IPM Faggruppe for Miljøkjemi - UMB...Faggruppe Miljøkjemi 28 INSTITUTT FOR PLANTE- OG MILJØVITENSKAP Metoder og utstyr Lave konsentrasjoner (ICP-OES, ICP-MS, AMS (Australia, Sverige))

IPMIPMFaggruppe for MiljFaggruppe for Miljøøkjemi kjemi

Presentasjon av faggruppen for potensielle MINA MScstudenter

Førsteamanuensis Elin Gjengedal

2008

Faggruppe Miljøkjem

i

2

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Faggruppe MiljFaggruppe MiljøøkjemikjemiHva gjør vi?

Hvorfor?

Hvordan?

Hvem har nytte av det?

Hvorfor bør du velge analytisk kjemi, radiokjemi/radioøkologi eller miljøkjemi og økotoksikologi?


i

3

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Hvem er vi?Hvem er vi?Faggruppeleder Prof. Brit SalbuProf. Bjørn Olav Rosseland (IPM/INA) – ØkotoksikologiProf. John W. Einset – ØkotoksikologiProf. Deborah H Oughton: Radiokjemi/ miljøkjemi/ etikk1. Am. Elin Gjengedal: Analytisk kjemi/ miljøkjemi1. Am. Lindis Skipperud: Radiokjemi/ miljøkjemi1. Am. Ole Christian Lind: RadiokjemiPost. Doc. Hans-Christian Teien: Aluminium/ sur nedbørPost. Doc. Espen Govasmark: Selen i planterProf II Y. Thomassen, STAMI: Analytisk kjemiGjesteprof. E. Steinnes, NTNU: MiljøkjemiOvering. Karl Andreas Jensen; Avd. ing. Solfrid Lohne; Avd. ing. Marit Nandrup Pettersen; Avd.ing Signe Dahl

+ PhD studenter; viktige resurser for MSc studenter!

http://www.umb.no/?avd=6&ans_sek=21


i

4

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Kjemiske grunnstoffer Kjemiske grunnstoffer –– i oss eller omkring ossi oss eller omkring oss

Master grader

Analytisk kjemi

– Hvilke grunnstoffer og hvor mye

Radiokjemi

– Hvilke radionuklider og hvor mye

Radioøkologi

– Radionuklider i naturen

Miljøkjemi

– For mye på galt sted

Miljøkjemi og økotoksikologi

– For mye gir biologiske effekter


i

5

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no


i

6

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no


i

7

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

RadioRadiokjemi/ radiokjemi/ radioøøkologi kologi Atomet har en kjerne

Nuklide: AX, ZX, XN

X – Grunnstoff

Z – Protontall (Atomnummer)

N – Nøytrontall

A – Massetall

Z – Antall elektroner

Stabile nuklider– Stabilt N/Z forhold

Ustabile dvs radionuklider– For mange Z eller N


i

8

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

100

75

50

25

00 25 50 75 100 125

prot

ons

neutrons

line of maximumstability

region of neutrondeficiency

region of neutronexcess

unstable

1:1

region of excessnucleons

stable

Alpharadiation

Beta minusradiation

Beta plusradiation

NuklidekartNuklidekart


i

9

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

IonisIoniserendeerende strstråålingling

α - radiation:

β - radiation:

γ - radiation:


i

10

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Hvilke stoffer og hvor mye?Hvilke stoffer og hvor mye?Analytisk kjemi – uorganiske eller organiske forbindelser; spesielt metaller

Radiokjemi– Radionuklider, forbindelser, partikler

Grunnleggende viktig

for mange fag!


i

11

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Kilder Kilder –– utslipp utslipp –– transport transport ––biologisk opptak biologisk opptak -- effekteffekt


i

12

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

MiljMiljøøkjemi kjemi RadioRadioøøkologi kologi

MiljMiljøøkjemi og kjemi og øøkotoksikologikotoksikologiNaturlige eller syntetiske stoffer på avveie

eller

for mye på feil sted til feil tid

som bidrar til

negative effekter på sårbare organismer


i

13

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

MiljMiljøøgiftergifterUorganisk analytisk kjemi– Spormetaller (små mengder)– Tungmetaller (Cd, Hg)– Sur nedbør (Al)

Radiokjemi– Radionuklider– Ustabile isotoper av ulike grunnstoffer (U, Pu)

Organisk analytisk kjemi– Persistente organiske forurensninger (POP; for eksempel PCB,

DDT, dioksiner,PAH, bromerte flammehemmere og PFOS )

Ulike kilder, ulike egenskaper som påvirker transport, biologisk opptak og effektMange biologiske endepunkter er likeSynergistiske og antagonistiske effekter


i

14

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Kilder Kilder –– stoffer stoffer -- effektereffekterNegativ effekter

Biologisk opptak

Biotilgjengelige

tilstandsformer(enkle ioner, organiske komplekser)

Inaktive former(kolloider, partikler)

Kilde

k1

k2


i

15

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

SSpormetallerpormetaller kan foreligge i kan foreligge i ulike tilstandsformer i vannulike tilstandsformer i vann

MobiliseringsMobiliserings--mekanismermekanismer::–– DesorpsjonDesorpsjon

–– ‘‘DissolutionDissolution’’

–– DispersjonDispersjon

MekanismerMekanismer for for molekylvekstmolekylvekst::–– HydrolyseHydrolyse

–– KompleksdannelseKompleksdannelse

–– PolymeriseringPolymerisering

–– ColloidColloid--dannelsedannelse

–– AggregeringAggregering


i

16

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

negativeffekt

Alle grunnstoffer kan være giftige i for høy dose

Toksiske grunnstoffer – Giftig i lave doserEssensielle grunnstoffer – Nødvendig for organismen; for lite og for mye er uheldig

DoseDose--responsresponsFrekvens-respons kurve

Mangel-symptomer

Optimaltnivå

DoseToksisknivå

[%]


i

17

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Biologiske effekterBiologiske effekterTungmetaller Stråling

Fri radikal

BindingsbruddDNA, RNA Oksidering av cellemembran

* Celler dør* Celler repareres* Celler feilrepareres

Mutasjon, permanent skade

Reproduksjon skade, immun systemsvikt, genetisk skade, sykelighet, død

H2O2, O2, …


i

18

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Definisjon av begreperDefinisjon av begreperForurensende stoff= stoff som ved menneskelig aktivitet blir tilført naturen slik

at de finnes i konsentrasjoner høyere enn det naturlige bakgrunnsnivået

Miljøgifter= stoffer som ved spredning kan påføre naturen en

utilsiktet skadeverkning

Et forurensende stoff er ikke nødvendigvis en miljøgift


i

19

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Forurensning av naturmiljForurensning av naturmiljøøetetNaturlig forurensning/geohazards– Stormer, flommer, sjøsaltepisoder, jordskred, snøskred,

vulkanutslipp, jordskjelv, sandstorm, ….

Menneskeskapte forurensninger– Atomulykker, industriulykker/utslipp, langtransporterte

forurensninger, sur nedbør, utslipp fra byer/tettsteder (kloakk, søppel), avrenning fra landbruk, ….


i

20

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Test Test avav atomvatomvååpenpen: : Tel'kemTel'kem II II krateretkrateret, Semipalatinsk, Semipalatinsk, , KasahkstanKasahkstan

U og Pu overlapp


i

21

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Utarma uranpartikkel fra KuwaitUtarma uranpartikkel fra Kuwait

Små partikler som kan inhaleres i lungene


i

22

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

ChernobylChernobyl 19861986Nedfall av 137Cs

Partikkel fra Partikkel fra ChernobylChernobyl, , samlet inn i Valdres i 1988samlet inn i Valdres i 1988


i

23

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Marin transport Marin transport Kilder til

Norskekysten– Sellafield

– La Hague

– Dounreay

– Baltic Sea


i

24

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Dumping av fast Dumping av fast avfall, avfall,

KarahavetKarahavet

Feltarbeid i 1992, -93 og 94


i

25

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Kildeidentifisering Kildeidentifisering ––forskjellig Pu isotopforholdforskjellig Pu isotopforhold

240Pu/239Pu

238Pu/240,239Pu

0.6 0.4 0.50.3 0.20.1

0.6

0.5

0.3

0.4

0.2

0.1 Naval reactors (235U enriched)

Civil reactor waste

Global fallout

Weapons grade Pu

Pu powered reactors


i

26

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Mulige nukleMulige nukleæære kilderre kilder


i

27

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

FeltarbeidFeltarbeidLuftprøver

– Pumper og filtre

Vannprøver

– Pumper, slanger, vannhentere

– Filtrering i felt (elv, innsjø, grunnvann, havet)

Jordprøver

– Overflater, profiler, lysimetre

Sedimentprøver

– Overflater, profiler

Biologiske prøver

– Fisk, dyr, planter…

– Utvalgte organer

– Blod/celler…

In situ fraksjonering av miljøgifter i vassdrag under flom


i

28

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Metoder og utstyrMetoder og utstyrLave konsentrasjoner (ICP-OES, ICP-MS, AMS (Australia, Sverige))

Isotopforhold for å identifisere kilder (240Pu/239Pu) eller trofisk nivå i næringskjeder (15N/14N)

Tilstandsformer/speciering -fraksjoneringsmetoder

Tracer-teknikker – radioaktive atomer tilsettes og kan følges gjennom kompliserte prosesser

Strukturer og partikkelegenskaper –elektronmikroskopi, synkrotron stråling (Frankrike, Tyskland)

Synchrotron radiation ESRF, France


i

29

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

EffektmetoderEffektmetoderAnrikning av miljøgifter i organer, blod, celler

Al på gjeller og nese, fiskedød

Stressvariable – sukker i blod

Binding til spesielle proteiner

Induksjon av fri radikal -biomarkører

Gamma-bestrålingsanlegg; lave doser

Over: Laksesmolt fra elven Lona 1999 15 ug Al/g tv gjelleUnder: Laksesmolt fra Gaula 1999 (flom)167 ug Al/g tv gjelle


i

30

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Hvordan hHvordan hååndterer organismen ndterer organismen miljmiljøøgifter?gifter?

Glad melding: Organismene har et batteri av avgiftnings-systemer som håndterer giftstoffer!

Dårlig melding 1: Avgiftning er energi-krevende og går påbekostning av noe annet

Dårlig melding 2: Avgiftnings kapasiteten har sin begrensning! ”Overskridelse” fører til skader!

Vi bruker metoder for åavdekke at noe er galt førdet uttrykkes i ”skader”:

BIOMARKØRER for tidlig effekt

Homeostasis Compensation Non-compensation Death

Healthy

Stressed

Disease

Curable

Incurable

Heal

th s

tatu

s

Physiological condition

Reversible Irreversible

Biomarkører


i

31

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Klororganiske stofferKlororganiske stofferForbudte organiske forbindelser solgt til varme U-land – tilbakeføres til kalde I-land!

Global destillasjons teori (Wania & Mckay 1996):Fordampning i temperert del av kloden (bl.a. lavmolekylære PCB forbindelser)Binding i områder med lavere temperatur”Gresshoppe effekt” - ender i nordområder


i

32

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Noen mulige temaer for hovedfagNoen mulige temaer for hovedfagIPM/Seksjon MiljIPM/Seksjon Miljøøkjemikjemi

Metodeutvikling og analyse av ”eksotiske” radionuklider i miljøprøver vha. ICP-MS og AMS (L.S og D.H.O)

Tc-99, I-129, Cl-36 i norske marine produkter (B.S og L.S)

Remobilisering av spormetaller/ radionuklider) fra jord og sedimenter (B.S og L.S)

Karakterisering av radioaktive partikler fra atomanlegg (B.S og O.C.L)

Naturlig radioaktivitet fra olje og gass produksjon (B.S. og L.S)

Bestemmelse av metaller og trofisk nivå av fisk vha N-15/N-14 og C-14/C-13 målinger (B.S og B.O.R)

”Multiple stressor” og effekter på fisk (B.S og B.O.R)

Environmental Impact Assessment and Management of Lake Resources in The Ethiopian rift-valley lakes (heavy metals, pesticides) (B.S., L.S. og B.O.R)


i

33

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Noen mulige temaer forts.Noen mulige temaer forts.Opptak av radionuklider /tungmetaller i planter fra økologisk landbruk (L.S og B.S)

Technically enhanced natural radioactive material and heavy metal contamination in Kazakhstan (B.S and L.S)

Ecotoxicological effects of nanoparticles (D.H.O)

The ecological impact of radionuclide and heavy metalcontamination in the Chernobyl 30 km zone (D.H.O)

Evaluation of the environmental risk from exploitation ofnatural resources in the Barents Sea: Scientific, political and ethical implication (D.H.O)

Miljøpåvirkning ved thorium utvinning i Norge: Radioaktivitet og tungmetall forurensning og spredning i miljøet


i

34

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

InternasjonaliseringInternasjonaliseringDhaulagiri-I 8167 moh

Feltarbeid i Nepal?


i

35

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

Noen mulige temaer fortsNoen mulige temaer forts……Bioenergi (E.G.)Bioenergi (E.G.)

Forbrenning

Mikrobølge pyrolyse

Behov for renseteknologi?

Kvalitet på brensel?

Diffuse kilder– Forurenset grunn, gamle fyllinger, avløp,

dumping av avfall som inneheld miljøgifter

Remediering – muligheter?– Fjærning, tildekking, isolering,

opprensing på stedet, deponering

Sist ansatt:

Birgit. B. Rindal, MSc fra UMB

http://www.energigjenvinningsetaten.oslo.kommune.no/


i

36

INSTITU

TT FOR PLAN

TE-O

G M

ILJØVITEN

SKAP

www.umb.no

KonklusjonKonklusjonHvorfor?– Stoffer på avveie, konsekvensvurderinger, risiki og

iverksettelse av tiltak

Hvordan?– Forskning og internasjonalt samarbeid

Stort nasjonalt og internasjonalt satsingsområde –stort behov for rekruttering

Documents

IPM Faggruppe for Miljøkjemi - UMB...Faggruppe Miljøkjemi 28 INSTITUTT FOR PLANTE- OG MILJØVITENSKAP Metoder og utstyr Lave konsentrasjoner (ICP-OES, ICP-MS, AMS (Australia, Sverige))