nanoforms has been submitted in line with the revised annexes of REACH. Since 1 January Z020r before manufacturing or imputing a nanoform of a substance, the operators concerned must submit the required nano-specific information to ECHA in a new or upda^d registration dossier FURTHER INFORMATION ■ Registered substances information ■ How to determine what will be published (Data Submission Manual 15) ■ Understanding REACH Regulation ■ Q&A on registered substances ■ What is an Infocard? [PDF] ■ What is a Registered substance Facts he et? [PDF] ■ eCheir^orial ■ REACH study results download ■ REACH Regulation ■ ECHA Legal notice See a problem or have feedback? Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Last updated 06 srpna 2021. DaAbase contains 23376 unique subsnnces and contains information from 104335 dossiers. ŕ Substance identity Substance name: EC / List number: CAS number: Other Numerical Identifiers: Type Hlavní skupiny znečišťujících látek Významné termíny, zkratky ... a struktury Centrum pro výzkum [gj J toxických látek T^&SS vprostředí 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 Karcinogény Indukují rakovinu Benzo[a]pyren Reprodukčně toxické Vliv na rozmnožování Ethinyl-estradiol Endokrinní disruptory Vliv na hormonální aparát Ethinyl-estradiol, tributylcín (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Skupiny látek podle fyz-chem vlastností 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 Centrum pro výzkum [gj J toxických látek T^&SS vprostředí 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 (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Znát „orientačně" nejvýznamnější struktury DDT CH3 BTEX S benzene toluene 1 H CH3 1 I ^CH3 CH3 o/Tfo-xylene /nefa-xylene para-xylene PCB153 (velmi častý) Cl Cl J V Cl Polychlorované dioxiny a furany (PCDD/Fs) 'PCDC 5 1 Cl Cl Benzo[a]pyren - zástupce PAHs Tributyl-cín chlorid (Organokov) 0,N Cypermethrin v cl ■Sn- J Organofosfáty b EíAy/-parathion (©) O CN Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Cl Diazinon Chlorpyrifos Blaha, L. and J. Hofman (2020). Ecotoxicology of Environmental Pollutants (Chapter 27). In: Advanced Nano-Bio Technologies for Water and Soil Treatment. (Eds: Filip J., Cajthaml T, Najmanové P. Černík M., Zbořil R.). ISBN 978-3-030-29840-1 (eBook) https://doi.org/10.1007/978-3-030-29840-1. Springer Nature Switzerland, A.G.: pp. 549-572. (PDF ve studijních materiálech) Centrum pro výzkum [gj J toxických látek T^&SS vprostředí 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!) Centrum pro výzkum [gj J toxických látek T^&SS vprostředí 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 DIFÚZNI ZDROJE (obtížná kontrola) • průmysl, produkty motorů, výroba energie • splachy z povrchů (silnice, střechy, nátěry ...) • zemědělské činnosti LINIOVÉ ZDROJE - dopravní tepny, silnice, dálnice, železnice Am mořili , ..'I J ClIlfrJU ."Jíl Commercial and ^r* f^fk " Sparsely Freshwater ^ Surface run-off Si f Isti farms I I III III CorrbListion Sto nr water m M^^^ Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Storage in aquifer Drain Jfc iui When poll is active, respond at PoLLEv.com/Undan443 Která z těchto chemických látek je ESTER? Start the presentation to see live content. For screen share software, share the entire screen. Get help at pollev.com/app ^fc^T/ I vprostředí • 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) 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) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Textile industry Landfill leakage Shreddering facilities ;ias industry Metal industry \ \ / / Catering industry Industrial wastewater Refinery --- / / v \. Printing industry Automobile industry * * Carrying business Pharmaceutical industry Semiconductor industry Skládky pevného odpadu (landfills) Průmyslové zóny - 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) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí 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, C02 - 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) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí 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) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí /- \i Float House Sags, Walls and Floors Crack -r i \ / i ■ a -r '/ 1 1 -7 \ T -/ ■ i M . r- . n i i . 1 . i vi V r r i :r. J-— 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 (-> aplikace kejdy) W< N D (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Transfer of pesticides {adsorbed phase-) Transfer of pesticides (soluble phase) Figure 1: Main pesticides transfers at the catchment area scale Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Schematický obrázek - shrnuje pojmy vysvětlené v další části přednášky 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? RIZIKO (např. Úbytek populace ryb v ČR) _I_ Situace v prostředí EXPOZICE Je látka ve vodě? (osud) Je ve formě dostupné pro ryby? (biodostupnost) Při jakých koncentracích ? Jaká je biodostupná koncentrace? y^\\ Centrum pro výzkum J toxických látek ^Äk^/ vprostředí ENVIRONMENTÁLNI' OSUD (fate) popisuje ^_ ? V kterých složkách prostředí se látka nachází ROZDĚLOVÁNÍ mezi složky -> ? Jak se uvnitř složek pohybuje ? Jak se uvnitř složek přeměňuje .....> Vegetation Atmosphere TRANSPORT - např. vzduchem TRANSFORMACE - chemické a biologické it* EXPOZICE (exposure) Míra vystavení organismu látce (v určité koncentraci, po určitou dobu atd = Expoziční scénáře) Centrum pro výzkum [gj J toxických látek T^&SS vprostředí Vlastnosti látky Vlastnosti prostředí Voda Sedimenty Půda Atmosféra Vlastnosti bioty vegetace, konzumenti ROZDEĽOVANÍ TRANSPORT TRANSFORMACE Polarita vs hydrofobicita (Kow, rozpustnost ve vodě) Těkavost, bod varu, vypařování (H, bod varu) Reaktivita vs stabilita a persistence (t1/2) Kow, H,t1/2 Proudění (rychlost, směr, typ ...) Teplota Světlo (a jeho parametry) Chemické složení pH (volné H+) Redox potenciál (... přítomnost 02) Přítomnost anorganických iontů / výměnných míst (např. jíl) Částice - typ, velikost, množství Organický materiál - typ, množství (huminové látky atp.) Počet / Pohyb / Velikost (povrch) / Množství (%) tuku / Stupeň v trofické pyramidě atd. atd. Kombinace uvedených parametrů určí osud a výslednou expozici organismů Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí V Které parametry látek jsou především klíčové s ohledem na riziko EKOTOXICITY ? • 1) Tendence vstupovat do organismů - vyšší hydrofobicita (tuky v organismech) - rozdělovači koeficient oktanol/voda (Kow, logP) • 2) Stabilita (persistence, pomalá degradace) - dlouhodobé působení v prostředí - poločas života (U/2) • 3) Toxické účinky v organismech ...o každé z vlastností musíme něco vědět 1+2 - v této části kurzu 3 - ostatní přednášky Centrum pro výzkum [gj J toxických látek i^&S/ v prostředí Distribuce látky mezi složkami prostředí - Rozdělovači procesy mezi složkami prostředí (kompartmenty/matrice/fáze) - sediment (půda) / voda - biota/atmosféra - půda/atmosféra voda/atmosféra Jednou ze složek je BIOTA - důležité jsou procesy rozdělování "prostředí - Atmosféra / biota - Voda / biota - Sediment/biota - Půda / biota - Biota(potrava) / Biota (predator) WATER COLUMN (DISSOLVED * PARTICULATE) biota" phyto- 1 plankton I.' zoo-plankton gill growth rJlullcn ™' JpiO'ie trareformalion x dielaty uptake -M / forage FISH Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí i % benthic invertebrates gill eüiminatiai fecal ecjesllon melriylalionrüernelrryiatiofi SEDIMENT LAYERS [DISSOLVED & PARTICULATE! Hg(ll) -> Ma Hg <- lovací procesy mezi fázemi v ROVNOVÁZE odpovídají kinetice prvního řádu - popis Freundlichova rovnice - - TO 2 K = směrnice v lineární části křivky Concentratíon of chemical in phase B ;Cr) • Ca = K. Cb 1/n C - koncentrace ve fázích A (Ca) a B (Cb) K - rozdělovači konstanta n - konstanta nelinearity V případě lineárního vztahu (n=1) K = Ca / Cb = "rozdělovači 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 Centrum pro výzkum [gj J toxických látek T^&SS vprostředí Rozdělovači koeficient BI OTA / VODA - je náročné stanovit VVVVVVVV &-(standardnípostup - stanoveníbiokoncentrace: viz dále) h—c—c—c—c—c—c—c—c—o— -> Alternativa - využití modelu s n-octanolem hhhhhhhh N-octanol - Nemísí se s vodou, obdobné vlasnosti jako tuky či fosfolipidy biologických membrán • Rozdělování n-octanol/voda Kow - rozdělovači koeficient • Charakterizuje HYDROFOBICITU (resp. LIPOFILICITU) Časté vyjádření jako logKow (resp. logP) Experimentální stanovení Kow 4 Systém n-octanol/voda + přidání látky 4 různé počáteční koncentrace 1 ft 1 Třepání do ustavení rovnováhy 4 Chemická analýza koncentrací V^fcy^/ j v prostředí 1-octanol 5% water > n-oct water Výpočet Kow ' •.' . "T .Ti n ŕ (henka m phase d Xjl Kow - příklady Látka Kow log Kow (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 Hydrophobicity Measured as Waler/OeLanol Partition Coefficient (P} log PA = log [A] j -oetařiol [A] water log P > O lipid phase log P < O water phase logBCF = logKaw- 1.32 Bioakumulace, Biokoncentrace, Bioobohacování Biokoncentrace Míra příjmu látky do organismu (ryby) z vody BCF - Bioconcentration factor BCF = C on central i on Btota Con centr at ion water Experimentální stanovení Testy s rybami (standard OECD 305) Dlouhé, náročné testy, testy s rybami in vivo BCF lze predikovat z Kow logBCF = logKow -1.32 Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Bioaccumulation A Bioconcentration Process Food chain transfer Elimination (respiration & excretion) Bioconcentration {Uptake from water) Bioaccumulation ~ bioconcentration + food chain transfer - (climination+ growth dilution) Bioakumulace, Biokoncentrace, Bioobohacování Bioakumulace Akumulace látky (všechny cesty expozice) BAF - Bioaccumulation factor BAP = Concentration of HM in dry fish tissue ^mg Kg ^ Concentration of HM in rivulet water ^mg L-1^ Bioaccumulation Bioobohacování (Biomagnification) Zvyšování koncentrací látek v organismech v potravním řetězci BMF - Biomagnification factor (Cpredator/Cfood) K3> Contaminant Levels TIME A Contaminant Levels ^^^^ Biomagnification Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Bioobohacování (Biomagnification) Fish eating bird 124 ppm Process of Biological Magnification; DDI concentrations increase in organisms along the food chain Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí (a) Freshwater Lakes in Southern Sweden • phytoplankton zooplankton juvenile fish PCB 153 (7.1) 60 (25- 170) 48 (25- 125) 180 (90 - 500) (b) Fjord in Northern Norway sandeel (whole fish) cod (liver) seal (blubber) ĽDDT (7.6 - 7.9) 60 (30- 130) 200 (100-470) 2000 (600- 7800) PCB 153 (7.1} 25 (10-50) 95 I4F, - 300) 1200 (550- 2800) HCB (5.1) 4 (2-8) 60 (40 - 70) 95 (90- 100) ĽHCH (3,8) 40 (25 - 60) 30 (20 - 40) 65 (5 - 200) (c) Bobio River in Chile various fish -» various water birds SDDT (7.6-7.9) 890 (480 - 1340) 1570 (970 - 2350) PCB 153 (7.1) 80 (50 - 130) 550 (400 - 700) HCB (5.1) 25 (10-35) 50 (25 - 75) 2HCH(3.8) 150 (80 - 360) 45 (24 - 94) Average values of lipid-normalized concentrations (ranges in parentheses) of some organochlorine compounds: PCB153, SDDT = o.p-DDT+ p.p-DDT = op-DDE =pp-DDE. SHCHs = a- + /J- + i-hexochlorohexarie, and HCB = hexachlorobenzene in organisms belonging to some food chains (logK,,, values are given in parentheses after Itie compound names). All concentrations are expressed in /ig/kg"' lip. (a) Planklonic food webs in 19 lakes in Southern Sweden (Berglund et aL 2000). The average lipid contents were 5.4, 8.8, and 6.6% for the phytoplankton. zooplankton, and fish, (b) Local marine food chain in a fjord in Northern Norway (Rhus etaL, 1999) fcj Fish and fish-eating water birds from the Sana Barbara location, Bobio River, Chile (Focardi et al„ 1996) /^Í£*S\ Centrum pro výzkum [^J J toxických látek i^&S/ v prostředí - 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.moľ1) - charakteristická pro danou látku Cw.- koncentrace ve vodě (mol. m3) Pozn: ukazatelem "volatility" je např. také bod varu látky (Pa . mol-1 . m-3) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí 25-100 1-25 < 1 Charakteristika Velmi rychle se uvolňují z vody Příklad: halogenované alifatické uhlovodíky (dichloretan apod.) Volatilizace pomalejší Příklad: chlorované benzeny Pomalá volatilizace Příklad: většina PCBs Nevýznamná volatilizace Příklad: vysocechlorované PCDDs /^Í£*S\ Centrum pro výzkum [^J J toxických látek i^&S/ v prostředí Přeměny látek v prostředí - (bio)transformace Typy transformací organických látek: - částečná změna struktury (např. vstup OH do neutrální mk) - degradace na menší organické molekuly - úplná degradace org. látky (C02, H20) 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 -> produkce C02 • Kometabolizace - mikroorganismy potřebují jiný (hlavní) zdroj C (transformace látky v rámci „vedlejších" procesů) Výsledek transformace - netoxické produkty - tvorba ještě toxičtějších produktů (! př. Hg methyl-Hg) Biodegradabilita vs Persistence - Látky polární a reaktivní - zpravidla krátký poločas života - Halogenované, neutrální látky - persistentní v prostředí Centrum pro výzkum [gj J toxických látek T^&SS vprostředí Jednoduché transformační procesy (za přítomnosti kyslíku) Transforming process Cl O—► dieldrin Cl dieldrin Transforming process pí^^ O Several steps (ž^^C -¥-► benzene oxygen COOH Simpler products Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Hydrolysis process CH2 — COOH Cl H50 > — + H3C — COOH OH Cl 2, 4-dkhlorophenyl acetic acid Fig. 3.6 Same transformation and degradation pauerus lur diemica s discharged to the environment. Anaerobní biotransformace - příklad methyl-rtuť Me-Hg •Bioakumulace •Vysoká toxicita Check web: Minamata (disease, UN convention) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí , -.----—---- —t*... Mfltiiylatinn in Sodimgnt Kinetika transformace - kinetika prvního řádu — Cj- — Cq . © ^ Ct - koncentrace v čase t C0 - počáteční koncentrace k - konstanta (rychlost degradace) t - čas Po odvození (poločas života, half-life) t1/2 = In2 / k = 0.693 / k 200 0 1 150 c 0 CD 1 ioo o c CD co Q_ 0 O ▼ v Alachlor Carbaryl Metribuzin 2,4-D Metolachlor "O-. T (©) 0 ■ -O Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí 10 15 20 Time (days) Poločas života vybraných pesticidů v půdě - příklady Látka Poločas života v půdě (roky) (U/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 (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Stanovení degradace v praxi (standardy) Doporučení OECD - guideline 307 Aerobic and Anaerobic Transformation in Soi - Přidání studované látky (může být radioaktivně značená) - Inkubace v čase ->extrakce půdy (volatilní frakce) ustanovení úbytku původní látky vznik produktů transformace ^fc -> Chemické metody (GC, LC apod) Domácí úkol Experimentální test anaerobní degradace viz YOUTUBE p http://www.voutube.com/watch?v=Y zFPkbrwSY Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí 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" No Bioaccumulation High Organic Matter Soil Low Organic Matter Soil Bioaccumulation SYMBOLS High Organic Matter W CoTitent Low Organic Matter Content Earthworm Soil Lipophilic Site Q Soil Negative Charge # Lipophilic Pesticide vyšší tvrdost vody (více Ca / Mg) - snížení biodostupnosti / snížení toxicity kovů (kompetice s toxickými kovy o vazná místa v biotě) [Specific binding sites or toxic action! = Biotic Ligand (EL) ! Organism-Water ! Interlace L______________ Chelation i .j/ ŕ Ca2+, Mf, Na+} H+. K+ DOC.POC Cation Competition Organic or Particulate Complexes ; CilI+ i_____ Inorganic Complexes OH, CI% CQ32, HC03\ S042\ HS Active influx Excretion Passive efflux (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Biodostupnost - příklady 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 UncoMaminaled Sedrnenr load from Lake Ha'twell tributaries (e g.. Kecwee and Seneca Ri«rs>. aid forest and undeveloped land Residual ssdimant PCB loading f id m Town Creek Lake Harwell flow from Town Creek Lake Hartwei! Surface Water PCB vjii.-hi j.ii m- and Amoaphsrle Dí-pwläon Largo Fish [QQ., Hjtnü anal F Ell [e-.g.. pnd L*rgfm(*i1h B^i] 6|1 hirB ami triu) Alga ; PhjrupJanklnn Surfjciai Layer Parliifc.DůuiMl PCBi _ , \_J DiäMrW hil.hnn...g -*j PCBS Flow toward Lake Hahvell Suspended sedimeJirl Iransport (dispersion) v prosireai Biodostupnost - příklady Toxické kovy ve vodách vs. pH / složení vod -> vyšší pH: kovy přítomny v nerozpustných hydroxidech (snížení biodostupnosti) -> nižší (kyselé) pH - vyšší rozpustnost, mobilita a vyšší toxicita kovů Centrum pro výzkum [gj J toxických látek T^&SS vprostředí Kde najít informace o environmentálních vlastnostech ? (Kow, ťl/2 atd) Centrum pro výzkum [^J J toxických látek i^&S/ v prostředí • CAS - Chemical Abstract Services Provozuje Americká Chemická Společnost (ACS) CAS Number - Unikátní identifikátor eChemPortal.org OECD Print English The Global Portal to Information on Chemical Substances ClieniPortal eCSiemPortal i Home > Substance Search i Property Search > What's new? » General Information » Participating Databases > Roles & Responsibilities Substance Search Substance Search Search Result Step 1 Search Result Step 2 Search history You searched for Name: limonen* • Domácí úkol Pro jednu z chemických „látek", které jste našli v koupelně vyhledejte tyto údaje -- CAS Number -- Biodegradabilita centrum pro výzkum - logKow (akumulace?) toxických látek v prostředí -> Údaje do odpovědníku DU02b SHRNUTI-otázky 1/3 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? karcinogény? 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?) I Centrum pro výzkum toxických látek | v prostředí SHRNUTÍ-otázky 2/3 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? I Centrum pro výzkum toxických látek | v prostředí SHRNUTÍ-otázky 3/3 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? I Centrum pro výzkum toxických látek | v prostředí