TRANSFORMARI AEROBE SI ANAEROBE IN SISTEMELE DE SEDIMENTE ACVATICE

METODA

Aceasta metoda de testare reia testul OCDE TG 308 (2002).

INTRODUCERE

Substantele chimice pot intra in apele de suprafata putin adanci sau foarte adanci pe cai cum sunt aplicarea directa, pierderile la vaporizare, scurgerile, drenarea, eliminarea deseurilor, efluentii industriali, menajeri sau agricoli si depunerile atmosferice. Aceasta metoda de testare reia o metoda de laborator elaborata pentru masurarea transformarilor aerobe si anaerobe ale substantelor chimice din sedimentele acvatice. Se bazeaza pe liniile directoare existente (1)(2)(3)(4)(5)(6). Numarul si tipul sedimentelor utilizate in cadrul acestui test au fost definite cu ocazia unui atelier de lucru al OCDE privind selectarea solului/sedimentelor care a avut loc la Belgirate, Italia, in 1995 (7). In cadrul atelierului de lucru au fost de asemenea formulate recomandari privind prelevarea, manipularea si depozitarea probelor de sedimente bazate pe liniile directoare ISO (8). Aceste studii sunt necesare pentru substantele chimice introduse direct in apa sau care ar putea ajunge in mediul acvatic pe caile descrise anterior.

Faza apoasa superioara a sistemelor naturale de sedimente acvatice asigura de obicei conditii aerobe. Stratul de sediment de la suprafata poate fi atat aerob, cat si anaerob, dar in adancime sedimentele sunt in general anaerobe. Pentru a reflecta toate aceste posibilitati, prezentul document descrie atat teste aerobe, cat si teste anaerobe. Testul aerob consta din simularea unei coloane aerobe de apa peste un strat aerob de sediment si un substrat cu gradient anaerob. Testul anaerob simuleaza un sistem apa-sediment complet anaerob. Daca situatia impune devieri semnificative de la aceste recomandari, de exemplu prin utilizarea de carote de sediment intact sau de sedimente care este posibil sa fi fost expuse la substanta de testat, pot fi utilizate alte metode (9).

DEFINITII

Se folosesc intotdeauna unitatile standard internationale (SI).

Substanta de testat: orice substanta, indiferent daca este vorba despre substanta mama sau despre produsii de transformare relevanti.

Produsi de transformare: toate substantele rezultate din reactiile biotice sau abiotice de transformare a substantei de testat, in special CO₂ si reziduurile legate.

Reziduuri legate: "reziduurile legate" sunt compusi vegetali sau animali din sol, care persista in matrice dupa extractie sub forma substantei mama sau a metabolitului(metabolitilor) acesteia. Metoda de extractie nu trebuie sa modifice considerabil compusii insisi sau structura matricei. Natura legaturii poate fi determinata partial prin metode de extractie care modifica matricea si prin tehnici analitice complexe. Pana in prezent a fost identificata in acest mod natura legaturilor covalente, ionice, de sorbtie si de captare. In general, formarea reziduurilor legate reduce bioaccesibilitatea si biodisponibilitatea in mod considerabil (10) [modificare IUPAC 1984 (11)].

Transformare aeroba: (oxidare): reactie care se produce in prezenta oxigenului molecular (12.

Transformare anaeroba: (reducere): reactie care se produce in absenta oxigenului molecular (12).

Ape naturale: sunt apele de suprafata obtinute din lacuri, rauri, fluvii etc.

Sediment: este un amestec de constituenti chimici minerali si organici, acestia din urma continand compusi cu un continut ridicat de carbon si azot si cu masa moleculara mare. Este depus de apele naturale si formeaza interfata cu acestea.

Mineralizare: este degradarea completa a unui compus organic in CO₂ si H₂O in conditii aerobe si in CH₄, CO₂ si H₂O in conditii anaerobe. In cadrul prezentei metode de test, daca se foloseste un compus marcat radioactiv, mineralizare inseamna o degradare considerabila pe parcursul careia un atom de carbon marcat este oxidat sau redus cantitativ, degajandu-se o cantitate adecvata de ¹⁴CO₂ sau respectiv de ¹⁴CH₄.

Timp de injumatatire: t_0,5 este timpul necesar pentru transformarea a 50% dintr-o substanta de testat in cazul transformarilor care pot fi descrise printr-o cinetica de prim ordin; nu depinde de concentratia initiala.

DT₅₀ (timp de degradare 50): este timpul in care concentratia initiala a substantei de testat se reduce cu 50%.

DT₇₅ (timp de degradare 75): este timpul in care concentratia initiala a substantei de testat se reduce cu 75%.

DT₉₀ (timp de degradare 90): este timpul in care concentratia initiala a substantei de testat se reduce cu 90%.

SUBSTANTE DE REFERINTA

Pentru identificarea si cuantificarea produsilor prin metode spectroscopice si cromatografice se folosesc substante de referinta.

INFORMATII PRIVIND SUBSTANTA DE TESTAT

Pentru masurarea ratei de transformare se poate utiliza o substanta de testat marcata sau nemarcata, desi este preferabil materialul marcat. Materialul marcat este necesar pentru studierea cailor de transformare si pentru stabilirea bilantului masic. Se recomanda marcarea cu ¹⁴C dar poate fi utila si utilizarea altor izotopi cum sunt ¹³C, ¹⁵N, ³H, ³²P. In masura in care este posibil, marcajul se amplaseaza in partea su partile cele mai stabile ale moleculei[1]. Puritatea chimica si/sau radiochimica a substantei de testat trebuie sa fie de cel putin 95%.

Inainte de efectuarea unui test sunt necesare urmatoarele informatii privind substanta de testat:

(a)        solubilitatea in apa (Metoda A.6)

(b)        solubilitatea in solventi organici;

(c)        presiunea vaporilor (Metoda A.4) si constanta lui Henry;

(d)        coeficientul de impartire n-octanol/apa (Metoda A.8);

(e)        coeficientul de adsorbtie (K_d, K_r sau K_oc, daca este cazul) (Metoda C.18);

(f)         hidroliza (Metoda C.7);

(g)        constanta de disociere (pK_a) [Linia directoare 112 a OECD] (13);

(h)        structura chimica a substantei de testat si pozitia etichetei sau etichetelor izotopice, daca este cazul.

Nota: Se precizeaza si temperatura la care au fost efectuate aceste masuratori.

Este posibil sa fie utile si informatii privind toxicitatea substantei de testat asupra microorganismelor din sol, privind biodegradabilitatea imediata si/sau intrinseca si date privind transformarile aerobe si anaerobe din sol.

Trebuie sa fie disponibile metode analitice (inclusiv metode de extractie si de purificare) necesare pentru cuantificarea si identificarea substantei de testat si a produsilor de transformare ai acesteia din apa si din sedimente (vezi sectiunea 1.7.2).

PRINCIPIUL METODEI DE TESTARE

In cadrul metodei descrise se foloseste un sistem de sedimente acvatice aerobe si anaerobe (vezi anexa 1) care permite:

(i)     masurarea ratei de transformare a substantei de testat intr-un sistem apa-sediment,

(ii)           masurarea ratei de transformare a substantei de testat intr-un sediment,

(iii)         masurarea ratei de mineralizare a substantei de testat si/sau a produsilor sai de transformare (daca se foloseste o substanta de testat marcata cu ¹⁴C),

(iv)         identificarea si cuantificarea produsilor de transformare din faza apoasa si din faza sedimentara si in special realizarea bilantului masic (daca se testeaza o substanta marcata),

(v)           masurarea modului de repartizare a substantei de testat si a produsilor de transformare ai acesteia intre cele doua faze pe parcursul unei perioade de incubare la intuneric (pentru a evita, de exemplu, proliferarea algelor) la o temperatura constanta. Timpul de injumatatire, valorile DT₅₀, DT₇₅ si DT₉₀ se determina daca datele permit acest lucru, dar nu trebuie extrapolate dincolo de perioada experimentala (vezi sectiunea 1.2).

Pentru studiul aerob si respectiv pentru studiul anaerob sunt necesare cel putin doua sedimente si fazele apoase asociate acestora (7). Cu toate acestea, este posibil ca in unele cazuri sa fie necesara utilizarea a mai mult de doua sedimente acvatice, de exemplu in cazul substantelor care pot fi prezente in apa dulce si/sau in mediul marin.

APLICABILITATEA TESTULUI

Metoda se aplica tuturor substantelor chimice (nemarcate sau marcate) pentru care se poate utiliza o metoda analitica cu o precizie si o sensibilitate suficienta. Se aplica pentru compusii usor volatili, nevolatili, solubili sau insolubili in apa. Testul nu se aplica substantelor chimice puternic volatile in apa (de exemplu fumiganti, solventi organici) care de aceea nu pot fi mentinute in apa si/sau in sedimente in conditiile experimentale din cadrul acestui test.

Metoda a fost utilizata pana in prezent pentru studierea transformarii substantelor chimice in ape dulci si in sedimente, dar in principiu poate fi aplicata si sistemelor de estuar/marine. Metoda nu este adecvata pentru simularea conditiilor din ape curgatoare (de exemplu din rauri) sau din largul marii.

CRITERII DE CALITATE

Recuperare

Extractia si analizarea probelor de apa si de sediment, cel putin in duplicat, imediat dupa adaugarea substantei de testat, ofera o prima indicatie privind repetabilitatea metodei analitice si uniformitatea procedurii de aplicare a substantei de testat. Ratele de recuperare din etapele ulterioare ale experimentelor sunt furnizate de bilanturile masice respective (daca se foloseste material marcat). Ratele de recuperare variaza intre 90% si 110% pentru substantele chimice marcate (6) si intre 70% si 110% pentru substantele chimice nemarcate.

Repetabilitatea si sensibilitatea metodei analitice

Repetabilitatea metodei analitice (cu exceptia randamentului extractiei initiale) in ceea ce priveste cuantificarea substantei de testat si a produsilor de transformare se poate controla prin efectuarea unei analize duplicat pe acelasi extract de apa sau de sediment, incubat suficient timp pentru a se forma produsii de transformare.

Pragul de detectie (LOD) a substantei de testat si a produsilor de transformare din cadrul metodei de analiza trebuie sa fie de cel putin 0,01 mg·kg^-1 (substanta de testat) in apa sau in sediment sau de 1% din doza initiala aplicata, respectiv valoarea mai mica dintre acestea. Se precizeaza si pragul de cuantificare (LOQ).

Precizia datelor privind transformarea

Analiza de regresie a concentratiilor substantei de testat in functie de timp ofera informatii adecvate privind fiabilitatea curbei de transformare si permite calcularea pragurilor de incredere pentru timpii de injumatatire (in cazurile de cinetica de pseudo prim ordin) sau a valorilor DT₅₀ si, daca este cazul, a valorilor DT₇₅ si DT₉₀.

DESCRIEREA METODEI DE TESTARE

Sistemul si aparatura de testare

Studiul se realizeaza in recipiente de sticla (de exemplu sticle, tuburi de centrifugare), cu exceptia cazurilor in care informatiile preliminare (coeficientul de impartire n-octanol/apa, datele privind sorbtia etc.) arata ca este posibil ca substanta de testat sa adere la sticla, caz in care se poate lua in considerare utilizarea unui alt material (de exemplu Teflon). Daca se stie ca substanta de testat adera la sticla, problema poate fi evitata cu ajutorul uneia sau al mai multora dintre urmatoarele metode:

determinarea masei de substanta de testat si/sau de produsi de transformare ai acesteia absorbiti pe sticla;

spalarea tuturor vaselor de sticla cu solvent la sfarsitul testului;

utilizarea unor produse preparate (vezi si sectiunea 1.9.2);

utilizarea unei cantitati mai mari de co-solvent pentru adaugarea substantei de testat in sistem; daca se foloseste un co-solvent, acesta trebuie sa nu produca o reactie de solvoliza a substantei de testat.

In anexele 2 si 3 si in referinta (14) sunt prezentate exemple de aparatura de testare tipica (sisteme cu flux continuu si de tip biometru). Alte sisteme utile de incubare sunt descrise la referinta (15). Aparatura de experiment trebuie sa permita schimbul de aer sau de azot si captarea produsilor volatili. Dimensiunile aparaturii trebuie sa permita indeplinirea cerintelor de testare (vezi sectiunea 1.9.1). Ventilarea se poate realiza fie prin barbotare usoara, fie prin trecerea de aer sau de azot pe suprafata apei. In al doilea caz se recomanda amestecarea usoara la suprafata apei pentru obtinerea unei mai bune repartizari a oxigenului sau a azotului in apa. Nu se va utiliza aer fara CO₂, deoarece acesta poate provoca o crestere a pH-ului apei. In ambele cazuri, deranjarea sedimentului trebuie evitata in cea mai mare masura posibil. Substantele chimice putin volatile se testeaza intr-un sistem de tip biometru prin amestecarea usoara a apei de la suprafata. Pentru captarea produsilor volatili se pot utiliza, de asemenea, recipiente inchise, cu un spatiu liber umplut fie cu aer atmosferic fie cu azot, si fiole interne (16). In cadrul testelor anaerobe este necesar un schimb regulat de gaz la suprafata pentru compensarea consumului de oxigen de catre biomasa.

Pentru captarea produsilor volatili de transformare se pot utiliza, dar nu in mod limitativ, urmatoarele dispozitive: solutii de 1 mol · dm^-3 de hidroxid de potasiu sau de hidroxid de sodiu pentru dioxidul de carbon[2] si etilen glicol, etanolamina sau parafina 2% in xilen pentru compusi organici. Produsii volatili formati in conditii anaerobe, cum este metanul, se pot recupera, de exemplu cu ajutorul sitelor moleculare. Acesti produsi volatili se pot arde, de exemplu pana la CO₂, prin trecerea gazului printr-un tub cu cuart umplut cu CuO la o temperatura de 900sC si captarea CO₂ format intr-o coloana de absorbtie continand produsi alcalini (17).

Sunt necesare instrumente de laborator pentru analiza chimica a substantei de testat si a produsilor de transformare [cromatografie in faza gazoasa sau lichida (GLC), cromatografie in faza lichida de inalta performanta (HPLC), cromatografie in strat subtire (TLC), spectroscopie de masa (MS), cromatografie in faza gazoasa cuplata cu spectrometrie de masa (GC-MS), cromatografie in faza lichida cuplata cu spectrometrie de masa (LC-MS), rezonanta magnetica nucleara (RMN) etc.] precum si, daca este cazul, dispozitive de detectare a substantelor chimice marcate radiologic sau nemarcate. Daca se folosesc substante marcate radioactiv, sunt de asemenea necesare un contor de scintilatie lichid si un aparat de oxidare pentru combustie (pentru combustia probelor de sediment inainte de analizarea radioactivitatii).

Pot fi necesare si alte echipamente standard de laborator pentru realizarea analizelor fizico-chimice si biologice (vezi Tabelul 1 sectiunea 1.8.2.2), precum si sticlarie, substante chimice si reactivi.

Selectarea si numarul de sedimente acvatice

Locurile de prelevare se selecteaza in functie de finalitatea testului in fiecare caz in parte. Pentru alegerea locurilor de prelevare trebuie avut in vedere istoricul eventualelor aporturi de natura agricola, industriala sau menajera in bazinul de captare si in apele din amonte. Nu se folosesc sedimente contaminate cu substanta de testat sau cu produsi cu structura analoga pe parcursul ultimilor 4 ani.

Selectarea sedimentelor

Pentru studiile aerobe se folosesc de obicei doua sedimente (7). Cele doua sedimente selectate trebuie sa fie diferite in ceea ce priveste textura si continutul de carbon organic. Un sediment trebuie sa aiba un continut ridicat de carbon organic (2,5-7,5%) si textura fina, iar celalalt trebuie sa aiba un continut scazut de carbon organic (0,5-2,5%) si o textura grosiera. Diferenta dintre continuturile de carbon organic trebuie sa fie de cel putin 2%. Prin "textura fina" se intelege un continut de [argila + aluviuni][3] > 50%, iar prin "textura grosiera" se intelege un continut de [argila + aluviuni] < 50%. Diferenta dintre continuturile de [argila + aluviuni] ale sedimentelor trebuie sa fie in mod normal mai mare sau egala cu 20%. Daca este posibil ca o substanta chimica sa ajunga si in ape marine, cel putin unul dintre cele doua sisteme apa-sediment trebuie sa fie de origine marina.

Pentru studiile strict anaerobe se preleveaza doua probe de sediment (precum si faza apoasa asociata) din zonele anaerobe ale sistemelor de ape de suprafata (7). Sedimentele si fazele apoase se manipuleaza si se transporta cu atentie, evitandu-se orice contact cu oxigenul.

Si alti parametri pot fi importanti pentru selectarea sedimentelor si trebuie avuti in vedere in fiecare caz in parte. De exemplu, pH-ul sedimentelor este important pentru testarea substantelor chimice a caror transformare si/sau sorbtie pot sa depinda de pH. Dependenta sorbtiei de pH poate fi provocata de pK_a a substantei de testat.

Caracteristicile probelor de apa-sediment

Parametrii de importanta cheie care se masoara si se noteaza in raport (precizandu-se metoda utilizata) pentru apa si sediment, precum si etapa testului in care trebuie determinati sunt prezentate in rezumat in tabelul urmator. Referintele (18)(19)(20)(21) contin informatii privind metodele de determinare a acestor parametri.

In plus, trebuie masurati si inregistrati si alti parametri, dupa caz [pentru apa dulce: particule, alcalinitate, duritate, conductivitate, NO₃/PO₄ (raporturi si valori individuale); pentru sedimente: capacitatea de schimb de cationi, capacitatea de retinere a apei, carbonat, azot si fosfor total; pentru sisteme marine: salinitatea]. Si analiza sedimentelor si a apei in vederea identificarii nitratului, sulfatului si a fierului biodisponibil precum si a altor primitori de electroni poate fi utila pentru evaluarea conditiilor redox, in special in ceea ce priveste transformarile anaerobe.

Masurarea parametrilor caracteristici probelor apa-sediment (7)(22)(23)

*Conform rezultatelor cercetarilor recente, masurarea concentratiilor de oxigen din apa si a potentialului redox nu au nici valoare mecanica, nici valoare predictiva in ceea ce priveste cresterea si dezvoltarea coloniilor microbiene in apele de suprafata (24)(25). Determinarea consumului biochimic de oxigen (la prelevare, la inceputul si la sfarsitul testului) si a concentratiilor micro/macro elementelor nutritive Ca, Mg si Mn (la inceputul si la sfarsitul testului) in apa si masurarea N total si P total in sedimente (la prelevare si la sfarsitul testului) pot constitui instrumente mai bune de interpretare si de evaluare a ratelor si a cailor de biotransformare aeroba.

** Metoda ratei de respiratie microbiene (26), metoda fumigarii (27) sau masuratori numerice (bacterii, actinomicete, ciuperci si total colonii) pentru studiile aerobe; rata metanogenezei pentru studiile anaerobe.

Colectarea, manipularea si depozitarea

Colectarea

Pentru prelevarea de probe de sediment se foloseste proiectul de linie directoare ISO privind prelevarea sedimentelor de fund (8). Probele de sediment se preleveaza din intregul strat superior de 5-10 cm de sediment. Apa asociata se colecteaza din acelasi loc si in acelasi timp ca si sedimentele. Pentru studiile anaerobe, sedimentele si apa asociata se preleveaza si se transporta evitandu-se orice contact cu oxigenul (28) (vezi sectiunea 1.8.2.1). Cateva dintre dispozitivele de prelevare sunt descrise in literatura (8)(23).

Manipulare

Sedimentul se separa de apa prin filtrare si se trece printr-o sita de 2mm utilizandu-se apa in exces prelevata din acelasi loc, care apoi se elimina. Se amesteca in proportia dorita cantitati cunoscute de sedimente si de apa (vezi sectiunea 1.9.1) in flacoane de incubare si se prepara pentru perioada de aclimatizare (vezi sectiunea 1.8.4). In cazul studiului anaerobic, toate etapele de manipulare se efectueaza in absenta oxigenului (29)(30)(31)(32)(33).

Depozitare

Este preferabil ca probele de sediment si apa utilizate sa fie proaspat prelevate de pe teren, dar daca este necesara depozitarea, sedimentul si apa se cern dupa cum s-a aratat anterior si se depoziteaza impreuna, sub apa (sub un strat de apa de 6-10 cm), la intuneric, la temperaturi de 4+2sC timp de maximum 4 saptamani (7)(8)(23). Probele destinate studiilor aerobe se depoziteaza astfel incat sa beneficieze de un acces nestingherit al aerului (de exemplu in recipiente deschise), iar probele destinate studiilor anaerobe se depoziteaza in absenta oxigenului. Sedimentele si apa nu trebuie sa inghete sau sa se usuce in timpul transportului si al depozitarii.

Pregatirea probelor de sediment/apa pentru test

Inainte de a se adauga substanta de testat este necesara o perioada de aclimatizare, pe parcursul careia fiecare proba de sediment/apa se introduce in recipientul de incubare utilizat pentru testul principal, iar aclimatizarea se realizeaza exact in aceleasi conditii ca si incubarea din cadrul testului (vezi sectiunea 1.9.1). Perioada de aclimatizare reprezinta timpul necesar pentru atingerea unei stabilitati suficiente a sistemului in ceea ce priveste pH-ul, concentratia de oxigen in apa, potentialul redox al sedimentului si al apei si separarea macroscopica a fazelor. Perioada de aclimatizare dureaza de obicei intre una si doua saptamani si nu mai mult de patru saptamani. Rezultatul determinarilor realizate pe parcursul acestei perioade se inregistreaza.

EFECTUAREA TESTULUI

Conditii de testare

Testul se efectueaza intr-un dispozitiv de incubare (vezi sectiunea 1.8.1) utilizandu-se un raport al volumelor de apa si de sediment intre 3:1 si 4:1 si un strat de sediment de 2,5 cm (+ 0,5 cm)[4]. Se recomanda utilizarea unei cantitati de minimum 50g sediment (greutate uscata) pentru fiecare recipient de incubare.

Testul se realizeaza la intuneric, la o temperatura constanta din intervalul 10-30sC. Temperatura recomandata este de (20+2)sC. Daca este cazul, se pot utiliza temperaturi mai scazute (de exemplu 10sC), in functie de informatiile care trebuie obtinute prin test. Temperatura de incubare se controleaza si se inregistreaza.

Tratarea si aplicarea substantei de testat

Se foloseste o singura concentratie a substantei de testat[5]. Pentru produsele fitosanitare aplicate direct in mediul acvatic, se foloseste doza maxima indicata in instructiunile de utilizare ca rata maxima de aplicare, iar calculele se efectueaza avand in vedere suprafata de apa din recipientul de test. In toate celelalte cazuri, concentratia care trebuie utilizata se bazeaza pe estimarile privind emisiile din mediu. Concentratia de substanta de testat aplicata trebuie sa fie adecvata pentru caracterizarea caii de transformare si a formarii si epuizarii produsilor de transformare. Este posibil sa fie necesara aplicarea unor doze mai mari (de exemplu de 10 ori) in cazurile in care concentratiile substantei de testat sunt apropiate de limita de detectie la inceputul studiului si/sau daca principalii produsi de transformare nu au putut fi detectati cu usurinta la o rata egala cu 10% din rata de aplicare a substantei de testat. Cu toate acestea, daca se folosesc concentratii mai mari ale substantei de testat, acestea nu trebuie sa aiba un efect advers important asupra activitatii microbiene din sistemul apa-sediment. Pentru obtinerea unei concentratii constante a substantei de testat in recipiente de diferite dimensiuni, poate fi indicata ajustarea cantitatii de produs aplicat in functie de adancimea coloanei de apa din recipient fata de adancimea apei de pe teren (care se presupune a fi de 100 cm, dar se pot utiliza si alte valori). Pentru un exemplu de calcul, vezi anexa 4.

Teoretic, substanta de testat se aplica sub forma unei solutii apoase in faza apoasa a sistemului testat. Daca nu se poate proceda altfel, se pot utiliza cantitati mici de solventi miscibili in apa (cum sunt acetona sau etanolul) pentru repartizarea si aplicarea substantei de testat, dar acestia nu trebuie sa depaseasca 1% v/v si nu trebuie sa aiba efecte adverse asupra activitatii microbiene a sistemului de testare. Solutia apoasa de substanta de testat se prepara cu atentie - pentru a asigura o omogenizare totala se poate efectua o amestecare prealabila cu ajutorul coloanelor de generator. Dupa adaugarea solutiei apoase in sistemul de testare se recomanda amestecarea usoara a fazei apoase dar deranjand sedimentele cat mai putin posibil.

In mod obisnuit nu se recomanda utilizarea de produse preparate, deoarece ingredientele preparate pot afecta repartizarea substantei de testat si/sau a produsilor de transformare intre faza apoasa si faza sedimentara. Cu toate acestea, in cazul substantelor putin solubile in apa, utilizarea de materiale preparate poate constitui o alternativa adecvata.

Numarul de recipiente de incubare depinde de numarul de prelevari (vezi sectiunea 1.9.3). Trebuie prevazut un numar suficient de sisteme de testare, astfel incat doua astfel de sisteme sa poata fi sacrificate la fiecare prelevare. Daca se folosesc unitati martor pentru fiecare sistem de sedimente acvatice, acestea nu se trateaza cu substanta de testat. Unitatile martor pot fi utilizate pentru determinarea biomasei microbiene din sediment si a carbonului organic total din apa si din sediment la finalul studiului. Doua dintre unitatile martor (de exemplu o unitate de martor din fiecare sediment acvatic) pot fi utilizate pentru monitorizarea parametrilor necesari privind sedimentul si apa pe parcursul perioadei de aclimatizare (vezi tabelul din sectiunea 1.8.2.2). Daca substanta de testat se aplica cu ajutorul unui solvent se adauga doi martori suplimentari pentru masurarea efectelor negative asupra activitatii microbiene din sistemul de testare.

Durata testului si recoltarea probelor

Durata experimentului nu trebuie sa depaseasca in mod normal 100 de zile (6) si trebuie sa se desfasoare pana la stabilirea cailor de degradare si a profilului de repartizare apa/sediment sau pana la disiparea a 90% din substanta de testat prin transformare si/sau volatilizare. Trebuie efectuate cel putin sase recoltari (inclusiv timpul zero) si se realizeaza un studiu facultativ preliminar (vezi sectiunea 1.9.4) pentru stabilirea regimului de recoltare si a duratei testului, cu exceptia cazurilor in care sunt disponibile din studii anterioare suficiente date privind substanta de testat. Pentru substantele hidrofobe poate fi necesara instituirea unor puncte suplimentare de prelevare pe parcursul perioadei initiale pentru determinarea ratei de repartizare intre faza apoasa si faza sedimentara.

La fiecare prelevare, se iau pentru analiza recipiente de incubare (duplicat). Sedimentul si apa care il acopera se analizeaza separat[6]. Se scoate cu atentie apa de la suprafata, evitandu-se atingerea sedimentului. Extractia si caracterizarea substantei de testat si a produsilor de transformare se realizeaza in conformitate cu procedurile analitice adecvate. Se elimina materialele adsorbite pe peretii recipientului de incubare si in tuburile utilizate pentru captarea produsilor volatili.

Testul preliminar optional

Daca durata si regimul de prelevare a probelor nu pot fi estimate pe baza altor studii relevante asupra substantei de testat, poate fi adecvata efectuarea unui test preliminar in aceleasi conditii ca si cele propuse pentru studiul definitiv. Daca se efectueaza acest test preliminar, se descriu pe scurt conditiile experimentale si rezultatele testului.

Masuratori si analiza

La fiecare prelevare se masoara si se inregistreaza concentratia substantei de testat si produsii de transformare din apa si din sediment (ca procent si concentratie de substanta aplicata). Ca regula generala, se identifica toti produsii de transformare pentru care se detecteaza > 10% din radioactivitatea totala aplicata sistemului apa/sediment, indiferent de prelevare, cu exceptia cazurilor in care exista justificari rezonabile. Se identifica de asemenea produsii de transformare a caror concentratie creste constant pe durata studiului, chiar si in cazurile in care concentratiile acestora nu depasesc limitele mentionate anterior, deoarece este posibil ca acesta sa fie un indiciu asupra persistentei. Procesul verbal trebuie sa contina justificari in acest sens.

Rezultatele privind sistemele de captare a gazelor/produsilor volatili (CO₂ si altii, de exemplu compusi organici volatili) se inregistreaza la fiecare prelevare. Se inregistreaza si ratele de mineralizare. La fiecare prelevare se mentioneaza si reziduurile (legate) care nu pot fi extrase.

DATE

PRELUCRAREA REZULTATELOR

Se calculeaza bilantul masic total si recuperarea (vezi sectiunea 1.7.1) radioactivitatii adaugate pentru fiecare prelevare. Rezultatele se inregistreaza ca procent de radioactivitate adaugata. Repartizarea radioactivitatii intre apa si sediment se inregistreaza ca procent si concentratie pentru fiecare prelevare.

Se calculeaza timpii de injumatatire, valorile DT₅₀ si, daca este cazul, valorile DT₇₅ si DT₉₀, precum si pragurile de incredere (vezi sectiunea 1.7.3). Se pot obtine informatii privind rata de disipare a substantei de testat in apa si in sediment cu ajutorul unor instrumente adecvate de evaluare. Acestea merg de la cinetica de pseudo-prim ordin, tehnici empirice de interpolare care folosesc solutii grafice sau numerice pana la alte metode de evaluare care folosesc de exemplu modele cu unul sau mai multe compartimente. Literatura de specialitate contine detalii suplimentare in acest sens (35)(36)(37).

Toate abordarile prezinta avantaje si inconveniente, iar complexitatea lor variaza considerabil. Ipoteza unei cinetici de prim ordin constituie o simplificare excesiva a procesului de degradare si de repartizare dar, daca se poate utiliza, ofera un termen (constanta vitezei sau timpul de injumatatire) usor de inteles si foarte util pentru modelele de simulare si pentru calcularea concentratiilor previzibile din mediu. Este posibil ca metodele empirice sau transformarile liniare sa produca o mai buna interpolare a curbelor si a datelor si sa permita astfel o mai buna estimare a timpilor de injumatatire, a valorilor DT₅₀ si, daca este cazul, a valorilor DT₇₅ si DT₉₀. Cu toate acestea, utilizarea constantelor derivate este limitata. Modelele cu compartimente pot genera constante utile pentru evaluarea riscurilor care descriu viteza de degradare din diferitele compartimente si repartizarea substantei chimice. Acestea se folosesc in general pentru estimarea constantelor de viteza pentru formarea si transformarea principalilor produsi de transformare. Metoda aleasa trebuie justificata in toate cazurile, iar experimentatorul trebuie sa demonstreze grafic si/sau statistic calitatea de ajustare.

RAPORTARE

RAPORT DE TESTARE

Raportul de testare trebuie sa contina urmatoarele informatii:

Substanta de testat:

denumirea comuna, denumirea chimica, numarul CAS, formula structurala (indicandu-se pozitia marcajului daca se foloseste material marcat radioactiv) si proprietatile fizice si chimice relevante;

puritatea (impuritatile) substantei de testat;

puritatea radiochimica a substantei chimice marcate si activitatea molara (daca este cazul);

Substante de referinta:

denumirea chimica si structura substantelor de referinta utilizate pentru caracterizarea si/sau identificarea produsilor de transformare.

Sedimente si apa de testare:

localizarea si descrierea locului/locurilor din care au fost prelevate sedimentele acvatice si, daca este posibil, istoricul contaminarii;

orice informatii privind recoltarea, depozitarea (daca este cazul) si aclimatizarea sistemelor apa-sediment;

caracterizarea probelor apa-sediment in conformitate cu tabelul din sectiunea 1.8.2.2.

Conditii de testare:

sistemul de testare utilizat (cu circulatie continua, biometru, mod de ventilare, metoda de amestecare, volum de apa, masa sedimentara, grosime a stratului de apa si a stratului de sediment, dimensiunea recipientelor de testare etc.)

aplicarea substantei de testat in sistemul de testare: concentratia de testare, numarul de duplicate si martori, modul de aplicare a substantei de testat (de exemplu utilizarea unui solvent, daca este cazul) etc.

temperatura de incubare;

numar de prelevari;

metode de extractie, randamente si praguri de detectie si metode analitice;

metode de caracterizare/identificare a produsilor de transformare;

devierile de la protocolul de test sau de la conditiile de testare pe parcursul studiului.

Rezultate:

date brute privind analizele reprezentative (toate datele brute se pastreaza in arhivele BPL);

repetabilitatea si sensibilitatea metodelor analitice utilizate;

ratele de recuperare (valorile procentuale acceptabile pentru ca un studiu sa fie considerat valabil sunt prezentate in sectiunea 1.7.1);

tabelul rezultatelor exprimate ca % din doza aplicata si in mg·kg^-1 in apa, sedimente si in intregul sistem (numai %) din substanta de testat si, daca este cazul, din produsii de transformare si din radioactivitatea neextractibila;

bilantul masic de pe parcursul si de la inceputul studiilor;

reprezentari grafice ale transformarii fractiunilor apa/sediment si ale celor din intregul sistem (inclusiv mineralizarea);

ratele de mineralizare;

timpul de injumatatire sau valorile DT₅₀, DT₇₅ si DT₉₀ pentru substanta de testat si, daca este cazul, pentru produsii principali de transformare, inclusiv pragurile de incredere in apa, sediment si in intregul sistem;

o evaluare a cineticii de transformare a substantei de testat si, daca este cazul, a principalilor produsi de transformare;

o cale de transformare propusa, daca este cazul;

discutarea rezultatelor.

REFERINTE BIBLIOGRAFICE:

BBA-Guidelines for the examination of plant protectors in the registration process. (1990). part IV, Section 1-5: Degradability and fate of plant protectors in the water/sediment system. Germany.

Commission for registration of pesticides: Application for registration of a pesticide. (1991). Part G. Behaviour of the product and its metabolites in soil, water and air, Section G.2.1 (a). The Netherlands.

MAFF Pesticides Safety Directorate. (1992). Preliminary guideline for the conduct of biodegradability tests on pesticides in natural sediment/water systems. Ref No SC 9046. United-Kingdom.

Agriculture Canada: Environmental chemistry and fate. Guidelines for registration of pesticides in Canada. Aquatic (Laboratory) - Anaerobic and aerobic. Canada. pp. 35-37.

US-EPA: Pesticide assessment guidelines, Subdivision N. Chemistry: Environmental fate (1982). Section 162-3, Anaerobic aquatic metabolism.

SETAC-Europe publication. (1995). Procedures for assessing the environmental fate and ecotoxicity of pesticides. Ed, Dr Mark R. Lynch, SETAC-Europe, Brussels.

OECD Test Guidelines Programme. (1995). Final Report of the OECD Workshop on Selection of Soils/sediments, Belgirate, Italy, 18-20 January 1995.

ISO/DIS 5667-12. (1994). Water quality - Sampling - Part 12: Guidance on sampling of bottom sediments.

US-EPA (1998a). Sediment/water microcosm biodegradation test. Harmonised Test Guidelines (OPPTS 835.3180). EPA 712-C-98-080.

DFG: Pesticide Bound Residues in Soil. Wiley-VCH (1998).

T.R. Roberts: Non extractable pesticide residues in soils and plants. Pure Appl. Chem. 56, 945-956 (IUPAC 1984).

OECD Test Guideline 304 A: Inherent Biodegradability in Soil (adopted 12 May 1981).

OECD (1993): Guidelines for Testing of Chemicals. Paris. OECD (1994-2000): Addenda 6-11 to Guidelines for the Testing of Chemicals.

Scholz, K., Fritz R., Anderson C. and Spitteler M. (1988) Degradation of pesticides in an aquatic model ecosystem. BCPC - Pests and Diseases, 3B-4, 3B-4, 149158.

Guth, J.A. (1981). Experimental approaches to studying the fate of pesticides in soil. In Progress in Pesticide Biochemistry (D.H. Hutson, T.R. Roberts, Eds.), Vol. 1, 85-114.J. Wiley & Sons.

Madsen, T., Kristensen, P. (1997). Effects of bacterial inoculation and non-ionic surfactants on degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in soil. Environ. Toxicol. Chem. 16, 631-637.

Steber, J., Wierich, P. (1987). The anaerobic degradation of detergent range fatty alcohol ethoxylates. Studies with ¹⁴C-labelled model surfactants. Water Research 21, 661-667.

Black, C.A. (1965). Methods of Soil Analysis. Agronomy Monograph No. 9. American Society of Agronomy, Madison.

APHA (1989) Standard Methods for Examination of Water and Wastewater (17^th edition). American Public Health Association, American Water Works Association and Water Pollution Control Federation, Washington D.C.

Rowell, D.L. (1994). Soil Science Methods and Applications. Longman.

Light, T.S. (1972). Standard solution for redox potential measurements. Anal. Chemistry 44, 1038-1039.

SETAC-Europe publication (1991). Guidance document on testing procedures for pesticides in freshwater mesocosms. From the Workshop "A Meeting of Experts on Guidelines for Static Field Mesocosms Tests", 3-4 July 1991.

SETAC-Europe publication (1993). Guidance document on sediment toxicity tests and bioassays for freshwater and marine environments. From the Workshop On Sediment Toxicity Assessment (WOSTA), 8-10 November 1993, Eds.: I.R. Hill, P. Matthiessen and F. Heimbach.

Vink, J.P.M., van der Zee, S.E.A.T.M. (1997). Pesticide biotransformation in surface waters: multivariate analyses of environmental factors at field sites. water Research 31, 2858-2868.

Vink, J.P.M., Schraa, G., van der Zee, S.E.A.T.M. (1999). Nutrient effects on microbial transformation of pesticides in nitifying waters. Environ. Toxicol, 329-338.

Anderson, T.H., Domsch, K.H. (1985). Maintenance carbon requirements of actively-metabolising microbial populations under in-situ conditions. Soil Biol. Biochem. 17, 197-203.

ISO 14240-2 (1997). Soil quality - Determination of soil microbial biomass - Part 2: Fumigation-extraction method.

Beelen, P. Van and F. Van Keulen. (1990), The Kinetics of the Degradation of Chloroform and Benzene in Anaerobic Sediment from the River Rhine. Hydrobiol. Bull. 24 (1), 13-21.

Shelton, D.R. and Tiedje, J.M. (1984). General method for determining anaerobic biodegradation potential, App. Environ. Microbiol. 47, 850-857.

Birch, R.R., Biver, C., Campagna, R., Gledhill, W.E., Pagga, U., Steber, J., Reust, H. and Bontinck, W.J. (1989). Screening of chemicals for anaerobic biodegradation. Chemosphere 19, 1527-1550.

Pagga, U. and Beimborn, D.B. (1993). Anaerobic biodegradation tests for organic compounds. Chemosphere 27, 1499-1509.

Nuck, B.A. and federle, T.W. (1986). A batch test for assessing the mineralisation of ¹⁴C-radiolabelled compounds under realistic anaerobic conditions. Envrion. Sci. Technol, 30, 3597-3603.

US-EPA (1998b). Anaerobic biodegradability of organic chemicals. harmonised Test Guidelines (OPPTS 835.3400). EPA 712-C-98-090.

Sijm, Haller and Schrap (1997). Influence of storage on sediment characteristics and drying sediment on sorption coefficients of organic contaminants. Bulletin Environ. Contam. Toxicol. 58, 961-968.

Timme, G., Freshe, H. and Laska, V. (1986). Statistical interpretation and graphic representation of the degradational behaviour of pesticide residues. II. Pflanzenschutz - Nachrichten Bayer 39, 187-203.

Timme, G., Freshe, H. (1980). Statistical interpretation and graphic representation of the degradational behaviour of pesticide residues. I. Pflanzenschutz - Nachrichten Bayer 33, 47-60.

Carlton, R.R. and Allen, R. (1994). The use of a compartment model for evaluating the fate of pesticides in sediment/water systems. Brighton Crop Protection Conference - Pest and Diseases, pp. 1349-1354.

ANEXA 1

INFORMATII PRIVIND SISTEMELE DE TESTARE AEROBE SI ANAEROBE

Sistemul aerob de testare

Sistemul aerob de testare descris in prezenta metoda de testare este format dintr-un strat aerob de apa (concentratiile tipice ale oxigenului variaza intre 7 si 10 mg·l^-1) si dintr-un strat de sediment aerob la suprafata si anaerob sub suprafata [potentialul redox mediu tipic (E_h) din zona anaeroba a sedimentului variaza intre -80 si -90mV]. In fiecare unitate de incubare se trece aer umed pe suprafata apei pentru a asigura o cantitate suficienta de oxigen in spatiul liber.

Sistemul anaerob de testare

Metoda de test din cadrul sistemului anaerob de testare este practic aceeasi cu cea din cadrul sistemului aerob, cu exceptia faptului ca se trece azot umed pe suprafata apei din fiecare unitate de incubare pentru a crea un spatiu liber cu azot. Sedimentele si apa se considera anaerobe daca potentialul redox (E_h) este sub -100mV.

In cadrul testului anaerob, evaluarea mineralizarii cuprinde masurarea dioxidului de carbon si a metanului degajat.

ANEXA 2

EXEMPLU DE APARAT CU CIRCULATIE CONTINUA

Dispozitiv de captare de siguranta, gol

Dispozitivul de captare 1:

etilenglicol pentru captarea compusilor organici volatili

Dispozitivul de captare 2:

acid sulfuric 0,1M pentru captarea compusilor alcalini volatili

Dispozitivele de captare 3 si 4:

hidroxid de sodiu 2M pentru captarea CO₂ si a altor compusi volatili acizi

ANEXA 3

EXEMPLU DE BIOMETRU

ANEXA 4

EXEMPLU DE CALCULARE A DOZEI APLICATE RECIPIENTULUI DE TESTARE