Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Биоконцентрация - это накопление химического вещества в организме или на нем, когда источником химического вещества является исключительно вода. [1] Биоконцентрация - это термин, созданный для использования в области водной токсикологии . [1] Биоконцентрация также может быть определена как процесс, при котором химическая концентрация в водном организме превышает концентрацию в воде в результате воздействия химического вещества, содержащегося в воде. [2]

Существует несколько способов измерения и оценки биоаккумуляции и биоконцентрации. К ним относятся: коэффициенты распределения октанол-вода (K OW ), коэффициенты биоконцентрации (BCF), факторы биоаккумуляции (BAF) и коэффициент накопления биоты в осадках (BSAF). Каждый из них может быть рассчитан с использованием эмпирических данных или измерений, а также математических моделей . [3] Одной из этих математических моделей является модель BCF на основе летучести, разработанная Доном Маккеем . [4]

Фактор биоконцентрации также может быть выражен как отношение концентрации химического вещества в организме к концентрации химического вещества в окружающей среде . BCF - это мера степени химического обмена между организмом и окружающей средой. [5]

В поверхностных водах BCF - это отношение концентрации химического вещества в организме к его концентрации в воде. КБК часто выражается в единицах литр на килограмм (отношение мг химического вещества на кг организма к мг химического вещества на литр воды). [6] BCF может быть просто наблюдаемым соотношением или прогнозом модели разделения. [6] Модель разделения основана на предположении, что химические вещества распределяются между водой и водными организмами, а также на идее о существовании химического равновесия между организмами и водной средой, в которой они находятся [6]

Расчет [ править ]

Биоконцентрация может быть описана коэффициентом биоконцентрации (BCF), который представляет собой отношение концентрации химического вещества в организме или биоте к концентрации в воде: [2]

[2]

Коэффициенты биоконцентрации также могут быть связаны с коэффициентом распределения октанол-вода, K ow . Октанол-вода коэффициент распределения (К вл ) коррелируют с потенциалом для химического вещества к бионакоплению в организмах; BCF можно предсказать из log Kow , с помощью компьютерных программ на основе зависимости структурной активности (SAR) [7] или с помощью линейного уравнения :

[8]

Где:

в состоянии равновесия

Способность Fugacity [ править ]

Летучесть и BCF связаны друг с другом следующим уравнением:

[6]

где Z Fish равно летучести химического вещества в рыбе, P Fish равно плотности рыбы (масса / длина 3 ), BCF - коэффициент распределения между рыбой и водой (длина 3 / масса). а H равно константе закона Генри (длина 2 / время 2 ) [6]

Уравнения регрессии для оценок в рыбе [ править ]

УравнениеХимические вещества, используемые для получения уравненияИспользуемые виды
84Толстоголовый гольян , Синежаберный солнечник, Радужная форель , Комар
[4]44Разные
36Ручейная форель , Радужная форель , Синежабрник Санфиш, Толстоголовый гольян , Карп
[9]7Разные
13Разные

Использует [ редактировать ]

Нормативное использование [ править ]

Благодаря использованию PBT Profiler и критериев, установленных Агентством по охране окружающей среды США в соответствии с Законом о контроле за токсичными веществами (TSCA), вещество считается не способным к биоаккумуляции, если его КБК менее 1000, биоаккумулятивным, если он имеет КБК от 1000–5000 [10] и очень биоаккумулятивный, если КБК превышает 5000. [10]

Пороговые значения согласно REACH составляют BCF> 2000 л / кг живого веса. для критериев B и 5000 л / кг для критериев vB. [11]

Приложения [ править ]

Фактор биоконцентрации больше 1 указывает на гидрофобное или липофильное химическое вещество. Это показатель вероятности биоаккумуляции химического вещества . [1] Эти химические вещества обладают высоким сродством к липидам и будут концентрироваться в тканях с высоким содержанием липидов, а не в водной среде, такой как цитозоль . Модели используются для прогнозирования химического разделения в окружающей среде, что, в свою очередь, позволяет прогнозировать биологическую судьбу липофильных химических веществ. [1]

Равновесные модели разделения [ править ]

На основе предполагаемого сценария устойчивого состояния, судьба химического вещества в системе моделируется с получением прогнозируемых конечных фаз и концентраций. [12]

Следует учитывать, что для достижения установившегося состояния может потребоваться значительное время, по оценке с использованием следующего уравнения (в часах). [13] [14]

Таким образом, для вещества с log (K OW ), равным 4, для достижения эффективного устойчивого состояния требуется примерно пять дней. Для log (K OW ), равного 6, время равновесия увеличивается до девяти месяцев.

Модели летучести [ править ]

Летучесть - еще один прогнозный критерий равновесия между фазами, имеющими единицы давления. Это эквивалент парциального давления для большинства экологических целей. Это склонность материала к бегству. [1] BCF можно определить из выходных параметров модели летучести и, таким образом, использовать для прогнозирования доли химического вещества, непосредственно взаимодействующего с организмом и, возможно, оказывающего на него воздействие.

Модели пищевой сети [ править ]

Если доступны значения летучести для конкретных организмов , можно создать модель пищевой сети, которая учитывает трофические сети . [1] Это особенно актуально для консервативных химических веществ , которые нелегко метаболизируются в продукты разложения. Биомагнификация консервативных химических веществ, таких как токсичные металлы, может быть вредной для высших хищников, таких как косатки , скопы и белоголовые орланы .

Приложения к токсикологии [ править ]

Прогнозы [ править ]

Факторы биоконцентрации облегчают прогнозирование уровней загрязнения в организме на основе концентрации химических веществ в окружающей воде. [12] BCF в данном контексте применяется только к водным организмам. Организмы, дышащие воздухом, не поглощают химические вещества так же, как другие водные организмы. Рыба, например, поглощает химические вещества через глотание и осмотические градиенты в жаберных пластинках . [6]

При работе с донными макробеспозвоночными как вода, так и донные отложения могут содержать химические вещества, влияющие на организм. Фактор накопления биологических отложений (BSAF) и фактор биомагнификации (BMF) также влияют на токсичность в водной среде.

BCF явно не принимает во внимание метаболизм, поэтому его необходимо добавлять в модели в других точках с помощью уравнений поглощения, удаления или разложения для выбранного организма.

Бремя тела [ править ]

Химические вещества с высокими значениями BCF являются более липофильными, и при равновесии организмы будут иметь более высокие концентрации химического вещества, чем другие фазы в системе. Нагрузка на организм - это общее количество химического вещества в организме организма [12], и нагрузка на организм будет больше при работе с липофильным химическим веществом.

Биологические факторы [ править ]

При определении степени биоконцентрации необходимо учитывать биологические факторы. Скорость, с которой организм подвергается воздействию через респираторные поверхности и контакт с кожными поверхностями организма, конкурирует со скоростью выведения из организма. Скорость выведения - это потеря химического вещества с респираторной поверхности, разведение в росте, экскреция с калом и метаболическая биотрансформация . [15] Разбавление при росте - это не фактический процесс выделения, а из-за увеличения массы организма, в то время как концентрация загрязняющих веществ остается постоянной, происходит постоянное разбавление.

Взаимодействие между входами и выходами показано здесь: [15] Переменные определяются как: C B - концентрация в организме (г * кг -1 ). [15] t представляет собой единицу времени (d -1 ). [15] k 1 - константа скорости поглощения химикатов из воды на поверхности дыхания (л * кг -1 * сут -1 ). [15] C WD - это химическая концентрация, растворенная в воде (г * л -1 ). [15] k 2 , k E , k G , k B


- константы скорости, которые представляют выведение из организма с поверхности дыхательных путей, экскрецию с калом, метаболические преобразования и разведение при росте (d -1 ). [15]

Статические переменные также влияют на BCF. Поскольку организмы моделируются как мешки с жиром, соотношение липидов и воды является фактором, который необходимо учитывать. [6] Размер также играет роль, поскольку отношение поверхности к объему влияет на скорость поглощения из окружающей воды. [15] Виды, вызывающие озабоченность, являются основным фактором, влияющим на значения BCF, поскольку они определяют все биологические факторы, которые изменяют BCF. [6]

Параметры окружающей среды [ править ]

Температура [ править ]

Температура может влиять на метаболические преобразования и биоэнергетику. Примером этого является изменение движения организма и скорости его выделения. [15] Если загрязнитель является ионным, изменение pH, на которое влияет изменение температуры, также может влиять на биодоступность [1]

Качество воды [ править ]

Содержание естественных частиц, а также содержание органического углерода в воде могут повлиять на биодоступность. Загрязнитель может связываться с частицами в воде, затрудняя усвоение, а также попадать внутрь организма. Это попадание внутрь может состоять из загрязненных частиц, причиной которых может быть не только вода, но и источник загрязнения. [15]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е е г Landis РГ, Sofield RM, Ю. MH (2011). Введение в экологическую токсикологию: молекулярные структуры в экологических ландшафтах (четвертое издание). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. С. 117–162. ISBN 978-1-4398-0410-0.
  2. ^ a b c Gobas FAPC ; Моррисон HA (2000). «Биокоцентрация и биоусиление в водной среде». В Boethling RS; Маккей Д. (ред.). Справочник по методам оценки свойств химических веществ: науки об окружающей среде и здоровье . Бока-Ратон, Флорида, США: Льюис. С. 189–231.
  3. ^ Арнот, Джон А .; Фрэнк APC Gobas (2004). «Модель биоаккумуляции пищевых продуктов для органических химических веществ в водных экосистемах». Экологическая токсикология и химия . 23 (10): 2343–2355. DOI : 10.1897 / 03-438 .
  4. ^ a b Маккей, Дон (1982). «Соотношение факторов биоконцентрации». Наука об окружающей среде и технологии . 16 (5): 274–278. DOI : 10.1021 / es00099a008 .
  5. ^ «Глава 173–333 WAC Стойкие биоаккумулятивные токсины» (PDF) . Кафедра экологии . Архивировано из оригинального (PDF) 9 февраля 2017 года . Проверено 6 февраля 2012 года .
  6. ^ a b c d e f g h Хемонд, Гарольд (2000). Химическая судьба и перенос в окружающей среде . Сан-Диего, Калифорния: Эльзевьер. С. 156–157. ISBN 978-0-12-340275-2.
  7. ^ EPA. «Категория стойких, биоаккумулятивных и токсичных новых химических веществ» . Федеральный реестр природоохранных документов . USEPA . Проверено 3 июня 2012 года .
  8. ^ Берген, Барбара Дж .; Уильям Г. Нельсон; Ричард Дж. Пруэлл (1993). «Биоаккумуляция конгенеров ПХБ голубыми мидиями ( Mytilus edulis ) в гавани Нью-Бедфорд, штат Массачусетс». Экологическая токсикология и химия . 12 : 1671–1681. DOI : 10.1002 / etc.5620120916 .
  9. ^ Цю CT, Freed VH, Schmedding DW, Kohnert RL (1977). «Коэффициент распределения и биоаккумуляция отдельных органических химических веществ». Наука об окружающей среде и технологии . 29 (5): 475–478. DOI : 10.1021 / es60128a001 .
  10. ^ a b «Критерии биоаккумуляции» . Архивировано из оригинала на 1 мая 2016 года . Проверено 3 июня 2012 года .
  11. ^ Руководство по требованиям к информации и оценке химической безопасности: Глава R.11: Оценка PBT (Версия 1.1) , 2012 г., стр. 15
  12. ^ a b c Рэнд, Гэри (1995). Основы водной токсикологии . Бока-Ратон: CRC Press. С. 494–495. ISBN 978-1-56032-091-3.
  13. ^ РУКОВОДСТВО ОЭСР ПО ИСПЫТАНИЮ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ: Тест № 305: Биоаккумуляция в рыбе: воздействие воды и пищи , S. 56, doi: 10.1787 / 9789264185296-en
  14. ^ Hawker DW и Connell DW (1988), Влияние коэффициента распределения липофильных соединений на кинетику биоконцентрации у рыб. Wat. Res. 22: 701–707, DOI : 10.1016 / 0043-1354 (88) 90181-9 .
  15. ^ Б с д е е г ч я J Arnot, Джон А; Гобас, Франк APC (2006). «Обзор оценок фактора биоконцентрации (BCF) и фактора биоаккумуляции (BAF) для органических химикатов в водных организмах». Экологические обзоры . 14 (4): 257–297. DOI : 10.1139 / a06-005 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Профайлер PBT
  • Рут "Молот" Софилд
  • Стойкие органические загрязнители
  • Агентство по охране окружающей среды США