Стабилизированные жидкостные мембранные устройства
Устройство со стабилизированной жидкостной мембраной или SLMD — это тип пассивного устройства для отбора проб , которое позволяет осуществлять интегративный сбор на месте переносимых водой лабильных ионных металлических примесей. [1] Захватывая и изолируя ионы металлов на своей поверхности непрерывно в течение нескольких дней или недель, SLMD может обеспечить интегративное измерение биодоступных токсичных ионов металлов, присутствующих в водной среде. [2] Таким образом, они использовались вместе с другими пассивными пробоотборниками в полевых экологических исследованиях. [3] [4]
Фон
[ редактировать ]Пассивные пробоотборники были впервые разработаны в начале 1970-х годов для мониторинга концентрации загрязняющих веществ в воздухе, которым могут подвергаться промышленные рабочие, но к 1990-м годам исследователи разработали и использовали пассивные пробоотборники для мониторинга загрязнений в водной среде. [5] Первым типом пассивного пробоотборника, предназначенного для использования в водной среде, было устройство с полупроницаемой мембраной (СПМД). [5] SPMD можно было использовать для определения средневзвешенных по времени концентраций гидрофобных органических загрязнителей, но до начала 2000-х годов устройства для пассивного отбора проб металлических загрязнений еще не появились. [1] Металлы в окружающей среде могут принимать различные формы. Большинство металлов, растворенных в водной среде, присутствуют в любом из нескольких ионных, комплексно-ионных и органически связанных состояний. [1] Для большинства токсичных металлов биодоступность наибольшая у лабильных металлов в свободном ионном состоянии. [1] Признавая потенциальную полезность устройства пассивного отбора проб, которое можно использовать для измерения следовых количеств биодоступных токсичных металлов, исследователи Геологической службы США (USGS) и Университета Миссури начали разработку аналога SPMD, который можно было бы использовать для отбора проб на лабильные металлы. [2]
Структура и функции
[ редактировать ]Внешняя часть SLMD состоит из секции герметичной плоской полупроницаемой полиэтиленовой трубки. Внутри этой трубки находится смесь гидрофобного металлокомплексообразователя и длинноцепочечной органической кислоты в соотношении 1:1 . [1] Органическая кислота диффундирует через трубку к внешней поверхности, где часть карбоновой кислоты может образовывать стабильные комплексы с ионами кальция и магния в воде. [2] Это позволяет восковому слою медленно накапливаться на внешней стороне трубки. металлокомплексообразователь постоянно мобилизуется в этот восковой слой, где он может изолировать ионы металлов из воды. [1] Гидрофобный комплексообразователь металлов, наиболее часто используемый в SLMD, представляет собой алкилированный 8-гидроксихинолин. [2] Олеиновую кислоту обычно используют в качестве второй половины смеси гидрофобных реагентов в соотношении 1:1, поскольку она легко образует олеаты кальция в водной среде отбора проб. [1] В дополнение к базовому устройству для размещения SLMD в полевых условиях иногда используются гидрофобные пластиковые оболочки. [1] [2] Переменный поток воды может изменить частоту отбора проб металлов с помощью SLMD, что затрудняет определение усредненной по времени концентрации. [2] Позволяя анализируемым металлам диффундировать к поверхности SLMD, ограничивая при этом диффузию твердых частиц, коллоидных или гуминовых веществ, эти гидрофобные оболочки помогают уменьшить изменчивость поглощения SLMD в быстро движущихся водах. [2]
После развертывания в течение известного интервала времени SLMD можно извлечь с поля для анализа. Промывка 20% азотной кислотой позволяет извлечь накопленные металлы, а с помощью аналитических методов, таких как масс-спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) или атомно-абсорбционной спектроскопией (пламенный ААС), измерить концентрацию металла в экстракте, количество металла, накопленного SLMD, можно определить. [1]
Приложения
[ редактировать ]Известно, что SLMD накапливают кадмий , кобальт , медь , никель , свинец и цинк . [1] [2] и были использованы в исследованиях по мониторингу пресной воды Департаментом экологии (экологии) штата Вашингтон. [3] и Геологическая служба США. [6] Экология разместила SLMD в верховьях и низовьях Индиан-Крик на 28 и 27 дней соответственно. [3] Концентрации металлов на SLMD использовались для оценки истинной концентрации металлов в ручье. Расчетная концентрация выражалась в виде диапазона, основанного на частоте отбора проб SLMD, а также продолжительности воздействия. Целью отбора проб было изучение потенциальных причин сублетального воздействия на молодь форели и утраты донного биоразнообразия в ручье. [3]
Преимущества и ограничения
[ редактировать ]Токсичные металлы могут присутствовать в водной среде в следовых или сверхследовых концентрациях, но при этом оставаться токсикологически значимыми и, таким образом, наносить вред людям или окружающей среде. [2] Поскольку эти концентрации настолько низки, они вышли бы за пределы обнаружения большинства аналитических инструментов, если бы пробы среды отбирались с использованием традиционных самосборных проб. [7] Использование SLMD для пассивного сбора металлов в течение длительного периода времени позволяет накапливать следы металлов до обнаруживаемых уровней, что может дать более точную оценку химического состава и загрязнения воды. [2] Преимущество SLMD также состоит в том, что они способны улавливать импульсы металлических загрязнений, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными при использовании самосборных проб . [3] SLMD ограничиваются оценкой нестабильных металлов и не могут использоваться для мониторинга органических загрязнений . Кроме того, хотя способность SLMD отбирать пробы меди, цинка, никеля, свинца и кадмия была неоднократно продемонстрирована, [1] [2] [4] лабораторных исследований их способности надежно поглощать другие токсичные металлы проводилось мало. Тем не менее, хотя в лабораторных исследованиях эффективности SLMD изучались только медь, цинк, никель, свинец и кадмий, SLMD успешно использовались в полевых исследованиях для оценки более широкого спектра металлов. [3]
См. также
[ редактировать ]- Полупроницаемые мембранные устройства
- Интегративный пробоотборник для органических химических веществ Polar
- Диффузионные градиенты в тонких пленках
- Химлоковщик
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Брамбо, В.Г., Петти, Дж.Д., Хакинс, Дж.Н., Манахан, С.Е. 2002. Стабилизированное жидкостное мембранное устройство (SLMD) для пассивного, интегративного отбора проб подвижных металлов в воде. Загрязнение воды, воздуха, почвы. 133, 109–119.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Петти, Дж.Д., Брамбо, В.Г., Хакинс, ТВМ, Видмейер, Р. 2001. Патент США № US006296760B1. https://patents.google.com/patent/US6296760?oq=ininventor:Petty+ininventor:Brumbaugh+ininventor:Huckins+ininventor:Wiedmeyer
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж 2012. Потенциальные причины ухудшения ранних стадий жизни радужной форели и потери донного биоразнообразия в Индиан-Крик. Департамент экологии штата Вашингтон.
- ^ Перейти обратно: а б Брамбо, В.Г., Мэй, В.Т., Бессер, Дж.М., Аллерт, А.Л., Шмитт, К.Дж. 2008. Оценка концентраций элементов в потоках Нового свинцового пояса на юго-востоке Миссури, 2002-05. Отчет о научных исследованиях 2007-5057.
- ^ Перейти обратно: а б Альварес, Д. 2013. Разработка полупроницаемых мембранных устройств (SPMD) и полярных органических интегративных пробоотборников (POCIS) для мониторинга окружающей среды. Экологическая токсикология и химия. 23: 2179–2181.
- ^ Геологическое общество США (USGS), Колумбийский центр экологических исследований. Май 2004 г. Проверено 28 мая 2018 г.
- ^ Петти, Дж.Д., Хакинс, Дж.Н. Альварес, Д.А., Брамбо, В.Г., Кранор В.Л., Гейл, Р.В., Расталл, А.С., Джонс-Лепп Т.Л., Лейкер Т.Дж., Ростад CE, Ферлонг Э.Т., 2004. Целостный пассивный интегративный подход к выборке для оценка присутствия и потенциального воздействия переносимых водой загрязнителей окружающей среды. Хемосфера 54, 695-709.