Politechnika Gdańska Wydział Chemiczny Katedra Chemii Analitycznej. Rozprawa doktorska

Transkrypt

1 Politechnika Gdańska Wydział Chemiczny Katedra Chemii Analitycznej Rozprawa doktorska OPRACOWANIE METODYKI OZNACZANIA PESTYCYDÓW CHLOROORGANICZNYCH ORAZ POLICHLOROWANYCH BIFENYLI W PRÓBKACH ŻYWNOŚCI POCHODZENIA MORSKIEGO mgr inż. Angelika Wilkowska (Beyer) Promotor: prof. dr hab. inż. Marek Biziuk Gdańsk 2010

2 Pragnę złożyć serdeczne podziękowania Panu prof. dr. hab. inż. Markowi Biziukowi za poświęcony czas oraz cenne uwagi i pomoc w trakcie realizacji niniejszej pracy. Panu prof. dr. hab. inż. Jackowi Namieśnikowi za życzliwość i wyrozumiałość, a także za umożliwienie realizacji pracy w Katedrze Chemii Analitycznej. Pracownikom, koleżankom i kolegom z katedry za stworzenie przyjaznej atmosfery pracy. Szczególnie dziękuję Rodzicom i Mężowi za cierpliwość, wsparcie duchowe i wiarę we mnie.

3 Spis treści WYKAZ SKRÓTÓW I AKRONIMÓW STOSOWANYCH W PRACY WSTĘP I. CZĘŚĆ TEORETYCZNA KRÓTKA CHARAKTERYSTYKA PESTYCYDÓW CHLOROORGANICZNYCH ORAZ ANALITÓW Z GRUPY POLICHLOROWANYCH BIFENYLI Charakterystyka fizykochemiczna pestycydów oraz analitów z grupy PCB Zastosowanie, występowanie oraz mobilność związków chloroorganicznych w różnych elementach środowiska Narażenie człowieka na związki chloroorganiczne Oddziaływanie związków chloroorganicznych na organizm ludzki ZALECENIA, PRZEPISY I AKTY PRAWNE DOTYCZĄCE ZWIĄZKÓW CHLOROORGANICZNYCH W ŚRODOWISKU Zalecenia i przepisy dotyczące pozostałości pestycydów i analitów z grupy PCB w produktach żywnościowych Najwyższe dopuszczalne pozostałości związków z grupy pestycydów i polichlorowanych bifenyli w żywności Monitoring jakości produktów spożywczych INFORMACJE LITERATUROWE O METODYKACH STOSOWANYCH DO OZNACZANIA ANALITÓW CHLOROORGANICZNYCH W PRÓBKACH ŻYWNOŚCI Etap pobierania i przygotowania próbki Etap izolacji i/lub wzbogacania analitów z badanej próbki Etap oczyszczania ekstraktów Etap analizy ilościowej i identyfikacji analitów Metodyki stosowane do oznaczania związków chloroorganicznych w żywności Polskie normy dotyczące oznaczania pestycydów i polichlorowanych bifenyli w żywności Rozwój procedur oznaczania związków chloroorganicznych w żywności PODSUMOWANIE - PROBLEMY ZWIĄZANE Z OZNACZANIEM ŚLADOWYCH ZAWARTOŚCI ZWIĄZKÓW CHLOROORGANICZNYCH W PRÓBKACH ŻYWNOŚCI II. CEL I ZAKRES PRACY III. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA ODCZYNNIKI, ROZTWORY WZORCOWE I APARATURA Odczynniki Przygotowanie naczyń szklanych Roztwory wzorcowe

4 Spis treści 6.3. Aparatura Parametry pracy chromatografu gazowego z detektorem wychwytu elektronów podczas oznaczeń analitów chloroorganicznych POBIERANIE I PRZYGOTOWANIE PRÓBEK Opis próbek żywności pochodzenia morskiego, w których oznaczano zawartość zawiązków chloroorganicznych Przygotowanie próbek żywności pochodzenia morskiego DOBÓR OPTYMALNYCH PARAMETRÓW PROCESU OCZYSZCZANIA EKSTRAKTÓW ZAWIERAJĄCYCH ZWIĄZKI CHLOROORGANICZNE Procedura wyznaczania profili elucji związków chloroorganicznych z kolumienek sorpcyjnych zawierających złoże jednego sorbentu i z układu dwóch kolumienek zawierających złoża różnych sorbentów Profile elucji - wyniki i ich omówienie Profile elucji wybranych związków z grupy PCB i pestycydów z kolumienek sorpcyjnych zawierających złoże jednego sorbentu Profile elucji wybranych związków z grupy pestycydów i polichlorowanych bifenyli z układu kolumienek sorpcyjnych zawierających złoża różnych sorbentów Oczyszczanie ekstraktów z próbek rzeczywistych z wykorzystaniem techniki SPE Procedura oczyszczania ekstraktów z próbek rzeczywistych Wyniki i ich omówienie PORÓWNANIE PRZYDATNOŚCI WYBRANYCH TECHNIK EKSTRAKCYJNYCH DO IZOLACJI ANALITÓW CHLOROORGANICZNYCH Z PRÓBEK ŻYWNOŚCI Procedura analityczna stosowana w celu porównania przydatności wybranych technik ekstrakcyjnych do izolacji analitów chloroorganicznych z próbek żywności Porównanie technik ekstrakcji analitów chloroorganicznych z próbek żywności - wyniki i ich omówienie DOBÓR PARAMETRÓW PROCESU IZOLACJI ANALITÓW CHLOROORGANICZNYCH Z ZASTOSOWANIEM EKSTRAKCJI ZA POMOCĄ ROZPUSZCZALNIKA WSPOMAGANEJ PROMIENIOWANIEM MIKROFALOWYM Procedura przygotowania próbek Badanie wpływu wybranych parametrów procesu ekstrakcji na odzysk analitów z próbek tkanki mięśniowej ryby Wyniki i ich omówienie Wpływ rodzaju rozpuszczalnika Wpływ temperatury Wpływ czasu ekstrakcji WYZNACZENIE WYBRANYCH PARAMETRÓW WALIDACYJNYCH PROCEDURY ANALITYCZNEJ Procedura oznaczania analitów chloroorganicznych w próbkach żywności pochodzenia morskiego Powtarzalność oraz precyzja pośrednia Liniowość Zakres liniowości pracy detektora wychwytu elektronów Liniowość procedury analitycznej

5 Spis treści Granice wykrywalności i oznaczalności Granice wykrywalności i oznaczalności dla układu GC-ECD Granice wykrywalności i oznaczalności procedury analitycznej Wykorzystanie materiałów odniesienia w celu weryfikacji otrzymanych wyników Niepewność wyniku analizy ANALIZA PRÓBEK RZECZYWISTYCH - UZYSKANE WYNIKI IV. PODSUMOWANIE I WNIOSKI V. STRESZCZENIE VI. ABSTRACT VII. LITERATURA VIII. DOROBEK NAUKOWY

6 Wykaz skrótów Wykaz skrótów i akronimów stosowanych w pracy Skrót/akronim Termin obcojęzyczny Termin polskojęzyczny 2,3,7,8-TCDD 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin 2,3,7,8-tetrachlorodibenzodioksyna a - Wyraz wolny prostej kalibracyjnej ALA α-linolenic acid Kwas α-linolenowy ANOVA Analysis of Variance Analiza wariancji AOAC ASE Association of Official Analytical Chemists Accelerated Solvent Extraction Światowe Stowarzyszenie Chemików Analityków Przyspieszona ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika b - Nachylenie prostej kalibracyjnej BAF Bioaccumulation Factor Współczynnik biokumulacji BHT Butylhydroxytoluene Butylohydroksytoluen c - stężenie CAS Chemical Abstracts Service Chemiczna Baza Danych CEN Comité Européen de Normalisation Europejski Komitet Standaryzacyjny CRM Certified Reference Material Certyfikowany materiał odniesienia cz.d.a. - czysty do analizy DAD Diode Array Detector Detektor z matrycą fotodiodową DDD DDE DDT DDTs 1,1-dichloro-2,2-di(4 - chlorophenyl)ethane 1,1-dichloro-2,2-di(4 - chlorophenyl)ethene 1,1,1-trichloro-2,2-bis(4 - chlorophenyl)ethane sum of all DDT related compounds (DDT, DDE, and DDD) 1,1-dichloro-2,2-di(4 - chlorofenylo)etan; metabolit DDT 1,1-dichloro-2,2-di(4 - chlorofenylo)eten; metabolit DDT 1,1,1-trichloro-2,2-di(4 - chlorofenyl)etan Suma DDT i jego metabolitów (DDT, DDE i DDD) DHA Docosahexaenoic acid Kwas dokozaheksaenowy d-spe dispersive Solid Phase Extraction Dyspersyjna odmiana ekstrakcji do fazy stałej ECD Electron Capture Detector Detektor wychwytu elektronów EDCs Endocrine Disrupting Chemicals (Compounds) Związki wywołujące naruszenie równowagi hormonalnej EEC European Economic Community Europejska Wspólnota Gospodarcza ELCD Electrolytic Conductivity Detector Detektor przewodnictwa elektrolitycznego EN - Norma Europejska EPA Environmental Protection Agency Agencja Ochrony Środowiska EPA Eicosapentaenoic acid Kwas eikozapentaenowy EWG - Europejska Wspólnota Gospodarcza FID Flame Ionization Detector Detektor płomieniowo - jonizacyjny FPD Flame Photometric Detector Detektor płomieniowo - fotometryczny 6

7 Wykaz skrótów FMASE Focused Microwave - Assisted Soxhlet Extraction Ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika w aparacie Soxhleta wspomagana promieniowaniem mikrofalowym GC Gas Chromatography Chromatografia gazowa GC-ECD GC x GC Gas Chromatography with Electron Capture Detector Two-Dimensional Gas Chromatography Chromatografia gazowa w połączeniu z detektorem wychwytu elektronów Dwuwymiarowa chromatografia gazowa GPC Gel Permeation Chromatography Chromatografia żelowa HCB Hexachlorobenzene Heksachlorobenzen HCDS High Capacity Disposable Silica Columns Kolumienki ekstrakcyjne jednorazowego użytku charakteryzujące się dużą pojemnością adsorpcyjną HCH Hexachlorocyclohexane Heksachlorocykloheksan HPLC ICH IARC IRMM ISPE IUPAC High Performance Liquid Chromatography International Conference on Harmonization International Agency for Research on Cancer Institute for Reference Materials and Measurements Immunoaffinity Solid Phase Extraction International Union of Pure and Applied Chemistry Wysokosprawna chromatografia cieczowa Międzynarodowa Konferencja Harmonizacyjna Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem Instytut Materiałów Odniesienia i Pomiarów Ekstrakcja do fazy stałej z wykorzystaniem immunosorbentów Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej j.u.p. - Jednostki umowne powierzchni k - Współczynnik rozszerzenia K ow - Współczynnik podziału n-oktanol/woda LC Liquid Chromatography Chromatografia cieczowa LE Liquid Extraction Ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika LOD Limit of Detection Granica wykrywalności LOQ Limit of Quantification Granica oznaczalności MAE MISPE Microwave - Assisted Extraction Molecularly Imprinted Solid Phase Extraction Ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika wspomagana promieniowaniem mikrofalowym Ekstrakcja do fazy stałej z wykorzystaniem sorbentów z nadrukiem molekularnym (odwzorowaniem cząsteczkowym) MRL Maximum Residue Level Najwyższy poziom pozostałości MS Mass Spectrometry Spektrometria mas MSPDE Matrix Solid Phase Dispersion Extracion Ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika z próbki zmieszanej z wypełniaczem n - Liczba pomiarów 7

8 Wykaz skrótów NDP - Najwyższe dopuszczalne poziomy pozostałości NDP Nitrogen Phosphorus Detector Detektor termojonowy OCPs Organochlorine Pesticides Pestycydy chloroorganiczne PCBs Polychlorinated Biphenyls Polichlorowane bifenyle PCDDs Polychlorinated dibenzo-p-dioxins Polichlorowane dibenzodioksyny PCDFs Polychlorinated dibenzofurans Polichlorowane dibenzofurany PLE Pressurized Liquid Extraction Przyspieszona ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika PIC Prior Informed Consent Zasada priorytetowego informowania PMAE Pressurized Microwave - Assisted Extraction Przyspieszona ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika wspomagana promieniowaniem mikrofalowym PN - Polska Norma PN-EN - POPRC Persistent Organic Pollutants Review Committee Polska Norma wprowadzająca Normę Europejską Komitet ds. Przeglądu TZO POPs Persistent Organic Pollutants Trwałe zanieczyszczenia organiczne QuEChERS Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, Safe Akronim techniki ekstrakcji analitów z próbek o złożonym składzie matrycy R 2 - Współczynnik determinancji RASFF Rapid Alert System for Food and Feed System Wczesnego Ostrzegania o Niebezpiecznych Produktach Spożywczych i Środkach Żywienia Zwierząt RSD Relative Standard Deviation Względne odchylenie standardowe s - SBSE Stir Bar Sorptive Extraction Odchylenie standardowe wyrazu wolnego uzyskanej prostej kalibracyjnej Ekstrakcja do fazy stałej za pomocą wirującego elementu sorpcyjnego SD Standard Deviation Odchylenie standardowe SFC Superfluid Chromatography Chromatografia z fazą ruchomą w stanie nadkrytycznym SPM Semipermeable Membrane Membrana półprzepuszczalna SPE Solid Phase Extraction Ekstrakcja do fazy stałej SPME Solid Phase Microextraction Mikroekstrakcja do fazy stacjonarnej TZO - Trwałe zanieczyszczenia organiczne U - Rozszerzona niepewność UNEP UAE UA-MSPD United Nations Environment Programme Ultrasonic - Assisted Extraction Ultrasonic - Assisted Matrix Solid- Phase Dispersion Program Środowiskowy ONZ Ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika wspomagana ultradźwiękami Ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika wspomagana ultradźwiękami z próbki zmieszanej z wypełniaczem 8

9 Wykaz skrótów U-SDME Ultrasonication followed by Single- Drop Microextraction Mikroekstrakcja do pojedynczej kropli wspomagana ultradźwiękami USP United States Pharmacopea Farmakopea Stanów Zjednoczonych UV-VIS Ultra Violet Visible Detektor fotometryczny absorpcji w nadfiolecie i zakresie promieniowania widzialnego v/v - Stosunek objętościowy WE - Wspólnota Europejska WHO World Health Organization Światowa Organizacja Zdrowia WHO-TEF WHO-PCDD/F- PCB-TEQ Toxic Equivalency Factor World Health Organization Toxic Equivalent World Health Organization sum of dioxins, furans and dioxin-like PCBs Współczynnik równoważności toksycznej Światowej Organizacji Zdrowia Równoważnik toksyczny Światowej Organizacji Zdrowia dla dioksyn, furanów i dioksynopodobnych PCB w/w - Stosunek wagowy α - Poziom istotności 9

10 Wstęp 1. Wstęp Podstawowymi sferami działalności człowieka są produkcja przemysłowa oraz rolnictwo, które z jednej strony są niezbędne do zaspokojenia wielu potrzeb społecznych, a z drugiej - stanowią poważne zagrożenie dla środowiska. Do szczególnie uciążliwych aspektów rozwoju cywilizacyjnego zaliczyć należy produkcję i emisję do środowiska wielu toksycznych substancji, takich jak trwałe zanieczyszczenia organiczne (TZO, POPs), a wśród nich polichlorowane bifenyle (PCBs) oraz pestycydy chloroorganiczne (OCPs). Po wprowadzeniu do środowiska, w zależności od panujących warunków, takich jak ilości tlenu, światła słonecznego, wiatru, temperatury, wilgotności oraz typu gleby, związki chloroorganiczne przekształcają się zazwyczaj w jeden lub kilka metabolitów, które mogą wykazywać chemiczne i toksyczne właściwości inne niż związek pierwotny. Często metabolity te są nawet bardziej stabilne i toksyczne niż związek pierwotny. Związki chloroorganiczne ulegają biokumulacji w kolejnych ogniwach łańcucha pokarmowego, w ten sposób toksyczne skutki ich oddziaływania są najdotkliwsze w końcowym ogniwie tego łańcucha - organizmie człowieka. Wymienione ksenobiotyki stanowią zagrożenie globalne, ponieważ przemieszczają się z wiatrem, deszczem i prądami oceanicznymi z regionów, w których je zastosowano, do miejsc, w których nigdy nie były użyte. Wykryto je, m.in. w pobliżu biegunów. Co więcej, degradacja środowiska sprawia, że nie tylko woda, gleba i atmosfera, ale także praktycznie wszystko, co jemy jest w mniejszym bądź większym stopniu zanieczyszczone. Dlatego też tematyka niniejszej pracy związana jest z opracowaniem nowej procedury analitycznej służącej do oznaczania zawartości analitów chloroorganicznych w żywności. Badania pod kątem zawartości pestycydów oraz analitów z grupy PCB są zazwyczaj prowadzone z wykorzystaniem procedur zalecanych m.in. w Polskich Normach, bądź procedur zmodyfikowanych w niewielkim stopniu. Dostępne metodyki są najczęściej pracoi czasochłonne, wymagają użycia dużych ilości toksycznych i drogich rozpuszczalników organicznych oraz wielu etapów oczyszczania, często też charakteryzują się małym współczynnikiem wzbogacenia. Stąd próba opracowania nowej procedury analitycznej, która będzie bardziej ekonomiczna i przyjazna dla środowiska głównie poprzez redukcję zużycia rozpuszczalników, a także redukcję kosztów i czasu analizy. Metodyka ta ma służyć do szybkiego oznaczania zawartości analitów chloroorganicznych w żywności. 10

11 Wstęp Przedmiot zainteresowania stanowią wybrane produkty spożywcze pochodzenia morskiego, takie jak wybrane gatunki ryb poławianych w Bałtyku oraz przetwory rybne, w których najczęściej stwierdzano zanieczyszczenia związkami chloroorganicznymi. Doniesienia publikacyjne oraz przeprowadzone wstępne badania wykazały, że postępowanie analityczne znacznie komplikuje bardzo niska zawartość omawianych ksenobiotyków w badanych próbkach oraz szereg substancji przeszkadzających wchodzących w skład próbki, takich jak tłuszcze czy woda. Z tego względu ważnym elementem badań było opracowanie i zoptymalizowanie głównych etapów, a następnie całej procedury analitycznej wykorzystywanej do oznaczania omawianych ksenobiotyków w żywności. Jak wynika z rozpoznania literaturowego, ze względu na wymienione niedoskonałości metodyk analitycznych najczęściej stosowanych w celu oznaczania zawartości zanieczyszczeń chloroorganicznych w próbkach żywności, istnieje istotna potrzeba prowadzenia prac badawczych, które pozwoliłyby na udoskonalanie istniejących oraz rozwijanie nowych procedur analitycznych wykorzystywanych do oznaczania pestycydów chloroorganicznych i analitów z grupy polichlorowanych bifenyli w żywności. 11

12 Część teoretyczna I. Część teoretyczna Nieprzerwany rozwój cywilizacji stworzonej przez człowieka nie pozostaje bez wpływu na środowisko i zamieszkujące w nim organizmy. Rozwój gospodarki i rolnictwa jest jedną z przyczyn degradacji środowiska spowodowanej emisją coraz większych ilości rozmaitych substancji chemicznych, w tym środków ochrony roślin czy substancji wykorzystywanych w przemyśle. W ten sposób dostały się do środowiska, m.in. związki chloroorganiczne. W związku z toksycznym oddziaływaniem tych ksenobiotyków na organizmy żywe, nasuwają się następujące pytania: Jakie są realne zagrożenia wynikające z działania tych związków na organizmy żywe? W jaki sposób pestycydy chloroorganiczne oraz polichlorowane bifenyle znalazły się w środowisku i jak można je z niego usunąć? Czy konieczne jest ciągłe monitorowanie wszystkich/wybranych elementów środowiska pod kątem zawartości zanieczyszczeń chloroorganicznych? Odpowiedź na te pytania, pomimo iż problem trwałych zanieczyszczeń organicznych nie jest nowy, w dalszym ciągu nie jest łatwa. W ramach części teoretycznej niniejszej rozprawy przybliżone zostaną zagadnienia związane z charakterystyką, występowaniem i oddziaływaniem na organizmy żywe związków chloroorganicznych. Podjęty zostanie również problem zaleceń i przepisów prawnych oraz metodyk oznaczania analitów z grupy pestycydów chloroorganicznych oraz polichlorowanych bifenyli w próbkach żywności. 2. Krótka charakterystyka pestycydów chloroorganicznych oraz analitów z grupy polichlorowanych bifenyli Pestycydy chloroorganiczne oraz anality z grupy polichlorowanych bifenyli zaliczane są do tzw. trwałych zanieczyszczeń organicznych. Ksenobiotyki należące do tej grupy charakteryzują się silną toksycznością, posiadają również zdolność do przemieszczania się na dalekie odległości, a przedostawszy się do organizmu człowieka mogą powodować liczne choroby, zaburzenia rozwoju dzieci oraz uszkodzenia systemu immunologicznego. Trwałe zanieczyszczenia organiczne wykazują znaczną odporność na procesy rozkładu biologicznego, łatwo rozpuszczają się w tłuszczach i ulegają biokumulacji w roślinach oraz w organizmach ludzkich i zwierzęcych wraz ze wzrostem ich zawartości w kolejnych ogniwach łańcucha pokarmowego [1]. 12

13 Część teoretyczna Szerokie stosowanie substancji wykazujących cechy trwałych zanieczyszczeń organicznych, począwszy od lat 40-tych minionego stulecia, doprowadziło do rozpowszechnienia się tych substancji w środowisku. Pestycydy (łac. pestis - szkodnik, cedeo - niszczyć) wprowadzono do powszechnego użycia, aby likwidować szkodniki w rolnictwie i gospodarstwach domowych [2]. Gdy jednak okazało się, iż są one toksyczne również w stosunku do człowieka, zaczęto je sukcesywnie wycofywać z użycia i zastępować preparatami bardziej selektywnymi i ulegającymi szybszej biodegradacji. Niestety pestycydy chloroorganiczne charakteryzujące się bardzo dużą skutecznością wciąż jeszcze są stosowane, zwłaszcza w krajach rozwijających się, skąd mogą być transportowane drogą powietrzną i wodną na znaczne odległości [2]. Człowiek, obok pestycydów, wprowadził do środowiska również inne syntetyczne związki chemiczne, takie jak polichlorowane bifenyle, które szybko znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle. Naturalną konsekwencją powinowactwa do tłuszczów i trwałości niektórych związków organicznych, w tym pestycydów chloroorganicznych i analitów z grupy polichlorowanych bifenyli, jest ich nagromadzenie w różnych elementach środowiska. Uwzględniając ich obecność w środowisku, łańcuch zależności pokarmowych człowieka, długość jego życia, a także fakt, że znajduje się on na szczycie piramidy pokarmowej, jest rzeczą oczywistą, że w jego tkankach omawiane ksenobiotyki odkładają się w dużych ilościach [2] Charakterystyka fizykochemiczna pestycydów oraz analitów z grupy PCB Wspólne cechy omawianych związków chloroorganicznych, które powodują, iż są one niebezpieczne dla organizmów żywych i środowiska, to: kumulowanie się w niektórych elementach środowiska, np. w osadach, a także w tkankach organizmów żywych, zwłaszcza w tkance tłuszczowej oraz w narządach zawierających lipidy, np. w wątrobie, nerkach, mózgu i sercu - przyczynia się do tego dobra rozpuszczalność chloroorganicznych ksenobiotyków w tłuszczach; duża trwałość; mobilność umożliwiająca występowanie w miejscach odległych od miejsc uwolnienia; duża odporność na czynniki detoksykacyjne [1]. Natomiast z punktu widzenia wyboru techniki równoczesnego wyodrębniania pestycydów chloroorganicznych i polichlorowanych bifenyli z próbek o różnym składzie oraz wyboru odpowiedniej techniki analitycznej stosowanej na etapie analizy ilościowej i identyfikacji analitów, bardzo ważne są takie właściwości, jak polarność i lotność. 13

14 Część teoretyczna Właściwości fizykochemiczne oznaczanych pestycydów chloroorganicznych zebrano w Tabeli 1 [3-9]. O właściwościach chemicznych i fizycznych określonego analitu z grupy polichlorowanych bifenyli decyduje miejsce podstawienia oraz liczba i przestrzenne ułożenie atomów chloru w cząsteczce chlorobifenylu. Teoretycznie, możliwe jest istnienie 209 pojedynczych chlorobifenyli, różniących się liczbą i usytuowaniem atomów chloru w szkielecie bifenylu (Rys. 1.) [10]. Rys. 1. Ogólny wzór związku z grupy polichlorowanych bifenyli Wszystkie pochodne chlorobifenylu są związkami lipofilnymi, dobrze rozpuszczalnymi w rozpuszczalnikach organicznych, olejach i tłuszczach, a bardzo słabo - w wodzie. Wraz ze wzrostem liczby atomów chloru w cząsteczce, polichlorowane bifenyle słabiej rozpuszczają się w wodzie, są mniej lotne, a jednocześnie mocniej wiążą się z glebą i osadami. Polichlorowane bifenyle są praktycznie substancjami niepalnymi, są też doskonałymi dielektrykami, cechuje je wysokie przewodnictwo ciepła i wysoka odporność na rozkład pod wpływem czynników fizycznych, chemicznych i biologicznych. Co więcej, odporność ta wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomów chloru w cząsteczce [11]. Charakterystykę związków z grupy PCB pod względem ich właściwości fizykochemicznych przedstawiono w Tabeli 2 [12]. 14

15 Część teoretyczna Tabela 1. Właściwości fizykochemiczne oznaczanych pestycydów chloroorganicznych Nazwa związku oraz wzór sumaryczny Wzór strukturalny* Numer CAS** Masa molowa Temperatura topnienia [ C] Temperatura wrzenia [ C] Log K ow Rozpuszczalność w wodzie [mg/l] Literatura Heksachlorobenzen (HCB) C 6 Cl , ,08 0,006 w 25 ºC 0, w 20 ºC [3] Lindan (γ-hch) C 6 H 6 Cl ,83 112,5 323,4 3,72 nierozpuszczalny [4] Aldryna C 12 H 8 Cl , ,5 rozkłada się 6,50 0,011 w 20 ºC [5] Endryna C 12 H 8 Cl 6 O ,9 235 rozkłada się w 245 5,6 0,2 w 25 ºC [6] 15

16 Część teoretyczna Nazwa związku oraz wzór sumaryczny Wzór strukturalny* Numer CAS** Masa molowa Temperatura topnienia [ C] Temperatura wrzenia [ C] Log K ow Rozpuszczalność w wodzie [mg/l] Lit. Endosulfan I (α-endosulfan) C 9 H 6 Cl 6 O 3 S , brak danych 3,83 0,53 w 25 ºC [7] 4,4 -DDT C 14 H 9 Cl , rozkłada się 6,91 0,025 w 25 ºC [8] 4,4 -DDE C 14 H 8 Cl , ,51 0,12 w 25 ºC [8] Mireks C 10 Cl , (rozkłada się) brak danych 5,28 0,6 [9] * Wzory strukturalne z bazy PAN Pesticides Database - Chemicals [ ChemRegList=&ChemUseList=&dS_BA=y&dEPA_Reg=y&offset=0] ** Numer CAS to oznaczenie numeryczne przypisane substancji chemicznej przez amerykańską organizację Chemical Abstracts Service (CAS), pozwalające na identyfikację substancji. 16

17 Część teoretyczna Tabela 2. Właściwości fizykochemiczne, liczba izomerów, numery wg IUPAC oraz procentowa zawartość chloru dla związków z grupy polichlorowanych bifenyli Grupa izomerów PCB Liczba izomerów Numery wg IUPAC Temperatura topnienia [ C] Temperatura wrzenia [ C] Log K ow Rozpuszczalność w wodzie w 25 C [mg/l] % zawartość Cl monochlorobifenyle , ,7 4,0 18,79 dichlorobifenyle , ,1 1,6 31,77 trichlorobifenyle ,5 0,65 41,30 tetrachlorobifenyle ,9 0,26 48,65 pentachlorobifenyle , ,3 0,099 54,30 heksachlorobifenyle ,7 0,038 58,93 heptachlorobifenyle , ,1 0,014 62,77 oktachlorobifenyle ,5 5, ,98 nonachlorobifenyle , ,9 2, ,73 dekachlorobifenyl , ,3 7, ,10 17

18 Część teoretyczna Na podstawie wielkości log K ow (Tabela 1 i 2) można określić w jakim stopniu dany związek będzie się kumulował w materii organicznej. Większa wartość współczynnika log K ow oznacza większą zdolność danego związku do gromadzenia się w organizmach żywych. Wartością log K ow od 2 do 7 charakteryzują się związki o szczególnie silnych zdolnościach do biokumulacji [13]. Biokumulację ksenobiotyku wyrazić można również w postaci współczynnika biokumulacji (BAF), który definiowany jest jako stosunek stężenia zanieczyszczenia w organizmie (często wyrażony w przeliczeniu na lipidy) do jego zawartości w danym elemencie środowiska (woda, gleba, osad denny) (często w przeliczeniu na zawartość węgla organicznego) [14]: BAF C / f t l = (1) gdzie: C t - stężenie zanieczyszczenia w organizmie; f l - zawartość lipidów w organizmie; C s - stężenie zanieczyszczenia w matrycy (woda, gleba, osad denny); f oc - zawartość węgla organicznego w matrycy. Biokumulacja zanieczyszczeń przez organizmy żywe może odbywać się na drodze bezpośredniego pobrania z otaczającego środowiska przez drogi oddechowe czy skórę (biowzbogacanie - ang. bioconcentration) oraz pobierania z żywnością (biowzmacnianie - ang. biomagnification) [15, 16]. W tym miejscu należy nadmienić, że przyjęte definicje nie są jedynymi, które można spotkać w literaturze. Związki chloroorganiczne generalnie nie ulegają przemianie materii, czyli po spożyciu przez organizm nie są wydalane z organizmu, ale pozostają w nim. Następnie w łańcuchu pokarmowym organizm mniejszy jest spożywany przez większy i w ten sposób omawiane ksenobiotyki mogą zostać biologicznie zwielokrotnione na poszczególnych poziomach troficznych [17]. Zjawisko to jest szczególnie niebezpieczne dla drapieżników znajdujących się na końcu łańcucha pokarmowego, takich jak człowiek, który przyjmuje wraz z pokarmem dużą dawkę już wzbogaconych zanieczyszczeń. Na Rysunku 2 przedstawiono proces biowzmacniania związków chloroorganicznych w organizmach znajdujących się na poszczególnych szczeblach piramidy troficznej w środowisku wodnym Delty Dunaju [18]. Wrażliwość organizmów żywych na związki chloroorganiczne może być różna i zależy od czynników takich, jak: właściwości fizykochemiczne określonego związku lub grupy związków, stanu zdrowia i wieku organizmu, C s / f oc 18

19 Część teoretyczna płci, dostępu do pożywienia i nawyków żywieniowych, zdolności rozrodczych, uwarunkowań genetycznych [19, 20, 21]. Σ DDT Σ PCB 4977 KORMORAN 2494 (mięśnie) 918 OKOŃ LIN ZOOPLANKTON 63 17* OSAD <2* ng/g tł. ng/g tł. * stężenie analitów w osadzie w ng/g suchej masy Σ DDT - suma DDT i jego metabolitów, Σ PCB - suma analitów z grupy PCB lin - ryba roślinożerna, okoń - ryba drapieżna Rys. 2. Proces biowzmacniania związków chloroorganicznych w organizmach znajdujących się na różnych poziomach łańcucha pokarmowego Pomimo wielu badań, brak jest informacji o biologicznym zwielokrotnieniu stężeń substancji chemicznych w tkance człowieka. Wszystko wskazuje jednak na to, iż jest ono dużo większe niż w niższych ogniwach łańcucha pokarmowego. Dlatego też konieczne jest monitorowanie poziomu zanieczyszczeń chloroorganicznych oraz innych z grupy TZO w żywności, szczególnie w produktach pochodzenia morskiego o znacznej zawartości tłuszczu Zastosowanie, występowanie oraz mobilność związków chloroorganicznych w różnych elementach środowiska Pestycydy, które wprowadzono do powszechnego użycia, aby likwidować szkodniki w rolnictwie i gospodarstwach domowych, szybko znalazły szerokie zastosowanie. 19

20 Część teoretyczna Umożliwiają one, m.in. zwiększenie produkcji żywności poprzez niszczenie chwastów i szkodników atakujących rośliny uprawne i płody rolne, ograniczają straty w czasie transportu i przechowywania żywności, odgrywają także dużą rolę w ograniczaniu wielu chorób ludzi przenoszonych przez insekty (Tabela 3) [2]. Założeniem idealnym, choć nieosiągalnym w praktyce, jest pełna selektywność ich działania, tj. niszczące dla niepożądanych form, natomiast nieszkodliwe dla człowieka i pożytecznych zwierząt, owadów i roślin. Z dużym opóźnieniem stwierdzono toksyczne działanie pestycydów, zwłaszcza chloroorganicznych, również w stosunku do człowieka. Zaczęto je wtedy sukcesywnie wycofywać z użycia i zastępować preparatami ulegającymi szybszej biodegradacji. Jednak wciąż jeszcze stosuje się je w krajach rozwijających się, skąd mogą być transportowane drogą powietrzną i wodną na znaczne odległości. W środowisku znajduje się także olbrzymia ilość pozostałości pestycydów i ich metabolitów - na składowiskach, w mogilnikach, skumulowane w organizmach żywych czy też w osadach na dnie zbiorników wodnych [22]. Obok pozostałości pestycydów w środowisku występują w znacznych ilościach anality z grupy polichlorowanych bifenyli, które są syntetycznymi związkami chemicznymi, wprowadzonymi do środowiska przez człowieka. Zagrożenia wynikające z obecności tych związków są ściśle związane z ich właściwościami fizykochemicznymi (takimi jak, m.in. dobra rozpuszczalność w niepolarnych rozpuszczalnikach, olejach i tłuszczach, niskie przewodnictwo elektryczne i bardzo duża odporność na działanie czynników chemicznych) [23]. Dzięki tym cechom związki te szybko znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle (Tabela 3). Zarówno pestycydy, jak i anality z grupy polichlorowanych bifenyli można znaleźć niemal we wszystkich elementach środowiska, a więc w wodach, glebie, osadach, powietrzu, w roślinach, organizmach zwierzęcych, żywności, a nawet w organizmie człowieka. Obecność tych ksenobiotyków w środowisku można wytłumaczyć powszechnością ich stosowania oraz długim okresem półtrwania. Należy nadmienić, że nawet dawno nie stosowane związki wciąż występują w środowisku jako depozyty w osadach, glebach czy organizmach żywych, gdzie gromadzą się w tkance tłuszczowej, z której ich usunięcie jest szczególnie trudne. Tak więc trwałość, zdolność do kumulacji w tkankach organizmów żywych oraz powszechne stosowanie na dużą skalę związków chloroorganicznych tłumaczą ich obecność w różnych elementach fauny i flory. Pestycydy są przykładem zanieczyszczeń pochodzących ze źródeł obszarowych. Natomiast anality z grupy polichlorowanych bifenyli zanieczyszczają środowisko najczęściej 20

21 Część teoretyczna w wyniku awarii urządzeń, w których zostały zastosowane lub poprzez spalanie odpadów stałych, które zawierają w swoim składzie te związki (Tabela 3) [2, 23]. Tabela 3. Przykłady zastosowania oraz źródła związków chloroorganicznych w środowisku Pestycydy chloroorganiczne Polichlorowane bifenyle Przykłady zastosowania Źródła w środowisku - kontrolowanie ilości szkodników niszczących rośliny w całości lub w części; - zwalczanie patogenów ludzi, zwierząt i roślin; - niszczenie chwastów; - niszczenie ulistnienia; - regulowanie wzrostu roślin lub ich części; - zwalczanie szkodników niszczących produkty roślinne; - zwalczanie mikroorganizmów powodujących psucie się produktów roślinnych; - zwalczanie lub wabienia organizmów zwierzęcych lub mikroorganizmów występujących w pomieszczeniach różnego typu. - tereny rolnicze; - tereny pozarolnicze, na których niszczy się zbędną roślinność, a także zbiorniki wodne - gdzie zwalcza się rośliny wodne i owady; - opady atmosferyczne; - mogilniki; - ścieki powstające przy myciu sprzętu mechanicznego stosowanego w trakcie zabiegów ochrony roślin; - ścieki i osady z produkcji pestycydów; - ścieki z celulozowni, ścieki miejskie, ścieki z zakładów stosujących pestycydy, np. włókienniczych; - niepożądane procesy chemiczne podczas produkcji innych związków. - dielektryki w transformatorach i kondensatorach dużej mocy, wymiennikach ciepła, układach hydraulicznych; - składniki olejów smarowych; - składniki plastyfikatorów do farb, atramentów, tuszów i farb drukarskich; - nośnik dla pestycydów. - przecieki i awarie urządzeń, w których anality z grupy PCB zostały zastosowane - transformatory i kondensatory; - stosowanie analitów z grupy PCB w systemach otwartych (dodatek do produktów ropopochodnych) - powolne odparowywanie do atmosfery; - spalanie w warunkach normalnych odpadów i śmieci zawierających w swoim składzie anality z grupy PCB. Związki chloroorganiczne nie tylko występują w środowisku, lecz również bezustannie przemieszczają się między jego elementami oraz ulegają różnym przemianom. Zachowanie omawianych ksenobiotyków w przyrodzie przedstawiono schematycznie na Rysunku 3 [24, 25]. Obecne w środowisku związki chloroorganiczne mogą przedostawać się do organizmów żywych bezpośrednio, bądź też przez łańcuch pokarmowy. Następnie omawiane ksenobiotyki ulegają kumulacji w organizmach żywych, szczególnie w tkance tłuszczowej, wątrobie, nerkach, mózgu i sercu. Głównymi źródłami tych toksycznych substancji w diecie człowieka są produkty żywnościowe pochodzenia zwierzęcego, a wśród nich: ryby, zwłaszcza wątróbki rybne, tran oraz owoce morza [26, 27]; mleko, zwłaszcza tłuszcz mleczny [28]; mięso i inne tkanki zwierzęce jak wątroba, mózg, nerki [29]; jaja [30, 31]. 21

22 Część teoretyczna Emisja PCB i OCP do powietrza atmosferycznego Osadzanie analitów z powietrza Pobieranie analitów przez powierzchnię roślin Reemisja Pobieranie analitów przez korzenie roślin Przedostawanie się PCB i OCP do gleby Rozkład analitów w glebie Wymywanie do wód powierzchniowych, podpowierzchniowych i podziemnych Rys. 3. Los środowiskowy związków chloroorganicznych Stężenia związków chloroorganicznych w żywności są bardzo zróżnicowane. Zależą, przede wszystkim, od zawartości tłuszczu oraz stopnia zanieczyszczenia środowiska. Poważny problem stanowi zanieczyszczenie ryb i ich przetworów omawianymi ksenobiotykami, stąd tematyka niniejszej pracy. W mięsie ryb charakteryzujących się dużą zawartością tłuszczu, takich jak śledziowate (Rys. 4), łososiowate czy węgorze, związki chloroorganiczne występują w większych ilościach niż w mięśniach ryb charakteryzujących się małą zawartością tłuszczu. Również produkty rybne, takie jak wątroba dorsza (Rys. 5), czy olej wyekstrahowany z mięsa śledzia zawierają związki z grupy polichlorowanych bifenyli oraz pestycydów chloroorganicznych w ilościach nawet większych niż tkanka mięśniowa tych ryb [32]. Stopień zanieczyszczenia zależy od gatunku i wielkości ryb oraz lokalizacji łowiska. Ryby pochodzące z wód śródlądowych i zamkniętych akwenów morskich, jak Morze Bałtyckie, są bardziej zanieczyszczone niż ryby pochodzące z akwenów otwartych [33-35]. Rysunek 4, na którym przedstawiono zmiany sumarycznych zawartości wskaźnikowych polichlorowanych bifenyli (Σ 7 -PCB) obecnych w śledziach poławianych w południowym Bałtyku w latach , pozwala na wyciągnięcie wniosku, iż zawartość związków chloroorganicznych w rybach spada. Tendencja ta jest szczególnie widoczna, w przypadku analizy zawartości wskaźnikowych analitów z grupy PCB w śledziach w latach Co więcej, na przestrzeni lat zaobserwowano wyraźny 22

23 Część teoretyczna spadek zawartości zanieczyszczeń chloroorganicznych w żywności pochodzenia morskiego, czego przykładem są dane przedstawione na Rysunku 6 [36]. ng/g tłuszczu Rok Rys. 4. Zawartość sumy analitów z grupy wskaźnikowych polichlorowanych bifenyli (Σ 7 -PCB) w śledziach poławianych w Bałtyku w latach ng/g tłuszczu Rok dorsz wątróbki z dorsza Rys. 5. Zawartość sumy analitów z grupy wskaźnikowych polichlorowanych bifenyli (Σ 7 -PCB) w dorszach poławianych w Bałtyku w latach oraz w wątróbkach z dorsza ( ) Jak wynika z danych przedstawionych na powyższych rysunkach, na przestrzeni lat pomimo, iż zaobserwowano tendencję spadkową zawartości związków chloroorganicznych w żywności pochodzenia morskiego, nadal wykrywa się omawiane związki. Te niebezpieczne ksenobiotyki są obecne w spożywanych przez człowieka pokarmach, dlatego też tak ważne jest monitorowanie ich pozostałości w produktach żywnościowych, szczególnie pochodzenia morskiego. 23

24 Część teoretyczna ug/kg (ww) PCB 1994 Rok DDTs Rys. 6. Zawartość sumy analitów z grupy wskaźnikowych polichlorowanych bifenyli (Σ 7 -PCB) oraz pestycydu DDT i jego metabolitów - DDD i DDE (DDTs) w tkance mięśniowej dwuletnich śledzi poławianych w Bałtyku w latach (zawartości związków chloroorganicznych przedstawiono w μg/kg mokrej masy) 2.3. Narażenie człowieka na związki chloroorganiczne Jest rzeczą oczywistą, że rozwój zarówno przemysłu, jak i rolnictwa pociąga za sobą nie tylko zagospodarowywanie kolejnych obszarów, ale również przyczynia się do tego, że do środowiska są emitowane coraz większe ilości substancji chemicznych o zróżnicowanych, często niezbadanych, właściwościach fizykochemicznych. Zarówno my, ludzie, jak i cała przyroda ożywiona i nieożywiona, wszyscy jesteśmy poddani działaniu tej mieszanki stworzonych przez człowieka związków chemicznych. Znaczna liczba związków podejrzewanych o niekorzystne działanie na organizm człowieka towarzyszy nam w codziennym życiu, często tam, gdzie ich obecności nawet nie podejrzewamy. Najbardziej jednak niepokoi fakt, że syntetyczne związki chemiczne są łatwo przyswajane przez organizmy żywe. Narażenie człowieka na kontakt ze związkami chloroorganicznymi może mieć charakter zawodowy lub środowiskowy. Narażenie zawodowe występuje podczas konserwacji transformatorów, pożarów, wycieków lub rozlania preparatów na stanowiskach pracy czy składowania odpadów niebezpiecznych (anality z grupy PCB), bądź podczas zabiegów rolniczych, jak również produkcji i dystrybucji środków ochrony roślin (pestycydy). Substancje te przedostają się do organizmów ludzi i zwierząt przez skórę, z wdychanym powietrzem, a także (lub przede wszystkim) z pożywieniem i/lub wodą. 24

25 Część teoretyczna Narażenie środowiskowe jest wynikiem pobierania ksenobiotyków chloroorganicznych z pożywieniem, zwłaszcza z pokarmem pochodzenia zwierzęcego, np. z tłuszczami, mięsem, mlekiem i jego przetworami. Największe ilości analitów z grupy PCB oraz OCP zawierają ryby i ich przetwory. Stąd tematyka pracy. Wyniki licznych badań dowodzą, iż przetwory rybne ze względu na swoje wartości odżywcze można zaliczyć do żywności mającej pozytywny wpływ na zdrowie konsumenta. Ryby i ich przetwory stanowią bardzo dobre źródło białka, niezbędnych aminokwasów, fluoru, jodu, witaminy D 3, ale przede wszystkim wielonienasyconych kwasów tłuszczowych z rodziny Ω-3, w tym kwasu eikozapentaenowego (EPA) oraz dokozaheksaenowego (DHA), które organizm człowieka syntezuje tylko w minimalnym stopniu, muszą więc być one dostarczane wraz z pożywieniem, a są przydatne w profilaktyce chorób serca. Stąd tak wielkie znaczenie ryb i przetworów rybnych dla naszego zdrowia [37] Oddziaływanie związków chloroorganicznych na organizm ludzki Zanieczyszczenie środowiska szkodliwymi związkami chemicznymi powoduje w coraz większym stopniu pogarszanie się stanu zdrowia ludzi i zwierząt. Niepohamowane dążenie do zaspokojenia potrzeb wzrastającej populacji ludzi, bez utrzymywania równowagi ekologicznej środowiska, grozi stałym pogarszaniem się zdrowia ludzi oraz wyniszczeniem wielu gatunków zwierząt, wrażliwszych od człowieka na zanieczyszczenia środowiska. Działanie niektórych ksenobiotyków na system rozrodczy ludzi i zwierząt przyczynia się do stałego obniżania się zdolności prokreacyjnych. W latach 90. rozpoczęto intensywne badania naukowe nad poszukiwaniem przyczyn obniżania się żywotności plemników ludzkich. Udowodniono, że występujące w środowisku związki z grupy PCBs oraz dioksyny mają na to bezpośredni wpływ [38]. Narażenie na związki chloroorganiczne jest wynikiem, przede wszystkim, pobierania tych ksenobiotyków z pożywieniem, zwłaszcza z tłuszczami, mięsem, mlekiem i jego przetworami. Największym zagrożeniem jest przedostawanie się związków organicznych chloru, zawartych w mleku matki, do organizmu dziecka [39]. Ponadto, omawiane ksenobiotyki kumulują się w organizmach zwierząt i ludzi stanowiących kolejne ogniwa łańcucha troficznego, wywołując szereg niekorzystnych skutków zdrowotnych (Tabela 4). Określenie wpływu substancji chloroorganicznych na organizmy żywe jest zagadnieniem bardzo złożonym, zależy bowiem od wielu czynników, jak: wiek, rodzaj i indywidualna odporność organizmu, warunki środowiskowe, stężenie, rodzaj i czas oddziaływania tych ksenobiotyków. 25

26 Część teoretyczna W literaturze toksyczne oddziaływanie związków chloroorganicznych na zdrowie człowieka jest szeroko dyskutowane od wielu lat. Obecnie uznaje się, że polega ono, przede wszystkim, na zaburzeniu równowagi układu hormonalnego u ludzi i zwierząt, głównie hormonów płciowych - męskich i żeńskich oraz hormonów tarczycy, prowadzącego do powstania różnorodnych zaburzeń funkcjonowania organizmu. Pozwala to na zaliczenie tych związków do grupy tzw. Endocrine Disrupting Compounds - EDCs, tj. związków wywołujących zakłócenia równowagi hormonalnej w organizmach żywych poprzez wpływ na syntezę, wydzielanie, transport, wiązanie, działanie i eliminację naturalnych hormonów, które są odpowiedzialne za utrzymanie homeostazy, zachowanie organizmu i jego reprodukcję [40]. Wśród niekorzystnych skutków zdrowotnych, łączonych z przewlekłym, środowiskowym narażeniem na związki chloroorganiczne wymienia się m.in. zwiększenie ryzyka występowania niektórych nowotworów, np. piersi, zaburzenia rozwoju psychomotorycznego u dzieci, zaburzenia funkcji rozrodczych czy zaburzenie aktywności układu odpornościowego [38, 41-45]. Warto pamiętać, że działanie tych związków wywołuje skutki natychmiastowe w postaci zatruć ostrych i skutki odległe, które mogą się ujawniać po wielu latach, a nawet w następnych pokoleniach. Ponadto, związki chloroorganiczne mają zdolność do indukcji niektórych form molekularnych cytochromu P-450, przez co mogą modyfikować przemiany metaboliczne innych substancji obcych w organizmie. Związki organiczne chloru łatwo przenikają przez barierę krew - łożysko, co powoduje, że ludzie są narażeni na ich działanie praktycznie od chwili poczęcia. Narażenie to jest kontynuowane bezpośrednio po urodzeniu, ponieważ stosunkowo wysokie stężenia tych substancji są stwierdzane w mleku kobiet karmiących [39]. W Tabeli 4 zebrane są podstawowe informacje o mechanizmach toksycznego działania oraz skutkach zdrowotnych narażenia na związki chloroorganiczne [38-46]. Specjaliści z Międzynarodowej Agencji Badań nad Rakiem (IARC) zaliczyli niektóre pestycydy chloroorganiczne, w tym HCB, HCH, DDT oraz mireks, do grupy 2B, tj. do związków, dla których istnieją dowody rakotwórczego działania u zwierząt laboratoryjnych przy braku wystarczających dowodów rakotwórczości u ludzi. Natomiast związki z grupy polichlorowanych bifenyli eksperci z IARC zaliczyli do grupy 2A, tj. związków o prawdopodobnym działaniu rakotwórczym dla człowieka. Zasady klasyfikacji poszczególnych związków do odpowiednich grup, oraz pełną listę rakotwórczych, bądź potencjalnie rakotwórczych substancji można znaleźć na stronie domowej IARC [47]. 26

27 Część teoretyczna Tabela 4. Mechanizmy toksycznego działania oraz skutki zdrowotne narażenia na związki chloroorganiczne Mechanizmy toksycznego działania Skutki zdrowotne konkurencyjne łączenie się z odpowiednimi receptorami (aktywacja lub inhibicja); hamowanie syntezy endogennych hormonów; inhibicja łączenia endogennych hormonów ze specyficznymi białkami transportującymi hormon z miejsca syntezy do punktu docelowego; modyfikacja metabolizmu endogennych hormonów; modyfikacja poziomu i powinowactwa różnych receptorów w komórkach; nieodwracalne, kowalencyjne wiązanie się ze strukturami, np. DNA czy białek; obniżenie aktywności układu odpornościowego prowadzące do zwiększonej podatności, zwłaszcza dzieci, na różne infekcje; zaburzenia rozwoju psychomotorycznego u dzieci; zaburzenia funkcji hormonów wydzielanych przez tarczycę; wzrost liczby przypadków nowotworów (m.in. sutka u kobiet, jąder, prostaty); postępujące w czasie zmniejszanie się ilości i obniżanie jakości plemników; działanie neurotoksyczne; choroby skóry (trądzik chlorowy, łac. chloracne); choroba wieńcowa, arterioskleroza, nadciśnienie i cukrzyca. W ostatnich latach zaobserwować można zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska i żywności związkami chloroorganicznymi, co jest wynikiem ograniczenia bądź też zakazu produkcji i stosowania większości związków z tej grupy. W związku z powyższym, w literaturze pojawiają się raporty, z których wynika, że mniej związków z grupy TZO jest również w organizmie człowieka [48-51]. 3. Zalecenia, przepisy i akty prawne dotyczące związków chloroorganicznych w środowisku Wzrost zagrożeń dla środowiska, jak również dla zdrowia, a nawet życia ludzi i zwierząt, stał się przyczyną międzynarodowych porozumień w sprawie poważnego ograniczenia lub zakazu stosowania substancji o charakterze trwałych zanieczyszczeń organicznych. Znaczny wpływ na stan światowych regulacji dotyczących omawianych ksenobiotyków w środowisku wywarła Unia Europejska. Początek aktywnych działań Wspólnot Europejskich w sferze oddziaływania substancji niebezpiecznych na środowisko dała Dyrektywa komisji 67/548/EWG z 27 czerwca 1967 roku w sprawie zbliżenia ustaw i innych aktów normatywnych oraz decyzji administracyjnych dotyczących klasyfikacji, pakowania i oznakowania substancji niebezpiecznych [52]. Następstwem tej dyrektywy było do dnia dzisiejszego kilkadziesiąt dyrektyw i innych aktów prawnych. 27

28 Część teoretyczna Wśród wielu międzynarodowych dokumentów regulujących zagadnienia związane z substancjami o szczególnych właściwościach, wyjątkowe miejsce zajmuje Konwencja Sztokholmska [53] w sprawie trwałych zanieczyszczeń organicznych, która została uchwalona 22 maja 2001 roku i weszła w życie 17 maja 2004 roku. Natomiast Polska ratyfikowała ją w 2008 roku. Obowiązek przestrzegania postanowień tej Konwencji wprowadzono na obszarze Wspólnoty Europejskiej rozporządzeniem (WE) Nr 850/2004 [54]. Głównym celem Konwencji Sztokholmskiej jest ochrona zdrowia ludzkiego oraz środowiska przed trwałymi zanieczyszczeniami organicznymi, poprzez wprowadzenie ograniczeń w produkcji i stosowaniu, eksporcie i imporcie tych substancji, a także przez wprowadzenie zasad gospodarki odpadami je zawierającymi. Początkowo postanowieniami Konwencji objęto 12 substancji, tzw. parszywą dwunastkę, uznanych za największe zagrożenie dla środowiska: aldrynę, chlordan, dieldrynę, endrynę, DDT, heptachlor, heksachlorobenzen, mireks, toksafen; polichlorowane bifenyle; dioksyny, furany. W dniach 4-8 maja 2009 w Genewie odbyła się 4 Konferencja Stron Konwencji Sztokholmskiej, na której najważniejszym punktem była dyskusja nad objęciem postanowieniami Konwencji nowych substancji, których rozpatrzenie zalecił Komitet ds. Przeglądu TZO (POPRC). Ostatecznie uzgodniono, że wszystkie zgłoszone przez Komitet substancje stanowią TZO i należy je włączyć do Konwencji [55]. Substancje przyjęte do Konwencji na 4 Konferencji Stron to heksabromobifenyl, eter tetra-, penta-, heksa- oraz heptabromodifenylowy, α-, β-, oraz γ-heksachlorocykloheksan, chlordekon, pentachlorobenzen, kwas perfluorooktano-sulfonowy i jego sole oraz fluorek sulfonylu perfluorooktanu. W chwili obecnej eksperci POPRC rozpatrują 3 substancje zgłoszone do objęcia postanowieniami Konwencji Sztokholmskiej - endosulfan, heksabromocyklododekan oraz krótkołańcuchowe parafiny chlorowane [53, 56]. Na 4 Konferencji Stron Konwencji Sztokholmskiej przyjęto projekt porozumienia w sprawie współpracy i koordynacji działań w zakresie wdrażania trzech konwencji: Sztokholmskiej, Rotterdamskiej [57] i Bazylejskiej [58]. Celem Konwencji Rotterdamskiej, czyli Konwencji w sprawie procedur zgody po uprzedniej informacji w handlu międzynarodowym niebezpiecznymi substancjami chemicznymi i pestycydami jest kontrola oraz zapobieganie nielegalnemu handlowi niebezpiecznymi substancjami chemicznymi. 28

29 Część teoretyczna Konwencja ta weszła w życie 24 lutego 2004 r., a Polska do niej przystąpiła 14 września 2005 r. Natomiast Konwencja Bazylejska dotyczy kontroli transgranicznego przemieszczania i usuwania odpadów niebezpiecznych. Jest ona wynikiem międzynarodowych działań zmierzających do ograniczenia praktyk lokowania przez firmy z państw wysoko rozwiniętych najbardziej szkodliwych odpadów w państwach, w których wymogi ochrony środowiska nie są tak rygorystyczne, lub które przyjmowały takie odpady ze względów ekonomicznych. W Polsce obowiązują przepisy prawa polskiego oraz rozporządzenia i decyzje Parlamentu Europejskiego i Rady oraz Komisji Europejskiej. W ustawie - Prawo ochrony środowiska [59] określono szczególne wymagania dotyczące postępowania z analitami z grupy PCB, zgodne z wymaganiami Konwencji Sztokholmskiej [53]. Na podstawie przytoczonej ustawy wydano rozporządzenia, które określają dopuszczalne stężenia i wielkości uwolnień TZO do środowiska [60-62]. Standardy dla poszczególnych elementów środowiska odnoszące się do TZO określono w następujących rozporządzeniach: Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 3 marca 2008 r. w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu (Dz. U Nr 47, poz. 281); Rozporządzenie (WE) Nr 166/2006 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 18 stycznia 2006 r. w sprawie ustanowienia Europejskiego Rejestru Uwalniania i Transferu Zanieczyszczeń i zmieniające dyrektywę Rady 91/689/EWG i 96/61/WE (Dz. Urz. WE L 33 z ); Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 28 stycznia 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz. U Nr 27, poz. 169); Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi (Dz. U Nr 165, poz. 1359); Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 15 grudnia 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego, których wprowadzanie w ściekach przemysłowych do urządzeń kanalizacyjnych wymaga uzyskania pozwolenia wodnoprawnego (Dz. U Nr 229, poz. 1538); Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 grudnia 2005 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji (Dz. U Nr 260, poz. 2181, z późn. zm.). 29