Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

A „GYORS” BIOLÓGIAI LEBONTHATÓSÁG VIZSGÁLATA OECD 301-F Manometrikus respirometria Környezettoxikológia 2010. Készítette: Bocz Katalin (GAEOAV)

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "A „GYORS” BIOLÓGIAI LEBONTHATÓSÁG VIZSGÁLATA OECD 301-F Manometrikus respirometria Környezettoxikológia 2010. Készítette: Bocz Katalin (GAEOAV)"— Előadás másolata:

1 A „GYORS” BIOLÓGIAI LEBONTHATÓSÁG VIZSGÁLATA OECD 301-F Manometrikus respirometria Környezettoxikológia Készítette: Bocz Katalin (GAEOAV)

2 Biodegradáció, biodegradálhatóság Biodegradáció: egy szerves molekula komplexitásának csökkentését, vagy teljes lebontását, mineralizációját jelenti, melynek mértékét és sebességét a szerves vegyület biodegradálhatósága és a környezet biodegradáló képessége együttesen szabja meg. Biodegradálhatóság: szerves vegyületek immanens anyagi tulajdonsága a kémiai szerkezetéből adódó biológiai bonthatósága. biodegdadálhatósáuk alapján a vegyületek lehetnek könnyen-, nehezen biodegradálhatóak, valamint perzisztensek egy szerves molekula biodegradálhatósága egyértelmű összefüggésbe hozható illékonyságával, vízoldhatóságával, polaritásával, illetve oktanol-víz megoszlási hányadosával (Kow). egy szerves vegyület biodegradálhatóságát fizikai-kémai tulajdonságai egyértelműen meghatározzák QSAR (a vegyi anyag szerkezetének és aktivitásának mennyiségi összefüggése) lehetővé teszi, hogy egy vegyi anyag biodegradálhatóságának mértékét kísérletek nélkül, pusztán a molekula szerkezete és ismert biodegradálhatóságú vegyületekkel való összehasonlítása alapján, modellezés segítségével jellemezzük. A vegyületek, szennyezőanyagok biodegradálhatósága egy adott rendszerben számos faktor függvénye: A molekula-szerkezettel összefüggő paraméterek: Illékonyság, vízoldhatóság, oktanol- víz megoszlási hányados. A rendszerrel összefüggő paraméterek: Tesztközeg, inokulum, pH, oxigén, hőmérséklet, expozíciós idő, szubsztrát-koncentráció.

3 OECD 301 OECD 301: Hat vizsgálati módszer vegyi anyagok vizsgálatára a biológiailag könnyen végbemenő lebonthatóság szempontjából, valamely aerob vizes közegben: a) Oldott szerves szén- („Dissolved Organic Carbon” = DOC) csökkenés b) Módosított OECD vizsgálat – DOC-csökkenés; c) Szén-dioxid-fejlődés-vizsgálat (CO 2 ) (módosított Sturm-féle vizsgálat); d) Manometrikus respirometria; (OECD 301 F) e) Zárt palack; f) MITI (Ministry of International Trade and Industry – Japán). Egy 1988-ban, az OECD-országok laboratóriumaiban végrehajtott körvizsgálat azt mutatta, hogy a módszerek egymással egyező eredményeket adnak. Azonban a vizsgált anyag fizikai jellemzőitől függően a módszerek közül az egyik vagy a másik előnyben részesíthető. A továbbiakban az OECD 301 F szabványnak megfelelő, manometrikus respirometriás módszert ismertetem részletesebben.

4 A legmegfelelőbb módszer kiválasztásához szükséges információk a vegyi anyagról: oldhatóság, gőznyomás, adszorpciós jellemzők, kémiai szerkezet vagy képlet → ThOD, ThCO 2, DOC, TOC, KOI elméleti értékeinek kiszámítása és/vagy mért értékeinek ellenőrzése. (Th = theoretical) Amennyiben a vizsgált anyag: vízben legalább 100 mg/l mértékben oldható nem illékony, nem adszorbeálódik Amennyiben a vizsgált anyag vízben gyengén oldható, illékony vagy adszorbeálódik, a táblázat tartalmazza a megfelelő módszert: A megfelelő módszer kiválasztása Bármely OECD 301 módszerrel kiértékelhető Fontos: a vizsgált anyag baktériummal szembeni toxicitására vonatkozó információk ismerete az alacsony biológiai lebomlási értékek megfelelő értelmezéséhez (gátlás vagy közömbösség).

5 Az eljárás ellenőrzéséhez A normál vizsgálatsorozattal egyidejűleg Referenciaanyagok: kielégítik a biológiailag gyors lebonthatóság kritériumait Pl.: anilin (frissen desztillált), nátrium-acetát, nátrium-benzoát. E referenciaanyagok közül mindegyik lebomlik ezen módszerekben, még akkor is, ha szándékosan nem történt inokulum-hozzáadás. Olyan referenciaanyag, mely biológiailag gyorsan lebontható, de amelyhez szükség van valamilyen inokulum hozzáadására: pl. kálium-hidrogén-ftalát A respirometriás vizsgálatokban a nitrogéntartalmú vegyületek a nitrifikáció miatt hatással lehetnek az oxigénfelvételre. Referenciaanyagok

6 A vizsgált anyagot ásványianyag-tápoldatban fel kell oldani vagy szuszpendálni, Aerob körülmények mellett, sötétben vagy diffúz fényben be kell oltani és inkubálni, a vizsgált oldatban az oltóanyagnak tulajdonítható DOC (oldott szerves szén) mennyiségét a vizsgált anyagnak tulajdonítható DOC-mennyiséggel összehasonlítva a lehető legkisebb értéken kell tartani az inokulum endogén aktivitását figyelembe kell venni egyidejűleg végzett vakpróbák segítségével (az oldat csak inokulumot tartalmaz, de vizsgált anyagot nem) egyidejűleg vizsgálni kell egy referenciaanyagot az eljárások működésének ellenőrzésére. lebomlás után DOC, CO 2 -képződés és oxigénfelvétel meghatározása, gyakori mérések a biológiai lebomlás kezdete és vége megállapítására (automata respirométer alkalmazása esetén a mérés folyamatos.) A vizsgálat általában 28 napig tart (A vizsgálat befejezhető a 28. nap előtt is, ha a biodegradációs görbe elért egy platót legalább három párhuzamos meghatározás során. A vizsgálatok 28 napon túlra is meghosszabbíthatók, amikor a biodegradációs görbe azt mutatja, hogy a biológiai lebomlás elkezdődött, de a plató (a vízszintes szakasz) elérése a 28. napig nem történt meg.) A „gyors” biodegradálhatósági vizsgálatok

7 Minőségi követelmények Reprodukálhatóság: a meghatározásokat legalább kétszer kell végrehajtani (a biológiai lebomlás természete és az inokulumként használt baktériumpopulációk sokfélesége miatt) minél nagyobb a vizsgált oldószerhez kezdetben hozzáadott mikroorganizmusok koncentrációja, annál kisebb lesz az ismétlések közötti eltérés (szórás). A vizsgálat érvényessége: A vizsgálat akkor tekinthető érvényesnek, ha a vizsgálat végén (vagy a „tíznapos ablak” végén), a platónál az ismétléssel kapott értékek szélső értékeinek különbsége kisebb mint 20 %, és ha a referenciaanyag százalékos lebomlása 14 nap alatt elérte a könnyű biológiai lebonthatóság szintjét. Ha ezek közül a feltételek közül valamelyik nem teljesül, meg kell ismételni a vizsgálatot. Ha valamely toxicitási vizsgálatban, amely mind a vizsgált anyagot, mind a referenciaanyagot tartalmazza, 35 %-nál kisebb lebomlás (a DOC alapján) vagy 25 %-nál kisebb lebomlás (a ThOD vagy ThCO 2 alapján) történt 14 nap alatt, a vizsgált kémiai anyagról feltételezhető, hogy annak gátló hatásai vannak.

8 A manometrikus oxigén-meghatározás A manometrikus oxigén-meghatározás lényege, hogy az élő szervezetek az O 2 elfogyasztása mellett, széndioxidot állítanak elő. Az utóbbi gázt megköti egy abszorpciós szer, és ennek eredményeként nem szabad gázként jelenik meg, amiből következően a nyomás megváltozása kizárólag az oxigénfogyasztásra vezethető vissza, amit manometrikusan mérünk. Feltételek: A (biológiailag aktív) mintának gázt át nem eresztő edénybe zárva kell lennie. A minta fölött levegővel töltött, megfelelően méretezett gáztérnek kell rendelkezésre állnia, amely korlátozás nélkül biztosítja a biológiai lebontáshoz szükséges oxigént. A mérőedényben a széndioxid megkötésére szolgáló abszorpciós szert kell elhelyezni olyan módon, hogy az ne kerülhessen érintkezésbe a mintával. A reakcióedényen megfelelő nyomásmérő berendezést kell elhelyezni. A reakcióedényt a mérés közben állandó hőmérsékletű helyen kell tartani. A biodegradáció nyomon követésére direkt vagy indirekt módon mérik a szerves szén oxidációját (CO 2 -termelés és az O 2 -felvétel mérése).

9 Vizsgálati követelmények A vizsgált anyag koncentrációja100 mg/l Az inokulum koncentrációja≤ 30 mg sejt/l pH7,4 ± 0,2 Hőmérséklet22 ± 2 °C 1.Kizárólagos szerves szénforrásként a vizsgált anyag ismert koncentrációját (100 mg/l vizsgált anyag, legalább 50–100 mg ThOD/liter létrehozásához) tartalmazó, mért térfogatú, beoltott ásványianyag-tápoldatot kell keverni zárt lombikban, állandó hőmérsékleten (± 1 o C vagy ennél kisebb eltérés mellett) legfeljebb 28 napig. 2. Meg kell határozni az oxigénfogyasztást vagy a respirométer-palackban az állandó gáztérfogat fenntartásához szükséges (elektrolízis útján előállított) oxigénmennyiség mérésével, vagy a készülékbeli térfogat- vagy nyomásváltozás (vagy a kettő valamilyen kombinációjának) vizsgálatával. A fejlődött szén-dioxidot káliumhidroxid-oldatban vagy valamilyen más alkalmas abszorbensben nyeletik el. 3. A vizsgált anyag által felvett oxigén (az egyidejűleg vizsgált vakpróba-inokulum által felvett mennyiség figyelembevételével helyesbítve) mennyiségét a ThOD vagy a KOI százalékaként kell kifejezni. Az OECD 301-F vizsgálati módszer elve

10 A készülék a) Tesztlombikok b) Alkalmas respirométer (pl. OxiTop); c) Termosztát, amely ± 1 o C vagy ennél nagyobb pontossággal képes a hőmérséklet fenntartására; d) Membránszűrő készülék (választható); e) Szénanalizátor (választható).

11 A vizsgált oldatok elkészítéséhez megfelelő koncentrációjú ásványianyag-tápoldatokat tartalmazó törzsoldatokat kell készíteni. Törzsoldatok: a) Kálium-dihidrogén-foszfát, KH 2 PO 4 8,50g Dikálium-hidrogén-foszfát, K 2 HPO 4 21,75g Dinátrium-hidrogén-foszfát-dihidrát, Na 2 HPO 4. 2 H 2 O 33,40g Ammónium-klorid, NH 4 Cl 0,50g Ezen anyagokat fel kell oldani vízben, és kiegészíteni 1 literre. Az oldat pH-jának 7,4-nek kell lennie. b) Kalcium-klorid, vízmentes, CaCl 2 27,50g vagy kalcium-klorid-dihidrát, CaCl 2 ·2 H 2 O 36,40 Ezen anyagokat fel kell oldani vízben, és kiegészíteni 1 literre. c) Magnézium-szulfát-heptahidrát, MgSO 4. 7 H 2 O 22,50g Ezt az anyagot fel kell oldani vízben, és kiegészíteni 1 literre. d) Vas(III)-klorid-hexahidrát, FeCl 3. 6H 2 O 0,25g Ezt az anyagot fel kell oldani vízben, és kiegészíteni 1 literre Ásványianyag-tápoldat előkészítése 10 ml (a) oldatot 800 ml hígítóvízzel kell összekeverni, 1 ml (b)–(d) oldatot kell hozzáadni, majd 1 literre hígítóvízzel kiegészíteni.

12 Inokulum források: lehet eleveniszap, szennyvíztisztítóból kifolyt víz (nem klórozott), felszíni víz és talaj, vagy ezek vegyesen. A respirometriás vizsgálatok esetében, ha eleveniszapot használnak, azt döntően háztartási szennyvizet befogadó szennyvíztisztító telepből vagy egységből kell venni. Inokulum Előkondicionálás: Az előkondicionálás az eleveniszapnak ásványianyag-tápoldatban vagy másodlagos szennyvízben 5–7 napon keresztüli, a vizsgálati hőmérsékleten végrehajtott levegőztetéséből áll. Az előkondicionálás esetenként javítja a vizsgálati módszerek pontosságát a vakpróba értékek csökkentésével. 1. Az eleveniszap-mintát frissen kell összegyűjteni valamely, döntő részben háztartási szennyvizet feldolgozó szennyvíztisztító telep vagy egység levegőztető tartályából. 2. Finom szűrőn keresztül kell átszűrni a vett eleveniszap mintát. 3. Aerob módon kell tárolni az iszapot. 4. A koncentrált iszapot az ásványianyag-tápoldatban kell szuszpendálni, a 3–5 gramm szuszpendált szilárd anyag/liter koncentráció elérése érdekében. 5. Levegőztetni kell, amíg szükséges.

13 A lombikok előkészítése: A vizsgált és referenciaanyagból külön lombikokban oldatokat készítenek ásványianyag- tápoldatban, a törzsoldatok felhasználásával úgy, hogy az oldatok koncentrációja általában 100 mg anyag/liter legyen, ami legalább 50–100 mg ThOD/liter-értéknek felel meg. Ki kell számítani a ThOD-t A pH-értékeket be kell állítani azokat 7,4 ± 0,2-re. Lombikok A lombikok száma egy tipikus vizsgálatsorozatban: 1. és 2. lombik: vizsgált szuszpenzió (vizsgált anyagot és inokulumot tartalmaz) 3. és 4. lombik: inokulum-vakpróba (csak inokulumot tartalmaz) 5. lombik: eljáráskontroll (referenciaanyagot és inokulumot tartalmaz)

14 A teszt kivitelezése Miután a lombikok elérték a kívánt hőmérsékletet, azokat be kell oltani a megfelelő előkészített eleveniszappal vagy más inokulumforrással úgy, hogy a kapott szuszpendált szilárd anyag koncentrációja ne legyen 30 mg/l-nél nagyobb. Össze kell szerelni a berendezést, elindítani a keverőt, és ellenőrizni a légmentes záródást, majd meg kell kezdeni az oxigénfelvétel mérését. (mért értékek leolvasása és azok napi ellenőrzése, hőmérséklet és keverés ellenőrzése) Az oxigénfelvételt a rendszeres és gyakori időközönként leolvasott értékekből lehet kiszámítani. Az inkubálás végén, általában a 28. napon, meg kell mérni a lombikok tartalmának pH-ját. (Amikor a nitrogént tartalmazó vizsgált anyag oxigént vesz fel, meg kell határozni a nitrit és a nitrát koncentrációjának növekedését a 28 nap alatt, a nitrifikáció következtében elfogyasztott oxigén figyelembevételével.)

15 Az eredmények kiértékelése El kell osztani valamely adott időt követően (az ugyanennyi idő után a vakpróbainokulum- kontroll által felvett oxigén figyelembevételével helyesbített) a vizsgált vegyi anyagra vonatkozó oxigénfelvételt (mg) a felhasznált vizsgált anyag tömegével. Ezzel megkapják a mg oxigén/mg vizsgált anyag hányadosaként kifejezett BOI*-t, vagyis (BOI=biológiai oxigénigény = angolul BOD) A százalékos biológiai lebomlás kiszámítható a következő összefüggéssel: Nitrogéntartalmú vizsgált anyagokhoz a megfelelő ThOD-t kell használni (NH 4 vagy NO 3 ) annak megfelelően, hogy várható-e nitrifikáció, vagy sem. Az eredmények érvényessége: Az inokulum-vakpróba oxigénfelvétele általában 20–30 mg O 2 /liter, és nem szabad, hogy 60 mg/liternél nagyobb legyen 28 nap alatt. 60 mg/liternél nagyobb értékek esetében alaposan meg kell vizsgálni az adatokat és a kísérleti módszereket. Ha a pH-érték kívül van a 6–8,5-ös tartományon, és a vizsgált anyag által felvett oxigén kevesebb mint 60 %, akkor a vizsgálatot meg kell ismételni a vizsgált anyag kisebb koncentrációjával. (vegyi anyag által felvett O 2 (mg) – kontroll által felvett O 2 [mg]) BOI

16 Rövidítések Biológiailag könnyen lebontható: Olyan vegyi anyagok tetszőleges kategorizálása, amelyek megfeleltek bizonyos, a teljes biológiai lebonthatóság meghatározott szűrési vizsgálatok követelményeinek; e vizsgálatok olyan szigorúak, hogy feltételezhető, hogy az ilyen vegyületek vizes környezetekben aerob körülmények között biológiailag gyorsan és teljesen lebomlanak. DO: Oldott oxigén: (mg/l) az oldott oxigén koncentrációja valamely vizes mintában. BOI: Biokémiai oxigénigény: valamely vizsgált vegyület metabolizálásakor a mikroorganizmusok által felhasznált oxigén mennyisége; g oxigénfelvétel/g vizsgált vegyületként kifejezve is használják. Angolul: BOD KOI: Kémiai oxigénigény (g): valamely vizsgált vegyületnek forró, savas, dikromáttal végrehajtott oxidálása során felvett oxigén mennyisége; megadja a jelen lévő oxidálható anyag mennyiségének mértékét; oxigénfelvétel (g)/vizsgált vegyület (g) formában is használják. Angolul: COD DOC: Oldott szerves szén: az oldatban jelen lévő szerves szén, amely átszűrhető 0,45 mikrométeres szűrőn, vagy 15 percig tartó m*s –2 (± g) intenzitású centrifugálást követően a felülúszóban marad. ThOD: Elméleti oxigénigény (mg): valamely vegyi anyag teljes oxidálásához szükséges teljes oxigénmennyiség; a molekuláris képletből számítják ki, és oxigénigény (mg)/vizsgált vegyület (mg) formában is használják. ThCO 2 : Elméleti szén-dioxid-felszabadulás (mg): az a számított szén-dioxid-mennyiség, amelynek létre kell jönnie a vizsgált vegyület ismert vagy mért széntartalmából, a teljes ásványosodás során; fejlődött szén-dioxid (mg)/ vizsgált vegyület (mg) formában is használják.

17 Források OECD GUIDELINE FOR TESTING OF CHEMICALS Test No Ready Biodegradability 440/2008/EK RENDELET (2008. május 30.) A vegyi anyagok regisztrálásáról, értékeléséről, engedélyezéséről és korlátozásáról (REACH) szóló 1907/2006/EK európai parlamenti és a tanácsi rendelet értelmében alkalmazandó vizsgálati módszerek megállapításáról C RÉSZ: AZ ÖKOTOXICITÁS MEGHATÁROZÁSÁNAK MÓDSZEREI C.4. A „GYORS” BIOLÓGIAI LEBONTHATÓSÁG MEGHATÁROZÁSA


Letölteni ppt "A „GYORS” BIOLÓGIAI LEBONTHATÓSÁG VIZSGÁLATA OECD 301-F Manometrikus respirometria Környezettoxikológia 2010. Készítette: Bocz Katalin (GAEOAV)"

Hasonló előadás


Google Hirdetések