Стабилизированные жидкостные мембранные устройства - Stabilized liquid membrane devices

Исследователь холдинга SLMD

А стабилизированное жидкое мембранное устройство или же SLMD это тип устройство пассивного отбора проб что позволяет на месте, интегративный сбор воды, лабильный ионные металлические загрязнения.[1] Улавливая и связывая ионы металлов на своей поверхности непрерывно в течение периода от нескольких дней до недель, SLMD может обеспечить комплексное измерение биодоступный ионы токсичных металлов, присутствующие в водной среде.[2] Таким образом, они использовались вместе с другими пассивными пробоотборниками в экологических полевых исследованиях.[3][4]

Фон

Пассивные пробоотборники были впервые разработаны в начале 1970-х годов для мониторинга концентраций переносимых по воздуху загрязнителей, которым могут подвергаться промышленные рабочие, но к 1990-м годам исследователи разработали и использовали пассивные пробоотборники для мониторинга загрязнителей в водной среде.[5] Первый тип пассивного пробоотборника, предназначенный для использования в водной среде, был устройство полупроницаемой мембраны (СПМД).[5] SPMD можно использовать для определения средневзвешенных по времени концентраций гидрофобный органических загрязнителей, но до начала 2000-х пассивных устройств для отбора проб металлических загрязнителей еще не существовало.[1]Металлы в окружающей среде могут принимать различные формы. Большинство металлов, растворенных в водной среде, присутствуют в любом из нескольких ионных, комплексно-ионных и органических состояний.[1] Для большинства токсичных металлов биодоступность наиболее высока для лабильных металлов в их свободном ионном состоянии.[1] Признавая потенциальную полезность устройства для пассивного отбора проб, которое можно использовать для измерения следовых количеств биодоступных токсичных металлов, исследователи Геологическая служба США (USGS) и Университет Миссури началась разработка аналога SPMD, который можно было бы использовать для отбора проб на лабильные металлы.[2]

Структура и функции

Наружная часть SLMD состоит из секции герметичных плоских полупроницаемых полиэтиленовых трубок. Внутри этой трубки находится смесь гидрофобного вещества в соотношении 1: 1. комплексообразователь металла и длинная цепочка органическая кислота.[1] Органическая кислота диффундирует по трубке к внешней поверхности, где карбоновая кислота порция может образовывать устойчивые комплексы с ионами кальция и магния в воде.[2] Это позволяет восковому слою медленно накапливаться на внешней стороне трубки. комплексообразующий агент с металлом непрерывно мобилизуется в этот восковой слой, где он может связывать ионы металлов из воды.[1] Гидрофобный комплексообразующий агент с металлом, наиболее часто используемый в SLMD, представляет собой алкилированный 8-гидроксихинолин.[2] Олеиновая кислота обычно используется в качестве другой половины смеси гидрофобных реагентов 1: 1, так как он легко образует олеаты кальция в водной среде для отбора проб.[1] В дополнение к базовому устройству иногда используются гидрофобные пластиковые оболочки для размещения SLMD в полевых условиях.[1][2] Переменный поток воды может изменять скорость отбора проб металлов SLMD, что затрудняет определение усредненной по времени концентрации.[2] Позволяя чувствительным металлическим аналитам диффундировать к поверхности SLMD, ограничивая диффузию твердых частиц, коллоидный или гуминовые вещества, эти гидрофобные оболочки помогают снизить изменчивость поглощения SLMD в более быстро движущихся водах.[2]

После развертывания в течение известного временного интервала SLMD могут быть извлечены из поля для анализа. Стирка с 20% азотная кислота позволяет извлекать накопленные металлы, используя аналитические методы, такие как масс-спектроскопия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) или атомно-абсорбционная спектроскопия (пламенная ААС) для измерения концентрации металла в экстракте можно определить количество металла, накопленного SLMD.[1]

Приложения

Известно, что SLMD накапливают кадмий, кобальт, медь, никель, вести, и цинк,[1][2] и были задействованы в исследованиях мониторинга пресной воды Департаментом экологии (экологии) штата Вашингтон.[3] и USGS.[6]Экология развернула SLMD в верхнем и нижнем течении Индиан-Крик на 28 и 27 дней соответственно.[3] Концентрации металлов на SLMD использовались для оценки истинной концентрации металлов в ручье. Расчетная концентрация была выражена как диапазон, основанный на частоте выборки SLMD, а также продолжительности воздействия. Целью отбора проб было изучение потенциальных причин сублетального воздействия на молодь форели и утраты бентосного биоразнообразия в ручье.[3]

Преимущества и ограничения

Токсичные металлы могут присутствовать в водной среде при след или ультра-следовые концентрации, но все же токсикологически значимы и, таким образом, причиняют вред человеку или окружающей среде.[2] Поскольку эти концентрации настолько низкие, они могут выйти за пределы допустимого диапазона. пределы обнаружения большинства аналитических инструментов, если образцы среды отбирались с использованием традиционных отборных проб.[7] Использование SLMD для пассивного сбора металлов в течение длительного периода времени позволяет следам металлов накапливаться до обнаруживаемых уровней, что может дать более точную оценку водной химии и загрязнения.[2] У SLMD также есть то преимущество, что они способны улавливать импульсы металлического загрязнения, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными при использовании брать образцы.[3]SLMD ограничиваются оценкой лабильных металлов и не могут использоваться для мониторинга органические загрязнители. Кроме того, хотя способность SLMD отбирать образцы меди, цинка, никеля, свинца и кадмия неоднократно демонстрировалась,[1][2][4] лабораторных исследований их способности надежно поглощать другие токсичные металлы проводилось мало. Тем не менее, в то время как лабораторные исследования эффективности SLMD изучали только медь, цинк, никель, свинец и кадмий, SLMD успешно использовались в полевых исследованиях для оценки более широкого диапазона металлов.[3]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k Брамбо, W.G., Петти, J.D., Huckins, J.N., Manahan, S.E. 2002. Стабилизированное жидкостное мембранное устройство (SLMD) для пассивного интегративного отбора проб лабильных металлов в воде. Загрязнение воды, воздуха, почвы. 133, 109–119.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k Петти, Дж. Д., Брамбо, В. Г., Хакинс, Т. В. М., Видмейер, Р. 2001. Патент США № US006296760B1. https://patents.google.com/patent/US6296760?oq=ininventor:Petty+ininventor:Brumbaugh+ininventor:Huckins+ininventor:Wiedmeyer
  3. ^ а б c d е ж 2012. Потенциальные причины ухудшения раннего возраста радужной форели и потери бентосного биоразнообразия в Индиан-Крик. Департамент экологии штата Вашингтон.
  4. ^ 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 в Юго-Восточном Миссури, 2002–2005 годы. Отчет о научных исследованиях 2007-5057.
  5. ^ 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.
  6. ^ Геологическое общество США (USGS) Колумбийский центр экологических исследований. Май 2004. Проверено 28.05.2018.
  7. ^ Петти, J.D., Huckins, J.N. Альварес, Д.А., Брамбо, В.Г., Кранор В.Л., Гейл, Р.У., Расталл, А.С., Джонс-Лепп Т.Л., Лейкер Т.Дж., Ростад С.Е., Ферлонг Е.Т., 2004. Целостный пассивный интегративный подход к отбору проб для оценки наличия и потенциального воздействия переносимых водой загрязнители окружающей среды. Chemosphere 54, 695-709.