Filtracja Substancji Wzorcowych: Definicja i Zastosowanie
- Szczegóły
Toksykologia obejmuje badania i ocenę niekorzystnego lub szkodliwego działania substancji chemicznych i innych czynników na organizmy, a także analizę prawdopodobieństwa ich wystąpienia w różnych warunkach ekspozycji. Działalność antropogeniczna człowieka, w wyniku której występuje emisja zanieczyszczeń do wód, powietrza atmosferycznego oraz gleby wywołuje negatywne skutki dla organizmów bytujących w środowisku. Skutki te stanowią przedmiot badań toksykologii środowiska, w tym także ekotoksykologii.
W obszarze badań toksykologii środowiska jest badanie kompleksowego oddziaływania substancji toksycznych na elementy biosfery, poprzez kontrolowanie ich przemieszczania w ekosystemach i pomiędzy nimi. Zajmuje się badaniem obiegu naturalnych i antropogenicznych zanieczyszczeń i ich wpływu na strukturę i funkcję ekosystemów. Na podstawie tych badań można określić źródła zanieczyszczeń, dopuszczalne stężenia oraz sposoby zapobiegania emisji tych związków.
Ekotoksykologia jest gałęzią toksykologii zajmującą się szkodliwym wpływem substancji chemicznych występujących w środowisku na organizmy inne niż człowiek. Jest to nauka o efektach działania substancji toksycznych nie tylko na pojedyncze elementy ekosystemów lecz kompleksowo na cały ekosystem. Substancjami toksycznymi mogą być zarówno substancje naturalne pochodzenia roślinnego (np. mykotoksyny) jak i ksenobiotyki wprowadzane przez człowieka do środowiska, a wśród nich np. pestycydy, dioksyny czy zanieczyszczenia pochodzenia przemysłowego.
Niektóre substancje wywierają niekorzystny wpływ na środowisko wtedy, gdy ich ilość przekracza poziom tła, choć same w sobie często nie są substancjami toksycznymi. Przykładem mogą być tu fosforany, które występują naturalnie w wodzie, jednak nadmierna ich ilość powoduje eutrofizację zbiorników wodnych. Innym przykładem mogą być tzw. trwałe zanieczyszczenia środowiska. Do grupy tej należą m.in. pestycydy, polichlorowane bifenyle i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne.
W środowisku bowiem oprócz migracji zanieczyszczeń zachodzą permanentnie różne procesy przemian, wśród których można wymienić adsorpcję czy transformacje substancji chemicznych. W toksykologii używa się terminu „toksyczność”, która definiowana jest jako cecha związków chemicznych, polegająca na bezpośrednim oddziaływaniu na organizm, do których związki te wniknęły.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Toksyczność to działanie niepożądane wynikające z reakcji chemicznych czy fizykochemicznych pomiędzy związkiem chemicznym, który wniknął do organizmu, a układem biologicznym (DNA, enzymy). Wyróżnia się toksyczność ostrą i chroniczną. Zmiany w organizmach testowych, wywołane oddziaływaniem w dłuższym czasie i po wielokrotnym lub stałym narażeniu na związek chemiczny.
Testy toksyczności ostrej umożliwiają uzyskanie informacji dotyczących oddziaływania na organizmy, związków chemicznych czy mieszanin substancji, które mogą występować w wodach powierzchniowych, wodzie przeznaczonej do spożycia oraz w ściekach czy odciekach ze składowisk odpadów. Mogą również służyć do zlokalizowania skażonych terenów oraz do kontroli procesów bioremediacji gruntów. Testy długotrwałej toksyczności czyli testy toksyczności chronicznej służą do oceny niekorzystnego oddziaływania ksenobiotyków na osobniki i populacje w warunkach przedłużonego działania.
Efekt biologiczny spowodowany działaniem danej substancji chemicznej może mieć różnorodny charakter. Niekiedy jest toksyczny, ale czasem wskutek działania różnych czynników adaptacyjnych organizmu, skutek działania i stopień toksyczności może być inny. Z tego względu przy ocenie ryzyka używa się różnych pojęć i wielkości.
Wykorzystywane obecnie techniki laboratoryjne umożliwiają ocenę skażenia, jednak nie dostarczają informacji o skutkach oddziaływania zanieczyszczeń na organizmy. Wynika to często z braku wiedzy o losach wprowadzonej do środowiska substancji oraz o jej przemianach. Dlatego uważa się, że metody biologiczne oceny stanu środowiska są nie tylko doskonałym uzupełnieniem metod chemicznych, ale w licznych przypadkach są jedynymi metodami monitorowania na podstawie której można scharakteryzować aktualny stan środowiska. Należą do metod czułych, stosunkowo niedrogich i szybkich.
W biologicznych metodach kontroli środowiska można wyróżnić bioanalitykę i biomonitoring. Bioindykacja jest to informacja z biosystemów pozwalająca na dokonanie oceny całego obszaru środowiska. Bioindykator z kolei to organizm (lub część organizmu albo zgrupowanie organizmów), zawierający informacje na temat jakości środowiska (lub części środowiska). Biomonitor natomiast to organizm (część organizmu, lub zgrupowanie organizmów), który zawiera informację o ilościowych aspektach dotyczących jakości środowiska. Biomonitor jest zawsze bioindykatorem, ale bioindykator niekoniecznie spełnia wymagania stawiane biomonitorowi.
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Bioindykacja aktywna jest wtedy, gdy umieszcza się w warunkach testowych, wcześniej wyhodowane w laboratorium bioindykatory, a następnie bada poziom ksenobiotyków w tych organizmach. Bioindykacja pasywna natomiast, polega na badaniu organizmów żyjących naturalnie w warunkach testowych. Biomonitoring, jest to pomiar odpowiedzi organizmów, zwanych bioindykatorami lub biowskaźnikami, na zmiany zachodzące w środowisku.
Podczas ekspozycji organizmów na śladowe ilości mikrozanieczyszczeń, efekt toksyczny często nie jest obserwowany, a metody analizy tradycyjnej mogą się nie sprawdzić. Może być to wynikiem biotransformacji niektórych substancji chemicznych, zachodzącej po wniknięciu do organizmu. W takich przypadkach poszukuje się metod pośrednich do identyfikacji narażenia. Miernikiem ekspozycji są reakcje biologiczne np. zmiana aktywności określonych enzymów, kumulacja zanieczyszczeń w płynach ustrojowych, wydzielinach itp. Takie wskaźniki narażenia określa się mianem biomarkerów.
Biomarkery są określane jako odpowiedź biologiczna na zanieczyszczenia środowiska obserwowana na poziomie genetycznym, enzymatycznym, fizjologicznym lub morfologicznym. Parametry te zmieniają się pod wpływem środowiska (ogólnie) oraz pod wpływem zanieczyszczenia (szczegółowo). Istnieje wiele klasyfikacji biomarkerów. Najczęściej dokonuje się podziału na biomarkery narażenia i biomarkery skutków. Zakres biomarkerów jest szeroki i obejmuje biomarkery specyficzne i niespecyficzne. Specyficzne jest wtedy, gdy dana substancja chemiczna oddziałuje na szlaki metaboliczne (np. hamowanie działania enzymu dehydratazy kwasu aminolewulinowego ( ALAD) przez ołów, tworzenie adduktów DNA i hemoglobiny pod wpływem WWA), natomiast niespecyficzne - gdy różne zanieczyszczenia wpływają na dany układ organizmu (np.
W bioanalityce wykorzystuje się substancje aktywne biologicznie, jako receptory określonych zanieczyszczeń. Ze względu na sposób wykorzystania składnika biologicznego wyróżnia się biosensory ( bioczujniki ) oraz biotesty. Biosensory są to narzędzia pomiarowe generujące sygnał w zależności od stężenia danej substancji. Pomiar jest możliwy w wyniku połączenia selektywnego systemu biologicznego (np. enzym, przeciwciało, membrana, organelle, komórka, tkanka) z fizycznym narzędziem analitycznym (np. elektroda potencjometryczna lub amperometryczna, odbiornik optyczny lub optoelektroniczny). Zaletami biosensorów są wysoka czułość i selektywność, mała podatność na zakłócenia, miniaturowe rozmiary oraz stosunkowo niewysokie koszty analizy.
Pomiar z użyciem bioczujnika zwykle nie wymaga pracochłonnego przygotowania próbki, a czujnik biologiczny może być stosowany przez długi okres czasu. Biotesty, z kolei, to rutynowe procedury toksykologiczno-farmakologiczne, przeprowadzane zazwyczaj w laboratoriach, niekiedy w terenie, w warunkach standardowych. W literaturze spotykane są informacje na temat trzech głównych sposobów przeprowadzania badań z wykorzystaniem biotestów.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
- laboratoryjne testy toksyczności, w których toksyczny związek jest sztucznie wprowadzany np. do wzorcowego roztworu wodnego. Ten test może być źródłem informacji na temat toksyczności danej substancji w kontrolowanych warunkach. Wykonywany jest w celu przeprowadzenia wzorcowania biotestu, który następnie zostanie wykorzystany do oszacowania toksyczności próbek rzeczywistych.
- laboratoryjne testy toksyczności prowadzone na bazie pobranych próbek rzeczywistych (woda, gleba, osady).
Wśród biotestów wyróżnia się testy toksyczności ostrej (letalne) i chronicznej (subletalne). Za pomocą testów toksyczności ostrej można określić między innymi zahamowanie wzrostu u glonów, śmiertelność u bezkręgowców i u ryb. Jeśli po upływie 96 godzin nie nastąpi śmierć testowanych organizmów w 50 %, wtedy przeprowadza się testy toksyczności przewlekłej w celu oznaczenia zmian fizjologicznych.
W testach bakteryjnych zastosowanie znalazły m in. bakterie morskie Vibrio Fischeri wykazujące naturalną bioluminescencję. Służą one do oceny stopnia zanieczyszczenia wód, gleby i osadów dennych. Toksyczność związku oceniana jest na podstawie pomiaru bioluminescencji, którego dokonuje się przed i po inkubacji zawiesiny bakteryjnej z badaną próbką. Podstawą bioluminescencji, czyli emisji światła przez żywe organizmy jest reakcja utleniania związku zwanego lucyferyną przez enzym - lucyferazę.
Bakterie luminescencyjne emitują światło, gdy znajdują się w optymalnym dla siebie środowisku. Wtedy 10% energii zużywane jest na świecenie. W obecności związków toksycznych natomiast, w wyniku zaburzenia procesów fizjologicznych, luminescencja zanika. Im wyższy jest stopień toksyczności, tym mniejsza jest ilość światła emitowanego przez bakterie. Obecnie bakterie te wykorzystywane są w teście Microtox. Jest on narzędziem ceny toksyczności substancji chemicznych, stopnia zanieczyszczenia wód, osadów dennych i gleb. Może być także stosowany w tzw. skriningu ścieków i odcieków zawierających znaczne ilości związków organicznych i nieorganicznych .
Ze względu na szybkość działania i dużą czułość, test jest często stosowany w przypadku analiz złożonych próbek środowiskowych.
Przykładowe pytania egzaminacyjne związane z tematyką
Poniżej przedstawiono kilka pytań egzaminacyjnych związanych z tematem filtracji i substancji wzorcowych, które mogą pomóc w lepszym zrozumieniu zagadnienia:
- Jak definiuje się próbkę wzorcową? Próbka wzorcowa, definiowana jako próbka o dokładnie znanym składzie, jest kluczowym elementem w analizie laboratoryjnej. Jej głównym celem jest służyć jako punkt odniesienia do porównania z próbkami analitycznymi. W praktyce, użycie próbki wzorcowej pozwala na kalibrację instrumentów pomiarowych oraz weryfikację metod analitycznych.
- Jaki zestaw należy przygotować do filtracji? Aby przygotować zestaw do filtracji, należy zebrać lejek szklany, statyw metalowy, kółko metalowe, zlewkę. Nieprawidłowe zestawy narzędzi do sączenia mogą prowadzić do wielu problemów w laboratorium, które mogą wpłynąć na jakość wyników eksperymentu.
- Jaką metodę poboru próbek przedstawiono na rysunku? Wybrana odpowiedź, czyli metoda losowa, jest właściwa, ponieważ próbki są rozmieszczone w sposób przypadkowy, co nie wykazuje żadnych regularnych wzorców. W praktycznych zastosowaniach, metoda losowa jest często wykorzystywana w badaniach statystycznych, gdzie istotne jest, aby każda jednostka miała równą szansę na bycie wybraną.
Tabela: Przykładowe wskaźniki stosowane w badaniach toksyczności
| Wskaźnik | Definicja |
|---|---|
| LD50 | Dawka śmiertelna medialna, powodująca śmierć 50% testowanych organizmów. |
| LC (Lethal concentration) | Stężenie śmiertelne we wdychanym powietrzu. |
| DM (dosis minima) | Dawka graniczna, najmniejsza ilość substancji wywołującej pierwsze dostrzegalne skutki biologiczne. |
| EC50 (effect concentration) | Stężenie toksykanta powodujące powstanie jakichkolwiek zmian w organizmach testowych. |
| NOEC(D) (no observed effect concentration (dose)) | Najwyższa dawka, która w określonym czasie trwania badań nie powoduje żadnych dostrzegalnych zmian w organizmach testowych. |
tags: #filtracja #substancji #wzorcowych #definicja
