Method Article
A protocol about the characterization and application of five different passive sampling devices is presented.
Cinco diferentes muestreadores pasivos de agua fueron calibrados bajo condiciones de laboratorio para la medición de 124 legado y los pesticidas usados actuales. Este estudio proporciona un protocolo para la preparación muestreador pasivo, calibración, el método de extracción y análisis instrumental. Frecuencias de muestreo (R S) y los coeficientes de reparto de muestras de agua pasivos (K PW) se calcularon para caucho de silicona, polar integradora química orgánica muestreador POCIS-A, POCIS-B, SDB-RPS y el disco C18. La absorción de los compuestos seleccionados depende de sus propiedades fisicoquímicas, es decir, caucho de silicona mostró un mejor absorción de los compuestos más hidrófobos (log coeficiente de reparto octanol-agua (K OW)> 5,3), mientras que POCIS-A, POCIS-B y SDB- RPS disco eran más adecuados para los compuestos hidrófilos (log K OW <0,70).
Los pesticidas se introducen continuamente en el medio acuático y pueden suponer un riesgo para los organismos acuáticos 1. Control de los plaguicidas en el medio acuoso se realiza típicamente mediante toma de muestras puntuales, sin embargo, esta técnica de muestreo no tiene en cuenta plenamente las variaciones temporales en las concentraciones debido a las fluctuaciones en las entradas de flujo o esporádicos (por ejemplo, la precipitación, derrames de aguas negras combinadas, de liberación laguna de aguas residuales) 2 , 3. Por lo tanto, los métodos de monitoreo deben ser mejorados para una mejor estimación de los riesgos ambientales asociados a los plaguicidas. Muestreo pasivo permite la monitorización continua durante un período prolongado de tiempo con mínima infraestructura y las concentraciones de contaminantes de bajo 4,5.
Muestreadores pasivos han demostrado ser una herramienta valiosa para el monitoreo del agua subterránea 6, el agua dulce 7-10, aguas residuales y aguas marinas 11 12. Además de los propósitos de monitoreo 13,14, muestreadores pasivos también se han utilizado para el análisis no objetivo 15, las pruebas de toxicología 16,17, y como una alternativa a en sedimentos y biomonitorización 18. Muestreadores pasivos se acumulan productos químicos de forma continua a partir de agua y proporcionan el tiempo promedio ponderado (TWA) Las concentraciones 14. La absorción del contaminante depende de la frecuencia de muestreo (R S) y el coeficiente de reparto de muestras de agua pasiva (K PW), que depende del diseño pasivo de muestras, material de toma de muestras, las propiedades físico-químicas de los contaminantes y las condiciones ambientales (por ejemplo, agua turbulencia, temperatura) 13,14,19,20.
El detallada de vídeo tiene como objetivo mostrar cómo calibrar y aplicar muestreadores pasivos de pesticidas en el agua. Los objetivos específicos incluyen i) llevar a cabo la preparación, extracción y análisis instrumental para 124 plaguicidas individuales utilizando cinco tipos diferentes de sampl pasivaERS, incluyendo caucho de silicona, polar muestreador integradora química orgánica (POCIS) -A, B-POCIS, SDB-RPS y C 18 de disco, ii) evaluar R S y K PW de los pesticidas en un estudio de la absorción de laboratorio, y iii) para demostrar cómo seleccionar el muestreador pasivo apropiada del compuesto diana de interés y la forma de calcular las concentraciones TWA para el respectivo muestreador pasivo.
Los patrones de referencia y los dispositivos de muestreo pasivo,
Compuestos de interés incluyen 124 legado y los pesticidas utilizados en la actualidad, incluyendo herbicidas, insecticidas y fungicidas (Tabla 1). Mezcla estándar interno (IS mezcla) incluido fenoprop (2,4,5-TP), clotianidina-D 3, etión y terbutilazina D-5. Otros productos químicos utilizados incluyen metanol (MeOH), acetonitrilo (ACN), acetona (ACE), diclorometano (DCM), ciclohexano (CH), acetato de etilo (EA), et petróleosu (PE), 2-propanol, solución de amoníaco al 25%, ácido acético (HAc) y ácido fórmico (FA). Cinco dispositivos de muestreo pasivo se caracterizaron diferentes, incluyendo caucho de silicona, POCIS-A y B-POCIS, SDB-RPS, y C 18 1,21 disco.
Tabla 1. Tasa de muestreo de muestreo pasivo (R 'S, L día -1), los coeficientes de reparto de muestras de agua (K' PW, L kg -1) y las ecuaciones (Ec.) Utilizados para el cálculo de concentraciones en muestras de campo para particulares pesticidas a. (Reimpresión de la revista Journal of Chromatography A, 1405, Lutz Ahrens, Atlasi Daneshvar, Anna E. Lau, Jenny Kreuger, Caracterización de cinco dispositivos de muestreo pasivo para el monitoreo de plaguicidas en el agua, 1-11, Derechos de Autor (2015), con permiso de Elsevier .) 22 Haga clic aquí para descargar este archivo.
1. Pasivo Sampler Diseño y Preparación
Figura 1. Esquema de caucho de silicona. Esquemática del muestreo pasivo de caucho de silicona que muestra la fijación de la banda de caucho de silicona a una muestra de acero inoxidable titular de la araña A) de la parte superior y B) la vista lateral. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Esquema de los discos del muestreo pasivo. Esquemática muestreador pasivo para POCIS A, B POCIS, disco SDB-RPS y C 18 en disco que muestra A) el montaje del muestreador pasivo utilizando anillos de acero inoxidable, polietersulfona Membranas (PES)ES, y la fase de recepción, y B) el montaje en un soporte de muestra de acero inoxidable. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. Los experimentos de laboratorio de captación
NOTA: Se realizaron los experimentos de absorción de laboratorio para caracterizar cuantitativamente la absorción kinetics de 124 pesticidas individuales para cinco dispositivos diferentes del muestreo pasivo en condiciones controladas.
Extracción 3. Muestra
4. Las muestras de agua
5. Análisis Instrumental
6. Teoría de muestreo pasivo
NOTA: El perfil de absorción de la sustancia en la mediu muestreador pasivom (PSM) se divide en tres secciones: lineal, curvilínea y de equilibrio (Figura 3).
Figura 3. Curva de absorción del muestreo pasivo. A) y C) curva de absorción para la cantidad acumulada de acetamiprid y dimetoato, respectivamente, en los muestreadores pasivos (N t) en ng absoluta, y B) y D) la concentración tanque de agua de acetamiprid y dimetoato, respectivamente, en ng L - 1. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
7. Análisis de datos estadísticos
Cinco técnicas de muestreo pasivo, se compararon diferentes para la captación de 124 legado y los pesticidas usados actuales, incluyendo caucho de silicona (Figura 1), y POCIS A, B POCIS, SDB-RPS y C 18 de disco (Figura 2). El rendimiento del método de extracción y análisis instrumental se optimizó. El resultado de los experimentos de absorción de laboratorio se puede utilizar para calcular 'S y log K' R PW valores (Tabla 1) en base al perfil de absorción de los plaguicidas individuales (Figura 3). Los resultados mostraron que el caucho de silicona es más adecuado para los compuestos hidrofóbicos (logaritmo del coeficiente de reparto octanol-agua (K 'OW)> 5,3), mientras que los compuestos más polares (log K' OW <0,70) fueron mejor absorbidos por POCIS A, POCIS B y SDB-RPS disco (Figura 4). R 'S (L día -1), K 'PW (L kg -1) y las ecuaciones (Ec.) Se puede utilizar para el cálculo de concentraciones en las muestras de campo para plaguicidas individuales (Tabla 1) 22.
Figura 4. K OW vs tipo de muestreador pasivo. Box-Whisker-parcelas para plaguicidas individuales tomadas por caucho de silicona (n = 86), polar muestreador integradora química orgánica (POCIS) -A (n = 106), POCIS-B (n = 110), el disco SDB-RPS (n = 65), y C 18 de disco (n = 54) en relación con su coeficiente de reparto octanol-agua (K OW). Nota: Los pesticidas se incluyeron solamente si la concentración media de pesticidas en el muestreador pasivo fue superior al 0,1% en comparación con las medias peconcentración sticide en el agua. (Modificado de la revista Journal of Chromatography A, 1405, Lutz Ahrens, Atlasi Daneshvar, Anna E. Lau, Jenny Kreuger, Caracterización de cinco dispositivos de muestreo pasivo para el monitoreo de plaguicidas en el agua, 1-11, Derechos de Autor (2015), con permiso de Elsevier .) 22 Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Para el control de calidad, como procedimiento estándar, espacios en blanco de laboratorio, los límites de detección (LOD), las recuperaciones, y la repetibilidad fueron examinados 23. Unos pesticidas fueron detectados en las muestras de blanco a niveles de concentración bajos. LD se establecieron como el valor del punto más bajo de la curva de calibración que cumpla con los criterios de una relación señal a ruido de 3. Los límites de detección promedio fueron de 8,0 pg absoluta se inyecta en la columna de caucho de silicona, 1,7 pg absoluta para POCIS-A, 1,6 pg absoluta para POCIS-B, 3,0 pg absoluta para el disco SDB-RPS, y 1,6 pg absoluta para C18 disco. Todas las concentraciones se corrigieron por el púas es una mezcla. Recuperaciones Promedio método basado en muestras pasivas de púas de los plaguicidas nativos (n = 3) fueron 68%, 110%, 92%, 89% y 70% para el caucho de silicona, POCIS-A, POCIS-B, disco SDB-RPS y C 18 de disco, respectivamente. La repetibilidad promedio de pesticidas individuales (n = 10) fueron 19%, 20%, 16%, 33% y 36% para la frotación de siliconaber, POCIS-A, POCIS-B, disco SDB-RPS y C 18 de disco, respectivamente.
La mayoría de los pesticidas tenían una curva lineal corto de absorción (5 a 10 días) y se equilibró después de 26 días, es decir, 89 de la 124 para caucho de silicona, 97 de 124 para POCIS-A, 99 de 124 para POCIS-B, 32 de 124 para disco SDB-RPS y 36 de 124 para C 18 de disco. Por lo tanto, para la mayoría de los pesticidas un log K 'PW se pudo calcular (Tabla 1). Si un pesticida no equilibre, un log K 'PW se asumió que era mayor que el calculado log K' PW para la fase de equilibrio. La mediana R 'S (L día -1) fueron 0,86 para el caucho de silicona, 0,22 para POCIS-B, 0,18 para POCIS-A, 0,05 para el disco SDB-RPS y 0,02 para C 18 de disco. S El alto R 'para el caucho de silicona puede ser explicado por la mayor masa de sorbente (m p) de caucho de silicona (m p = 15,6 g) en comparación con los otros muestreadores pasivos (m p = 0,22 hasta 0,58 g). La mediana de log K PW (L kg -1) fueron 4,78 para POCIS-B, 4,56 para POCIS-A, 3,17 para el disco SDB-RPS, 3,14 para el caucho de silicona y 2,71 para C 18 de disco. Las diferencias pueden explicarse por diferentes áreas de superficie (a p) que eran más altos para POCIS-A y POCIS-B (a p = 1,78 × 10 6 cm 2 y 2,82 × 10 6 cm 2, respectivamente) en comparación con el caucho de silicona (A p = 457 cm2), disco SDB-RPS y C 18 en disco (a p = 35 cm 2 para ambos). Es importante señalar que la S R 'puede variar entre los diferentes métodos de calibración y el tipo de muestreador pasivo, por lo tanto hay una necesidad de definir protocolos estandarizados para los procedimientos de calibración 25.
Este estudio se realizó con depl estáticaetion que tiene la ventaja de tener una configuración sencilla con muchas repeticiones, pero el agotamiento de la concentración con el tiempo debe ser considerado. Estudios de captación futuros deben ser realizadas usando tanques de exposición de flujo continuo con concentraciones de exposición constante o in situ en condiciones realistas de despliegue sobre el terreno 19. Se usó agua natural en los experimentos de calibración de laboratorio, sin embargo, el Departamento de Comercio puede tener una influencia en la determinación de las tasas de muestreo. 19 Por otra parte, el uso de compuestos de rendimiento y de referencia (PRC), que se disparó a los muestreadores pasivos antes de la implementación, puede ser utilizada para calcular las tasas de absorción in situ y permitir una estimación más exacta de las concentraciones TWA. 26
El log K PW de caucho de silicona y C18 disco mostró una correlación positiva significativa con log K OW (rho de Spearman = 0,53 y 0,48, respectivamente; p <0,0001).Para los valores S de registro R, una correlación positiva significativa se encontró sólo entre log R S y log K OW de caucho de silicona (rho de Spearman = 0,56, p <0,0001). En general, la K OW ha demostrado ser un buen parámetro para predecir la idoneidad del muestreador pasivo para compuestos específicos 14,27. Una variedad de diferentes pesticidas fueron investigados en este estudio con un log K OW que van desde -2,6 hasta 7,0. En general, los cinco captadores pasivos probados fueron capaces de acumular pesticidas con una amplia gama de diferentes K OW de caucho de silicona (K OW = 0,70 - 7,0), POCIS A (-1,9 - 5.3), POCIS B (-1,9 - 5.2) , SDB-RPS disco (-1,2 - 4.7) y C18 disco (1.3 a 5.3) (Figura 4). Nuestros resultados mostraron que el caucho de silicona es más adecuado para compuestos hidrófobos (log K OW> 5,3), mientrascompuestos más polares (log K OW <0,70) fueron mejor absorbido por POCIS A, B y el disco POCIS SDB-RPS (Figura 4).
The authors have nothing to disclose.
The Swedish EPA (Naturvårdsverket) (agreement 2208-13-001) and Centre for Chemical Pesticides (CKB) are gratefully acknowledged for funding this project. We thank Märit Peterson, Henrik Jernstedt, Emma Gurnell and Elin Paulsson at the OMK-lab, SLU, for skillful assistance with analytical support and supply of pesticide standards.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Methanol | Merck Millipore | 1.06035.2500 | |
Acetonitrile | Merck Millipore | 1.00029.2500 | |
Acetone | Merck Millipore | 1.00012.2500 | |
2-propanol | Merck Millipore | 1.00272.2500 | |
Dichloromethane | Merck Millipore | 1.06054.2500 | |
Ammoniak | Merck Millipore | 1.05428.1000 | Purity 25% |
Formic acid | Sigma-Aldrich | 94318-50ML-F | Purity ~98% |
Ethyl acetate | Sigma-Aldrich | 31063-2.5L | for pesticide residue analysis |
Petroleum ether | Sigma-Aldrich | 34491-4X2.5L | for pesticide residue analysis |
Acetic acid | Sigma-Aldrich | 320099-500ML | Purity ≥99.7% |
Cyclohexane | Fisher Chemicals | C/8933/17 | for residue analysis |
Empty polypropylene SPE Tube with PE frits, 20 μm porosity, volume 6 ml | Supelco | 57026 | |
Empore SPE Disks, C18, diam. 47 mm | Supelco | 66883-U | Passive sampler |
Empore SPE Disks, SDB-RPS (Reversed-Phase Sulfonate), diam. 47 mm | Supelco | 66886-U | Passive sampler |
POCIS-A | EST | POCIS-HLB | Passive sampler |
POCIS-B | EST | POCIS-Pesticide | Passive sampler |
Polyethersulfone (PES) membranes | EST | PES | |
Silicone rubber sheet | Altec | 03-65-4516 | Passive sampler |
Agilent 5975C | Agilent Technologies | 5975C | GC-MS |
HP-5MS UI | J&W Scientific | HP-5MS | Analytical column for GC-MS |
Agilent 6460 | Agilent Technologies | 6460 | HPLC-MS/MS |
Strata C18–E, 20 x 2 mm id and 20–25 μm particle size | Phenomenex | Strata C18–E | Online SPE column for LC-MS/MS |
Strata X, 20 x 2 mm id and 20–25 μm particle size | Phenomenex | Strata X | Online SPE column for LC-MS/MS |
Zorbax Eclipse Plus C18 | Agilent Technologies | Zorbax Eclipse Plus C18 | Analytical column for LC-MS/MS |
Isolute phase separator, 25 ml | Biotage | 120-1907-E | |
Stainless steel blind rivet, 3.2x10 mm | Ejot & Avdel | 951222 |
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