Metodyka oznaczania śladów materiałów wybuchowych oraz ich pochodnych w złożonych matrycach na przykładzie wykorzystania biowskaźnika akumulacji

• Autorzy: Baran Piotr A. , Mazur Izabela , Kasprzak Piotr , Modzelewski Damian , Tszydel Mariusz , Błońska Dagmara

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.7232

Warianty tytułu

EN

Methodology for identification of traces of explosive materials and their derivatives in complex matrixes illustrated by accumulation biomarkers

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W XXI wieku, różne wydarzenia polityczne i społeczne powodują pojawianie się nowych zagrożeń związanych z produkcją, przechowywaniem i użyciem środków bojowych zawierających kruszące materiały wybuchowe. Zanieczyszczenia stanowią wyzwanie dla specjalistycznych laboratoriów, które zajmują się ich wykrywaniem i identyfikowaniem źródła pochodzenia. Niestety, tego typu zanieczyszczenia mają poważny wpływ na ludzkie zdrowie powodując m.in. poważne uszkodzenia układów i narządów człowieka, a także długotrwałe skutki zdrowotne, takie jak choroby nowotworowe i inne poważne zaburzenia zdrowia. Dlatego ważne jest, aby zwrócić uwagę na te zagrożenia i zrobić wszystko, co w naszej mocy, aby zapobiegać ich pojawianiu się i zminimalizować ich szkodliwe skutki. W badaniach ekosystemów częstym problemem jest niskie stężenie badanej substancji, które jest poniżej limitu detekcji urządzenia. W takich przypadkach biowskaźniki kumulacji okazują się być bardzo pomocne. Biomarkery są doskonałym narzędziem do wykrywania zanieczyszczeń w wodzie płynącej i w glebie Dzięki nim można stwierdzić obecność określonych czynników chemicznych, a jednocześnie są one czułym wskaźnikiem reakcji ekosystemu na skażenie. W oparciu o chromatografię cieczową została opracowana uniwersalna metoda, która umożliwia analizę trotylu i jego pochodnych w wytypowanym przez nas biowskaźniku akumulacji - larwach chruścików z gatunku Hydropsyche angu-stipennis, Curtis 1834 oraz próbkach gleby, czy innych złożonych matrycach. Metoda chromatograficzna pozwala na ilościowe i jakościowe oznaczenie różnych pochodnych trotylu, takich jak 2,6-diamino-4-nitrotoluen, 2,4-dia-mino-6-nitroto-luen, 1,3,5-trinitrobenzen, trójnitrotoluen, 2-amino-4,6-dinitrotoluen, 4-amino-2,6-dinitrotoluen i tetrylu w złożonej matrycy biologicznej. Dodatkowo prze-prowadzono badanie efektu kumulacji trotylu w tkance larw chruścików poddanych ekspozycji w rozworach testowych zwierających trotyl przez 1 do 24 godzin. Zauważono efekt wysycenia oraz zmierzono stężenie pochodnych trotylu. Zaobserwowane efekty potwierdziły użyteczność wytypowanej larwy jako biowskaźnika akumulacji zanieczyszczeń trotylu w ekosystemie.

EN

Different political and social events of the 21th century have been bringing about the appearance of new threats connected with production, storing and using of combat assets containing the high explosive materials. The contaminations are challenging for specialised laboratories dealing with their detection and identification of sources of origin. Unfortunately, such contaminations have a serious influence into the human health causing for instance significant injuries of human systems and organs, and long term problems with the health such as cancer diseases and other serious health disturbances. Therefore, it is important to focus attention on these threats, and to do everything possible to prevent their appearance and minimise the harmful effects. A low concentration of tested agent, below the instrument detection threshold, is a frequent problem at investigations of ecosystems. In such cases biomarkers of cumulation prove to be very helpful. Biomarkers can be a perfect tool for detection of contaminations in the flowing water and in the ground. They can be used to establish the presence of specific chemical agents and at the same time they are a sensitive indicator of eco-system’s reaction to the contamination. A universal method was developed basing on the liquid chromatography for analysis of trotyl and its derivatives present in larvae of caddisflies from species of Hydropsyche angustipennis, Curtis 1834, and in the samples of soil, or in other complex matrixes. The chromatographic method can label quantitively and qualitatively different derivatives of trotyl, such as 2,6-diamino-4-nitrotoluene, 2,4-dia-mino-6-nitrotoluene, 1,3,5-trinitrobenzen, trinitrotoluene, 2-amino-4,6-dinitrotoluen, 4-amino-2,6-dinitrotoluen, and tetryl in a complex biologic matrix. Additionally, an effect was investigated of trotyl cumulation within 1 to 24 hours in the tissue of cad-disfly larvae subjected to exposition of tested solutions contained trotyl. An effect of saturation was noticed and the concentration of trotyl derivatives was measured. Observed effects con-firmed the usefulness of chosen larvae as a bio-indicator of trotyl contamination accumulation in ecosystem.

Słowa kluczowe

PL

trotyl; zanieczyszczenie; biowskaźnik; akumulacja; ślady; chromatografia; HPLC

EN

trotyl; contamination; biomarker; accumulation; traces; chromatography; HPLC

• Wydawca: Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia
• Czasopismo: Problemy Techniki Uzbrojenia
• Rocznik: 2023
• Tom: R, 52, z. 164
• Strony: 43--65
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Baran Piotr A.

• Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia, ul. Prymasa Stefana Wyszyńskiego 7, 05-220 Zielonka

• https://orcid.org/0000-0002-4309-1278+

autor

Mazur Izabela

• Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia, ul. Prymasa Stefana Wyszyńskiego 7, 05-220 Zielonka

autor

Kasprzak Piotr

• Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia, ul. Prymasa Stefana Wyszyńskiego 7, 05-220 Zielonka

autor

Modzelewski Damian

• Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia, ul. Prymasa Stefana Wyszyńskiego 7, 05-220 Zielonka

autor

Tszydel Mariusz

• Katedra Ekologii i Zoologii Kręgowców, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Łódzki, ul. Banacha 12/16, 90-237 Łódź

autor

Błońska Dagmara

• Katedra Ekologii i Zoologii Kręgowców, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Łódzki, ul. Banacha 12/16, 90-237 Łódź

Bibliografia

• [1] Thomas A. Lewis , David A. Newcombe , Ronald L. Crawford. 2004. “Bioremediation of soils contaminated with explosives”. Journal of Environmental Management, 70, 291-307.
• [2] Talmage S.S.; D.M. Opresko, C.J. Maxwell, C.J.E. Welsh,, M. Cretella, P.H. Reno, F.B. Daniel. 1999. “Nitroaromatic Munition Compounds: Environmental Effects and Screening Values”. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology, 161, 1-156.
• [3] Harkonen, H., M. Karki,; A. Lahti, H. Savolainen. 1983. “Early equatorial cataracts in workers exposed to trinitrotoluene”. American Journal of Ophthalmology, 95, 807-810.
• [4] Hathaway, J.A. 1977. “Trinitrotoluene: A review of reported dose-related effects providing documentation for a workplace standard”. Journal of Occupational and Environmental Medicine., 19, 341-345.
• [5] Sabbioni, G., Y.Y. Liu, H.Yan, O. Sepai. 2005. “Hemoglobin adducts, urinary metabolites and health effects in 2,4,6-trinitrotoluene exposed workers”. Carcinogenesis, 26, 1272-1279.
• [6] Kim Hee Joung, Seoyoung Ki, Ahmed A. Raslan, Ok Kyu Park. 2016. “3D Visualization of Developmental Toxicity of 2,4,6-Trinitrotoluene in Zebrafish Embryogenesis Using Light-Sheet Microscopy”, International Journal of Molecular Sciences, 17, 1925.
• [7] Wysocka A., Olszyna A., Komorowska I., Popowska M. 2017. „Nitrozwiązki aromatyczne – charakterystyka i metody biodegradacji”. Postępy Mikrobiologii, 56, 3, 289–305.
• [8] Bolt H.M., Degen G.H., Dorn S.B., Plöttner S., Harth V., 2006. “Genotoxicity and potential carcinogenicity of 2,4,6-trinitrotoluene: Structural and toxicological considerations”. Reviews on Environmental Health, 21, 4, 217-228.
• [9] Koske D.;. Goldenstein N.I, Kammann U. 2019. “Nitroaromatic compounds damage the DNA of zebrafish embryos (Danio rerio)”. Aquatic Toxicology, 217, 105345.
• [10] Bernstein A., Zeev R. 2011. Rozdział: “Biodegradation of the Explosives TNT, RDX and HMX”. Microbial Degradation of Xenobiotics, 135-176 Berlin: Springer Berlin-Heidelberg
• [11] Belden Jason B., Ownby David R., Guilherme R., Lotufo, Lydy, Michael J. 2005. “Accumulation of trinitrotoluene (TNT) in aquatic organisms: Part 2-Bioconcentration in aquatic invertebrates and potential for trophic transfer to channel catfish (Ictalurus punctatus)”. Chemo-sphere, 58, 1161–1168.
• [12] Saka, M. 2004. Developmental toxicity of p,p’-dichlorodiphenyltrichloroethane, 2,4,6-trini-trotoluene, their metabolites, and benzo[a]pyrene in Xenopus laevis embryos. Environmental Toxicology and Chemistry, 23, 1065–1073.
• [13] Green, A., Moore D., Farrar, J.D. 1999. „Chronic toxicity of 2,4,6-trinitrotoluene to a marine polychaete and an estuarine amphipod”. Environmental Toxicology and Chemistry, 18, 1783–1790.
• [14] Steevens, J.A., Duke, B.M, Lotufo, G.R., Bridges, T.S. 2002. „Toxicity of the explosives 2,4,6-trinitrotoluene, hexahydro-1,3,5-triazine, and octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetra-zocine in sediments to Chironomus tentans and Hyalella azteca: Low-dose hormesis and high-dose mortality”. Environmental Toxicology and Chemistry. 21, 1475–1482.
• [15] Conder, J.M., La Point, T.W., Steevens, J.A., G.R. Lotufo. 2004. “Recommendations for the assessment of TNT toxicity in sediments”. Environmental Toxicology and Chemistry, 23, 141–149 i ryb.
• [16] Hovatter, P.S.,. Talmage, S.S, Opresko, D.M., Ross, R.H. 1997. “Ecotoxicity of nitroaromatics to aquatic and terrestrial species at army superfund sites”. Dwyer, W., Doane, F.J. T.R,. Hinman M.L., (Eds.), Environmental Toxicology and Risk Assessment: Modeling and Risk Assessment, 6, ASTM STP 1317. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, USA, 117–129.
• [17] Tszydel, M., Błońska, D., Jóźwiak, P., Jóźwiak, M. 2021. “SEM-EDX analysis of heavy metals in anal papillae of Hydropsyche angustipennis larvae (Trichoptera, Insecta) as a support for water quality assessment”. The European Zoological Journal, 88(1), 718–730.
• [18] Rochfort, Q.,. Grapentine, L.,. Marsalek, J., Brownlee, B., Reynoldson, T., Thompson, S., Milani, D., Logan, C. 2000. “Using benthic assessment techniques to determine combined sewer overflow and stormwater impacts in the aquatic ecosystem”. Water Quality Research Journal 35(3), 365–398.
• [19] Wright, JF. 2000. An introduction to RIVPACS. W Assessing the biological quality of fresh waters: RIVPACS and other techniques, 1–24. Cumbria: Freshwater Biological Association.
• [20] Mary Celin, Sharma, S., Bhanot, B., Kalsi, P., Sahai, A., S, and Tanwar, RK. ,,Trends in environmental monitoring of high explosives present in soil/sediment/groundwater using LC-MS/MS.’’, Mass Spectrometry Reviews, (2022);e21778. DOI: 10.1002/mas.21778.
• [21] Sina, Y., Rabbany, William J Lane, William A Marganski, Anne W Kusterbeck, Frances S Ligler, ,,Trace detection of explosives using a membrane-based displacement immunoassay’’, Journal of Immunological Methods, Volume 246, Issues 1-2, 2000, Pages 69-77, ISSN 0022-1759, DOI: 10.1016/S0022-1759(00)00301-X.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).