Dezvoltarea unei metode rapide de testare pentru a determina efectele toxice ale probelor de apă
Dezvoltarea unei proceduri rapide de testare pentru determinarea efectelor toxice ale probelor de apă împotriva algelor verzi Teză de diplomă cu privire la cursul de inginerie a mediului prezentat de Lajana Eis Hamburg- Bergedorf 19 iulie 2007 Expert: Prof. Dr.-Ing. K. Kuchta Dr. K. Roch
Prezenta teză de diplomă a fost pregătită la Institutul de igienă și mediu din orașul liber și hanseatic din Hamburg, sub supravegherea inginerului diplomat Michael Lechelt. Institutul pentru igienă și mediu Departamentul de investigații de mediu Investigații ale apei Rețeaua de măsurare a calității apei Marckmannstrasse 129 b 20539 Hamburg Tel.: 404/428 45-3869
Cuprins 2 Cuprins Lista cifrelor 5 Lista tabelelor 8 Lista simbolurilor 8 Lista abrevierilor 9 1 Sumar 11 2 Introducere 13 3 Sarcină și obiectiv 15 4 Principii teoretice 17 4.1 Teste bio statice 17 4.2 Determinarea efectelor toxice 19 4.3 DIN 38412 testul algelor 20 4.4 Testele fotosintezei 22 4.4.1 Biochimia Fotosinteză 23 4.5 Măsurători ale fluorescenței 26 4.5.1 Fluorescență promptă 27 4.5.2 Fluorescență întârziată 29 4.6 fluorometru bbe 30 4.6.1 Date tehnice și structură 31 4.6.2 Măsurarea conținutului de clorofilă din clasele individuale de alge 32 4.6.3 Măsurarea activității algelor 33 4.7 Organisme testate 36 4.7 .1 Chlorella vulgaris 36 4.7.2 Desmodesmus subspicatus 38 4.8 Produse de protecție a plantelor 39 4.8.1 Erbicide 41 4.8.2 Comportamentul poluanților în corpurile de apă 42 5 Materiale și metode 44 5.1 Material 44 5.1.1 Soluții nutritive și substanțe chimice 44 5.1.2 Echipamente și materiale 45 5.1.3 Organisme de testare 46 5.2 Metode 47 5.2.1 Preparate de testare/Selectarea EIP examinat 47 5.2.2 Pregătirea soluțiilor stoc 47 5.2.3 Pregătirea suspensiei de alge 48 5.2.4 Pregătirea probelor de testare 49
Cuprins 4 5.4.2 Concentrația optimă de alge 83 5.4.3 Influența temperaturii 84 5.4.4 Influența luminii 84 5.4.5 Activitatea optimă a algelor 85 5.5 Test funcțional 85 5.5.1 Evaluare 86 5.6 Recomandări pentru utilizarea testului rapid al algelor 88 6 Discuții și perspective 94 6.1 Creșterea după adăugarea erbicidelor 94 6.2 Calculul valorii CE 50 96 6.3 Utilizarea metodei de testare rapidă 97 7 Bibliografie/Lista surselor 98 8 Anexa 101
Lista figurilor 7 Fig. 73: Influența temperaturii asupra celei de Chlorella vulgaris prin 10 µg/l 84 Fig. 74: Influența intensității luminii asupra efectului inhibitor al diferitelor concentrații 84 Fig. 75: Influența activității algelor Chlorella vulgaris asupra celei de 10 µg/l 85 Fig. 76: Compararea testului rapid/Test DIN pentru 1 86 Fig. 77: Compararea testului rapid/Test DIN pentru 2 87 Fig. 78: Compararea testului rapid/Test DIN pentru 3 87 Fig. 79: Comparația dintre înainte și după Adăugarea a 94 Fig. 80: Comparația valorilor din eșantioanele n și a probelor goale 94 Fig. 81: Compararea răspunsurilor de fluorescență în algele active și deteriorate 95 Fig. 82: Cursul transformării probitului unei curbe doză-efect 96 Fig. 83: Calculul valorii EC 50 utilizând regresia polinomială 97
Lista tabelelor/Lista simbolurilor 8 Lista tabelelor Tab. 1: Exemplu de compoziție pentru loturile de testare a testului de alge 21 Tab. 2: Exemplu de evaluare a testului de alge 22 Tab. 3: Produse chimice de test selectate 47 Tab. 4: Pregătirea soluției stoc II 48 Tab. 5: Exemplu pentru producerea concentrațiilor de erbicid dorite 49 Tab. 6: valori EC 50 utilizate din diversele fișe cu date de siguranță din 52 Tab. 7: S selectate pentru experimentele de bază 52 Tab. 8: Exemplu pentru măsurarea activității Chlorella vulgaris 53 Tab. 9: Compararea Valori EC 50 între testele rapide și testele DIN din SDS 54 Tab. 10: Exemplu pentru o serie de teste cu 60 Tab. 11: Exemplu pentru efectul inhibitor al diferitelor momente în timp 61 Tab. 12: Exemple de rezultate ale unui experiment cu concentrații diferite de clorofilă 65 Tab. 13: Exemplu de măsurare la temperaturi diferite 71 Tab. 14: Exemplu de măsurare la temperaturi diferite intensități de lumină ichenă 75 Listă de simboluri β: Concentrație de poluanți λ: Lungime de undă X i: iritant X n: nociv N: nociv pentru mediu
Lista abrevierilor 10 OECD: Organizația pentru Cooperare și Dezvoltare Economică OH -: Hydroxid-Ion P 680: Photosystem II cu absorbție maximă la 680 P 700: Photosystem I cu absorbție maximă la 700 PflSchG: Actul de protecție a plantelor PS: Photosystem PSM: Agenți de protecție a plantelor SAG: Colecție pentru culturile de alge Göttingen SDS: Fișă cu date de securitate Stammlsg: Soluție stoc T: Time/Zeit WGK: Clase de pericol pentru apă WHG: Actul privind gestionarea apei WFD: Directiva-cadru privind apa
Rezumat 12 A doua constatare importantă a fost că alga verde Desmodesmus subspicatus este mult mai sensibilă la poluanți decât Chlorella vulgaris. Deoarece institutul are deja propria sa cultură de chlorella, experimentele au fost efectuate cu această algă din motive organizatorice. Condițiile generale pentru procedura de testare au fost elaborate din rezultatele testelor. Au fost obținute următoarele condiții de testare: Este necesar un timp de incubație de numai 15 minute. Concentrația de alge sau clorofilă a algelor testate nu are nicio influență asupra procedurii de măsurare Temperatura influențează semnificativ rezultatele testului și trebuie definită Influența luminii este nesemnificativă pentru procedura de măsurare și, prin urmare, este liberă selectabil Activitatea algelor testate nu este semnificativă pentru metodă într-un interval de la 50% în sus
Principii teoretice 34 Fig. 18: Reprezentarea schematică a fazelor de măsurare [30] Fig. 19: Cursul răspunsurilor de fluorescență în algele active [30] Fig. 20: Cursul răspunsurilor de fluorescență în algele inactive [30] Înainte de măsurarea efectivă a activității algelor, algele devin întunecate. adaptate pentru a consuma orice energie luminoasă care ar putea fi prezentă în celule și astfel să standardizeze algele. Figurile 18-20 arată secvența schematică a măsurătorii împărțită în trei secțiuni. Adaptarea întunecată a algelor nu este prezentată aici. În prima fază de măsurare, după adaptarea întunericului, se măsoară fluorescența minimă, măsurarea f 0 (vezi Fig. 18/prima secțiune). În această fază, dispozitivul este iradiat cu o lumină LED slab pulsată. Algele vii sau active trimit cu greu un răspuns de fluorescență, deoarece aproape toată energia luminii este absorbită și stocată în centrul lor fotosintetic (vezi Fig. 19/prima secțiune). Nivelul acestui răspuns de fluorescență este înregistrat de dispozitiv ca o valoare f 0. Algele moarte sau inactive nu pot absorbi energia luminii LED-urilor în centrul lor fotosintetic, deoarece aceasta este blocată. Ca rezultat, răspunsul de fluorescență în
Bazele teoretice 43 pot fi deci reduse numai prin diluare. Odată ce s-a produs poluarea apei, aceasta este reținută mult timp. [49] Ordonanța privind protecția apelor din 28 octombrie 1998 stabilește concentrația maximă admisibilă de pesticide în apele subterane și în râuri la 0,1 μg/l per substanță individuală sau 0,5 μg/l pentru un total de substanțe active. Pentru unele pesticide foarte toxice, standardele de calitate din DCA au fost chiar ridicate