ComPass – Metrološko sledljivi pasivni vzorčevalniki

Ozadje

Natančno in točno spremljanje onesnaženosti morja

Morski ekosistemi se soočajo z vse večjimi grožnjami tako s strani dobro poznanih onesnaževal kot snovi z nastajajočim tveganjem (CEC) — farmacevtskih učinkovin, pesticidov, industrijskih kemikalij, slednih kovin in organokvinskih spojin, kot sta živo srebro (Hg) in organokositrne spojine (OTC). Že pri slednih koncentracijah (sub-ng/L do ng/L) se te snovi bioakumulirajo v morskih organizmih in ogrožajo vodno biodiverziteto ter zdravje ljudi. Obstoječa onesnaževala, kot so obstojni organski polutanti (POP), kljub regulativnim ukrepom še vedno predstavljajo tveganje, nove sintetizirane kemikalije in okoljski transformacijski produkti pa prinašajo dodatne, slabo razumljene nevarnosti.

Klasično ciljno monitoriranje ponuja le delno sliko onesnaženosti, mnoga CEC pa nimajo zadostnega toksikološkega profila. Neciljni presejalni pristopi (NTS) in presejanje s sumljivi spojinami (SS) nudijo celovitejšo sliko, a njuna integracija v okvire morskega monitoringa ostaja nerazvita. Kompleksnost morskih matric, ki se razlikuje po slanosti, pH-vrednosti in drugih parametrih, dodatno otežuje analitično natančnost.

Pasivni vzorčevalniki — DGT, POCIS, SPMD in Chemcatcher® — so močna alternativa klasičnemu vzorčenju: in situ namestitev, predkoncentracija analitov in časovno povprečene (TWA) koncentracije. Njihova natančnost pa je omejena s slabo opredeljenimi negotovostmi pri hitrostih vzorčenja (R_s), difuzijskih koeficientih (D_eff) in elucijskih učinkovitostih — vse to se spreminja s temperaturo, slanostjo in pH. Projekt ComPass odpravlja te pomanjkljivosti z rigorozno metrološko kalibracijo, novimi materiali na osnovi GCN, integracijo NTS/SS in terensko validacijo v Tržaškem zalivu.

Cilji

Specifični cilji

Razviti robustne, standardizirane kalibracijske protokole za pasivne vzorčevalnike za CEC in sledne kovine ter ovrednotiti merilne negotovosti.

Določiti parametri difuzije za posamezne vrste živega srebra (Hg) in organokositrnih spojin (organo-Sn) ter razviti ustrezne kalibracijske postopke za morsko vodo.

Validirati pasivne vzorčevalnike in analitične delovne tokove NTS/SS v laboratorijskem in terenskem okolju v različnih morskih okoljih.

Razviti okvir za razvrščanje onesnaževal po prednostnem redu in razširiti nabor zaznanih snovi z uporabo novih mešanih smol v pasivnih vzorčevalnikih.

Karakterizirati onesnaževala v Tržaškem zalivu — preučiti porazdelitev Hg, organo-Sn, nastajajočih in neznanih spojin v morskem okolju.

Prispevati k globalnim bazam podatkov in vzpostaviti smernice za prihodnje ocene tveganja morske onesnaženosti.

Struktura

Delovni svežnji

DS1

Metrologija in standardizacija

DS1 tvori metrološko hrbtenico projekta in razvija harmonizirane kalibracijske protokole za pasivne vzorčevalnike za CEC in sledne kovine. Standardizirani postopki bodo zajemali določitev D_eff, R_s, elucijskih učinkovitosti (f_e) in debeline difuzijskega mejnega sloja (δ) pri nadzorovanih pogojih temperature, pH, slanosti in pretoka na Morski biološki postaji Piran. Za izbrane vrste Hg (Hg⁰, DMHg, MeHgCl, [HgCl₄]²⁻) in organokositrne spojine (MBT, DBT, TBT) bodo razviti vrstno specifični kalibracijski postopki. Vsi parametri z negotovostmi bodo zbrani v odprtodostopni bazi podatkov s praktičnimi smernicami za poročanje.

DS2

Razvoj analitičnih metod

DS2 integrira pasivno vzorčenje z masno spektrometrijo visoke ločljivosti za celovito profiliranje onesnaževal. Optimizirani bodo pogoji ekstrakcije za posamezne smole, delovni tok NTS/SS pa bo vzpostavljen na sistemu UHPLC–Orbitrap Exploris 240, s platformo Galaxy za procesiranje podatkov v skladu z iniciativami mreže NORMAN. Razvita bo metoda LC-MS/MS za neposredno kvantitativno določanje CEC v morski vodi. Za anorganske analite bodo optimizirani GC-ICP-MS (organokositer), CV-AFS (Hg) in ICP-QQQ-MS (sledne kovine) z vzpostavljenimi proračuni negotovosti za vsak korak.

DS3

Nove in mešane smole

DS3 sintetizira in ovrednoti grafitni ogljikov nitrid (GCN) v obliki nanoploščic kot inovativno vezavno fazo za DGT. GCN je nestrupeno, brez kovin, poceni in pridobljeno z zelenejšo suho termično potjo — kalcinacija pri 550°C, kroglično mletje in termična oksidacija. Karakterizacija bo vključevala SEM, AFM, TEM, XPS in Ramansko spektroskopijo ter oceno življenjskega cikla (LCA). Preizkušene bodo tudi klasične in mešane kombinacije smol za širok nabor NTS/SS tarč in kovin, najboljše pa bodo izbrane za terensko namestitev v DS4.

DS4

Aktivne in pasivne vzorčevalne kampanje

DS4 izvaja dve fazi in situ namestitve v Tržaškem zalivu pri boji Vida. V 1. fazi klasični pasivni vzorčevalniki (DGT, POCIS, Chemcatcher®) omogočijo NTS/SS presejanje z anotiranim seznamom spojin po Schymanskem sistemu. V 2. fazi so uvedene nove in mešane smole iz DS3 za neposredno primerjavo. Okvir razvrščanja po prednostnem redu rangira CEC glede na zastopanost, strupenost, obstojnost in bioakumulacijski potencial. Aktivno vzorčenje morske vode z raziskovalnim plovilom zagotavlja referenčne koncentracije za metrološko validacijo TWA.

DS5

Diseminacija, komunikacija in ozaveščanje

DS5 zagotavlja objavo rezultatov v odprtodostopnih revijah z visokim vplivnim faktorjem (ES&T, Marine Pollution Bulletin, Marine Chemistry) in prispevke na konferencah ICMGP, EGU, Goldschmidt in SETAC. Projekt vzpostavlja stike z mrežo NORMAN, EURAMET, ICES in ARSO za povezavo rezultatov z regulativnimi okviri. Pilotna študija v Kaštelanskem zalivu bo validirala metodologije v geografsko ločenem okolju. Javna komunikacija zajema pobude za participativno znanost, GIS-vizualizacijo onesnaževal, dneve odprtih vrat in objave na družbenih omrežjih.

Terenska lokacija

Primer: Tržaški zaliv

Tržaški zaliv je eno izmed območij z največjo obremenjenostjo z živim srebrom v Sredozemlju. Bistvene vnose Hg zagotavlja reka Soča, katere porečje vključuje drugi največji rudnik živega srebra na svetu (Idrija, Slovenija). Edinstvene geomorfološke in hidrološke lastnosti zaliva prispevajo k kopičenju raznovrstnih onesnaževal, vključno s kovinami, organokositrnimi spojinami, organskimi onesnaževali in mikroplastiko — kar ga uvršča med idealne terenske lokacije za testiranje pasivnih vzorčevalnikov.

Živo srebro v zalivu nastopa v različnih raztopljenih oblikah — ionska Hg²⁺ in njene klorove komplekse, elementarno Hg⁰, dimetil živo srebro (DMHg), monometil živosrebrni klorid (MMHgCl) in komplekse z raztopljeno organsko snovjo (Hg-DOM). Ker kalibracija tipično zajema le Hg²⁺, vrstno odvisne razlike v difuzijskih koeficientih vnašajo velike, do sedaj neovrednotene negotovosti v izračune TWA — vrzel, ki jo projekt ComPass neposredno naslavlja.

Terenske namestitve bodo potekale pri oceanografski boji Vida NIB (~2,5 km SZ od Pirana) in na Morski biološki postaji Piran, kjer zvezno črpana naravna morska voda ter sprotno merjenje temperature in slanosti zagotavljata rigorozno normalizacijo TWA.

Primarno onesnaževalo; več raztopljenih vrst

OTC

Organokositrne spojine; speciacija z DGT

CEC

Nastajajoča organska onesnaževala; identifikacija z NTS/SS

TWA

Časovno povprečene koncentracije; namestitve 1–14 dni

NTS/SS

Neciljni in sumljivi presejalni pristopi za celovito kemijsko profiliranje

DGT

Difuzijski gradienti v tankih filmih — osrednja tehnologija pasivnega vzorčenja

Ekipa

Raziskovalna ekipa

Doc. dr. Igor Živković

Vodja projekta · Morska biogeokemija, metrologijia, merilna negotovost

IJS

Prof. dr. Milena Horvat

Analitična kemija Hg, biogeokemijsko kroženje, okolje in zdravje, prenos v politiko

IJS

Doc. dr. Jože Kotnik

Analiza živega srebra, terenske meritve, modeliranje sladkih voda, atmosferski Hg

IJS

Dr. Raghuraj Singh Chouhan

Razvoj, produkcija in karakterizacija GCN, nano-senzorji

IJS

Doc. dr. Tina Kosjek

Organska analiza farmacevtikov, CEC, NTS/SS presejanje

IJS

Doc. dr. Tea Zuliani

Metrologinja, analiza slednih elementov, speciacija organokositra v vodi in biotah

IJS

Dr. Ermira Begu

Biogeokemija in speciacija Hg v vodi, sedimentih, zraku in biotah

IJS

Dr. Jan Gačnik

Biogeokemija in speciacija Hg v vodi, sedimentih, zraku in biotah

IJS

Dr. Darja Mazej

Določanje slednih kovin v različnih matrikah z ICP-MS

IJS

Dr. Marta Jagodic Hudobivnik

Določanje slednih kovin v različnih matrikah z ICP-MS

IJS

Dr. Arne Bratkič

Biogeokemija slednih kovin in Hg, morske aplikacije DGT, znanstveni potapljač

NIB

Dr. Janja France

Višja znanstvena sodelavka, državni monitoring kakovosti obalnega morja

NIB

Tihomir Makovec

Strokovni potapljač, vodja potapljaške enote MBP-NIB, razvoj podvodnih senzorjev

NIB

Tristan Bartole

Kapitan raziskovalnega plovila

NIB

Doktorski študenti in raziskovalci, ki prav tako sodelujejo pri projektu:

Helena Plešnik · Doktorska študentka, organska analiza CEC · IJS Žan Rekar · Doktorski študent, organska analiza CEC · IJS Tjaša Žerdoner · Speciacija in monitoring organokositra · IJS

Oglejte si bibliografijo vodje projekta: COBISS Bibliografija · Igor Živković ↗

Oglejte si celoten zapis projekta v slovenskem sistemu SICRIS: SICRIS · Projekt 24353 ↗

Natančno in točno spremljanje onesnaženosti morja

Specifični cilji

Delovni svežnji

Primer: Tržaški zaliv

Raziskovalna ekipa

Kontakt