OZNACZANIE CAŁKOWITEJ ZAWARTOŚCI TALU ANALIZA SPECJACYJNA TALU ANALIZA SPECJACYJNA TALU W PRÓBKACH ŚRODOWISKOWYCH Katarzyna Strusińska Pracownia Chemii Analitycznej Stosowanej Kierownik pracy: dr Beata Krasnodębska-Ostręga Opiekun pracy: dr Monika Asztemborska WSTĘP Tal jest pierwiastkiem wykazującym silne oddziaływanie toksyczne. Znajduje się on wraz z rtęcią, kadmem i ołowiem na liście najbardziej toksycznych i niebezpiecznych metali. Tal, podstawiając potas, przenika barierę błony komórkowej. Następują wówczas zmiany w procesach neurotransmisji i pobudzania komórek mięśniowych. Tal upośledza działanie wielu ważnych dla organizmu enzymów, powoduje inaktywację grup sulfhydrylowych, co wpływa na wzrost przepuszczalności błon mitochondriów i zaburza ich funkcjonowanie. Ze względu na wysoką toksyczność talu oraz podwyższoną jego zawartość (szczególnie w okolicach hut cynku i ołowiu), konieczne jest monitorowanie zawartości tego pierwiastka w wodzie, glebie i organizmach roślinnych oraz zwierzęcych. Szczególnie ważne są badania zawartości talu w roślinach, które są pierwszym ogniwem łańcucha pokarmowego i mogą być źródłem tego pierwiastka dla organizmów wyższych. Zdefiniowane są już gatunki wykazujące zdolność do pobierania i efektywnego zatężania talu. Obok oznaczania całkowitej zawartości tego pierwiastka, podejmowane są badania w kierunku zidentyfikowania poszczególnych jego form. CEL PRACY Celem pracy było scharakteryzowanie związków talu obecnych w mchu (Entodon schreberi Willd.) oraz hydroponicznie uprawianej gorczycy białej (Sinapis alba L.). Podczas badań przeprowadzono ekstrakcję próbek roślin z zastosowaniem trzech różnych ekstrahentów (wody, octanu amonu z dodatkiem DTPA oraz dodecylosiarczanu sodu) oraz rozdzielono formy talu występujące w ekstraktach. Ponadto określono zdolność gorczycy do pobierania talu z podłoża i oceniono efektywność jego transportu do części nadziemnych rośliny. MATERIAŁ ROŚLINNY Próbki gorczycy białej pochodziły z uprawy hydroponicznej prowadzonej na Wydziale Biologii UW. Rośliny uprawiano przez okres 2 tygodni na pożywce Knopa wzbogaconej Tl (500 μg/l), dodawanym w postaci TlCl. Po zakończeniu uprawy hydroponicznej rośliny zebrano, korzenie płukano wodą dejonizowaną, a następnie oddzielono liście, łodygi i korzenie. Ze względu na to, że u części roślin zaobserwowano występowanie objawów fitotoksycznych (zżółknienie liści i mniejszą biomasę) zostały one podzielone na dwie serie: Seria zawierająca części roślin o niezmienionej morfologii (tzw. części zdrowe); Seria zawierająca części roślin z objawami fitotoksycznymi (tzw. części chore). Próbki mchu zostały pobrane na terenie potencjalnie nieskażonym talem, a następnie zanurzone w kanale, który odprowadza wody odciekowe z hałdy odpadów poflotacyjnych do szybu kopalni. Ekspozycja na skażenie talem trwała miesiąc. Po zakończeniu tego procesu rośliny opłukano wodą dejonizowaną. Otrzymany materiał roślinny suszono i mielono. Do czasu analizy próbki przechowywano w szczelnie zamkniętych pojemnikach PE. Przed przystąpieniem do oznaczania całkowitej zawartości talu próbki mineralizowano na mokro w układzie zamkniętym z wykorzystaniem energii mikrofalowej, stosując kwasy: HNO3, HClO4. Oznaczenia całkowitej zawartości talu prowadzono metodą spektrometrii mas z plazmą indukcyjnie wzbudzoną (ICP-MS), oraz w celu sprawdzenia wiarygodności otrzymanych wyników – metodą anodowej woltamperometrii ze wstępnym zatężaniem (ASV). Przed przystąpieniem do analizy specjacyjnej talu, próbki roślin ekstrahowano 100 mmol/l octanem amonu z 5 mmol/l DTPA (wytrząsanie, 1h, temp. pokojowa). Dodatek DTPA wynikał z konieczności stabilizowania Tl (III). Czas trwania procesu i stężenie DTPA zostały zoptymalizowane. W celu scharakteryzowania związków talu w roślinach przeprowadzono również ekstrakcję stosując następujące ekstrahenty: woda – wytrząsanie, 1h, temp. pokojowa – w celu wyekstrahowania związków talu rozpuszczalnych w wodzie; 4% dodecylosiarczan sodu (SDS) – wytrząsanie, 4h, temp. 80ºC – w celu wyekstrahowania białkowych kompleksów talu nierozpuszczalnych w wodzie. W celu określenia wydajności ekstrakcji oznaczono całkowitą zawartość talu w ekstraktach roślin techniką ICP-MS. Wydajność [%] ekstrakcji związków Tl z poszczególnych części gorczycy białej, wyniki przedstawione jako xśr ± SD (n = 3). OZNACZANIE CAŁKOWITEJ ZAWARTOŚCI TALU W celu oceny efektywności pobierania talu przez gorczycę białą wyznaczono całkowitą oraz procentową zawartość talu w poszczególnych organach roślin. Wyznaczono również współczynniki akumulacji Tl przez poszczególne części gorczycy białej, definiowane jako stosunek zawartości Tl w roślinie do jego zawartości w pożywce. Wynosiły one: rośliny zdrowe: liście 402 łodygi 545 korzenie 180 rośliny chore: liście 394 łodygi 357 korzenie 122 Związki talu obecne w ekstraktach roślinnych analizowano techniką AC-HPLC-ICP-MS (anionowymienna wysokosprawna chromatografia cieczowa sprzężona ze spektrometrią mas z plazmą indukcyjnie wzbudzoną). Kolumna: Hamilton PRP-X100; faza ruchoma: 100 mmol/l octan amonu + 5 mmol/l DTPA, pH = 6,2; przepływ: 1,5 ml/min; objętość próbki: 100μl; oznaczany izotop: 205Tl. 10 20 30 Organy zdrowe Organy chore Zawartość Tl [μg/organ] Liście Łodygi Korzenie 0% 20% 40% 60% 80% 100% Organy zdrowe Organy chore Liście Łodygi Korzenie Wyniki oznaczania całkowitej zawartości Tl w próbkach roślin metodą ICP-MS, przedstawione jako xśr ± SD (n=3). Porównanie wyników oznaczania całkowitej zawartości Tl w gorczycy białej metodami ICP-MS i ASV, przedstawione jako xśr ± SD (n=3). Próbka Zawartość Tl [µg/g s.m.] części gorczycy białej zdrowe chore liście 201,1 ± 1,7 196,9 ± 4,2 łodygi 271,8 ± 8,2 178,6 ± 4,0 korzenie 90,2 ± 0,5 61,0 ± 1,0 mech 4,66 ± 0,05 Próbka Zawartość Tl [µg/g s.m.] Metoda ICP - MS ASV liście chore 196,9 ± 4,2 187,3 ± 12,8 łodygi chore 178,6 ± 4,0 161,6 ± 3,7 korzenie chore 61,0 ± 1,0 57,1 ± 2,5 Całkowita zawartość Tl w poszczególnych organach gorczycy białej. Procentowa zawartość Tl w poszczególnych organach gorczycy białej. ANALIZA SPECJACYJNA TALU Chromatogram mieszaniny wzorców talu: 50ppb Tl(I) + Tl(III) (a), 100ppb Tl(I) + Tl(III) (b). Chromatogram ekstraktu mchu. Próbka Ekstrahent woda octan amonu + DTPA SDS części gorczycy białej zdrowe chore liście 42,5 ± 3,5 53,5 ± 1,4 67,1 ± 5,4 70,4 ± 5,6 40,9 ± 5,7 56,3 ± 9,6 łodygi --- 53,5 ± 9,6 65,4 ± 5,9 63,6 ± 5,7 42,1 ± 2,9 49,4 ± 3,5 korzenie 17,3 ± 2,6 16,3 ± 1,7 30,4 ± 1,3 37,2 ± 1,9 27,9 ± 1,9 31,8 ± 2,2 mech 5,4 ± 0,4 13,8 ± 0,8 20,5 ± 0,4 Chromatogram ekstraktu liści zdrowych gorczycy białej. Chromatogram ekstraktu korzeni zdrowych gorczycy białej. PODSUMOWANIE W pracy podjęto próbę scharakteryzowania związków talu obecnych w mchu (Entodon schreberi Willd.) oraz hydroponicznie uprawianej gorczycy białej (Sinapis alba L.). Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że: gorczyca pobiera tal z podłoża i efektywnie transportuje go do części nadziemnych, co potwierdzają wysokie współczynniki zatężaniu talu, szczególnie w liściach i łodygach rośliny. W związku z tym gorczyca biała może znaleźć zastosowanie do oczyszczania gleb na drodze fitoremediacji; rozpuszczalne w wodzie związki talu stanowią około 50% całkowitej jego zawartości w częściach nadziemnych gorczycy, niespełna 20% w jej korzeniach i jedynie 5% w mchu; wzrost wydajności ekstrakcji w przypadku zastosowania roztworu SDS jako ekstrahenta, zaobserwowano w przypadku mchu i korzeni gorczycy białej; we wszystkich analizowanych ekstraktach roślinnych stwierdzono obecność Tl (I), jako dominującej formy tego pierwiastka. Ponadto na chromatogramach ekstraktu liści gorczycy obserwowano dwa inne sygnały, których nie udało się zidentyfikować, jeden z nich występował też na chromatogramach ekstraktu korzeni gorczycy; wykluczono obecność wolnych jonów Tl (III), najbardziej toksycznej formy tego pierwiastka.