Partiční koeficient Kow Awater  Aoctanol

Prezentace na téma: "Partiční koeficient Kow Awater  Aoctanol"— Transkript prezentace:

1 Partiční koeficient Kow Awater  Aoctanol
Distribuce látek mezi vodu a oktanol Partiční koeficient Kow Awater  Aoctanol oktanolová fáze Proč oktanol? Živočišné a rostlinné tkáně (zejména tukové) vykazují podobné fyzikálně-chemické vlastnosti jako oktanol vodná fáze

2 Hodnoty Kow Kow vykazuje hodnoty v široké rozmezí: látka Kow benzene 102.13 phenol 101.45 trichloroethene 102.42 phenanthrene 104.57 2,2’,5,5’-tetrachlorobiphenyl 106.18 Experimentální určení Kow: “shake flask”. Často nekvalitní měření, např. pro DDT je rozmezí publikovaných log Kow od 4.89 do 6.91; zdrojem více než 60 článků (Pontolillo a Eganhouse, 2001)

3 Publikovaná data pro Kow DDT
Pontolillo and Eganhouse (2001)

4 Příklad 10-6 molu lindanu je přidáno do 100 ml dělící nálevky, která obsahuje 10 ml oktanolu a 90 ml vody. Po ustálení při 25C, jaká bude koncentrace lindanu ve vodě? lindan: Kow =

5 Příklad - řešení

6 Odhad Kow Nejčastěji korelací ze známé rozpustnosti kapalné látky ve vodě:

7 Příklad - pokračování Odhadněte Kow chlorobenzenu z jeho rozpustnosti při 25°C, rozpustnost hledejte např. na Nalezeno: Cwsat = 4.38·10-3 mol/l Doporučená hodnota z literatury je 2.84 – velmi dobrá shoda.

8 Test: přiřaďte rozpuštěným látkám Kow
Malá nápověda: hodnota Kow je zpravidla tím vyšší, čím nižší je rozpustnost příslušné látky ve vodě (tj. čím více je hydrofobní) rozpuštěná látka Kow 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin 105.74 tetrachloroethene 102.88 1,2,3,5-tetrachlorobenzene 106.64 2,4,5-trichlorobiphenyl 104.65 1,1,2,2-tetrachloroethane 102.39

9 Bioconcentrace (bioakumulace)
Biokoncentrace a biomagnifikace Bioconcentrace (bioakumulace) pasivní shromažďování toxických látek v organismu z vodného prostředí z půdního prostředí ze vzduchu Biomagnifikace Shromažďování toxických látek v organismu prostřednictvím potravního řetězce: vede k vyšším koncentracím ve vyšších organismech Rachel Carson: The Silent Spring

10 Schéma biokoncentrace a biomagnifikace

11

12 Organismy obsahují Sorpce v organismech vodu, soli makromolekuly
proteiny, celulózu, polysacharidy lipidy, glycidy (karbohydráty) kutin, lignin převažující pořadí ve většině organismů proteiny > karbohydráty > lipidy obsah lipidů (tuků) je různý 10-30% ve většině organismů, jsou obsaženy ve většině tkání zastoupení tuků může být ovšem i 1% nebo až ~50% celkové hmoty organismu

13 Distribuce kontaminantů v organismech je různá v různých tkáních
Sorpce v organismech Distribuce kontaminantů v organismech je různá v různých tkáních Příklad: 1,2-dimethylbenzene log Kow = 3.16 organic phase log Korg-w octanol 3.16 triacylglycerides 3.25 liposomes 2.98 cutin 2.81 lignin 2.08

14 Distribuce do proteinu
Sorpce v organismech: příklad (1,2-dimethylbenzene) organic phase log Korg-w octanol 3.16 triacylglycerides 3.25 liposomes 2.98 cutin 2.81 lignin 2.08 Distribuce do proteinu Distribuce do lipidů

15 Model celého organismu
Celková distribuce mezi vodou a organismem Model celého organismu snaha zahrnout všechny typy tkání vyjádřeno pomocí partičních koeficientů podobné rovnice lze napsat pro rovnováhu s každým jiným médiem (např. se sedimentem) Hlavní roli zpravidla hraje distribuce do lipidů.

16   Vyjádřen z celkové koncentrace v organismu
Biokoncentrační faktor Vyjádřen z celkové koncentrace v organismu Jaký je vztah BCF a (teoreticky určeného) Kbio? Příklad: PCB (TCB - 2,2’,5,5’-tetrachlorobiphenyl) a fytoplankton Kbio  BCF 

17 Odhadnout Kbio a srovnat se změřeným BCF TCB: log Kow = 6.09
Biokoncentrační faktor: příklad Odhadnout Kbio a srovnat se změřeným BCF TCB: log Kow = 6.09 Fytoplankton: Anabaena spp., flip = 0.053 Změřený BCF pro TCB: Proč je Kbio > BCF? Příčinou je především zanedbání metabolických procesů.

18 BCF a ostatní partiční koeficienty
BCF se musí změřit, nebo se musíme spokojit s přibližným odhadem (Kbio prostřednictvím Kow), který je obvykle nadsazený

19 Kontrolní otázky a cvičení
Vysvětlete rozdíl mezi bioakumulací a biomagnifikací, ukažte příklad obojího. 10 kg dichloromethanu uniklo do vodní nádrže. Předpokládejte jeho rovnovážnou distribuci mezi vodu, vzduch a vodní organismy (ryby). Uvažujte objem vzduchu nad nádrží 2.5·108 m3, objem vody 106 m3 a objem ryb 6 m3, Henryho konstanta je atm·m3·mol-1, BCF = 4.4 (hlavním mechanismem bioakumulace je výměna z vody žábrami), hustota rybích těl je cca 1 g/cm3. Spočítejte množství dichloromethanu v jednotlivých složkách prostředí. Biologická čistírna odpadních vod lokalizovaná u břehu řeky je schopná odstranit 4, g biodegradabilních organických látek v odpadní vodě každý den. Z technických důvodů bylo nutné jednodenní množství odpadních vod přepustit do rezervoáru. Z kolika litrů potenciálně kontaminované vody v rezervoáru bude vyčerpán kyslík k rozkladu odpadních organických látek? Předpokládejte, že voda v rezervoáru je na počátku saturovaná kyslíkem z okolní atmosféry při 20°C a pak již nedochází k dalšímu rozpouštění kyslíku z atmosféry. Data: atmosférický tlak v místě, kde stojí čistírna je 0.82 atm; pH2O 20°C je 0,023 atm; obsah kyslíku v suchém vzduchu je 21%, HO2 20°C je 0,635 m3.atm.mol-1, molekulární hmotnost CH2O je 30 g.mol-1

20 Odpadní voda z provozu je odváděna do venkovní nádrže o ploše 500 m2 a hloubce 1 m rychlostí 0,6 litrů za sekundu (výtok z nádrže je stejný). V odpadní vodě je obsažen chloroform o koncentraci 1 mg/l. Chloroform ve vodě degraduje s rychlostní konstantou 0,2 den-1 a uvolňuje se do vzduchu rychlostí 3 procenta aktuálního množství za hodinu. Vypočítejte ustálenou koncentraci chloroformu v nádrži. Chloroform se dále sorbuje v koloidních částicích suspendovaných ve vodě, jejich množství je 100 mg/l a podíl organického uhlíku v koloidech je 0,4. Jaké množství chloroformu je vázáno v těchto suspendovaných částicích? log Kow pro chloroform je 1,97. Limit pro koncentraci chlordanu v povrchových vodách je μg/l. Zdravotní limit pro člověka je 1 ppm. V řece, které přibližně splňuje limit, byla zjištěna koncentrace chlordanu v rybách mg/kg. Jaké množství ryb může člověk průměrně za den sníst, aby nepřekročil zdravotní limit? Předpokládejte, že tělo člověka tvoří z 20 procent tukové tkáně a že člověk denně přijme 2.5 l vody. Rozdělovací koeficient chlordanu mezi vodu a tukové tkáně je Předpokládejte dále potravní řetězec fytoplankton – ryby, ustálený stav, podíl tuku ve fytoplanktonu 20% a v rybách 30%, ryby v potravě přijímají zhruba dvojnásobné množství vody než fytoplanktonu. Odpovídá nalezená koncentrace v rybách teoretické biokoncentraci? Co z výsledku plyne pro dříve vypočtené „bezpečné“ množství ryb v potravě?