zastosowanie membran półprzepuszczalnych do oznaczania

Proceedings of ECOpole
Vol. 1, No. 1/2
2007
Joanna GIEROŃ1, Adam GROCHOWALSKI2 i Ryszard CHRZĄSZCZ3
ZASTOSOWANIE MEMBRAN PÓŁPRZEPUSZCZALNYCH
DO OZNACZANIA POLIBROMOWANYCH BIFENYLI
W RYBACH
APPLICATION OF SEMIPERMEABLE MEMBRANES FOR THE
DETERMINATION OF POLYBROMINATED BIPHENYLS IN FISH
Streszczenie: Przedstawiono opis metody przygotowania próbek oleju rybnego do oznaczania w nim zawartości
polibromowanych bifenyli. W badaniach wykorzystano metodę dializy przy użyciu membran
półprzepuszczalnych, chromatografię kolumnową oraz technikę GC-MS/MS. Analiza próbek ryb wykazała, że
zawartość kongenerów z grup pentabromobifenyli i heksabromobifenyli stanowi 60÷70% zawartości wszystkich
PBB w przypadku próbek łososia, zaś analiza oleju pstrąga i śledzia wykazała największą zawartość kongenerów
z grupy tetrabromobifenyli. W oleju węgorza wykazano obecność tylko jednego kongeneru z grupy
tribromobifenyli, ale innego niż BB-29. Największe zawartości PBB wykryto w tkance łososia, gdzie związki te
występowały na poziomie od 4,95 ± 3,19 pg/g tłuszczu do 445 ± 142 pg/g tłuszczu, natomiast w badanych
próbkach tuńczyka nie wykryto bromowanych antypirenów z grupy PBB.
Słowa kluczowe: membrany półprzepuszczalne (SPM), polibromowane bifenyle (PBB), ryby, GC-MS/MS
Zanieczyszczenie środowiska powietrznego, lądowego i morskiego na odległych od
siebie obszarach związkami z grupy bromowanych antypirenów wskazuje na ich podobne
właściwości fizykochemiczne do trwałych zanieczyszczeń organicznych (POP - Persistent
Organic Pollutants) objętych Konwencją Sztokholmską [1-4]. Polibromowane bifenyle
(PBB) zostały szeroko rozpowszechnione w przyrodzie wskutek nieintencjonalnej
działalności człowieka i ze względu na ich bioakumulację oraz toksyczne własności na
poziomie śladowym [1-12] wymagają bardzo czułych i specyficznych metod oznaczania
w próbkach biologicznych oraz środowisku. Pożywienie jest aktualnie głównym źródłem
obecności PBB u człowieka, z czego większość stanowią produkty pochodzenia
zwierzęcego zawierające tłuszcz, a zwłaszcza ryby. Celem prowadzonych badań było
opracowanie metody oznaczania PBB w tłuszczu (oleju) z ryb oraz wykonanie wstępnego
monitoringu tych zanieczyszczeń w wybranych gatunkach ryb.
Materiały i metodyka badań
Materiał do badań stanowiły próbki ryb nabyte na terenie miasta Krakowa (węgorz,
łosoś, śledź, tuńczyk, pstrąg). Próbki przed ekstrakcją poddawano suszeniu metodą
liofilizacji przez okres 72÷98 godzin. Olej rybny uzyskiwano drogą ekstrakcji liofilizatu
dichlorometanem (DCM) w aparacie Soxhleta (9÷10 godzin). Do analizy pobierano porcje
10 g oleju, wprowadzając do każdej 5 ng substancji wzorcowej odzysku 13C-BB-153
1
Zakład Chemii Analitycznej, Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej, Politechnika Krakowska,
ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków, tel. 012 628 27 07, e-mail: [email protected]
2
Zakład Chemii Analitycznej, Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej, Politechnika Krakowska,
ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków, tel. 012 628 21 12, e-mail: [email protected]
3
Zakład Chemii Analitycznej, Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej, Politechnika Krakowska,
ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków, tel. 012 628 27 13, e-mail: [email protected]
134
Joanna Gieroń i Adam Grochowalski
(Wellington Laboratories, Kanada). Usunięcie składników matrycy tłuszczowej
prowadzono metodą dializy przy użyciu membran półprzepuszczalnych (SPM)
z jednokrotną wymianą rozpuszczalnika, odbierającego po pierwszej dobie dializy, którym
był heksan (Hx). Uzyskany dializat odparowywano do objętości około 1 ml i oczyszczano
na kolumnach wypełnionych żelem Bio-Beads SX-3, stosując eluent o składzie DCM/Hx
(1:1). Dalsze oczyszczanie prowadzono przy użyciu kolumn wypełnionych żelem
krzemionkowym modyfikowanym H2SO4 (żel kwaśny) oraz żelem modyfikowanym za
pomocą NaOH (żel zasadowy), a następnie przy użyciu kolumn wypełnionych zasadowym
tlenkiem glinu. Oczyszczoną próbkę zatężano do objętości ok. 30 mm3, otrzymując ekstrakt
końcowy, do którego wprowadzano 1 ng wzorca odzysku 13C-1,2,3,4-T4CDD (Wellington
Laboratories).
Oznaczanie PBB prowadzono techniką rozcieńczeń izotopowych, korzystając
z substancji wzorcowej 13C-BB-153 przy użyciu techniki GC-MS/MS. W badaniach
używano wzorców poszczególnych kongenerów polibromowanych bifenyli: BB-29, BB-49,
BB-52, BB-101, BB-153, a także handlową mieszaninę techniczną PBB Firemaster BP-6.
Aparatura
Analizę chromatograficzną prowadzono z wykorzystaniem chromatografu gazowego
CE Trace 2000 sprzężonego ze spektrometrem mas typu pułapki jonowej Finnigan GCQ
Plus GC-MS/MS. Rozdzielanie chromatograficzne kongenerów PBB uzyskiwano, stosując
kolumnę z fazą o małej polarności: DB-5MS (60 m x 0,25 mm x 25 µm) w zakresie
temperatur 130÷300°C.
Rejestrację sygnałów od analitu prowadzono przy użyciu techniki monitorowania
wybranego jonu (SIM) z podwójną fragmentacją (MS/MS) molekuły. Zastosowano
jonizację typu EI. Rejestrowano jony macierzyste (M+) oraz powstające poprzez kolizję
z atomami helu w pułapce jonowej jony wtórne (M-Br2)+.
Wyniki i ich omówienie
Analizy próbek węgorza (n = 5), łososia (n = 5), śledzia (n = 5), tuńczyka (n = 5) oraz
pstrąga (n = 5) wykazały duże różnice w zawartościach oraz rozkładzie poszczególnych
grup kongenerów PBB. Próbki tuńczyka nie wykazały obecności kongenerów, począwszy
od grup tribromobifenyli do heptabromobifenyli. Próbki węgorza wykazały obecność tylko
jednego kongeneru z grupy tribromobifenyli w ilości 9,78 ± 0,71 pg/g tłuszczu, innego niż
BB-29.
Badania próbek śledzia wykazały, że suma wszystkich oznaczanych PBB wynosi
279 pg/g tłuszczu. W próbkach pstrąga suma oznaczanych kongenerów PBB wyniosła
650 pg/g tłuszczu, natomiast w próbkach łososia aż 1739 pg/g tłuszczu. Szczegółowy
wykaz zawartości oznaczanych PBB w badanych próbkach: śledzia, pstrąga oraz łososia
przedstawiono odpowiednio w tabelach 1-3.
W opracowanej metodzie uzyskano następujące granice oznaczalności:
BB-29 0,33 pg/g, BB-49 0,33 pg/g, BB-52 0,66 pg/g, BB-101 0,38 pg/g, BB-153 0,84 pg/g,
13
C-BB-153 0,90 pg/g i 13C-1,2,3,4-T4CDD 0,90 pg/g. Wartości te odnoszą się do 1 g
tłuszczu (oleju rybnego).
Zastosowanie membran półprzepuszczalnych do oznaczania polibromowanych bifenyli w rybach
135
Tabela 1
Zawartości poszczególnych kongenerów w próbkach oleju śledzia (n = 5). Wartości odzysku 20÷45%
RT [min]
13,15
13,39
13,92
14,20
14,34
14,44
16,18
16,30
16,71
17,02
17,39
17,58
18,02
18,70
Analit
BB-29
triBB
tetraBB
BB-52
BB-49
tetraBB
BB-101
pentaBB
heksaBB
heksaBB
heksaBB
heksaBB
heksaBB
BB-153
Zawartość [pg/g tłuszczu]
6,51
16,4
1,44
22,4
33,3
131
12,2
1,40
5,66
3,92
8,09
12,0
12,2
12,7
CV [%]
31
18
17
22
40
25
41
64
92
46
16
25
10
11
Tabela 2
Zawartości poszczególnych kongenerów w próbkach oleju pstrąga (n = 5). Wartości odzysku 22÷45%
RT [min]
11,77
13,16
13,41
14,03
14,22
14,34
14,43
14,74
14,83
15,02
15,22
15,39
15,58
15,71
16,14
16,73
17,05
17,42
17,55
18,05
18,56
18,77
Analit
triBB
BB-29
triBB
tetraBB
BB-52
BB-49
tetraBB
tetraBB
tetraBB
pentaBB
pentaBB
pentaBB
pentaBB
pentaBB
BB-101
heksaBB
heksaBB
heksaBB
heksaBB
heksaBB
heksaBB
BB-153
Zawartość [pg/g tłuszczu]
6,32
9,48
17,8
9,91
33,2
71,5
80,2
21,9
10,6
15,6
6,74
14,9
19,6
27,4
81,1
70,5
37,9
13,5
30,6
18,4
30,3
22,9
CV [%]
22
50
28
21
34
69
45
45
34
10
34
20
31
6
19
58
56
23
19
23
29
22
Zarówno u pstrąga, jak i śledzia dominującymi grupami kongenerów są kongenery
tetraBB - odpowiednio 67 i 36% sumy PBB, natomiast w próbkach łososia największą
wartość stężenia PBB uzyskano dla kongenerów heksaBB, których udział stanowił 45%
masy sumy PBB. Uzyskane wartości stężenia PBB w badanych rybach są porównywalne
do wyników uzyskanych w innych badaniach [6-8], jakkolwiek w odniesieniu do próbek
łososia uzyskano większą wartość stężenia sumy oznaczanych PBB.
136
Joanna Gieroń i Adam Grochowalski
Tabela 3
Zawartości poszczególnych kongenerów w próbkach oleju łososia (n = 5). Wartości odzysku 17÷50%
RT [min]
12,47
13,18
13,41
14,25
14,72
15,70
16,13
16,70
17,06
17,38
18,00
18,74
Analit
triBB
BB-29
triBB
BB-52; BB-49
tetraBB
tetraBB
BB-101
heksaBB
heksaBB
heksaBB
heksaBB
BB-153
Zawartość [pg/g tłuszczu]
4,95
44,2
69,7
82,6
36,6
313
444
262
82,0
242
71,3
85,5
CV [%]
56
87
37
61
40
58
28
37
8
27
15
33
Wnioski
Opracowana metoda czterostopniowego oczyszczania próbek ryb do oznaczania PBB
pozwala na uzyskanie akceptowanych wartości odzysku analitu oraz zapewnia dużą
precyzję metody oznaczania śladowej ilości tych związków.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
De Wit C.A., Alaee M. i Muir D.C.G.: Chemosphere, 2006, 64, 209-233.
Klamer H.J.C.: Chemosphere, 2005, 58, 1579-1587.
Darnerud P.O.: Environ. Internat., 2003, 29, 841-853.
De Boer J., Wester P.G., van der Horst A. i Leonards P.G.: Environ. Pollut., 2003, 122, 63-74.
Klamer H.J.C., Leonards P.G. i Bakker J.F.: Organohalogen Compounds, 2002, 59, 111-114.
De Boer J., Wester P.G. i van der Horst A.: Organohalogen Compounds, 2000, 47, 85-88.
De Wit C.A.: Chemosphere, 2002, 46, 583-624.
Covaci A., Voorspoels S. i de Boer J.: Environ. Internat., 2003, 29, 735-756.
Rhind S.M.: Domestic Animal Endocrinol., 2002, 23, 179-189.
Yusa V., Pardo O., Pastor A. i de la Guardia M.: Anal. Chim. Acta, 2006, 557, 304-313.
De Boer J. i Law R.J.: J. Chromatogr. A, 2003, 1000, 223-251.
Merrill J.C., Beck D.J., Kaminski D.A. i Li A.P.: Toxicology, 1995, 99, 147-152.
APPLICATION OF SEMIPERMEABLE MEMBRANES FOR
THE DETERMINATION OF POLYBROMINATED BIPHENYLS IN FISH
Summary: In this paper a method for the determination of polybrominated biphenyls (PBB) in fish is presented.
The method is based on the separation of matrix compounds using semipermeable membranes, column
chromatography and the final determination on GC-MS/MS instrument.
Keywords: semipermeable membranes (SPM), polybrominated biphenyls (PBB), fish, GC-MS/MS