Development of a Method of Analysing TNT and its Derivatives in the Trichoptera Larvae of the Genus Hydropsyche Angustipennis, Curtis 1834, Selected as a Bioaccumulation Indicator for the Detection of Aquatic Environment Pollution with Explosive Residues

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

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.8821

Warianty tytułu

PL

Opracowanie metody analizy trotylu oraz jego pochodnych w larwach chruścików z gatunku wodosówka potokowa (Hydropsyche angustipennis, Curtis 1834) typowanego jako biowskaźnik akumulacji do wykrywania zanieczyszczenia środowiska wodnego pozostałościami po materiałach wybuchowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Threats associated with the production, storage and use of warfare agents containing high explosives against the backdrop of political and social events emerging in the 21st century present new challenges for specialized laboratories involved in detecting contamination and identifying its source. A common analytical problem in studies conducted in the ecosystem is the low concentration of the test substance - below the detection limit of the instrument. Helpful in solving this dilemma are accumulation bio-markers, which appear to be an excellent tool for detecting contamination in, for example, flowing water. Such biomarkers make it possible to determine the presence of specific chemical agents at the same time they are a sensitive indicator of the ecosystem's response to contamination. The presented chromatographic method allows quantitative and qualitative determination of 2,6-diamino-4-nitrotoluene, 2,4-diamino-6- nitrotoluene, 1,3,5-trinitrobenzene, trinitrotoluene, 2-amino-4,6-dinitrotoluene, 4-amino-2,6- dinitrotoluene and tetryl in the biological matrix. The effects of accumulation in the tissue of crustaceans on TNT test solutions were studied from 1 to 24 hours. The saturation effect was observed and the concentration of TNT derivatives was measured. The observed effects confirmed the usefulness of the selected larva as a bio-indicator of TNT contaminant accumulation in the ecosystem.

PL

agrożenia związane z produkcją, przechowywaniem oraz użyciem środków bojowych zawierających kruszące materiały wybuchowe na tle wydarzeń politycznych i społecznych pojawiających się w XXI wieku stanowią nowe wyzwania dla specjalizowanych laboratoriów zajmujących się wykrywaniem skażeń oraz identyfikowaniem źródła jego pochodzenia. Częstym problemem analitycznym w badaniach prowadzonych w ekosystemie jest niskie stężenie badanej substancji – poniżej limitu detekcji urządzenia. Pomocne w rozwiązaniu tego dylematu są biowskaźnik kumulacji, które wydają się doskonałym narzędziem do wykrywania zanieczyszczeń np. wody płynącej. Biomarkery takie umożliwiają stwierdzenie obecności określonych czynników chemicznych jednocześnie są czułym wskaźnikiem reakcji ekosystemu na skażenie. Przedstawiona metoda chromatograficzna pozwala ilościowo i jakościowo oznaczyć 2,6-diamino-4-nitrotoluen, 2,4-diamino-6-nitrotoluen, 1,3,5-trinitrobenzen, trinitrotoluen, 2-amino-4,6-dinitrotoluen, 4-amino-2,6-dinitrotoluen oraz tetryl w matrycy biologicznej. Badano efekty kumulacji w tkance chruścików na roztworach testowych trotylu w czasie od 1 do 24h. Zaobserwowano efekt wysycenia oraz zmierzono stężenie pochodnych trotylu. Zaobserwowane efekty potwierdziły użyteczność wytypowanej larwy jako biowskaźnika akumulacji zanieczyszczeń trotylu w ekosystemie. Zaobserwowane efekty potwierdziły użyteczność wytypowanej larwy jako biowskaźnika akumulacji zanieczyszczeń trotylu w ekosystemie.

Słowa kluczowe

EN

security; contamination; HPLC; TNT; bioindicator

PL

bezpieczeństwo; zanieczyszczenie; HPLC; trotyl; biowskaźnik

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 14, Nr 3 (53)
• Strony: 77--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Mazur Izabela

• Military Institute of Armament Technology, 7 Prymasa Stefana Wyszyńskiego Str., 05-220 Zielonka, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7362-8243

autor

Baran Piotr A.

• Military Institute of Armament Technology, 7 Prymasa Stefana Wyszyńskiego Str., 05-220 Zielonka, Poland

autor

Kasprzak Piotr M.

• Military Institute of Armament Technology, 7 Prymasa Stefana Wyszyńskiego Str., 05-220 Zielonka, Poland

autor

Tszydel Mariusz

• University of Lodz, Faculty of Biology and Environmental Protection, 12/16 Banacha Str., 90-237 Lodz, Poland

autor

Błońska Dagmara

• University of Lodz, Faculty of Biology and Environmental Protection, 12/16 Banacha Str., 90-237 Lodz, Poland

Bibliografia

• [1] Ostrowski, Tadeusz, Edward Tęsiorowski. 1957. Technologia materiałów wybuchowych. Warszawa: PWT.
• [2] Gilbert, E.E. 1978. TNT. In Encyclopedia of Explosives and Related Items”. (S.M. Kaye, and H.L. Herman - eds.). US Army Armament Research and Development Command, T235-T287. Dover, New York: ARDEC.
• [3] Lindner, V. 1980. Explosives and Propellants. In Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 561-620. New York: Wiley.
• [4] Thomas, A. Lewis , David A. Newcombe, and Ronald L. Crawford. 2004. “Bioremediation of soils contaminated with explosives”. Journal of Environmental Management 70: 291-307.
• [5] Talmage, Sylvia S., Denis M. Opresko, Christopher J. Maxwell, Christopher J.E. Welsh, F. Michael Cretella, Patricia H. Reno, and F. Bernald Daniel. 1999. “Nitroaromatic Munition Compounds: Environmental Effects and Screening Values”. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology 161: 1-156.
• [6] Harkonen, Hannu, M. Karki, A. Lahti, and Heikki Savolainen. 1983. “Early equatorial cataracts in workers exposed to trinitrotoluene”. American Journal of Ophthalmology 95: 807-810.
• [7] Hathaway, James 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.
• [8] Sabbioni, Gabriele, Yu Ying Liu, Huifang Yan, and Ovnair Sepai. 2005. “Hemoglobin adducts, urinary metabolites and health effects in 2, 4, 6-trinitrotoluene exposed workers”. Carcinogenesis 26: 1272-1279.
• [9] Kim, Hee Joung, Seoyoung Ki, Ahmed A. Raslan, and 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.
• [10] Wysocka, Alicja, Agata Olszyna, Iga Komorowska, Magdalena Popowska. 2017. „Nitrozwiązki aromatyczne - charakterystyka i metody biodegradacji”. Postępy Mikrobiologii 56 (3): 289-305.
• [11] Bolt, Hermann M., Gisela H. Degen, Susane B. Dorn, Sabine Plöttner, and Volker Harth, 2006. “Genotoxicity and potential carcinogenicity of 2, 4, 6-trinitrotoluene: Structural and toxicological considerations”. Reviews on Environmental Health 21 (4): 217-228.
• [12] Koske, Daniel, Nadine I. Goldenstein, and Ulrike Kammann. 2019. “Nitroaromatic compounds damage the DNA of zebrafish embryos (Danio rerio)”. Aquatic Toxicology 217: 105345.
• [13] Bernstein, Anat, and Zeev Ronen. 2011. Biodegradation of the Explosives TNT, RDX and HMX. In Microbial Degradation of Xenobiotics, 135-176 Berlin: Springer Berlin-Heidelberg.
• [14] Belden, Jason B., David R. Ownby, Guilherme R. Lotufo, and Michael J. Lydy. 2005. “Accumulation of trinitrotoluene (TNT) in aquatic organisms: Part 2-Bioconcentration in aquatic invertebrates and potential for trophic transfer to channel catfish (Ictalurus punctatus)”. Chemosphere 58: 1161-1168.
• [15] Saka, Masahiro. 2004. “Developmental toxicity of p, p’-dichlorodiphenyltrichloroethane, 2, 4, 6-trinitrotoluene, their metabolites, and benzo[a]pyrene in Xenopus laevis embryos”. Environmental Toxicology and Chemistry 23: 1065-1073.
• [16] Green, Andrew, David W. Moore, and Daniel Farrar. 1999. „Chronic toxicity of 2, 4, 6-trinitrotoluene to a marine polychaete and an estuarine amphipod”. Environmental Toxicology and Chemistry 18: 1783-1790.
• [17] Steevens, Jeffery A., Maurice B. Duke, Guilherme R. Lotufo, and Todd S. Bridges. 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-tetrazocine in sediments to Chironomus tentans and Hyalella azteca: Low-dose hormesis and high-dose mortality”. Environmental Toxicology and Chemistry 21: 1475-1482.
• [18] Conder, Jason M., Thomas W. La Point, Jeffery A. Steevens, and Guilherme R. Lotufo. 2004. “Recommendations for the assessment of TNT toxicity in sediments”. Environmental Toxicology and Chemistry 23: 141-149.
• [19] Hovatter, Patricia S., Sylvia S. Talmage, Denis M. Opresko, and Rofvn H. Ross. 1997. Ecotoxicity of nitroaromatics to aquatic and terrestrial species at army superfund sites. In Environmental Toxicology and Risk Assessment: Modeling and Risk Assessment, (Eds. Dwyer, F.J. T.R. Doane, M.L. Hinman), 6, ASTM STP 1317. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, USA, 117-129.
• [20] Tszydel, Mariusz, Dagmara Błońska, Piotr Jóźwiak, and Małgorzata Jóźwiak. 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.
• [21] Rochfort, Quintin, Lee Grapentine, Jiri Marsalek, B. Brownlee, T. Reynoldson, S. Thompson, D. Milani, and C. Logan. 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.
• [22] Wright, J.F. 2000. An introduction to RIVPACS. In Assessing the biological quality of fresh waters: RIVPACS and other techniques, 1-24. Cumbria: Freshwater Biological Association.

Uwagi

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).