mendelova univerzita v brnĚ agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie
DESCRIPTION
Habilitační přednáška Výskyt a transformace chemických forem rtuti v životním prostředí Mgr. Pavlína Pelcová, Ph.D. MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie. Obsah. Chemické formy rtuti - fyzikálně-chemické vlastnosti - toxicita - zdroje - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/1.jpg)
1
MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚAgronomická fakultaÚstav chemie a biochemie
Habilitační přednáška
Výskyt a transformace chemických forem rtuti v
životním prostředí
Mgr. Pavlína Pelcová, Ph.D.
![Page 2: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Obsah
Chemické formy rtuti- fyzikálně-chemické vlastnosti- toxicita- zdroje- bio-geochemický cyklus rtuti- transport a transformace ve složkách životního
prostředí- atmosféra- voda- sedimenty
- bioakumulace
![Page 3: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Úvod
Rtuť a její sloučeniny - vysoce toxické- toxicita jednotlivých forem se výrazně liší - v roce 1990 uznány za globální polutant- výskyt, transport a transformace ovlivněny:
tenzí par Hg0
reaktivitou sloučenin rtuti s –SH skupinouchemickým a mikrobiologickým složením
prostředí fyzikálními parametry
Nedostatečně jsou prozkoumány podmínky distribuce a transformace chemických forem Hg v sedimentech, kde výrazně probíhá methylace Hg2+.
![Page 4: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Chemické formy rtuti – fyzikálně chemické vlastnosti
Mezi nejdůležitější chemické formy (specie) rtuti patří:
- elementární rtuť Hg0 – vysoká tenze par, špatně rozpustná ve vodě
- rtuťné sloučeniny Hg22+- málo rozpustné v H2O
- rtuťnaté sloučeniny Hg2+- tvorba komplexů, vysoká afinita k –SH funkční skupině, dobře rozpustné v H2O
špatně rozpustný HgS (10 ng l-1)
- organokovové sloučeniny rtuti – ve vodě málo rozpustné, lipofilní- sloučeniny alkylrtuti (MeHg+, EtHg+, PrHg+ )- sloučeniny alkoxyalkylrtuti (methoxyethylrtuť)- sloučeniny arylrtuti (PhHg+)- dialkylové a diarylové sloučeniny rtuti (Me2Hg, Ph2Hg)
![Page 5: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Chemické formy rtuti – toxicita
toxicita
1. Han Y., Kingston H.M., Boylan H.M., Rahman G.M.M., Shah S., Richter R.C., Link D.D., Bhandari S.: Anal. Bioanal. Chem. 375, 428 (2003)
2. Tuček M.: České pracovní lékařství 1, 26 (2006)
Toxicita roste s mobilitou chem. forem Hg – ovlivněna strukturou molekuly, stabilitou, chováním v biosystémech a mírou vylučování organismem
Organické formy Hg: Neurotoxické, embryotoxické i genotoxické účinky, bioakumulace v potravních řetězcích
Hg2+: Akumulace v ledvinách a játrech, absorbovány erytrocyty a bílkovinami plazmy, poškozují ledviny a gastrointestinální trakt
Hg0: Toxicita závisí na expoziční cestě, cílové orgány – ledviny, centrální nervový systém, proniká placentární bariérou, oxidace na Hg2+
Hg22+: V gastrointestinálním traktu oxidovány
na toxičtější Hg2+
![Page 6: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Limity pro obsah rtuti v potravinách
Nařízení Komise evropských společenství (ES) č. 629/2008 stanovuje maximální limit celkového obsahu rtuti
produkty rybolovu a svalovina ryb 0,50 mg kg-1
vybrané druhy ryb (např. štika obecná, 1,00 mg kg-1
úhoři, makrelovité ryby, treska, tuňák, žralok) drůbež a obiloviny 0,05 mg kg-1
mouka, rýže, zelenina, ovoce 0,03 mg kg-1
brambory, dětská a kojenecká strava 0,02 mg kg-1
Nařízení vlády č. 23/20011 Sb. určuje nejvyšší přípustnou hodnotu rtuti
pro povrchové vody 0,07 g l-1
pro sediment 470 g kg-1
pro biotu (makrozoobentos a jelce tlouště) 206 g kg-1
![Page 7: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Limitní expoziční hodnoty
Limitní expoziční hodnota pro celkovou rtuť (PTWI – Provisional Tolerable Weekly Intake) byla určena JECFA FAO/WHO (Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives) v roce 1978 ve výši 5 g kg-1 tělesné hmotnosti týdně.
V roce 2003 vyhlášena snížená hodnota PTWI pro sloučeniny methylrtuti na 1,6 g kg-1 tělesné hmotnosti týdně.
Expoziční dávka pro ČR představuje cca 1,8 % PTWI pro celkovou rtuť a asi 5,5 % PTWI pro sloučeniny methylrtuti.
Řehůřková I., Ruprich J., Řeháková J., Mikoláš J., Matulová D.: Mikroelementy, XL. Seminář o metodice stanovení a významu stopových prvků v biologickém materiálu a v životním prostředí s. 46-51 (2006)
![Page 8: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Zdroje sloučenin rtuti – přírodní zdroje
Přirozený výskyt ve všech složkách životního prostředí
Obsah rtuti v zemské kůře cca 0,5 mg kg-1
Přírodní zdroje• Zvětrávání hornin (mokrá a větrná eroze)• Sopečná činnost• Lesní požáry • Vypařování z oceánů a mokřadů
Toxicological Profile for Mercury – U.S. Department of health and human services, Public Health Service Agency for Toxic Substances and Disease Registry s. 29-161 (1999)
![Page 9: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Zdroje sloučenin rtuti- antropogenní zdroje
• Vyluhování z hlušiny v lokalitách s aktivní i ukončenou těžbou rtuti• Spalování uhlí a jiných fosilních paliv• Těžba vzácných kovů amalgamací• Výroba cementu• Tavení kovů• Likvidace produktů obsahujících sloučeniny rtuti
• Spalování komunálního odpadu a kalů z čistíren odpadních vod
• Odpady z chemického průmyslu (výroba chloru a NaOH)• Kremace• Výroba a užívání zubních amalgámových výplní• Likvidace baterií, zářivek, manometrů
Globální mapa emisí rtuti
Dastoor A.P., Larocque Y.: Atmospheric Environment 38, 147 (2003)
Pacyna E.G., Pacyna J.M., Pirrone N.: Atmospheric Environment 35, 2987 (2000)
Emise Hg v Evropě 1995
![Page 10: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Bio-geochemický cyklus rtuti, transport v životním prostředí
Pohyblivost a rozdělení chem. forem rtuti mezi složky prostředí ovlivňují: - chemické formy rtuti
- okolní podmínky – chemické a mikrobiologické složení prostředí a řada fyzikálních parametrů
- adsorpce, desorpce, difúze, vypařování, fotolýza, chemické reakce
Bio-geochemický cyklus rtuti Popisuje osud, chování a transport chemických forem rtuti v životním
prostředí
Zahrnuje vypaření těkavých forem rtuti z půd, hornin a povrchových vod, jejich atmosférický transport, opětovné ukládání na zemi a v povrchových vodách, transformaci chemických forem rtuti a jejich bioakumulaci
Komplikovaný a náročný na vytváření obecných modelů a toxikologických předpovědí
1. Toxicological Profile for Mercury – U.S. Department of health and human services, Public Health Service Agency for Toxic Substances and Disease Registry s. 29-161 (1999)
2. Ecosystem Health, Canadian Tissue Residue of Wildlife Consumers of Aquatic Biota, Minister of Environment (2001)
![Page 11: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Transport a transformace chemických forem rtuti ve vodních ekosystémech
Toxicological Profile for Mercury – U.S. Department of health and human services, Public Health Service Agency for Toxic Substances
and Disease Registry s. 29-161 (1999)
![Page 12: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Chemické formy rtuti ve složkách
životního prostředí - atmosféra Přítomny v plynném, kapalném i pevném skupenství Nejčastěji Hg0 a Me2Hg Přibližně 5 % vázáno na pevné částice V nekontaminovaných oblastech jednotky ng m-3, v průmyslových
jednotky g m-3
Zpět na zemi se vrací suchou a mokrou depozicí Hg0 oxidována ozonem, H2O2, org. peroxidy a dalšími oxidačními činidly
na Hg2+
suchá a mokrá depozice Organokovové formy Hg podléhají fotolýze a reagují s volnými radikály
Zvěřina O.: Stanovení rtuti v ovzduší, Diplomová práce, PřF MU (2010)
![Page 13: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Chemické formy rtuti ve složkách životního prostředí - voda
Nejčastěji ve formě Hg2+ vytváří komplexní sloučeniny v závislosti na chemickém složení vody a pH
Až 70 % Hg ve vodách vázáno na organickou matrici rozdílná rozpustnost, transport a transformace
Obsahy Hg:v podzemních vodách a oceánech do 50 ng l-1
v nekontaminovaných povrchových vodách do 200 ng l-1 v kontaminovaných povrchových vodách kolem 1 g l-1
1. Leopold K., Foulkes M., Worsfold P.: Anal. Chim. Acta 663, 127 (2010)
2. Ravichandran M.: Chemosphere 55, 319 (2004)
![Page 14: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Chemické formy rtuti ve složkách životního prostředí - voda
Hg2+ ve vodách redukovány na Hg0 uvolněna do atmosféry
Nejdůležitější transformační reakcí rtuti ve vodách je methylace vznikají sloučeniny CH3Hg+ a (CH3)2Hg
1. Boening D.W.: Chemosphere 40, 1335 (2000)
2. Ravichandran M.: Chemosphere 55, 319 (2004)3. Toxicological Profile for Mercury – U.S. Department of health and human services, Public Health Service Agency for Toxic
Substances and Disease Registry s. 29-161 (1999)
![Page 15: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Chemické formy rtuti ve složkách životního prostředí – voda - methylace
Většinou mikrobiálně řízený proces, probíhá za aerobních i anaerobních podmínek
Jedná se o methylaci Hg2+ methylkobalaminovými sloučeninami (CH3B12) v přítomnosti mikroorganismů (druhy baktérií z rodů Bifidobacterium, Chromobacterium, Enterobacter, Escherichia, Methanobacterium, Pseudomonas)
Bifidobacterium adolescentis
http://microbewiki.kenyon.edu
CH3B12 CH3B12
Hg2+ CH3Hg+ (CH3)2Hg
Escherichia coli
http://microbewiki.kenyon.edu
Methanobacterium thermoautotrophicum
http://microbewiki.kenyon.edu
Pseudomonas aeruginosa
www.biotox.cz/toxikon/bakterie
![Page 16: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Chemické formy rtuti ve složkách životního prostředí – voda - methylace
Rychlost methylace je ovlivněna:
- koncentrací Hg2+ - koncentrací methylkobalaminových sloučenin - teplotou- pH- koncentrací kyslíku- množstvím rozpuštěného organického uhlíku (DOC)
- koncentrací dalších sloučenin přítomných ve vodě nebo
sedimentech (např. chloridů, síranů, sulfidů, thiolů)
- množstvím a druhem mikroorganismů
1. Boening D.W.: Chemosphere 40, 1335 (2000) 2. Ravichandran M.: Chemosphere 55, 319 (2004)3. Toxicological Profile for Mercury – U.S. Department of health and human services, Public Health Service Agency for Toxic Substances and Disease Registry s. 29-161 (1999)
![Page 17: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Chemické formy rtuti ve složkách životního prostředí – sedimenty
Vzhledem k vysoké adsorpční schopnosti (koeficient obohacení 103 – 105) jsou významným indikátorem znečištění vodných ekosystémů
Vstup stejně jako u vod nejčastěji ve formě Hg2+ Nejdůležitější transformační reakcí rtuti v sedimentech je
methylace vznikají sloučeniny CH3Hg+ a (CH3)2Hg Obsahy MeHg+ mezi 1,0 - 1,5 % Nejvyšší obsahy rtuti v blízkosti břehů a ústí řek
1. Boszke L., Kowalski A., Głosińska G., Szarek R., Siepak J.: Polish J. Environ. Studies 12, 5 (2003)
2. Sunderland E.M., Gobas F.A.P.C., Heyes A., Branfireun B.A., Bayer A.K., Cranston R.E., Parsons M.B.: Marine Chem. 90, 91 (2004)
![Page 18: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Faktory ovlivňující distribuci a transformaci chemických forem rtuti v sedimentech – methylace
Probíhá v anaerobních podmínkách za přítomnosti sulfát (síran) redukujících bakterií (Desulfobulbus propionicus, Desulfovibrio desulfuricans, Desulfococcus multivorans, Desulfobacter sp., Desulfobacterium sp.)
Methylace nejvýraznější na rozhraní voda-sediment a v horních sedimentačních vrstvách (do 10 cm)
Abiotická methylace ovlivněna teplotou, koncentrací Hg2+ a koncentrací huminových a fulvinových kyselin
Desulfovibrio desulfuricans
http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Desulfovibrio
Desulfobulbus propionicus
http://bacmap.wishartlab.com/organisms/1265
![Page 19: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Chemické formy rtuti ve složkách životního prostředí – sedimenty
Distribuce chemických forem rtuti mezi částečky sedimentu, koloidní částice a vodnou fázi a reakční rychlost adsorpčního a desorpčního procesu výrazně ovlivňují následné transformační reakce chemických forem rtuti a jsou důležité při odhadování a předpovědích kontaminací vodních ekosystémů.
![Page 20: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Chemické formy rtuti ve složkách životního prostředí – sedimenty
Mezi nejdůležitější faktory ovlivňující distribuci a transformaci chemických forem rtuti v sedimentech patří:
- složení sedimentů i okolního vodného prostředí- obsah anorganických sulfidů- obsah organické matrice- obsah hydroxidů železa a manganu- obsah chloridů
- množství a druh mikroorganismů- pH- redoxní potenciál - teplota
1. Pelcová P., Margetínová J., Vaculovič T., Komárek J., Kubáň V.: Cent. Eur. J Chem. 8, 116 (2009)
2. Boszke L., Kowalski A., Głosińska G., Szarek R., Siepak J.: Polish J. Environ. Studies 12, 5 (2003)
![Page 21: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Faktory ovlivňující distribuci a transformaci chemických forem rtuti v sedimentech – sloučeniny obsahující atomy síry
Výrazná afinita chemických forem rtuti k síře (k anorganickým sulfidům a také obecně ke sloučeninám obsahujícím -SH skupiny)
V anaerobních podmínkách a v přítomnosti sulfidů vytváří mono- a di-sulfidové sloučeniny např. HgS, HgS2H2, HgS2H-, HgS2
2- a CH3HgS-
HgS špatně rozpustný ve vodě, usazování v sedimentech
Adsorbce rtuti na sulfidové minerály (např. na pyrit FeS2, FeS a MnS)
Boszke L., Kowalski A., Głosińska G., Szarek R., Siepak J.: Polish J. Environ. Studies 12, 5 (2003)
![Page 22: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Vliv síranů, sulfidů, L-cysteinu a thiomočoviny na adsorpci chemických forem rtuti
V přítomnosti síranů, thiomočoviny a L-cysteinu pokles adsorpce organokovových sloučenin o 15 - 25 %, v přítomnosti sulfidů pokles adsorpce Hg2+ o 67 %.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 50 100 150 200 250 300
Adsorpční čas [min]
% a
dso
rbov
ané
MeH
g+
bez přídavku anionu
síran
sulfid
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 50 100 150 200 250 300
Adsorpční čas [min]
% a
dso
rbov
ané
EtH
g+
bez přídavku anionu
síran
sulfid
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200 250 300
Adsorpční čas [min]
% a
dso
rbov
ané
Hg
2+
bez přídavku anionu
síran
sulfid
Pelcová P., Margetínová J., Vaculovič T., Komárek J., Kubáň V.: Cent. Eur. J Chem. 8, 116 (2009)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200 250 300
Adsorpční čas [min]
% a
dso
rbo
va
né
MeH
g+
bez přídavku
thiomočovina
cystein
![Page 23: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Faktory ovlivňující distribuci a transformaci chemických forem rtuti v sedimentech – organická matrice
Směs různých látek s převahou huminových a fulvových kyselin a huminů. Dále nízkomolekulární organické kyseliny, proteiny, polysacharidy atd. Vzájemně se liší molární hmotností, mobilitou i rozpustností.
Vazba se sloučeninami rtuti nejčastěji přes thiolové (R-SH) a hydrogendisulfidové (R-S–SH) funkční skupiny, ale také přes funkční skupiny obsahující atomy kyslíku a dusíku.
Fulvové a huminové kyseliny se podílí na uvolňování rtuti z HgS.
Vliv na methylaci Hg2+
1. Tack F.M.G., Vanhaesebroeck T., Verloo M.G., Van Rompaey K., Van Ranst E.: Environm. Poll. 134, 173 (2005)
2. Ravichandran M.: Chemosphere 55, 319 (2004)
![Page 24: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Faktory ovlivňující distribuci a transformaci chemických forem rtuti v sedimentech – hydroxidy železa a manganu
Adsorpce rtuti na goethit FeO(OH) a hausmannit Mn3O4 (až 40 %)
Adsorpce závisí na redoxních podmínkách a obsahu kyslíku ve vodách i sedimentech
Při anaerobních podmínkách jsou chemické formy rtuti uvolňovány zpět do okolního prostředí
Wasay S.A., Barrington S., Tokunaga S.: J. Soil Contam. 7, 103 (1998)
![Page 25: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Faktory ovlivňující distribuci a transformaci chemických forem rtuti v sedimentech – chloridy
Vytváří s Hg2+ stabilní záporně nabité komplexy HgCl3- a HgCl42- nižší biotická methylace nižší obsah MeHg+ v mořské vodě
Usnadňují demethylaci MeHg+
Vliv na adsorpci není jednoznačný. Ovlivněný řadou dalších parametrů jako např. koncentrací rtuti, koncentrací chloridů, sulfidů, organickou matricí, pH atd.
Boszke L., Kowalski A., Głosińska G., Szarek R., Siepak J.: Polish J. Environ. Studies 12, 5 (2003)
![Page 26: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Faktory ovlivňující distribuci a transformaci chemických forem rtuti v sedimentech – pH
V silně kyselém prostředí pozorována desorpce chemických forem rtuti ze sedimentů
Maximum adsorpce – závislé na chemické formě rtuti
Pelcová P., Margetínová J., Vaculovič T., Komárek J., Kubáň V.: Cent. Eur. J Chem. 8, 116 (2009)
Třepaný systém
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
% a
dso
rbov
ané
Hg
MeHg+
EtHg+
PhHg+Hg2+
![Page 27: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/27.jpg)
27
Faktory ovlivňující distribuci a transformaci chemických forem rtuti v sedimentech – pH
Snížení adsorpce chemických forem rtuti v silně alkalickém prostředí je přisuzováno: - komplexaci chemických forem rtuti s organickými ligandy - formování Hg(OH)2, RHgOH- změně povrchového potenciálu sedimentu
V silně kyselém prostředí je snížení adsorpce chemických forem rtuti přisuzováno konkurenci s protony kyselin
Boszke L., Kowalski A., Głosińska G., Szarek R., Siepak J.: Polish J. Environ. Studies 12, 5 (2003)
![Page 28: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Faktory ovlivňující distribuci a transformaci chemických forem rtuti v sedimentech – teplota
Výrazný vliv na kinetiku adsorpčních procesů. S rostoucí teplotou vzrůstá rychlost adsorpce chemických forem rtuti na sediment je výrazně zkrácena doba ustavení adsorpční rovnováhy.
S rostoucí teplotou zvýšení aktivity mikroorganismů zvýšení methylace Hg2+. Maximum methylace mezi 33 – 45 °C. Nad 55 °C methylační proces úplně zastaven.
30
40
50
60
70
80
90
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Adsorpční čas [min]
% a
dso
rbov
ané
MeH
g+
4,5 °C
22,3 °C
60,0 °C
1. Pelcová P., Margetínová J., Vaculovič T., Komárek J., Kubáň V.: Cent. Eur. J Chem. 8, 116
(2009) 2. Boszke L., Kowalski A., Głosińska G., Szarek R., Siepak J.: Polish J. Environ. Studies 12, 5
(2003)
![Page 29: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Bioakumulace chemických forem rtuti
Jeden z nejvyšších akumulačních koeficientů (až 106), tj. poměr mezi koncentrací kovu v biologickém materiálu a koncentrací kovu v původním roztoku
Celkový obsah rtuti i MeHg+ vzrůstá s trofickou úrovní potravní pyramidy
MeHg [%] T-Hg [mg.kg-1]
piscivorní ptáci
85% - 90% (kormorán velký) 3370 ± 870 g.kg-1
dravé ryby 285,9 ± 14,1 g.kg-1
80 % - 88 % (štika obecná, okoun říční) 246,1 ± 61,8 g.kg-1
všežravé a býložravé ryby 320,1 ± 134,1 g.kg-1
(lín obecný, perlín ostrobřichý, 162,0 ± 18,0 g.kg-1
karas stříbřitý, kapr obecný, 91,2 ± 24,1 g.kg-1
65%-83% amur bílý) 73,5 ± 26,6 g.kg-1
45,8 ± 9,1 g.kg-1
vodní rostliny 48,3 ± 6,5 g.kg-1
13% - 16% (rákos, orobinec) 14,9 ± 3,2 g.kg-1
37% sediment 106,8 ± 8,3 g.kg-1
voda 0,02 ± 0,01 g.l-1
Záhlinické rybníky u Přerova
Houserová P., Kubáň V., Kráčmar S., Sitko J.: Environmental Pollution 145, 185 (2007)
![Page 30: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Bioakumulace chemických forem rtuti - ptáci – stanovení celkové Hg
Obsah celkové rtuti (T-Hg) v testovaných tkáních klesal v pořadí:
játra ≥ ledviny > svalovina > střeva
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
svalovina střeva játra ledviny
Tkáň
T-H
g [m
g.k
g-1 v
suši
ně]
Káně lesní dospělí
Potápka roháč dospělí
Kormorán velký dospělí
Kormorán velký mláďata
Potápka roháč samci
Potápka roháč samice
Houserová P., Kubáň V., Kráčmar S., Sitko J.: Environmental Pollution 145, 185 (2007)
Obsah T-Hg v tkáních ptáků ovlivněn skladbou potravy
Mláďata kormorána velkého 6-krát nižší obsah Hg v játrech (F4,60 = 28,50, p = 0,0001)
![Page 31: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Bioakumulace chemických forem rtuti - ptáci – stanovení chemických forem rtuti
tkáň % MeHg+
játra 15,3 – 62,1 % mezidruhové rozdíly statisticky významné
svalovina a střeva
71,3 – 93,7 % mezidruhové rozdíly statisticky nevýznamné
ledviny 63,3 – 77,4 % mezidruhové rozdíly statisticky nevýznamné
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
svalovina střeva játra ledviny
Tkáň
MeH
g/T
-Hg
[%]
Káně lesní dospělí Potápka roháč dospělíKormorán velký dospělíKormorán velký mláďataPotápka roháč samciPotápka roháč samice
Obsahy EtHg+ a PhHg+ pod mezí detekce metody
Biotransformační procesy (demethylační procesy) v játrech Hg2+ snadněji vyloučeny z organismu
Mláďata kormorána velkého 4-krát vyšší obsah MeHg+ v játrech (F4,60 = 56,71, p = 0,001)
Houserová P., Kubáň V., Kráčmar S., Sitko J.: Environmental Pollution 145, 185 (2007)
![Page 32: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Bioakumulace chemických forem rtuti - ryby – stanovení celkové Hg
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
svalovina hepatopankreas(resp.játra)
ledviny kůže žábry
Tkáň
T-H
g [m
g.k
g-1 v
su
šin
ě]
Amur bílý
Kapr obecný
Štika obecná
Karas stříbřitý
Lín obecný
Okoun říční
Perlín ostrobřichý
Nejvyšší obsahy T-Hg ve svalovině
Obsah T-Hg ovlivněn skladboupotravy, životními
podmínkami, věkem
Svalovina dravých ryb statisticky významně vyšší obsahy T-Hg
Nejvyšší obsah T-Hg ve svalovině lína obecného potrava drobná zvířena dna se součástí sedimentů, zdržuje se při dně
Nejnižší obsah T-Hg ve svalovině amura bílého potrava vodní rostlinstvo
Houserová P., Kubáň V., Kráčmar S., Sitko J.: Environmental Pollution 145, 185 (2007)
![Page 33: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Bioakumulace chemických forem rtuti - ryby – stanovení chemických forem rtuti
0
20
40
60
80
100
120
svalovina hepatopankreas(resp. játra)
ledviny kůže žábry
Tkáň
MeH
g/T
-Hg
[%]
Amur bílý
Kapr obecný
Štika obecná
Karas stříbřitý
Lín obecný
Okoun říční
Perlín ostrobřichý
Nejvyšší obsahy MeHg+ ve svalovině (65,1 – 87,9 %)
Houserová P., Kubáň V., Kráčmar S., Sitko J.: Environmental Pollution 145, 185 (2007)
![Page 34: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/34.jpg)
34
Vědecký a pedagogický rozvoj habilitačního oboru - Zemědělské chemie
Pedagogický rozvoj
Výuka a garance chemických předmětů Odborné vedení bakalářských, diplomových a disertačních prací
Postupy a dovednosti vyžadované v laboratoři stopové analýzy, správná laboratorní praxe
Metody odběru, uchování, rozkladů a prekoncentrace vzorků
Využití složitějšího přístrojového vybavení HPLC-UV/VIS, HPLC-AFS, AAS, CE-UV/VIS, CE-C4D, IC – vývoj a optimalizace nových metod
Analýzy vzorků zaměřené na monitorování analytů ve složkách životního prostředí Sledování a vyhodnocení distribucí, transformací a transportů analytů v životním
prostředí
Statistické vyhodnocení výsledků (certifikáty: Interaktivní počítačové zpracování dat, Statistika v analytické chemii)
![Page 35: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/35.jpg)
35
Vědecký a pedagogický rozvoj habilitačního oboru - Zemědělské chemie
Vědecký rozvoj
Získání potřebných finančních prostředků – grantové projekty, bilaterální spolupráce Řešení grantových projektů – publikování dosažených výsledků v časopisech s IF
Spolupráce s pracovišti zabývajícími se speciační analýzouMasarykova univerzita - Ústav chemie - prof. RNDr. Josef Komárek, DrSc.
- prof. RNDr. Viktor Kanický, DrSc.Jihočeská univerzita – Katedra aplikované chemie
- Ing. Jaroslav Švehla, CSc.
Zahraniční spolupráceInstitut des sciences de la vieBiologie de la nutrition et toxicologie environnementale (BNTE)Université de LouvainBelgium
Sledování neurotoxického účinku rtuti na úhoře říčního Možnost bilaterální spolupráce
![Page 36: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062802/56814473550346895db107fe/html5/thumbnails/36.jpg)
36
Poděkování