Jump to content

Биоконцентрация

В водной токсикологии биоконцентрация это накопление передающихся через воду химических веществ в организме, подвергающемся воздействию воды. [1] [2]

Существует несколько способов измерения и оценки биоаккумуляции и биоконцентрации. К ним относятся: коэффициенты распределения октанол-вода (K OW ), коэффициенты биоконцентрации (BCF), коэффициенты биоаккумуляции (BAF) и коэффициент накопления биоты-отложений (BSAF). Каждый из них можно рассчитать с использованием эмпирических данных или измерений, а также математических моделей . [3] Одной из таких математических моделей является модель BCF, основанная на летучести, разработанная Доном Маккеем . [4]

Коэффициент биоконцентрации также можно выразить как отношение концентрации химического вещества в организме к концентрации химического вещества в окружающей среде . КБК является мерой степени совместного использования химических веществ между организмом и окружающей средой. [5]

В поверхностных водах КБК представляет собой отношение концентрации химического вещества в организме к концентрации химического вещества в водной среде. КБК часто выражается в литрах на килограмм (отношение мг химического вещества на кг организма к мг химического вещества на литр воды). [6] BCF может быть просто наблюдаемым соотношением или предсказанием модели разделения. [6] Модель разделения основана на предположениях о том, что химические вещества распределяются между водой и водными организмами, а также на идее о том, что между организмами и водной средой, в которой они находятся, существует химическое равновесие. [6]

Биоконцентрацию можно описать коэффициентом биоконцентрации (BCF), который представляет собой отношение концентрации химического вещества в организме или биоте к концентрации в воде: [2]

[2]

Факторы биоконцентрации также могут быть связаны с коэффициентом распределения октанол-вода K ow . октанол-вода Коэффициент распределения (K ow ) коррелирует с возможностью биоаккумуляции химического вещества в организмах; BCF можно спрогнозировать по log K ow с помощью компьютерных программ, основанных на взаимосвязи активности структуры (SAR). [7] или через линейное уравнение :

[8]

Где:

в равновесии

Фугитивность

[ редактировать ]

Летучесть и BCF связаны друг с другом в следующем уравнении:

[6]

где Z Fish равна летучести химического вещества в рыбе, P Fish равна плотности рыбы (масса/длина). 3 ), BCF – коэффициент распределения между рыбой и водой (длина 3 /масса), а H равна константе закона Генри (Длина 2 /Время 2 ) [6]

Уравнения регрессии для оценок по рыбам

[ редактировать ]
Уравнение Химические вещества, используемые для получения уравнения Используемые виды
84 Толстоголовый гольян , синежаберная рыба-луна, радужная форель , рыба-комар
[4] 44 Различный
36 Ручьевая форель , радужная форель , синежаберная рыба-луна, толстоголовый гольян , карп
[9] 7 Различный
13 Различный

Использование

[ редактировать ]

Нормативное использование

[ редактировать ]

При использовании PBT Profiler и критериев, установленных Агентством по охране окружающей среды США в соответствии с Законом о контроле за токсичными веществами (TSCA), вещество считается не биоаккумулятивным, если его КБК менее 1000, биоаккумулятивным, если оно имеет BCF от 1000 до 5000 [10] и очень биоаккумулятивен, если его КБК превышает 5000. [10]

Пороговые значения согласно REACH составляют КБК > 2000 л/кг bzw. для критериев B и 5000 л/кг для критериев vB. [11]

Приложения

[ редактировать ]

Коэффициент биоконцентрации более 1 указывает на гидрофобное или липофильное химическое вещество. Это показатель того, насколько вероятно биоаккумуляция химического вещества . [1] Эти химические вещества имеют высокое сродство к липидам и концентрируются в тканях с высоким содержанием липидов, а не в водной среде, такой как цитозоль . Модели используются для прогнозирования химического распределения в окружающей среде, что, в свою очередь, позволяет прогнозировать биологическую судьбу липофильных химических веществ. [1]

Модели равновесного разделения

[ редактировать ]

На основе предполагаемого сценария устойчивого состояния моделируется судьба химического вещества в системе, давая прогнозируемые конечные фазы и концентрации. [12]

Необходимо учитывать, что для достижения устойчивого состояния может потребоваться значительное количество времени, оцененное с помощью следующего уравнения (в часах). [13] [14]

Таким образом, для вещества с log(K OW ) 4 требуется примерно пять дней для достижения эффективного устойчивого состояния. Для log(K OW ) равного 6 время равновесия увеличивается до девяти месяцев.

Модели летучести

[ редактировать ]

Летучесть - еще один критерий прогнозирования равновесия между фазами, имеющими единицы давления. Для большинства экологических целей это эквивалентно парциальному давлению. Это склонность материала к бегству. [1] КБК можно определить на основе выходных параметров модели летучести и, таким образом, использовать для прогнозирования доли химического вещества, непосредственно взаимодействующего с организмом и, возможно, оказывающего на него воздействие. [ нужна ссылка ]

Модели пищевой сети

[ редактировать ]

для конкретного организма Если доступны значения летучести , можно создать модель пищевой сети, учитывающую трофические сети . [1] Это особенно актуально для консервативных химических веществ , которые нелегко метаболизируются в продукты разложения. Биомагнификация консервативных химических веществ, таких как токсичные металлы, может быть вредной для высших хищников, таких как косатки , скопы и белоголовые орланы . [ нужна ссылка ]

Приложения к токсикологии

[ редактировать ]

Прогнозы

[ редактировать ]

Факторы биоконцентрации позволяют прогнозировать уровни загрязнения в организме на основе концентрации химических веществ в окружающей воде. [12] КБК в этом случае применяется только к водным организмам. Организмы, дышащие воздухом, не поглощают химические вещества так, как другие водные организмы. Рыбы, например, поглощают химические вещества через пищеварение и осмотические градиенты в жаберных пластинках . [6]

При работе с донными макробеспозвоночными как вода, так и донные отложения могут содержать химические вещества, влияющие на организм. Фактор накопления биота-отложений (BSAF) и фактор биомагнификации (BMF) также влияют на токсичность в водной среде. [ нужна ссылка ]

BCF явно не учитывает метаболизм, поэтому его необходимо добавлять к моделям на других этапах посредством уравнений поглощения, элиминации или деградации для выбранного организма.

Нагрузка на тело

[ редактировать ]

Химические вещества с высокими значениями КБК более липофильны, и в равновесии организмы будут иметь более высокие концентрации химических веществ, чем другие фазы в системе. Нагрузка на организм – это общее количество химических веществ в организме организма, [12] и нагрузка на организм будет выше при работе с липофильным химическим веществом.

Биологические факторы

[ редактировать ]

При определении степени биоконцентрации следует учитывать биологические факторы. Скорость воздействия на организм через дыхательные поверхности и контакт с кожными поверхностями организма конкурирует со скоростью выведения из организма. Скорость выведения определяется потерей химического вещества с дыхательной поверхности, разбавлением роста, выделением с калом и метаболической биотрансформацией . [15] Разбавление роста не является реальным процессом выделения, но происходит разбавление из-за увеличения массы организма, в то время как концентрация загрязняющих веществ остается постоянной.

Взаимодействие между входами и выходами показано здесь:
[15]
Переменные определяются как:
C B – концентрация в организме (г*кг −1 ). [15] t представляет собой единицу времени (d −1 ). [15] k 1 — константа скорости поглощения химических веществ из воды на поверхности дыхательных путей (л*кг −1 −1 ). [15] C WD — концентрация растворенного в воде химического вещества (г*л −1 ). [15] k 2 ,k E ,k G ,k B — константы скорости, отражающие выведение из организма с дыхательной поверхности, фекальное выделение, метаболическую трансформацию и разбавление роста (d −1 ). [15]

Статические переменные также влияют на BCF. Поскольку организмы моделируются как мешки с жиром, соотношение липидов и воды является фактором, который необходимо учитывать. [6] Размер также играет роль, поскольку соотношение поверхности и объема влияет на скорость поглощения из окружающей воды. [15] Вид, вызывающий беспокойство, является основным фактором, влияющим на значения КБК, поскольку он определяет все биологические факторы, которые изменяют КБК. [6]

Параметры окружающей среды

[ редактировать ]

Температура

[ редактировать ]

Температура может влиять на метаболические преобразования и биоэнергетику. Примером этого является движение организма, а также скорость выделения. [15] Если загрязняющее вещество является ионным, изменение pH, вызванное изменением температуры, также может влиять на биодоступность. [1]

Качество воды

[ редактировать ]

Содержание природных частиц, а также содержание органического углерода в воде могут влиять на биодоступность. Загрязнитель может связываться с частицами в воде, затрудняя поглощение, а также попадать в организм. Это проглатывание может состоять из загрязненных частиц, поэтому источником загрязнения может быть не только вода. [15]

  1. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Лэндис В.Г., Софилд Р.М., Ю.М.Х. (2011). Введение в экологическую токсикологию: молекулярные структуры экологических ландшафтов (Четвертое изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 117–162. ISBN  978-1-4398-0410-0 .
  2. ^ Перейти обратно: а б с Гобас ВСКН ; Моррисон Х.А. (2000). «Биокоцентрация и биомагнификация в водной среде». В Бетлинге РС; Маккей Д. (ред.). Справочник по методам оценки свойств химических веществ: науки об окружающей среде и здоровье . Бока-Ратон, Флорида, США: Льюис. стр. 189–231.
  3. ^ Арно, Джон А.; Фрэнк АПК Гобас (2004). «Модель биоаккумуляции пищевых сетей органических химических веществ в водных экосистемах». Экологическая токсикология и химия . 23 (10): 2343–2355. дои : 10.1897/03-438 . ПМИД   15511097 . S2CID   23843677 .
  4. ^ Перейти обратно: а б Маккей, Дон (1982). «Корреляция факторов биоконцентрации». Экологические науки и технологии . 16 (5): 274–278. Бибкод : 1982EnST...16..274M . дои : 10.1021/es00099a008 . ПМИД   22257252 .
  5. ^ «Глава 173–333 Стойкие биоаккумулятивные токсины WAC» (PDF) . Департамент экологии . Архивировано из оригинала (PDF) 9 февраля 2017 года . Проверено 6 февраля 2012 года .
  6. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Хемонд, Гарольд (2000). Химическая судьба и транспорт в окружающей среде . Сан-Диего, Калифорния: Эльзевир. стр. 156–157. ISBN  978-0-12-340275-2 .
  7. ^ Агентство по охране окружающей среды. «Категория стойких, биоаккумулятивных и токсичных новых химических веществ» . Экологические документы Федерального реестра . УСЕПА . Проверено 3 июня 2012 г.
  8. ^ Берген, Барбара Дж.; Уильям Г. Нельсон; Ричард Дж. Прюэлл (1993). «Биоаккумуляция конгенеров ПХБ голубыми мидиями ( Mytilus edulis ), обнаруженными в гавани Нью-Бедфорд, Массачусетс». Экологическая токсикология и химия . 12 (9): 1671–1681. дои : 10.1002/etc.5620120916 .
  9. ^ Чиу К.Т., Фрид В.Х., Шмеддинг Д.В., Конерт Р.Л. (1977). «Коэффициент распределения и биоаккумуляция некоторых органических химикатов». Экологические науки и технологии . 29 (5): 475–478. Бибкод : 1977EnST...11..475C . дои : 10.1021/es60128a001 .
  10. ^ Перейти обратно: а б «Критерии биоаккумуляции» . Архивировано из оригинала 1 мая 2016 года . Проверено 3 июня 2012 г.
  11. ^ Руководство по информационным требованиям и оценке химической безопасности: Глава R.11: Оценка PBT (Версия 1.1) , 2012 г., стр. 15
  12. ^ Перейти обратно: а б с Рэнд, Гэри (1995). Основы водной токсикологии . Бока-Ратон: CRC Press. стр. 494–495. ISBN  978-1-56032-091-3 .
  13. ^ РУКОВОДСТВО ОЭСР ПО ТЕСТИРОВАНИЮ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ: Тест № 305: Биоаккумуляция в рыбе: воздействие воды и пищи, S. 56, doi: 10.1787/9789264185296-en.
  14. ^ Хоукер Д.В. и Коннелл Д.В. (1988), Влияние коэффициента распределения липофильных соединений на кинетику биоконцентрации в рыбе. Ват. Рез. 22: 701–707, doi: 10.1016/0043-1354(88)90181-9 .
  15. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Арно, Джон А; Гобас, Фрэнк APC (2006). «Обзор оценок коэффициента биоконцентрации (BCF) и фактора биоаккумуляции (BAF) органических химических веществ в водных организмах». Экологические обзоры . 14 (4): 257–297. дои : 10.1139/a06-005 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b690848c8af2be0e3ffe0f76b66b81ad__1717022640
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b6/ad/b690848c8af2be0e3ffe0f76b66b81ad.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Bioconcentration - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)