Стабилизированные жидкомембранные устройства
Пассивное устройство для отбора проб, используемое в экологии
Исследователь, держащий SLMD

Устройство со стабилизированной жидкой мембраной или SLMD представляет собой тип пассивного устройства для отбора проб , которое позволяет проводить in situ комплексный сбор лабильных ионных металлических загрязнителей, содержащихся в воде. [1] Захватывая и изолируя ионы металлов на своей поверхности непрерывно в течение периода от нескольких дней до нескольких недель, SLMD может обеспечить комплексное измерение биодоступных токсичных ионов металлов, присутствующих в водной среде. [2] Таким образом, они использовались в сочетании с другими пассивными пробоотборниками в экологических полевых исследованиях. [3] [4]

Фон

Пассивные пробоотборники были впервые разработаны в начале 1970-х годов для мониторинга концентраций загрязняющих веществ в воздухе, которым могли подвергаться промышленные рабочие, но к 1990-м годам исследователи разработали и использовали пассивные пробоотборники для мониторинга загрязняющих веществ в водной среде. [5] Первым типом пассивного пробоотборника, предназначенного для использования в водной среде, было полупроницаемое мембранное устройство (SPMD). [5] SPMD можно было использовать для определения средневзвешенных по времени концентраций гидрофобных органических загрязняющих веществ, но до начала 2000-х годов пассивные пробоотборники для металлических загрязняющих веществ еще не появились. [1] Металлы в окружающей среде могут образовывать 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 является наибольшей для лабильных металлов в их свободном ионном состоянии. [1] Осознавая потенциальную полезность пассивного устройства отбора проб, которое можно было бы использовать для измерения следовых количеств биодоступных токсичных металлов, исследователи из Геологической службы США (USGS) и Университета Миссури начали разработку аналога SPMD, который можно было бы использовать для отбора проб на наличие лабильных металлов. [2]

Структура и функции

Внешняя часть SLMD состоит из секции герметичной, плоской, полупроницаемой полиэтиленовой трубки. Внутри этой трубки герметично находится смесь гидрофобного комплексообразователя металла и длинноцепочечной органической кислоты в соотношении 1:1 . [1] Органическая кислота диффундирует через трубку к внешней поверхности, где карбоновая кислота может образовывать стабильные комплексы с ионами кальция и магния в воде. [2] Это позволяет воскообразному слою медленно накапливаться на внешней стороне трубки. Комплексообразующий металл агент непрерывно мобилизуется в этот восковой слой, где он может изолировать ионы металла из воды. [1] Гидрофобный комплексообразующий металл агент, наиболее часто используемый в SLMD, представляет собой алкилированный 8-гидроксихинолин. [2] Олеиновая кислота обычно используется в качестве другой половины смеси гидрофобных реагентов 1:1, поскольку она легко образует олеаты кальция в водной среде отбора проб. [1] В дополнение к базовому устройству, гидрофобные пластиковые оболочки иногда используются для размещения SLMD в полевых условиях. [1] [2] Переменный поток воды может изменить скорость отбора проб металлов SLMD, что затрудняет определение усредненной по времени концентрации. [2] Позволяя чувствительным к анализу металлам диффундировать к поверхности SLMD, ограничивая диффузию твердых частиц, коллоидных или гуминовых веществ, эти гидрофобные оболочки помогают снизить изменчивость поглощения SLMD в быстро движущихся водах. [2]

После развертывания в течение известного интервала времени SLMD могут быть извлечены из поля для анализа. Промывка 20% азотной кислотой позволяет извлечь накопленные металлы, а используя аналитические методы, такие как масс-спектроскопия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) или атомно-абсорбционная спектроскопия (пламенная AAS) для измерения концентрации металла в экстракте, можно определить количество металла, накопленного SLMD. [1]

Приложения

Известно, что SLMD накапливают кадмий , кобальт , медь , никель , свинец и цинк , [1] [2] и были развернуты в исследованиях по мониторингу пресной воды Департаментом экологии штата Вашингтон (Ecology) [3] и USGS. [6] Экология разместила SLMD в верхнем и нижнем Индиан-Крик на 28 и 27 дней соответственно. [3] Концентрации металлов в SLMD использовались для оценки истинной концентрации металлов в ручье. Оценочная концентрация была выражена в виде диапазона, основанного на частоте выборки SLMD, а также продолжительности воздействия. Целью отбора проб было исследование потенциальных причин сублетальных эффектов для молодой форели и потери бентического биоразнообразия в ручье. [3]

Преимущества и ограничения

Токсичные металлы могут присутствовать в водной среде в следовых или ультраследовых концентрациях, но при этом быть токсикологически значимыми и, таким образом, причинять вред человеку или окружающей среде. [2] Поскольку эти концентрации настолько низки, они вышли бы за пределы обнаружения большинства аналитических приборов, если бы среда была отобрана с использованием традиционных выборочных проб. [7] Использование SLMD для пассивного сбора металлов в течение длительного периода времени позволяет следовым металлам накапливаться до обнаруживаемых уровней, что может дать более точную оценку водной химии и загрязнения. [2] SLMD также имеют преимущество в том, что они могут улавливать импульсы металлического загрязнения, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными при использовании выборочных проб . [3] SLMD ограничены оценкой лабильных металлов и не могут использоваться для мониторинга органических загрязнителей . Кроме того, хотя способность SLMD отбирать пробы меди, цинка, никеля, свинца и кадмия была неоднократно продемонстрирована, [1] [2] [4] было проведено мало лабораторных исследований их способности надежно поглощать другие токсичные металлы. Тем не менее, хотя лабораторные исследования эффективности SLMD касались только меди, цинка, никеля, свинца и кадмия, SLMD с успехом применялись в полевых исследованиях для оценки более широкого спектра металлов. [3]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghijk Brumbaugh, WG, Petty, JD, Huckins, JN, Manahan, SE 2002. Устройство со стабилизированной жидкой мембраной (SLMD) для пассивного комплексного отбора проб лабильных металлов в воде. Вода, воздух, загрязнение почвы. 133, 109–119.
  2. ^ abcdefghijk Petty, JD, Brumbaugh, WG, Huckins, TWM, Wiedmeyer, R. 2001. Патент США № US006296760B1. https://patents.google.com/patent/US6296760?oq=ininventor:Petty+ininventor:Brumbaugh+ininventor:Huckins+ininventor:Wiedmeyer
  3. ^ abcdef 2012. Возможные причины ухудшения состояния радужной форели на ранних стадиях жизни и потери бентического биоразнообразия в Индиан-Крик. Департамент экологии штата Вашингтон.
  4. ^ ab Brumbaugh, WG, May, WT, Besser, JM, Allert, AL, Schmitt, CJ 2008. Оценка концентраций элементов в ручьях Нового свинцового пояса на юго-востоке Миссури, 2002-05. Отчет о научных исследованиях 2007-5057.
  5. ^ ab Alvarez, D. 2013. Разработка полупроницаемых мембранных устройств (SPMD) и полярных органических интегративных пробоотборников (POCIS) для мониторинга окружающей среды. Экологическая токсикология и химия. 23: 2179–2181.
  6. ↑ Геологическое общество США (USGS), Колумбийский центр исследований окружающей среды. Май 2004 г. Получено 28.05.2018.
  7. ^ Petty, JD, Huckins, JN Alvarez, DA, Brumbaugh, WG, Cranor WL, Gale, RW, Rastall, AC, Jones-Lepp TL, Leiker TJ, Rostad CE, Furlong ET, 2004. Целостный подход пассивного интегративного отбора проб для оценки наличия и потенциального воздействия загрязняющих веществ, содержащихся в воде. Chemosphere 54, 695-709.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Устройства_стабилизированной_жидкой_мембраны&oldid=1265196056"