Stanovení polychlorovaných bifenylů (PCBs) v půdě metodou GC-MS/MS Teoretický úvod Polychlorované bifenyly (PCBs) jsou organické látky, které se skládají z bifenylového skeletu, na který je navázán různý počet atomů chloru. Celkově tvoří 209 kongenerů, které se liší počtem a umístěním navázaných atomů chloru a tím i svými vlastnostmi a toxicitou. PCBs jsou perzistentní, lipofilní, bioakumulativní, semi-volatilní a podléhají dálkovému transportu. Jsou to látky čistě antropogenního původu, které byly prvně syntetizované v 19. století, ale jejich masová výroba probíhala až ve 20. století. Používaly se ve stavebnictví (např. ve tmelech), jako aditiva do plastů, barev a laků a dále třeba jako dielektrické a chladicí kapaliny. Jejich problematické vlastnosti však časem vedly k zákazu jejich používání. V současné době jsou výroba, použití a proces eliminace řízeny především Stockholmskou úmluvou.1 Které další látky jsou zahrnuté ve Stockholmské úmluvě? Které vlastnosti a proč musí tyto látky mít? Znáte nějaká místa v České republice nebo na Slovensku, která jsou pověstná vysokými koncentracemi PCBs v důsledku jejich dřívější výroby? PCBs se vyskytují ve všech složkách životního prostředí. PCBs se vážou do půd a obecně na povrchy s vysokým obsahem organického uhlíku. Odtud se mohou dále vypařovat do ovzduší. Jejich koncentrace ve vnitřním prostředí však může být vyšší než ve venkovním.2 Pokud se jedná o budovu postavenou nebo renovovanou v 2. polovině 20. století, bude pravděpodobně PCBs kontaminována. Zajímavostí je, že koncentrace některých lehčích kongenerů se zvyšují, což je dáno degradací pigmentů obsažených v nátěrových hmotách. Obecně ale platí, že jejich koncentrace v životním prostředí klesá a mezi jejich nejvýznamnější zdroje patří zpětné uvolňování z půd, které je do značné míry ovlivněno výkyvy okolních teplot.3 Pokud se PCBs vyskytují ve všech složkách životního prostředí, budou se nacházet i v lidech? Pokud ano, jaká je jejich nejvýznamnější expoziční cesta? Půda je významnou složkou životního prostředí. Je to heterogenní komplexní systém a jednotlivé typy půd se vzájemně liší svými vlastnostmi. Je reservoárem širokého spektra látek. Osud těchto látek v půdě závisí jak na vlastnostech polutantů, tak i na vlastnostech půdy a okolním prostředí (např. teplota a vlhkost). Polutanty zde mohou být degradovány, transformovány nebo přecházet do dalších složek prostředí.3,4 Jaké existují způsoby sanace půdy? Které procesy se během sanací využívají? Reference (1) Erickson, M. D.; Kaley, R. G. Applications of Polychlorinated Biphenyls. Environ. Sci. Pollut. Res. 2011, 18 (2), 135–151. https://doi.org/10.1007/s11356-010-0392-1. (2) Audy, O.; Melymuk, L.; Venier, M.; Vojta, S.; Becanova, J.; Romanak, K.; Vykoukalova, M.; Prokes, R.; Kukucka, P.; Diamond, M. L.; Klanova, J. PCBs and Organochlorine Pesticides in Indoor Environments - A Comparison of Indoor Contamination in Canada and Czech Republic. Chemosphere 2018, 206, 622–631. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.05.016. (3) Reddy, A. V. B.; Moniruzzaman, M.; Aminabhavi, T. M. Polychlorinated Biphenyls (PCBs) in the Environment: Recent Updates on Sampling, Pretreatment, Cleanup Technologies and Their Analysis. Chem. Eng. J. 2019, 358 (October 2018), 1186–1207. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.09.205. (4) Vane, C. H.; Kim, A. W.; Beriro, D. J.; Cave, M. R.; Knights, K.; Moss-Hayes, V.; Nathanail, P. C. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) and Polychlorinated Biphenyls (PCB) in Urban Soils of Greater London, UK. Appl. Geochemistry 2014, 51, 303–314. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2014.09.013. Postup práce Odběr vzorku půdy Pomůcky: • odběrové zařízení: rýč • PE sáček na uchování vzorku • štítek na popis • filtrační papír • laboratorní rukavice • odběrový protokol Vzorkování: • na zvoleném místě se určí vzorkovací síť – čtverec o straně +- 10 metrů skládající se z celkem 9 bodů - 4 body ve vrcholech čtverce, 4 body ve středech stran čtverce a 1 bod v jeho středu • v každém z devíti bodů se rýčem vyryje krychle zeminy o hraně rovné šířce rýče, ze které odstraníme svrchní vrstvu vegetace • vyrytou zeminu z každého bodu položte na jeden společný čistý filtrační papír (v případě, že nemáte filtrační papír, použijte alobal) • po odebrání půdy ze všech bodů se na filtračním papíře odstraní zbytky travin a kořínků, kameny, brouci, žížaly a jiná biota a vzorek se promíchá • zhruba 500 g zeminy se přesype do PE sáčku • na sáček umístíme štítek se stručným popisem a sáček se pevně uzavře • zahladí se stopy po odběru • vyplní se odběrový protokol, kde se uvede: o lokalita o typ vzorku o požadovaná analýza o popis odběru • vzorek se transportuje na místo, kde se vysuší při laboratorní (pokojové) teplotě na zastíněném místě Soxhletova extrakce Pomůcky: • vzorek prachu • jednorázové extrakční patrony • automatický extraktor Büchi • extrakční baňka • teflonové varné kamínky • vialky EPA 20 ml, EPA 40 ml • jednorázové skleněné Pasteurovy pipety • předvážky Chemikálie: • extrakční standardy • dichlormethan (DCM) Postup práce: • vzorek půdy (cca 10 g) navažte do jednorázové extrakční patrony • přidejte ke vzorku extrakční standardy • do extrakční nádobky nalijte rozpouštědlo (DCM), cca 150 ml, přidejte teflonový varný kamínek • extrahujte programem pro extrakci DCM (40 minut horký Soxhlet, 20 minut prokapávání rozpouštědlem) • po ukončení extrakce zkoncentrujte vzorek příslušným programem na objem menší než 10 ml • vzorek kvantitativně převeďte do 20ml vialky (původní extrakční nádobku promyjte alespoň 2x 1-2 ml DCM a přidejte k extraktu ve vialce) • odpařte extrakt pod proudem dusíku na objem cca 1-2 ml Čištění Pomůcky: • skleněná kolona, vnitřní průměr 1 cm • vialka o objemu 40 ml • Pasteurova pipeta, vata • mini-vialka o objemu 1 ml Chemikálie: • čištěný aktivovaný silikagel (aktivace 12 hod při 150°C) • čištěný neaktivovaný silikagel • silikagel modifikovaný kyselinou sírovou (22 ml koncentrované H2SO4 + 50 g aktivovaného silikagelu) • hexan, DCM, nonan Postup práce: • připravte kolonu k separaci: o na dno kolony vložte smotek vaty o na něj nasypte asi 1 cm vysoký sloupec čištěného aktivovaného silikagelu, nad tuto vrstvu 5 g čištěného aktivovaného silikagelu modifikovaného kyselinou sírovou o tyčinkou mírně sklepejte o na vrchol sloupce nasypte 1-2 cm vrstvu neaktivovaného silikagelu a opět sklepejte • vzorek kvantitativně naneste na kolonu • proveďte eluci 30 ml 50% DCM v hexanu do 40ml vialky • vzorek zakoncentrujte pod mírným proudem dusíku na cca 100 μl • vzorek převeďte do předem označené mini-vialky, přidejte 40 μl nonanu a odpařte na finální objem 40 μl • přidejte vnitřní standardy • mini-vialku pečlivě uzavřete a uschovejte v ledničce až do provedení analýzy Obr. 5: Eluce vzorku z kolony se silikagelem modifikovaným kyselinou sírovou Stanovení analytů pomocí GC-MS Stanovení BFR bude provedeno pomocí GC-MS.