Ανάπτυξη και εφαρμογή μεθοδολογίας έλεγχου οργανικών τοξικών ενώσεων σε ψάρια

Abstract

In this thesis, the toxic organic compounds: aldrin, endrin, dieldrin, α-HCH, β-HCH, γ-HCH, δ-HCH, α-chlordane, γ-chlordane, 4,4-DDE, 4,4- DDD, endrin aldehyde, heptachlor, heptachlor epoxide, endrin ketone, methoxychlor, endosulfan I, endosulfan II, endosulfan sulfate and also PCBs congeners (polychlorinated biphenyls) : 28, 52, 101, 138, 153, 180, 209 were selected based on their toxicity, persistence and frequency in the environment, especially in fish organisms. Matrix solid phase dispersion (MSPD) was used for the extraction of all the above analytes from fish matrices. In the performance of MSPD, the analytes recoveries and matrix cleanup depend on several parameters such as the solid support and the bound phase, the nature of the sample matrix, the sample to solid support ratio, and the solvent elution sequence performed. The influence of the main factors on the extraction process yield was thoroughly evaluated. In order to maximize the extraction yield, we develop an analytical methodology with two optimization methods: the classical approach for an experiment involving factors named “one-factor-at-a-time strategy” and an alternative experimental arrangement named “factorial experiment”. Using factorial experiments, the levels of a given factor are combined with all levels of every other factor in the experiment. A 3(4-1) fractional factorial design was developed to optimize the above factors related to the extraction procedure to assure quantitative simultaneous extraction of the target analytes. The experimental data of 3(4-1) fractional factorial design were treated for modeling using artificial neural networks (ANNs). Two different ANNs were used, the first one had as output the average recovery of the analytes and the second had as output the standard deviation of averaged recoveries. The common region or values deriving from these two optimum regions could then best describe the global optimum for the MSPD method under investigation. Afterwards, a fully nested experimental design applied to estimate the uncertainty of measurement arising from trueness. The proposed procedure was applied to real samples. Uncertainties of measurements of real samples analysis were calculated and presented together with the analytical results as a numeric range. The expanded uncertainty of each result including all possible sources of uncertainty was introduced to each result. These values of uncertainty were below 20% for most of the analytes

Η παρούσα διατριβή πραγματεύτηκε τη συνολική διαδικασία ανάπτυξης μιας μεθοδολογίας εκχύλισης οργανικών τοξικών ενώσεων σε ψάρια καθώς και την εφαρμογή της σε υδάτινες περιοχές του νομού Αιτωλοακαρνανίας, Ελλάδα. Επιλέχθηκαν οι οργανοχλωριωμένες ενώσεις: aldrin, endrin, dieldrin, α-HCH, β-HCH, γ-HCH, δ-HCH, α-chlordane, γ-chlordane, 4,4-DDE, 4,4- DDD, endrin aldehyde, heptachlor, heptachlor epoxide, endrin ketone, methoxychlor, endosulfan I, endosulfan II, endosulfan sulfate και τα συμπαράγωγα PCBs (πολυχλωριωμένα διφαινύλια) : 28, 52, 101, 138, 153, 180, 209. Ως μέθοδος εκχύλισης επιλέχθηκε η εκχύλιση διασποράς του υποστρώματος σε στερεά φάση (matrix solid phase dispersion, MSPD). Η μεθοδολογία αυτή βελτιστοποιήθηκε με δύο διαδικασίες: τη μέθοδο της μεταβολής ενός παράγοντα τη φορά και τη μέθοδο της εφαρμογής παραγοντικών σχεδιασμών. Οι παράγοντες που επιδρούν στην απόδοση της μεθοδολογίας MSPD επιλέχθηκαν να είναι: το υλικό διασποράς του υποστρώματος, η αναλογία δείγμα/υλικό διασποράς, ο διαλύτης ή το μίγμα διαλυτών έκλουσης των ενώσεων και το υλικό καθαρισμού του εκχυλίσματος. Ένα κλασματικό πειραματικό σχέδιο 3 (4-1) , που περιλαμβάνει τους 4 μελετώμενους παράγοντες να μεταβάλλονται μεταξύ 3 επιπέδων χρησιμοποιήθηκε γι’αυτόν το σκοπό. Τα δεδομένα μετά την εφαρμογή του πειραματικού σχεδίου επεξεργάστηκαν με τη χρήση Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων (ΤΝΔ). Γι’αυτήν τη μέθοδο βελτιστοποίησης προσδιορίστηκαν κριτήρια ποιότητας της μεθόδου (επικύρωση μεθόδου). Επιπρόσθετα, ένα πλήρως ένθετο ή ιεραρχικό πειραματικό σχέδιο (full nested experimental design) χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση της αβεβαιότητας που προέρχεται από την ορθότητα της μεθόδου και χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση ύπαρξης σημαντικού συστηματικού αναλυτικού σφάλματος. Η βελτιστοποιημένη μεθοδολογία MSPD εφαρμόστηκε σε δύο περιοχές του νομού Αιτωλοακαρνανίας όπου δεν έχει προηγουμένως καταγραφεί αντίστοιχη βιβλιογραφική αναφορά για τον προσδιορισμό οργανοχλωριωμένων ενώσεων σε ψάρια. Συνολικά λοιπόν ανιχνεύθηκαν και ποσοτικοποιήθηκαν 9 από τις 26 οργανοχλωριωμένες ενώσεις στα δείγματα που μελετήθηκαν. Υπολογίστηκαν τέλος, οι αβεβαιότητες των αποτελεσμάτων των πραγματικών δειγμάτων που αναλύθηκαν και παρουσιάστηκαν μαζί με το αναλυτικό αποτέλεσμα ως εύρος τιμών που φανερώνει τη διασπορά τιμών μέσα στο οποίο πιστεύεται ότι βρίσκεται η μετρούμενη τιμή με εμπιστοσύνη 95% συμβάλλοντας στην καλύτερη προσέγγιση της πραγματικής τιμής. Οι τιμές αυτές για τα πραγματικά δείγματα της μελέτης ήταν <20% για τις περισσότερες ενώσεις