METODY STANOVENÍ BIOPŘÍSTUPNÉ A BIODOSTUPNÉ FRAKCE HYDROFOBNÍCH ORGANICKÝCH POLUTANTŮ

Význam tématu

Perzistentní organické polutanty v půdách a sedimentech představují environmentální riziko, neboť pouze jejich bioaktivní frakce ovlivňuje biota. Klasická stanovení celkové koncentrace polutantů nadhodnocují riziko i účinnost bioremediace. Přesné stanovení biopřístupné a biodostupné frakce umožňuje reálnější hodnocení expozice organismů, predikci mikrobiální degradace a plánování sanačních opatření.

Cíle a přehled studie / článku

Článek přináší komplexní přehled definic biopřístupnosti a biodostupnosti, shrnuje biologické a chemické metody pro jejich stanovení a diskutuje vzájemné vztahy mezi experimentálními postupy.

Použitá metodika a instrumentace

Popisované přístupy lze rozdělit do dvou skupin:

• Biologické metody: akumulační testy s žížalami (Eisenia fetida, Lumbriculus variagatus), korýši, řasami a bakteriální bioluminiscenční testy (Vibrio fischeri), mikrobiální degradace s měřením 14CO₂, nové genové biosenzory.
• C hemické metody: mírné extrakce organickými rozpouštědly (methanol, n-butanol, surfaktanty), současně extrakce na tuhou fázi (Tenax, XAD-2, SPME vlákna), cyklodextriny (hydroxypropyl-β-cyklodextrin), nadkritická fluidní extrakce CO₂ (SFE), subkritická vodní extrakce (SWE/ASE).
• Instrumentace: vysokotlaké extrakční celky pro SFE a SWE, automatizované ASE, sorpční moduly (Tenax, XAD-2), GC-MS a HPLC pro analýzu extraktů, luminometry pro bioluminiscenční testy.

Hlavní výsledky a diskuse

Dvoufazové desorpční kinetické modely (parametr F) umožňují kvantifikovat rychle desorbovatelné frakce polutantů a korelovat je s biodegradačními a bioakumulačními výsledky. Vícebodové sekvenční extrakce (Tenax, XAD-2, SFE) v dynamickém uspořádání prokázaly vyšší přesnost než jednobodové statické metody. SFE nabízí krátkou dobu extrakce (desítky minut) a dobrou korelaci s biologickými testy (r² > 0,8). SWE je dostupná z hlediska přístrojového vybavení, avšak optimalizace extrakčních podmínek pro hydrofobní látky dosud není zcela vyřešená.

Přínosy a praktické využití metody

• Spolehlivá predikce realné expozice organismů kontaminantům.
• Optimalizace bioremediačních strategií podle skutečně dostupné frakce.
• Podpora rozhodování při hodnocení rizik kontaminovaných lokalit.

Budoucí trendy a možnosti využití

Vývoj biosenzorů s vyšší specificitou a přesností, kombinace chemických a biologických metod pro komplexnější profilaci bioaktivních frakcí, rozšíření in situ technik (SPME in situ, polní SFE), validace SWE dynamických režimů, modelování desorpčních procesů s využitím termodynamických a transportních parametrů.

Závěr

Mírné chemické extrakce a desorpční kinetické modely spolu s biologickými testy tvoří komplementární přístupy pro odhad biopřístupných a biodostupných frakcí hydrofobních organických polutantů. Dynamická sekvenční extrakce (SFE, Tenax/XAD-2) nejlépe simuluje uvolňování látek v terénu. Další rozvoj metodiky bude směřovat k rychlejším a méně nákladným puposazením in situ měření a kombinací molekulárních a fyzikálně-chemických přístupů.

Reference

• Semple K. T., Doick K. J., Jones K. C., Burauel P., Craven A., Harms H.: Environ. Sci. Technol. 38, 228A (2004).
• Alexander M.: Environ. Sci. Technol. 34, 4259 (2000).
• National Research Council: Bioavailability of Contaminants in Soils and Sediments. NRC, Washington DC 2002.
• Lanno R., Wells J., Conder J., Bradham K., Basta N.: Ecotoxicol. Environ. Saf. 57, 39 (2004).
• Reichenberg F., Mayer P.: Environ. Toxicol. Chem. 25, 1239 (2006).
• Cornelissen G., Rigterink H., Ferdinandy M. M. A., van Noort P. C. M.: Environ. Sci. Technol. 32, 966 (1998).
• Cornelissen G., Rigterink H., Ten Hulscher D. E. M., Vrind B. A., van Noort P. C. M.: Environ. Toxicol. Chem. 20, 706 (2001).
• Hawthorne S. B., Poppendieck D. G., Grabanski C. B., Loehr R. C.: Environ. Sci. Technol. 35, 4577 (2001).
• Čvančarová M., Křesinová Z., Cajthaml T.: J. Hazard. Mater. 254, 116 (2013).
• Kelsey J. W., Kottler B. D., Alexander M.: Environ. Sci. Technol. 31, 214 (1997).