consecinŢele poluĂrii cu metale grele

7/27/2019 CONSECINELE POLURII CU METALE GRELE

1/25

COORDONATOR STUDENTIProf.dr.fiz.Master - An I - C.C.E.M.

ARAD, 2012


2/25

CUPRINS

INTRODUCERE...................................................................................................................................... 3

CAPITOLUL 1

ANALIZA CUNOATERII POLURII CU METALE GRELE N MAREA NEAGRCARACTERISTICI GENERALE ALE MRII NEGREEvaluarea contaminrii cu metale a MRII NEGRE.......................................................................... 5

CAPITOLUL 2

METALELE GRELE CA POLUANI AI ECOSISTEMELOR ACVATICE................................. 62.1. Caractere generale ale metalelor. Surse majore. Toxicitate......................................................... 62.2. Biodisponibilitatea metalelor n mediul marin............................................................................... 82.3. Nivelurile actuale ale metalelor grele n ap i sedimentele marine de-a lungul litoraluluiromnesc al MRII NEGRE................................................................................................................. 10

CAPITOLUL 3

EFECTELE POLURII CU METALE GRELE ASUPRA ECOSISTEMELOR MARINE......... 12

3.1. Mecanisme de preluare.................................................................................................................... 133.2. Mecanisme de acumulare................................................................................................................ 153.3. Mecanisme de eliminare.................................................................................................................. 153.4. Reglarea concentraiilor tisulare de metale grele......................................................................... 163.5. Efecte toxice.................................................................................. 17

CAPITOLUL 4

METODE DE DETERMINAREA ANALITIC A METALELOR GRELE PRINSPECTROMETRIA DE ABSORBIE/ EMISIE ATOMIC........................................................... 184.1. Spectrometria de absorbie atomic cu cuptor de grafit.............................................................. 194.2. Spectrometrie de emisie atomic cu plasma cuplat inductiv..................................................... 22

CONCLUZII I RECOMANDRI...................................................................................................... 23

BIBLIOGRAFIE..................................................................................................................................... 25

2


3/25

INTRODUCERE

n trecut, Marea Neagr era una dintre cele mai productive mri, organismele pelagice i

bentale nregistrnd o abunden remarcabil. n comparaie cu acea perioad, starea ecologic a

ecosistemului a fost puternic afectat, nregistrndu-se o reducere semnificativ a biodiversittii.Izolarea de oceanul mondial, asociat cu aportul fluvial semnificativ (Dunre, Nipru, Nistru), au

determinat susceptibilitatea deosebit a Mrii Negre n faa diverselor presiuni antropice.

Problemele provocate de eutrofizare i poluare au nceput n a doua jumtate a anilor 70.

Mari cantiti de compui anorganici i organici au fost introdui anual n mare, att prin ruri,

ct i prin deversri de ape uzate menajer i industrial, ducnd la modificri dramatice la toate

nivelurile ecosistemului. Creterea nutrienilor i a substanelor periculoase n ap au produs

schimbri majore n ecosistemele costiere, avnd un impact major asupra diversitii biologice iasupra folosinelor legitime ale mrii (pescuit, activiti recreaionale).

Se apreciaz c n prezent una dintre tematicile de mare interes pentru bazinul Mrii

Negre este legat de estimarea intensitii polurii chimice a mediului marin i al impactului

acesteia asupra organismelor marine.

Pe plan mondial, poluarea cu metale grele a mediului acvatic a fost adus n centrul

ateniei de o serie de incidente grave, cu implicaii inclusiv asupra populaiei umane, datorit

otrvirii cu mercur, cadmiu i alte metale. Este bine cunoscut cazul polurii cu mercur a apelor

golfului Minamata, Japonia, din cauza deversrii apelor industriale uzate. Astfel, n anul 1956 au

fost raportate n rndul populaiei locale circa 2000 de cazuri de otrvire cu alchil-mercur

provocate de consumul de peti i molute contaminate. Acest gen de grave incidente au stimulat

ncepnd cu anii 60 -70 studiile dedicate polurii marine.Pe lng sursele naturale (erodarea

rocilor, emisii vulcanice), metalele grele sunt eliberate n mediu n cantiti mari n urma

activitilor asociate cu mineritul, industria metalurgic, fabricarea de produse, arderea

combustibililor fosili sau incinerarea deeurilor.

Determinarile metalelor grele n componentele ecosistemului marin (ap, sedimente

superficiale, molute) din dreptul litoralului romnesc au fost iniiate n cadrul programului de

monitoring n anii 80 i au fost continuate pn in prezent. Au fost realizate o serie de studii de

evaluare ale influenelor naturale sau antropice asupra nivelurilor metalelor grele n sedimentele

platformei continentale nord-vestice a Mrii Negre. S-au efectuat diverse cercetri asupra3


4/25

prezenei unor metale grele n ap, sedimente i biota n zona de mic adncime a litoralului

romnesc.

Faptul c metalele grele fac parte din categoria poluanilor persisteni n mediu constituie

un argument suplimentar pentru desfurarea activitilor de cercetare dedicate supravegherii

nivelului metalelor grele n zonele costiere i evalurii efectelor pe care aceti contaminani le

exercit asupra ecosistemelor marine. Teza are ca subiect studiul polurii marine cu metale grele

i acoper mai multe aspecte, ce au fost investigate n ultimii 10 ani prin studii n teren asupra

variaiilor de distribuie i dinamic ale metalelor grele n zona costier romneasc. n scopul

evalurii gradului de contaminare, cercetrile prezentate n aceasta tez au inclus analize ale

metalelor grele n ap, sedimente i organisme marine.

Monitoringul metalelor n zona sudic a litoralului romnesc a fost initiat n anii `80,

fiind bazat n principal pe msurtori ale concentraiilor acestora n apa i sedimentele

superficiale de la adncimi de pn la 20 m. Cercetrile actuale au extins zona de studiu,

incluznd att sectorul din faa gurilor de vrsare ale Dunrii, ct i locaii aflate n larg, la

adncimi de peste 20 m. Caracterul de continuitate i periodicitate al acestor investigaii s-a

concretizat prin acumularea unui set de date consistent ce acoper ultimii 10 ani, fapt care

permite o mai buna nelegere a dinamicii temporale i spaiale a concentraiilor metalelor n

sectorul romnesc al Mrii Negre, sub influena presiunilor antropice sau naturale.

4


5/25

CAPITOLUL 1

ANALIZA CRITIC A CUNOATERII POLURII CU METALE GRELE

N MAREA NEAGR

Pe lng numeroasele studii naionale, expediiile internaionale, iniierea Programului deCooperare n Domeniul tiinelor Marine la Marea Neagr sau a Programului de Mediu al Mrii

Negre al GEF, au promovat cercetrile oceanografice n regiune i au contribuit la progresul

tiinific n domeniu. De asemenea Agenia Internaional pentru Energie Atomic a adus o

important contribuie n cadrul programelor de mediu la Marea Neagr, prin studiul poluanilor

anorganici i organici.

Cercetrile dedicate condiiilor de mediu caracteristice Mrii Negre ncepnd cu a doua

jumtate a secolului 20 au abordat problematici complexe, inclusiv eutrofizarea, formareahidrogenului sulfurat, degradarea ecosistemului i a calitii mediului. Investigaii realizate n

nord-vestul Mrii Negre au determinat importana aportului Dunrii asupra distribuiei metalelor

grele n apele marine. Rezultatele studiului au sugerat c Marea Neagra e bogat n cadmiu,

cobalt, cupru i nichel, n comparaie cu alte mri regionale.

n urma unui studiu pilot pentru evaluarea polurii Mrii Negre organizat de ctre

Laboratorul de Mediu Marin al Ageniei Internaionale pentru Energie Atomica (IAEA-MEL),

concluzia general a fost c poluarea cu metale grele nu pare a fi o problema generalizat lanivelul ntregului bazin, valori ceva mai crescute pentru anumite metale fiind totui observate n

special n zonele influenate de Dunre i Nistru, precum i n unele zone costiere.

Dup evaluarea contribuiei posibile a proceselor naturale, creteri determinate de aportul

antropogen au fost estimate pentru Co, Ba, Cu, Pb, Zn i Cd n sedimentele din faa Deltei

Dunrii i din zona centrala a platformei continentale. Gradul de contaminare cu metale grele al

sedimentelor din zona costier bulgreasc, sub influena surselor industriale de poluare, a fost

investigat, rezultatele evideniind domenii largi de variaie a concentraiilor .

Informaii recente privind nivelul de contaminare cu metale grele al sedimentelor costiere

din zona Mrii Negre au rezultat n cadrul Programului de mediu la Marea Neagr GEF/UNEP

Black Sea Ecosystem Recovery Project (BSERP).

5


6/25

CAPITOLUL 2

METALELE GRELE CA POLUANI AI ECOSISTEMELOR ACVATICE

2.1.Caractere generale. Surse majore. Comportament biogeochimic. Toxicitate

Rspndirea metalelor n ap, sedimente i atmosfer rezult din prezena lor n crusta

terestr. n concentraiile lor naturale metalele joac un rol esenial n multe procese biochimice

din organism, dar orice concentraie ce o depete pe cea de fond poate deveni toxic.

Potenialul toxic al metalelor depinde de biodisponibilitate i de proprietile fizico-

chimice ale acestora. Aceste proprieti depind de structura atomic a metalelor, redat n

sistemul periodic al elementelor. Metalele sunt mprite n urmtoarele categorii: alcaline,

alcalino-pmntoase, tranziionale, metaloide. Exemple de metale ce prezint o relevan mai

mare pentru mediul nconjurtor din punctul de vedere al efectelor toxice sunt urmtoarele:

Cadmiu, Crom, Cupru, Plumb, Mercur, Zinc.

Sursele generale de poluare a mediului marin sunt reprezentate de: orae i industrii

costiere; ape uzate i reziduuri industriale; deeuri menajere i ape pluviale; transport naval;

descrcarea deeurilor n mare; epave; muniie pierdut; platforme de foraj marin; depuneri

atmosferice. Sursele terestre care genereaz metale grele sunt reprezentate n principal de staiile

de epurare a apelor uzate, industriile productoare, mineritul, agricultura.Odat ajunse n mediul

6


7/25

acvatic, acestea pot urma mai multe ci: dizolvate n coloana de ap, stocate n sedimente,

volatilizate n atmosfer, preluate de organisme.

Metalele sunt generate i n urma proceselor naturale de eroziune a rocilor. Acest proces

este intensificat n urma activitilor extractive miniere ce expun astfel diverse minereuri ce

conin metale. Scurgerile de la haldele de reziduuri i iazurile de decantare introduc cantiti

substaniale de metale n resursele de ap. Se consider c, n lipsa unor msuri corespunztoare,

activitile miniere prezint un mare risc pe termen lung n ceea ce privete eliberarea metalelor

grele n mediu.

Orice activitate care implic extracia sau procesarea metalelor reprezint o surs de

particule fine metalice, dispersate n atmosfer. Ruginirea i alte forme de coroziune duc la

rspndirea n mediu a metalelor, n timpul utilizrii sau depozitrii diverselor echipamente

metalice. Arderea combustibililor fosili sau a diverselor categorii de deeuri de asemenea

produce eliberarea n atmosfer a metalelor.

Cea mai mare depunere a particulelor metalice se produce evident n vecintatea minelor,

topitoriilor, sau altor categorii de activiti de procesare a metalelor, care reprezint sursele

majore de emisie. Dar majoritatea particulelor sunt att de mici, nct pot fi transportate pe

distane enorme de ctre vnt. n special mercurul, care este prezent n form gazoas n

atmosfer, poate fi dispersat pe scar larg, foarte departe de sursele de origine. i transportul

rutier este responsabil de emisii importante de plumb, n urma folosirii combustibililor ce coninca aditiv compui cu plumb.

Metalele eliberate n atmosfer se depun la nivelul solului, unde rmn pe termen lung. n

anumite condiii, de exemplu scderea pH-ului, metalele din sol, n special mercurul i cadmiul,

sunt solubilizate i ajung n resursele de ap.

nelegerea mecanismelor de interaciune dintre metalele grele i organismele marine

implic urmtoarele aspecte: biodisponibilitatea i modul de preluare a metalelor; intervenia

eventualelor mecanisme protectoare; susceptibilitatea organismelor la efectele variate produsede expunere.

7


8/25

2.2. BIODISPONIBILITATEA METALELOR N MEDIUL MARIN

Biodisponibilitatea metalelor este definit de fracia din concentraia total a metalelor

care are potenial de acumulare n organism. Factorii care controleaz biodisponibilitatea

metalelor sunt urmtorii: caracteristicile biologice ale organismului (eficiena de asimilare a

metalelor, strategii de hrnire, mrime/vrsta, stadiul reproductiv); geochimia metalelor

(repartiia apa sediment, speciaia metalelor); factorii fizico-chimici ai mediului, care

influeneaz factorii enumerai anterior (temperatur, salinitate, pH, trie ionic, concentraia

carbonului organic dizolvat, suspensii solide totale).

Biodisponibilitatea metalelor este unul dintre factorii determinani ai acumulrii acestora

n organismele marine. Preluarea metalelor se produce direct din apa marin prin suprafeele

permeabile ale corpului, n cazul formelor dizolvate, precum i prin hran, n cazul formelor

particulate. Preluarea metalelor din apa marin este influenat de speciaia metalului, prezena

complecilor organici sau anorganici, pH, temperatur, salinitate, condiii redox. Preluarea pe

cale intestinal depinde de factori similari, la care se adaug rata de hrnire, timpul de tranzit

intestinal i eficiena digestiei.

Transferul metalelor de-a lungul lanurilor trofice acvatice prezint interes pentru cercetrile

8


9/25

asupra sntii mediului din mai multe motive. n primul rnd, acumularea metalelor n

organismele marine poate avea ca rezultat final transferul trofic al metalelor ctre oameni,

ducnd la un risc potenial pentru sntatea publica n urma consumului de produse marine

contaminate. Cel mai cunoscut i tragic exemplu a fost apariia bolii Minamata n Japonia, n

urma consumului de produse marine coninnd concentraii mari de metilmercur. Din punctul de

vedere al sntii ecosistemului, metalele pot fi toxice pentru organismele marine, mpiedicnd

funcionarea ecosistemului printr-o gam larg de efecte duntoare.

Organismele vii joac un rol important n ciclurile biogeochimice ale metalelor n mediul

marin. Factorii care influeneaz acumularea metalelor sunt cantitile relative ale metalelor

prezente n mediu, precum i forma lor chimic. Totui, exist o variaie considerabil a

concentraiei metalelor ntre specii, esuturi i chiar ntre indivizi colectai din aceeai locaie.

Aceasta se datoreaz faptului c preluarea i eliminarea metalelor sunt determinate de parametri

biologici, care includ permeabilitatea suprafeelor externe, strategii de hrnire, cantiti i tipuri

de liganzi interni, eficiena sistemelor excretoare, starea de nutriie, cretere, sezon i stadiul

reproductiv.

Organismele vii prezint o anumit selectivitate n acumularea metalelor, trebuind fcut

o distincie ntre metalele eseniale i cele neeseniale. Metale eseniale precum cupru, zinc,

mangan, fier sau cobalt sunt componente vitale ale multor enzime i pigmeni respiratori. n

consecin, organismele marine trebuie s asigure esuturilor metale n cantiti suficiente pentrunecesitile metabolice i respiratorii. Deficiena acestor metale, dar n egal msur i

acumularea peste anumite niveluri, produc efecte duntoare.

Metalele neeseniale (plumb, arsen, mercur, cadmiu) sunt foarte toxice, chiar la niveluri

foarte sczute, mai ales dac se acumuleaz la nivelul situsurilor metabolic active. Organismul

este obligat s limiteze acumularea metalelor neeseniale sau s le treac n forme netoxice.

Metalele toxice interfer cu funciile metabolice normale ale elementelor eseniale. Prin legarea

la macromoleculele proteice se produce o perturbare a funciei biologice normale. Formareacatalizat de metale a radicalilor liberi de oxigen este implicat n producerea multor modificri

patologice, inclusiv mutagenez, carcinogenez i mbtrnire.

2.3. NIVELURILE ACTUALE ALE METALELOR GRELE

9


10/25

N APA I SEDIMENTELE MARINE

DE-A LUNGUL LITORALULUI ROMNESC AL MRII NEGRE

10


11/25

11


12/25

CAPITOLUL 3

EFECTELE POLURII CU METALE GRELE ASUPRA ECOSISTEMELOR MARINE

n ultimele decenii, aporturile crescute de contaminani i distrugerea habitatelor auprodus modificri drastice n ecosistemele acvatice. n aceasta direcie, a crescut interesul

tiinific acordat urmtoarelor domenii: acumularea i efectele toxice ale contaminailor asupra

organismelor acvatice; preluarea i acumularea contaminanilor n resursele marine destinate

consumului uman.

Efectele poluanilor pot fi detectate la mai multe niveluri de organizare biologic, de la

nivelul ntregului ecosistem pn la nivel subcelular i molecular. Cele mai relevante evaluri

ecotoxicologice, din punct de vedere ecologic, sunt acelea care descriu modificrile structurii i

funciei ecosistemelor. Aceste msurtori sunt adesea dificile, ndelungate i nu permit corelarea

gradului de modificare al ecosistemului cu un nivel particular de contaminare.

La nivel celular i molecular, s-au identificat modificri patologice i markeri biochimici

ce apar n urma expunerii la poluani. S-au stabilit corelaii ntre poluani specifici prezeni n

anumite concentraii i rspunsurile patologice sau biochimice. Totui, corelarea efectelor la

nivel individual cu alterrile la nivel de comuniti sau populaii este destul de dificil. Exist

preocupri privind relevana aplicrii metodelor fiziologice i biochimice pentru evaluarea

efectelor polurii la nivel populaional. Variabilitatea inter-individual ca rspuns la poluani

are o importanta major, deoarece reprezint cheia nelegerii mecanismelor de selecie ce

nsoesc modificrile ecologice induse de poluare. Se consider c poluanii care nu exercit o

presiune de selecie nu provoac efecte biologice semnificative la nivel de ecosistem, deoarece

nu produc restructurarea comunitilor.

Exista o gam larg de metode disponibile pentru evaluarea efectelor poluanilor n

mediul marin, de o deosebita importan fiind evaluarea integrat, cu utilizarea mai multor

metode, fiecare urmrind un nivel diferit de organizare biologic.

Interaciile dintre poluani i organisme implic mai multe aspecte. Prima etap n studiile

de toxicologie acvatic const n aprecierea tipului de poluant, a biodisponibilitii acestuia i

cile de preluare de ctre organism. Repartiia poluanilor n mediul marin include: acumularea

12


13/25

n substratul bentic, distribuia n coloana de apa i preluarea de ctre organisme.Fracia prezent

n coloana de ap (legata la coloizi, particule sau dizolvat) i n hran reprezint fracia

biodisponibil. Exista dou ci majore de preluare: sistemul respirator (branhii) i sistemul

digestiv. Hrana ca sursa de preluare este n special important n ecosistemele bentice, unde

poluanii asociai cu sedimentele reprezint surse semnificative pentru ecosistemele acvatice.

Preluarea contaminailor conduce la concentrarea lor n esuturi. Rata de bioconcentrare

depinde de muli factori, precum temperatura, starea fiziologica (sex, sezon) i potenialul de

biomagnificare de-a lungul nivelului trofic. Prima etapa a impactului contaminant organism

este reprezentat de interacia cu moleculele endogene. Aceste interacii se clasific n trei grupe

principale. Contaminantul poate fi sechestrat i apoi neutralizat, si/sau poate avea interacii

specifice cu moleculele endogene (inhibarea unor enzime) si/sau poate fi metabolizat de

enzimele sistemului de biotransformare. Toate aceste interactii pot conduce la: stocare pe termen

lung (fracia neutralizat); efecte toxice directe sau indirecte (dup biotransformare); excreia

contaminanilor sau a metaboliilor acestora.

Efectele toxice ale poluanilor au repercusiuni la nivel celular, tisular sau la nivel de

organism, modificnd astfel integritatea populaiei i n final ntregul ecosistem. Timpul de

rspuns la impactul cu contaminanii variaz de la ore pentru nivelul molecular i celular, la mai

muli ani la nivel de populaie i comunitate.

3.1. Mecanisme de preluare

Motivaia numeroaselor studii asupra metalelor vine din necesitatea nelegerii impactului

polurii asupra comunitilor marine. A existat o tendin de a investiga preponderent preluarea

metalelor aflate n soluie n apa marin, dei calea nutriional are de asemenea o mare

importan n preluarea metalelor.

Metalele prezente n forma solubil n apa marin penetreaz n celulele organismelor

marine fie prin procese pasive de difuzie (nevertebrate), fie prin intermediul unei moleculepurttoare (peti) (Fig. 3.2.). Absorbia metalelor aflate n soluie n apa de mare se produce

att prin suprafaa general a corpului, ct i prin zone specializate ca branhiile sau pereii

intestinali. La majoritatea crustaceelor mari i molutelor, bariera prin care metalele sunt

preluate este reprezentat de suprafeele respiratorii, restul organismului fiind protejat de

exoscheletul calcaros sau chitinos.

13


14/25

Odat ce ionii metalici au traversat bariera ptrunznd n organism, sunt rapid legai de

ctre liganzi intracelulari. Prezena n celul a liganzilor cu afinitate mare pentru metale grele,

precum glutationul i metalotioneinele, asigur ndeprtarea continu a acestora din stratul intern

al membranei celulare, reducnd astfel concentraia cationilor n celul i meninnd un gradient

permanent fa de mediul extern.

Preluarea metalelor legate la materiile n suspensie este n principal corelat cu activitatea

tractului digestiv i reprezint o surs important pentru organisme. La nevertebratele marine

(molute, crustacei), suspensiile purttoare de metale sunt preluate prin endocitoz, un

mecanism de transport activ. La nivelul lizozomilor materialul biologic este degradat, n

acest mod metalul devine disponibil pentru celul sau poate rmne legat la compuii rezultai.

14


15/25

3.2. Mecanisme de acumulare

Odat ptruns n organism, metalul va fi acumulat i/sau excretat. Acumularea se poate

produce ca rezultat al mecanismelor fiziologice n cazul metalelor eseniale, care sunt

direcionate spre esuturi pentru ndeplinirea funciilor metabolice. La nivelul esuturilor potexista necesiti de stocare a metalelor, n scopul asigurrii unui stoc de metale care sa rspund

cerinelor metabolice. Excesul de ioni metalici, care depeste necesitile metabolice i de

stocare, este toxic i trebuie nlturat din vecintatea moleculelor importante biologic. Metalul

poate fi eliminat din organism sau biotransformat, nainte de stocarea n esuturi specifice, n

forme inerte netoxice.

Organismele marine au dezvoltat diferite strategii de preluare, stocare sau eliminare a

metalelor. Fie se restricioneaz ptrunderea a ionilor metalici acompaniat de mecanisme care

asigur un necesar tisular sczut de metale eseniale, fie se permite ptrunderea tuturor ionilor

metalici nsoit de mecanisme de stocare sau eliminare a excesului de metale.

Metalele din organism pot fi stocate iniial n esuturile la nivelul crora au fost preluate

(branhii, intestin, tegument). Ulterior ajung n esuturile unde are loc detoxificarea, stocarea pe

termen lung sau eliminarea (glanda digestiva, rinichi).

3.3. Mecanisme de eliminare

La organismele marine au fost descrise trei mecanisme principale de eliminare a

metalelor grele. O modalitate, reprezentat de pierderea la nivelul suprafeei corpului sau

branhiilor, caracterizeaz metalele uor mobilizabile, care sunt adsorbite pe mucusul extern sau

complexate la liganzi intracelulari sau extracelulari cu afinitate mic. Alt mecanism const n

eliminarea la nivelul intestinului. La nevertebrate, metalele sunt eliminate odat cu corpiireziduali rezultai n urma digestiei intracelulare, care sunt exocitai din glanda digestiv n

intestin. Excreia prin urin este o alt cale de eliminare a metalelor.

15


16/25

3.4. Reglarea concentraiilor tisulare

Concentraiile tisulare diferite ale metalelor grele se explic pe baza proprietilor

specifice fiecrui esut de preluare, retenie i excreie. Prin combinarea acestor procese, unele

organismele marine sunt potenial capabile s i regleze concentraiile anumitor metalelor grele

n corp. Exist numeroase preocupri privind capacitatea reglatoare a organismelor marine, n

contextul utilizrii acestora ca indicatori biologici de poluare cu metale. Pentru ca un organism

s fie folosit ca indicator de poluare, trebuie s existe o corelaie simpl ntre nivelul metalelor n

mediu i n esuturile acestuia. Organismele capabile s-i regleze concentraiile de metale nu

ndeplinesc acest criteriu.

n anumite esuturi, nivelurile unor metale sunt meninute ntre limite nguste prin

mecanisme reglatoare care nu implic acumularea metalului n exces. n alte esuturi,

concentraiile metalelor pot fi mai variabile. Acest fapt poate reflecta fie o reglare mai puin

riguroas a prelurii i excreiei, fie c esutul are capacitate de stocare, permind acumularea

metalelor n forme netoxice, metabolic inerte. Metalele din aceste depozite pot fi gradual

eliminate din organism sau pot continua s se acumuleze de-a lungul vieii. La unele organisme,

ntreaga ncrctur de metale a corpului se poate regsi ntr-un singur esut. Fluctuaiile

concentraiilor de metale n anumite esuturi pot fi mascate atunci cnd se analizeaz coninutul

total n ntregul organism. Concluzionarea c un organism prezint capaciti reglatoare numaipe baza faptului c nivelul total prezint variaii mici la creterea concentraiei de expunere

poate fi incorect, daca se neglijeaz observarea unei creteri semnificative a nivelurilor de

metale ntr-un esut int sau organ vital.

Organismele marine preiau metalele din hran sau ap, le transport, stocheaz i excret,

n scopul meninerii unui flux continuu care s controleze concentraia cationilor liberi n celule

i fluide.n celulele diferitelor esuturi, metalele pot atinge concentraii ridicate, datorit

capacitii unor celule de a acumula excesul metalelor ntr-o forma netoxic, prin legare lacompui solubili sau compartimentalizare n vezicule membranare i granule. Diferitele procese

biochimice implicate n homeostazia metalelor nu prezint acelai grad de activitate n toate

celulele unui organism. n diferitele organe ale aceluiai organism metalele pot fi acumulate

difereniat. Factorul determinant pentru concentraiile metalelor n organism este reprezentat de

biodisponibilitatea acestora din ap i hran. Natura metalului (esenial sau neesenial

16


17/25

proprietile chimice) i starea fiziologic a organismului influeneaz preluarea, distribuia,

acumularea n esuturi i excreia. Semnificaiile nivelurilor metalelor grele sunt luate n discuie

relativ la starea de sntate a organismelor i a folosirii lor n biomonitoringul polurii cu

metale.

3.5. Efecte toxice

Metalele grele n exces au efecte inhibitorii asupra dezvoltrii organismelor marine

(fitoplancton, crustacei, peti). Pot afecta creterea molutelor, consumul de oxigen, formarea

bisusului, procesul reproductiv. La petii i crustaceii expui la concentraii ridicate de metale

apar modificri histologice precum: modificarea aspectului branhiilor, necroza sau

degenerescena grsoas a ficatului. Elucidarea efectelor la nivel celular permite nelegerea

modalitilor prin care metalele grele pot altera metabolismul i fiziologia organismelor marine.

Membrana celular este prima structur int cnd metalele penetreaz celula. S-a

demonstrat c metalele se pot lega la proteinele i fosfolipidele membranare, alterndu-le

structura i funciile. Metalele grele pot stimula procesele de peroxidare lipidic, o secvena

complex de reacii biochimice, definit ca deteriorarea oxidativ a lipidelor polinesaturate .

ntregul proces are ca rezultat producerea de compui extrem de toxici pentru celul, datorita

naltei reactiviti fa de celelalte componente celulare (proteine solubile i membranare, ADN).

Rolul biologic al metalelor eseniale este corelat cu nalta lor afinitate pentru gruparile

active ale enzimelor i proteinelor structurale. Efectele toxice ale metalelor neeseniale pot fi

produse de tendina lor de a substitui metalele eseniale i de a competiiona pentru liganzii

biologici. Metalele toxice cu afinitate mare pentru gruprile actice ale proteinelor pot afecta

structura i funcia acestor molecule i n final fiziologia celulei.

Efectele letale ale unor metale la crustacei au fost puse pe seama inhibrii enzimelor

implicate n respiraia celular. Modificrile histologice observate la peti i crustacei n urma

expunerii cronice la metale sunt efecte secundare produse de perturbarea nutriiei n urma

inhibrii enzimelor cilor catabolice.

17


18/25

CAPITOLUL 4

DETERMINAREA ANALITIC A METALELOR GRELE PRIN

SPECTROMETRIA DE ABSORBIE/ EMISIE ATOMIC

Spectroscopia atomic - Principiul analitic

Principiul analitic al spectroscopiei atomice se bazeaz pe proprietatea atomului de a

emite sau absorbi radiaii electromagnetice specifice elementului n anumite condiii fizice. Pn

la aceast ultim etap, este necesar s se elibereze elementele care urmeaz a fi investigate ntr-

o prob din compuii lor, n general printr-o absorbie de energie i s le fac disponibile ca

particule libere. Spectrometria elementar de mas utilizeaz faptul c particulele ncrcate

electric pot fi separate i detectate ntr-un spectrometru de mas prin absorbia energiei.

Spectroscopie de absorbie atomic (AAS)

n spectroscopia de absorbie atomic (AAS), elementele ca substane de analizat sunt

transformate n stare atomic liber ntr-un dispozitiv de atomizare prin absorbie de energie

termic. Aceti atomi sunt capabili s absoarb radiaia specific elementului. La acest capt, o

lamp specific elementului, cu catod scobit fcut din elementul care urmeaz a fi investigat,

este introdus n traiectoria razei ntr-un spectrometru de absorbie atomic cu dispozitiv de

atomizare i cu un detector. n funcie de concentraia elementului care urmeaz a fi determinat

n prob, o parte din intensitatea radiaiei lmpii cu catod scobit este absorbit de atomii formai.

Dou foto-multiplicatoare msoar intensitatea radiaiei neatenuate i radiaia dup prsirea

dispozitivului de atomizare n timpul furnizrii unei soluii de prob. Concentraia elementului n

prob poate fi calculat prin diferena dintre cele dou intensiti.18
http://www.merck-chemicals.ro/-/c_ml.b.s1L61MAAAEW9eAfVhTl?back=truehttp://www.merck-chemicals.ro/-/c_ml.b.s1L61MAAAEW9eAfVhTl?back=true


19/25

4.1. Spectrometria de absorbie atomic cu cuptor de grafit

n spectroscopia de absorbie atomic cu cuptor de grafit, un tub de grafit care se

poate nclzi, ca dispozitiv de atomizare, este localizat n traiectoria razei. O pictur mic din

prob este pipetat n tubul de grafit, unde se usuc prin nclzire electric, iar reziduurile suntcalcinate. n pasul de nclzire ulterior la o temperatur foarte nalt, elementele prezente n

reziduuri sunt atomizate. n timpul acestei faze, atenuarea radiaiei lmpii prin atomizare n

volumul ngust al tubului de grafit poate fi msurat cu o foarte bun precizie. Ca rezultat,

limitele foarte joase de detecie fac din AAS cu cuptor de grafit o metod de nalt performan

pentru analiza elementului n urm. Necesitatea lmpilor specifice elementelor n AAS i

programele foarte lungi de temperaturi n AAS cu cuptor de grafit ilustreaz dezavantajele din

cerinele de timp pentru aceste tehnici analitice.

CONSTRUCIA CUPTORULUI I PRINCIPIUL

METODEI GFAAS

19
http://www.merck-chemicals.ro/-/c_asyb.s1LBFwAAAEW9OAfVhTl?back=truehttp://www.merck-chemicals.ro/-/c_asyb.s1LBFwAAAEW9OAfVhTl?back=truehttp://www.merck-chemicals.ro/-/c_asyb.s1LBFwAAAEW9OAfVhTl?back=truehttp://www.merck-chemicals.ro/-/c_asyb.s1LBFwAAAEW9OAfVhTl?back=true


20/25

Cuptorul de grafit este un tub de grafit cu lungimea de 5 cm i diametrul de 10 20 mm cu un

orificiu pentru introducerea probei. Cuptorul este legat la o surs de curent continuu pentru

inclzire. La capete are dou ferestre de cuar.

Pricipiul metodei:

1. O microprob de 10 20 l este plasat pe peretele tubului de grafit cu o micropipet

2. Se inclzete cuptorul dup un program termic

3. Cand temepratura depete o anumit valoare microproba se evapor i se atomizeaz

instantaneu

4. Atmomii absorb radiaia de la HCL i se msoar absorbana atomic

PROGRAMUL TERMIC DE PRELUCRARE

A PROBEI IN GFAAS

20


21/25

ETAPE PRGRAM TERMIC:

1. Uscare

2. Calcinare

3. Atomizare

4. Curire

CARACTERISTICI I APLICAII ALE GFAAS

Metod deosebit de sensibil

Limite de detecie la nivel de pg sau (10-12 g/l)

Precizie mai slab a rezultatelor decat in FAAS

Analize de ap

Analize clinice (metale toxice in sange, urin, pr)

Analize de metale toxice din alimente

Analize de metale din probe de mediu

21


22/25


23/25

CONCLUZII I RECOMANDRI

Investigaiile desfurate pe parcursul ultimilor zece ani cu scopul de a caracteriza

ecosistemele costiere romneti din punctul de vedere al nivelurilor i efectelor polurii cu

metale grele au permis acumularea de noi informaii, pe baza crora se pot formula urmtoarele

concluzii i recomandri:

1. Studiul distribuiei si dinamicii metalelor n apele si sedimentele costiere a demonstrat

variaii temporale si spaiale semnificative, sub influena contribuiilor naturale si antropogene.

Analiza statistic a reliefat aspecte importante legate de particularitile anumitor sectoare

geografice, precum influena Dunrii asupra zonei marine de vrsare sau efectele diverselor

presiuni antropice asupra zonelor de mic adncime din sudul litoralului. n comparaie cu apele

de mic adncime, n zona de larg concentraiile metalelor n orizontul de suprafaa au fost

diminuate.

2. Concentraiilor metalelor n apele de suprafa de-a lungul litoralului romnesc sunt

guvernate de muli factori (surse terestre, atmosferice, fluxuri sedimentare). S-a observat c

distribuia unor metale a fost influenat de ctre aportul fluvial, concentraii relativ mari fiind

gsite n apele de suprafa ale staiilor direct influenate de ctre Dunre.

3. n raport cu standardele naionale de calitate pentru apa marin, majoritatea probelorinvestigate au prezentat concentraii de cupru, cadmiu, plumb, nichel si crom sub limitele

prevzute. Plumbul a fost elementul pentru care s-a nregistrat cel mai mare procent de depiri

ale standardului de calitate.

4. Fluctuaii temporale ridicate au caracterizat valorile anuale ale metalelor grele n apele

marine, n special in corelaie cu fenomene hidrologice extreme sau incidente de poluare major.

5. Evolutia recent a concentraiilor metalelor (n special cadmiu si plumb) n apele i

sedimentele costiere prezint tendine evidente de stabilizare i chiar de uoar diminuare,urmare a reducerii ncrcturii poluante descrcate de Dunre, nchiderii unor activiti

industriale i reabilitrii unor staii de epurare costiere. Un control mai eficient al surselor de

poluare rezultate din activitile portuare, precum i o mai bun gestionare a surselor difuze

(precum depozitele de deeuri menajere si industriale) pot contribui pe mai departe la

mbuntirea strii de calitate a ecosistemului marin.

23


24/25

6. n sedimente a fost evideniat corelaia puternic a majoritii metalelor investigate

cu fraciunea fin sedimentar, cu litiul si cu substana organic. Analiza granulometric a

confirmat variabilitatea textural a sedimentelor costiere, care influeneaz la rndul ei

concentraiile totale ale metalelor grele.

7. La litoralul romnesc, cele mai contaminate sedimente au fost identificate n incintele

porturilor maritime, n unele zone de mic adncime din dreptul deversrilor de ape uzate,

precum i n sectorul din faa gurilor Dunrii. n special sedimentele portuare au acumulat

concentraii evident majorate n comparaie cu ariile nvecinate, valori crescute remarcndu-se in

special n dreptul danelor de minereu sau a antierelor navale.

8. Valorile metalelor grele determinate n zona costier romneasc se nscriu n

domeniile de valori tipice pentru platforma nord-vestic a Mrii Negre, aflat sub influena celor

trei mari fluvii Dunre, Nipru si Nistru.

9. Capacitatea unor specii marine de a fi utilizate ca bioindicatori (molute, macroalge)

pentru starea de calitate a ecosistemului marin a fost confirmat. Molutele bivalve au prezentat

un potenial mai ridicat de acumulare a metalelor toxice in comparaie cu gasteropodele.

Concentraiile metalelor grele (Cd, Pb) n midi au fost corelate cu gradul de contaminare al

zonelor de mic adncime afectate de deversoarele staiilor de epurare.

10. Cu toate c cercetrile ultimilor ani au evideniat semne timide de refacere a calitii

ecologice si chimice a ecosistemului marin, este necesar s se studieze mai n profunzimemsura n care poluarea a afectat mediul marin, gradul de reversibilitate al modificrilor produse

i modul de rspuns al ecosistemului la reducerea presiunii antropice.

24


25/25

BIBLIOGRAFIE

1. Analiza prin spectrometrie atomic, Emil Cordo, T. Freniu, A.M. Rusu, M. Ponta i A.Fodor Ed. Institutului Naional de Optoelectronic Bucureti, 1998.

2. Principles of Instrumental Analysis, Douglas A. Skoog, F. James Holler, Timothy A.

Nieman fifth edition, Saunders College Publishing, 1998

3. Spectrometrie atomic analitic cu surse de plasm, Emil Cordo, T. Freniu, M. Ponta, M.

enil, C. Tnselia, Ed. Institutului National de Optoelectronic Bucureti, 2007

4. http://www.univ-ovidius.ro/tiri-i-nouti

5. http://www.merck-chemicals.ro/principiu-analitic

6. Chimie Analitic - Analiz Instrumental - Curs -
http://www.merck-chemicals.ro/principiu-analitichttp://www.merck-chemicals.ro/principiu-analitic

consecinŢele poluĂrii cu metale grele

Documents