Vývoj metódy rýchleho testu na stanovenie toxických účinkov vzoriek vody

Vývoj postupu rýchleho testu na stanovenie toxických účinkov vzoriek vody na zelené riasy Diplomová práca na kurze environmentálnej technológie, ktorú predložila Lajana Eis Hamburg-Bergedorf 19. júla 2007 Oponent: Prof. Dr.-Ing. K. Roch

rýchleho

Táto diplomová práca bola vypracovaná v Ústave pre hygienu a životné prostredie slobodného a hanzového mesta Hamburg pod vedením Ing. Michala Lechelta. Ústav hygieny a životného prostredia Oddelenie environmentálnych vyšetrovaní Oddelenie vyšetrovania vody Sieť merania kvality vody Marckmannstrasse 129 b 20539 Hamburg Tel .: 404/428 45-3869

Obsah 2 Obsah Zoznam obrázkov 5 Zoznam tabuliek 8 Zoznam symbolov 8 Zoznam skratiek 9 1 Zhrnutie 11 2 Úvod 13 3 Úloha a cieľ 15 4 Teoretické princípy 17 4.1 Statické bio testy 17 4.2 Stanovenie toxických účinkov 19 4.3 DIN 38412 test na riasy 20 4.4 Fotosyntetické testy 22 4.4.1 Biochémia Fotosyntéza 23 4.5 Merania fluorescencie 26 4.5.1 Rýchla fluorescencia 27 4.5.2 Oneskorená fluorescencia 29 4.6 Bbe fluorometer 30 4.6.1 Technické údaje a štruktúra 31 4.6.2 Meranie obsahu chlorofylu v jednotlivých triedach rias 32 4.6.3 Meranie aktivity rias 33 4.7 Testovacie organizmy 36 4.7 .1 Chlorella vulgaris 36 4.7.2 Desmodesmus subspicatus 38 4.8 Prípravky na ochranu rastlín 39 4.8.1 Herbicídy 41 4.8.2 Správanie sa znečisťujúcich látok vo vodných útvaroch 42 5 Materiál a metódy 44 5.1 Materiál 44 5.1.1 Živné roztoky a chemikálie 44 5.1.2 Zariadenie a materiály 45 5.1.3 Skúšobné organizmy 46 5.2 Metódy 47 5.2.1 Skúšobné prípravky/Výber skúmaných OOP 47 5.2.2 Príprava zásobných roztokov 47 5.2.3 Príprava suspenzie rias 48 5.2.4 Príprava skúšobných vzoriek 49

Obsah 4 5.4.2 Optimálna koncentrácia rias 83 5.4.3 Vplyv teploty 84 5.4.4 Vplyv svetla 84 5.4.5 Optimálna aktivita rias 85 5.5 Funkčný test 85 5.5.1 Vyhodnotenie 86 5.6 Odporúčanie na použitie rýchleho testu na riasy 88 6 Diskusia a výhľad 94 6.1 Zvýšenie po pridaní herbicídov 94 6.2 Výpočty hodnoty EC 50 96 6.3 Použitie metódy rýchleho testu 97 7 Bibliografia/Zoznam zdrojov 98 8 Príloha 101

Zoznam obrázkov 7 Obr. 73: Vplyv teploty na Chlorella vulgaris cez 10 µg/l 84 Obr. 74: Vplyv intenzity svetla na inhibičný účinok rôznych koncentrácií 84 Obr. 75: Vplyv aktivity rias Chlorella vulgaris na to pri 10 µg/l 85 Obr. 76: Porovnanie rýchleho testu/DIN testu pre 1 86 Obr. 77: Porovnanie rýchleho testu/DIN testu pre 2 87 Obr. 78: Porovnanie rýchleho testu/DIN testu pre 3 87 Obr. 79: Porovnanie pred a po Dodatok 94 Obr. 80: Porovnanie hodnôt vn a slepých vzorkách 94 Obr. 81: Porovnanie fluorescenčných odpovedí u aktívnych a poškodených rias 95 Obr. 82: Priebeh probitovej transformácie krivky dávka-efekt 96 Obr. 83: Výpočet hodnoty EC50 pomocou polynomiálnej regresie 97

Zoznam tabuliek/Zoznam symbolov 8 Zoznam tabuliek Tab. 1: Príklad zloženia testovacích šarží testu na riasy 21 Tab. 2: Príklad vyhodnotenia testu na riasy 22 Tab. 3: Vybrané testované chemikálie 47 Tab. 4: Príprava zásobného roztoku II 48 Tab. 5: Príklad na výrobu požadovaných koncentrácií herbicídu 49 Tab. 6: Hodnoty EC50 použité z rôznych kariet bezpečnostných údajov 52 Tab. 7: Vybrané s pre základné experimenty 52 Tab. 8: Príklad na meranie aktivity Chlorella vulgaris 53 Tab. 9: Porovnanie Hodnoty EC 50 medzi rýchlymi testami a DIN testami z SDS 54 Tab. 10: Príklad pre sériu testov s 60 Tab. 11: Príklad pre inhibičný účinok rôznych časových bodov 61 Tab. 12: Príklad výsledkov experimentu s rôznymi koncentráciami chlorofylu 65 Tab. 13: Príklad merania pri rôznych teplotách 71 Tab. 14: Príklad merania pri rôznych teplotách ichen intenzity svetla 75 Zoznam symbolov β: Koncentrácia znečisťujúcej látky λ: Vlnová dĺžka X i: dráždivá X n: škodlivá N: škodlivá pre životné prostredie

Zoznam skratiek 10 OECD: Organizácia pre hospodársku spoluprácu a rozvoj OH -: Hydroxid-Ion P 680: Fotosystém II s absorpčným maximom pri 680 P 700: Fotosystém I s absorpčným maximom pri 700 PflSchG: Zákon o ochrane rastlín PS: Fotosystém PSM: Prípravky na ochranu rastlín SAG: Zbierka pre kultúry rias Göttingen MSDS: Karta bezpečnostných údajov Stammlsg: Zásobné riešenie T: Time/Zeit WGK: Triedy ohrozenia vody WHG: Zákon o vodnom hospodárstve Rámcová smernica o vode

Zhrnutie 12 Druhým dôležitým zistením bolo, že zelená riasa Desmodesmus subspicatus je oveľa citlivejšia na znečisťujúce látky ako Chlorella vulgaris. Pretože ústav už má svoju vlastnú kultiváciu chlorelly, experimenty boli z organizačných dôvodov uskutočňované s touto riasou. Z podmienok skúšok boli vypracované všeobecné podmienky skúšobného postupu. Boli odvodené nasledujúce podmienky testu: Je nutná inkubačná doba iba 15 minút. Koncentrácia rias alebo chlorofylu v testovanej riase nemá žiadny vplyv na postup merania. Teplota ovplyvňuje výsledky testu významne a musí sa definovať. Vplyv svetla je pre postup merania nevýznamný, a preto je voľný. voliteľné Aktivita testovaných rias je pre metódu nevýznamná v rozsahu od 50% vyššie

Teoretické princípy 34 Obr. 18: Schematické znázornenie fáz merania [30] Obr. 19: Priebeh fluorescenčných reakcií v aktívnych riasach [30] Obr. 20: Priebeh fluorescenčných reakcií v neaktívnych riasach [30] Pred samotným meraním aktivity rias riasy stmavnú. prispôsobené na konzumáciu akejkoľvek svetelnej energie, ktorá môže byť prítomná v bunkách, a tým na štandardizáciu rias. Obrázky 18-20 ukazujú schematický sled merania rozdelený do troch častí. Temné prispôsobenie rias tu nie je zobrazené. V prvej fáze merania sa po adaptácii na tmu meria minimálna fluorescencia, meranie f0 (pozri obr. 18/prvá časť). V tejto fáze je ožarovaný slabo pulzným LED svetlom. Živé alebo aktívne riasy ťažko pošlú späť fluorescenčnú odpoveď, pretože takmer všetka svetelná energia je absorbovaná a uložená v ich fotosyntetickom strede (pozri obr. 19/prvá časť). Úroveň tejto fluorescenčnej odozvy je zaznamenávaná zariadením ako hodnota f0. Mŕtve alebo neaktívne riasy nemôžu absorbovať svetelnú energiu LED do ich fotosyntetického stredu, pretože je blokovaná. Výsledkom je, že fluorescenčná odpoveď v

Teoretické základy 43 je preto možné redukovať iba zriedením. Len čo dôjde k znečisteniu vody, zostane dlho zadržiavané. [49] Nariadenie o ochrane vôd z 28. októbra 1998 stanovuje maximálnu prípustnú koncentráciu pesticídov v podzemných vodách a v riekach na 0,1 μg/l na jednu látku alebo 0,5 μg/l pre všetky účinné látky. Pre niektoré veľmi toxické pesticídy sa dokonca zvýšila úroveň kvality v rámcovej smernici o vode