The use of biomimetic tools for water quality monitoring: passive samplers versus sentinel organisms

Abstract

To evaluate the performance of artificial and biological integrative sampling strategies, dissolved concentrations of polychlorinated biphenyl (PCBs) and metals (Cu and Mn) were measured with passive sampler devices (PSD) enclosing hydrophobic and chelating phases, and Asiatic clams were transplanted to a polluted area in the Rio de la Plata. Water concentrations based on PSD were compared with spot water samples collected at 0, 15, 32, and 63 days of exposition. PCBs and metals displayed linear accumulation kinetics both in PSDs and bivalves, but with different slopes. PCBs slopes were 2–27 times higher in bivalves (0.3–7.9 vs. 0.1–2.6 ng g−1 d−1 in PSDs) reflecting active filtration and uptake from particles, colloids, and dissolved phase, whereas metal slopes were 2.5–11 times lower in bivalves (0.04–0.18 vs. 0.10–2.00 μg g−1 d−1 in PSDs) suggesting metal bioregulation. Truly dissolved PCB concentrations from PSD (4.0–6.9 ng.l−1) represented average 13±4 % of PCB concentrations from filtered spot water samples reflecting the operational discrimination of the PSD diffusion membrane on competing dissolved and colloidal organic phases. In contrast, PSD dissolved Cu concentrations (2.3–8.2 μg l−1) were equivalent to the spot water values (3.2–3.8 μg l−1) suggesting that Cu speciation was adequately integrated by passive sampling. On the other hand, PSD-dissolved Mn concentrations (49±38 μg l−1) were higher (p<0.05) than those from spot water samples (7±11μg l−1) possibly due to phase changes of Mn distribution related to variable redox conditions in the water. Results evidenced that the PSDs are efficient accumulators of metals and organic compounds from the truly dissolved fraction

Para evaluar el desempeño de las estrategias de muestreo integrador artificial y biológico, se midieron las concentraciones disueltas de bifenilo policlorado (PCB) y metales (Cu y Mn) con dispositivos de muestreo pasivo (PSD) que encierran fases hidrofóbicas y quelantes, y se trasplantaron almejas asiáticas a un área contaminada. zona del Río de la Plata. Las concentraciones de agua basadas en PSD se compararon con muestras puntuales de agua recolectadas a los 0, 15, 32 y 63 días de exposición. Los PCB y los metales mostraron una cinética de acumulación lineal tanto en PSD como en bivalvos, pero con diferentes pendientes. Las pendientes de los PCB fueron de 2 a 27 veces mayores en los bivalvos (0,3 a 7,9 frente a 0,1 a 2,6 ng g −1 d −1 en los PSD), lo que refleja la filtración activa y la absorción de partículas, coloides y fase disuelta, mientras que las pendientes de los metales fueron de 2,5 a 11 veces menor en bivalvos (0,04–0,18 frente a 0,10–2,00 μg g−1 d−1 en PSD), lo que sugiere biorregulación de metales. Las concentraciones de PCB verdaderamente disueltas de PSD (4,0–6,9 ng.l−1) representaron un promedio de 13 ± 4 % de las concentraciones de PCB de muestras de agua filtradas, lo que refleja la discriminación operativa de la membrana de difusión de PSD en fases orgánicas disueltas y coloidales competitivas. Por el contrario, las concentraciones de Cu disuelto en PSD (2,3 a 8,2 μg l-1) fueron equivalentes a los valores puntuales del agua (3,2 a 3,8 μg l-1), lo que sugiere que la especiación de Cu se integró adecuadamente mediante muestreo pasivo. Por otro lado, las concentraciones de Mn disuelto en PSD (49±38 μg l-1) fueron mayores (p<0,05) que las de muestras de agua puntuales (7±11 μg l-1), posiblemente debido a cambios de fase en la distribución de Mn relacionados con Condiciones redox variables en el agua. Los resultados evidenciaron que los PSD son eficientes acumuladores de metales y compuestos orgánicos a partir de la fracción verdaderamente disuelta.

Para avaliar o desempenho de estratégias de amostragem integrativa artificial e biológica, as concentrações dissolvidas de bifenil policlorado (PCBs) e metais (Cu e Mn) foram medidas com dispositivos amostradores passivos (PSD) envolvendo fases hidrofóbicas e quelantes, e moluscos asiáticos foram transplantados para um ambiente poluído. região do Rio da Prata. As concentrações de água baseadas no PSD foram comparadas com amostras de água coletadas aos 0, 15, 32 e 63 dias de exposição. PCBs e metais apresentaram cinética de acumulação linear tanto em PSDs quanto em bivalves, mas com inclinações diferentes. As inclinações de PCBs foram 2 a 27 vezes maiores em bivalves (0,3 a 7,9 vs. 0,1 a 2,6 ng g-1 d-1 em PSDs), refletindo a filtração ativa e a absorção de partículas, colóides e fase dissolvida, enquanto as inclinações de metal foram de 2,5 a 11 vezes menor em bivalves (0,04-0,18 vs. 0,10-2,00 μg g-1 d-1 em PSDs), sugerindo biorregulação metálica. As concentrações de PCB verdadeiramente dissolvidos do PSD (4,0–6,9 ng.l-1) representaram uma média de 13±4% das concentrações de PCB de amostras de água filtrada, refletindo a discriminação operacional da membrana de difusão do PSD em fases orgânicas dissolvidas e coloidais concorrentes. Em contraste, as concentrações de Cu dissolvido no PSD (2,3-8,2 μg l-1) foram equivalentes aos valores da água local (3,2-3,8 μg l-1), sugerindo que a especiação de Cu foi adequadamente integrada por amostragem passiva. Por outro lado, as concentrações de Mn dissolvido em PSD (49±38 μg l-1) foram maiores (p<0,05) do que aquelas de amostras de água spot (7±11μg l-1), possivelmente devido a mudanças de fase na distribuição de Mn relacionadas a condições redox variáveis ​​na água. Os resultados evidenciaram que os PSDs são acumuladores eficientes de metais e compostos orgânicos da fração verdadeiramente dissolvida