Π Ι YXIAKH ΕΡΓΑΣΙΑ ΒΙΟΡΟΦΗΣΗ ΒΑΡΕΩΝ ΜΕΤΑΑΑΩΝ ΑΠΟ ΛΕΑΚΡΟΦΥΤΑ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΙΙΛΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ Κ Δ ΒΔΔΔ1 ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ Π Ι YXIAKH ΕΡΓΑΣΙΑ ΒΙΟΡΟΦΗΣΗ ΒΑΡΕΩΝ ΜΕΤΑΑΑΩΝ ΑΠΟ ΛΕΑΚΡΟΦΥΤΑ ΣΙΙΟΥΔΑΣΤΕΣ ΒΑΑΧΟΔΙ1ΜΟΥ ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ ΓΣΙ1ΚΟΥ ΘΩΜΛΗ ΕΙΣΗΓΗΤΗΣ ΑΧΙΛΛΕΑΣ ΧΡΙΣΤΟΦΟΡΙΔΗΣ ΚΑΒΑΛΑ 2004

2 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΒΙΟΡΟΦΗΣΗ ΒΑΡΕΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΛΠΟ ΜΛΚΡΟΦΥΤΛ ΣΠΟΥΔΑΣΤΕΣ ΒΛΑΧΟΔΗΜΟΥ ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ ΤΣΗΚΟΥ ΘΩΜΑΗ ΕΙΣΗΓΗΤΗΣ ΑΧΙΛΑΕΑΣ ΧΡΙΣΤΟΦΟΡΙΔΗΣ ΚΑΒΑΛΑ 2004

3 ΣΤΟΥΣ ΓΟΝΕΙΣ ΜΑΣ

4 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Σήμερα είναι γνωστοί διάφοροι χημικοί και φυσικοί τρόποι απομάκρυνσης βαρέων μετάλλων από το νερό. Στους τρόπους αυτούς έχει προστεθεί τα τελευταία χρόνια η δυνατότητα καθαρισμού με φυτικούς οργανισμούς (φύκια) που είναι γνωστή εκτός των άλλων ως «βιορόφηση». Στα πλαίσια της εργασίας μας ασχοληθήκαμε με την απομάκρυνση του βαρέως μετάλλου του χαλκού (Cu) από το νερό. Χρησιμοποιήθηκαν συγκεκριμένα είδη φυκιών τα οποία μας έδωσε μετά από συλλογή και επεξεργασία το Ινστιτούτο Αλιευτικής Έρευνας (ΙΝ.ΑΛ.Ε) στη Νέα Πέραμο Καβάλας. Ευχαριστούμε θερμά τον υπεύθυνο καθηγητή κ " Αχιλλέα Χριστοφορίδη για την καλή συνεργασία στην διεκπεραίωση των πειραμάτων και στη σωστή καθοδήγηση για την εγγραφή της εργασίας μας. Επίσης ευχαριστούμε τον κ. Σωτήριο Ορφανίδη Βιολόγο του Ινστιτούτο Αλιευτικής Έρευνας (ΙΝ.ΑΑ.Ε) Καβάλας για την προμήθεια των φυκιών αλλά και για την βοήθεια που μας προσέφερε στην εργασία μας. ΚΑΒΑΛΑ 2004 Θώμαη Τσίκου Αναστασία Βλαχοδήμου

5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ρύπανση του εδάφους και των νερών από τα βαρέα μέταλλα αποτελεί σήμερα ένα από τα μεγαλύτερα περιβαλλοντικά προβλήματα. Επειδή τα περισσότερα βιομηχανικά και αστικά απόβλητα εκχύνονται σε υδατικούς αποδέκτες, η περαιτέρο3 ρύπανση και υποβάθμιση αυτών μπορεί να προστατευτεί από τη μείωση των ρύπων στη ττηγή. Η χρήση διαφόρων συστημάτων καθαρισμού στα απόβλητα περιόρισε αλλά δεν εξάλειψε το πρόβλημα. Κατ αυτό τον τρόπο, ποσότητες βαρέων μετάλλων συνεχίζουν να συσσωρεύονται στο περιβάλλον και να περνούν στην τροφική αλυσίδα. Υποδομές που να καθαρίζουν πλήρως τα υγρά απόβλητα από βαρέα μέταλλα αποτελούν την εξαίρεση στη βιομηχανία αλλά και στα συστήματα καθαρισμού αστικών λυμάτων. Σήμερα υπάρχουν πολλοί χημικοί και φυσικοί τρόποι απομάκρυνσης των βαρέων μετάλλων από το νερό. Σε αυτούς τους «κλασικούς» τρόπους τα τελευταία χρόνια έχει προστεθεί η πολλά υποσχόμενη τεχνολογία «αντιρύπανσης με φυτικούς οργανισμούς» που είναι γνωστοί ως βιορόφηση (biosorption), βιοδιαχωρισμός (bioseparation) και φυτοθεραπεία (phytoremediation). Αυτός ο τύπος τεχνολογίας είναι ιδιαίτερα γνωστός από την εξυγίανση εδαφών και υπόγειων νερών με τη χρήση χερσαίων και υδροχαρών φυτών. Τα τελευταία χρόνια γίνεται προσπάθεια ανάπτυξης αντίστοιχης τεχνολογίας για τα υγρά απόβλητα με τη χρήση θαλάσσιων μακροφυκών (φύκι διακριτά με γυμνό μάτι), των οποίων η ικανότητα δέσμευσης βαρέων μετάλλων είναι ετήσης άριστη. Η συσσώρευση των βαρέων μετάλλων στη βιομάζα των μακροφυκών είναι αποτέλεσμα παθητικής (διάρκειας λίγων λεπτών) και ενεργητικής (διάρκειας λίγων ωρών μέχρι ημερών) διάχυσης στην εξωτερική επιφάνεια του κυτταρικού τοιχώματος και στο εσωτερικό του κυττάρου, αντίστοιχα. Η βασικές χημικές ομάδες που συμμετέχουν στην απορρόφηση των βαρέων μετάλλων από τα φύκι είναι οι υδροξυλικές, οι καρβοξυλικές, οι θειίκες και οι πολυφωσφορικές. Αυτές οι χημικές ομάδες βρίσκονται στους πολυσακχαρίτες των φαιο-.

6 ροδο-, και χλωροφυκων. Άλλες ουσίες που συμμετέχουν στην απορρόφηση των βαρέων μετάλλων είναι οι πολυφενόλες, που βρίσκονται κατά κύριο λόγο στα φαιοφύκη. Μέχρι σήμερα έχουν αναφερθεί αρκετά παραδείγματα, όπου ζωντανά μακροφύκη έχουν χρησιμοποιηθεί για την απομάκρυνση βαρέων μετάλλων από υγρά απόβλητα. Η εργασία των Wang and Wood (1984) έδειξε ότι φύκι μπορούν να συσσωρεύσουν στο θαλλό τους βαρέα μέταλλα από 50 μέχρι 1000 φορές περισσότερο από τη συγκέντρωση του διαλύματος που αναπτύσσονται. Μακροφύκη του γένους Cladophora έδειξαν δυνατότητες απορρόφησης της τάξης του 86-94% μέσα σε 24 ώρες. Άλλες εργασίες έδειξαν ότι η απορρόφηση των βαρέων μετάλλων μπορεί να γίνει και με νεκρή βιομάζα μακροφυκών. Μάλιστα η υττηρεσία περιβάλλοντος των ΗΠΆ ανέπτυξε σύστημα με το όνομα ΆlgaSORB για την απομάκρυνση του υδραργύρου από ρυπασμένα υπόγεια ύδατα. Αυτός ο τρόπος καθαρισμού υγρών αποβλήτων είναι οικονομικά συμφερότερος από τους «κλασικούς», π.χ. καθίζηση, οξείδωση, αναγωγή, τεχνολογία μεμβρανών, όταν η συγκέντρωση των βαρέων μετάλλων δεν υπερβαίνει περίπου τα 100 mg/1. Θεωρείται επίσης ο μοναδικός τρόπος καθαρισμού πόσιμου νερού με πολύ χαμηλό κόστος. Ο λόγος είναι ότι, στις ΤΓέρισσότερες περιτηώσεις, η βιορόφηση γίνεται με είδη μακροφυκών που ανατπύσσονται σε μεγάλες ποσότητες σε υποβαθμισμένες θαλάσσιες περιοχές. Η χρησιμοποίηση νεκρής ή ζωντανής βιομάζας μακροφυκών για τον καθαρισμό των αποβλήτων από βαρέα μέταλλα παραμένει και σήμερα πρόκληση για τους επιστήμονες, διότι πρέπει ακόμη να επιλυθούν πολλά προβλήματα, τα σοβαρότερα από τα οποία έχουν σχέση με τη λειτουργία τις βιορόφησης σε σχετικά στενό εύρος τιμών ρη και με τις δυσκολίες στη ροή των αποβλήτων από τη στήλη της βιομάζας των μακροφυκών. Επιπλέον, η βιορόφηση εξαρτάται από το είδος - στέλεχος του χρησιμοποιούμενου μακροφύκους και από τα είδη των μετάλλων στα απόβλητα.

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1:ΒΑΡΕΑ ΜΕΤΑΑΑΑ 1.1 ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ 1.2 ΧΑΛΚΟΣ 1.3 ΧΑΛΚΟΣ ΚΑΙ ΥΓΕΙΑ 1.4 Η ΣΠΟΥΔΑΙΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΧΑΛΚΟΥ ΓΙΑ ΤΟ ΕΔΑΦΟΣ 1.5 ΧΑΛΚΟΣ ΚΑΙ ΥΔΡΟΒΙΑ ΖΩΗ Χαλκός και υδρόβια φυτά Χαλκός και ψάρια Χαλκός και υδατοκαλλιέργειες 1.6 ΤΑ ΜΜΕ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΤΟ ΧΑΛΚΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΦΥΚΙΑ 2.1 ΦΥΚΗ (Phycophyta) ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΥΚΙΩΝ Κλάση Τάξη Τάξη Τάξη Τάξη Τάξη Τάξη Τάξη Κλάση Κλάση Κλάση Κλάση Τάξη Τάξη Κλάση Κλάση 7 19

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3:ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ 3.1 ΕΚΠΟΜΠΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ Ατομική εκπομττή Ατομική Απορρόφηση Ατομική Εκπομπή και Ατομική Απορρόφηση Οργανολογία Ατομικής Απορρόφησης Μονής-Ακτινοβολίας Φασματοφωτόμετρο μονής ακτινοβολίας ατομικής απορρόφησης Διπλή-Ακτινοβολία Φασματοφωτόμετρο ατομικής απορρόφησης διπλής ακτινοβολίας ΠΗΓΕΣ ΦΩΤΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ Διαδικασία λειτουργίας του λαμπτήρα τύπου HCL Ααμπτήρες πολλαπλών στοιχείων Χρήση λαμπτήρα ενός στοιχείου ή λαμπτήρα πολλαπλών στοιχείων Ρεύμα λαμπτήρων Χρόνος προθέρμανσης Ααμπτήρες τύπου EDL Αειτουργούσα δύναμη ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΑΥΣΤΗΡΩΝ Συστήματα καυστήρα διπλής όψεως Καυστήρας Haris ΦΑΟΓΕΣ Ασετιλίνη-Αέρας Πρωτοξείδιο του αζώτου-ασετιλίνη Αλλες φλόγες Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα της χρήσης της φλόγας ως ατομοποιητή ΈΑΕΓΧΟΙ ΑΕΡΙΟΥ Προσαρμογή καυστήρα Ρύθμιση εκνεφωτή Χρησιμοποίηση οργανικών διαλυτών 44

9 3.6 ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΟΡΓΑΝΟΥ Καμττύλη διόρθωσης Ετηλογή του αριθμού προτύπων Επιλογή των Κατάλληλων Προτύπων Βαθμονόμησης Αριθμός προτύπων που έχουμε τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσουμε ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑ ΚΑΙ ΟΡΙΟ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ Έλεγχος Ευαισθησία Όριο Ανίχνευσης ΣΕΑΙΔΕΣ ΠΡΟΤΥΠΩΝ ΣΥΝΘΗΚΩΝ Πίνακας Πρότυπων Συνθηκών Wavelengths (Μήκη Κύματος Slit Width (Πλάτος Relative Noise (Σχετικός Θόρυβος Sensitivity (Ευαισθησία Sensitivity Check (Ελεγχος ευαισθησίας Linear Range (Γραμμική Περιοχή Παρατηρήσεις Πρότυπες συνθήκες εκπομττής των φλογών 57.3 Χρησιμοποίηση του Πίνακα Προτύπων Συνθηκών Προσδιορισμοί ενός στοιχείου 57,3.2 Προσδιορισμοί πολλών στοιχείων 57.4 Πρότυπα Διαλύματα 58.5 Πηγές Φωτός Παρεμβάσεις Εναλλακτικές Τεχνικές Δειγματοληψίας ΠΗΓΕΣ ΣΦΑΑΜΑΤΩΝ - ΠΑΡΕΜΠΟΔΙΣΕΙΣ Σφάλματα που προέρχονται από την προκατεργασία του δείγματος Σφάλματα που προέρχονται από το χρήστη του οργάνου Σφάλματα που προέρχονται από το όργανο Σφάλματα που οφείλονται στη μέθοδο Φασματικές παρεμποδίσεις Φυσικές και παρεμποδίσεις Ιονικές και Χημικές παρεμποδίσεις 63

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 4.1 ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΕΣ «CYSTOSEIRA ΒΑΡΒΑΤΑ» [2mm έως 1mm] (Θερμαϊκός κόλπος) Προετοιμασία δείγματος Παρατηρήσεις Αποτελέσματα αναλύσεων «CYSTOSEIRA ΒΑΡΒΑΤΑ» [μικρότερο του 1mm] (Θερμαϊκός κόλπος Προετοιμασία δείγματος Παρατηρήσεις Αποτελέσματα αναλύσεων «GRASILARIA LONGA» [2mm έως 1mm] (Θερμαϊκός κόλπος) Προετοιμασία δείγματος Παρατηρήσεις Αποτελέσματα αναλύσεων Αναγέννηση Αποτελέσματα μετρήσεων αναγέννησης «GRASILARIA LONGA» [μικρότερο του 1mm] (Θερμαϊκός κόλπος Προετοιμασία δείγματος Παρατηρήσεις Αποτελέσματα αναλύσεων ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ «GRASILARIA» [2mm έως 1mm] (Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Προετοιμασία δείγματος Παρατηρήσεις «GRASILARIA» [μικρότερο του 1mm] (Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Προετοιμασία δείγματος Παρατηρήσεις «CYSTOSEIRA»[2mm έως 1mm] (Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) 72

11 4.9.1 Προετοιμασία δείγματος Παρατηρήσεις Αποτελέσματα αναλύσεων Προσπάθεια ετήλυσης παρεμπόδισης της ροής για το «CUSTOSEIRA» Παρατηρήσεις Αποτελέσματα αναλύσεων «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1mm] (Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Προσπάθεια επίλυσης παρεμπόδισης της ροής Προετοιμασία δείγματος Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραιμμα: Παρατηρήσεις ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΑΕΤΗ ΤΟΥ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του lmm](θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Προετοιμασία δείγματος Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ' ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του Imm](Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΆΝΑΓΕΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1 mm](θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ANArENNHEH «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του lmm](θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ' ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του lmm](θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) 84

12 Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις " ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1mm](Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας ) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του lmm](θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του lmm](θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του lmm](θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεωΐ' Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΕΠΙΠAEON ΑΝΑΑΥΣΗ ΤΟΥ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του lmm](θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας Προετοιμασία δείγματος Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΑΝΑΑΥΣΗ ΤΟΥ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του lmm](θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Προετοιμασία δείγματος Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις 96

13 'ΑΝΑΓΈΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1ππη](Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλα) Προετοιμασία δείγματος Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΆΝΑΓΕΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1mm](Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1mm](Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Προετοιμασία δείγματος Αποτελέσματα αναλύσεωί^ Διάγραμμα Παρατηρήσεις 4.26 ΕΠ1ΠΑΕΟΝ ΑΝΑΔΥΣΗ ΤΟΥ «CYSTOSEIRA» ΜΕ ΤΗ ΒΑΝΑ ΤΗΣ ΣΤΗΑΗΣ ΤΕΑΕΙΩΣ ΑΝΟΙΧΤΗ [μικρότερο του 1mm](Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Προετοιμασία δείγματος Αποτελέσματα αναλύσεωι^ Διάγραμμα Παρατηρήσεις 4.27 Π ΑΝΑΓΕΝΤ«ίΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του lmm](θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις 4.28 ΕΠΑΔΗΘΕΥΣΗ ΑΝΑΔΥΣΕΩΝ ΤΟΪ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1mm] (Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Προετοιμασία δείγματος Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις

14 ΑΝΑΓΈΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1mm](Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του lmm](θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΆΝΑΓΕΝΝΗΣΗ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του lmm](θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΕΠΑΑΗΘΕΥΣΗ ΑΝΑΔΥΣΕΩΝ ΤΟΥ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1mm] (Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Προετοιμασία δείγματος Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΕΠΑΝΑΑΗΨΗ ΕΠΑΑΗΘΕΥΣΗΣ ΤΟΥ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1mm] (Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Προετοιμασία δείγματος Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΈΠΑΝΑΑΗΨΗ ΕΠΑΑΗΘΕΥΣΗΣ ΤΟΥ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1mm] (Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Προετοιμασία δείγματος Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις

15 ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ TOY «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1ιηηι](Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ ΤΟΥ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του 1mm](Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις 4.37 ΕΠΑΑΗΘΕΥΣΗ ΤΗΣ ΕΠΙΠΑΓΟΝ ΜΕΑΕΤΗΣ «CYSTOSEIRA» [μικρότερο του Imm] (Θαλάσσια περιοχή Ν. Καβάλας) Προετοιμασία δείγματος Αποτελέσματα αναλύσεων Διάγραμμα Παρατηρήσεις 4.38 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΔΗΜΟΣΙΕΥΜΕΝΕΣ ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ 5.1 ΘΑΛΑΣΣΙΝΑ ΦΥΚΙΑ ΣΑΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΣΕ ΤΕΣΤ ΒΙΟΑΝΑΛΥΣΗΣ Συνθήκες Αποτελέσματα ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΟΙΝΟΤΗΤΩΝ ΦΥΚΙΩΝ ΣΕ ΜΕΤΑΛΛΑ Μελέτες Πεδίου Πειραματικές Οικολογικές Μελέτες ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΣΤΑ ΜΕΤΑΛΛΑ Το συμβάν και η γενετική βάση για την ανθεκτικότητα στα μέταλλα Μηχανισμοί ανθεκτικότητας ή αντίστασης ΕΙΣΑΓΩΓΗ Χαλκός 136 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 140

16 Κεφάλαιο 1 ΒΑΡΕΑ ΜΕΤΑΑΑΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ιο ΒΑΡΕΑ ΜΕΤΑΛΛΑ Εικ.1.: Χαλκός

17 Κεφάλαιο 1 ΒΑΡΕΑ ΜΕΤΑΛΛΑ 1. ΒΑΡΕΑ ΜΕΤΑΑΑΑ 1.1 ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Ο όρος βαρέα μέταλλα αναφέρεται στα μεταλλικά στοιχεία που έχουν ειδικό βάρος μεγαλύτερο από αυτό του σιδήρου (Fe). Τέτοια είναι π.χ. τα μέταλλα υδράργυρος (Hg), χαλκός (Cu), ψευδάργυρος (Ζη), νικέλιο (Νΐ), μόλυβδος (Pb), κάδμιο (Cd), χρώμιο (Cr) k.cl Πολλά από τα βαρέα μέταλλα είναι απαραίτητα σε μικρές ποσότητες για τη δράση των βιταμινών και π ς ζωικές λειτουργίες. Σε μεγάλες ποσότητες όμως προκαλούν σειρά δυσμενών επιπτώσεων. Βαρέα μέταλλα όπως ο ψευδάργυρος (Ζη), ο χαλκός (Cu) και το νικέλιο (Νί), είναι σε μικρές συγκεντρώσεις απαραίτητα για την ανθρώπινη υγεία ενώ άλλα μέταλλα όπως ο υδράργυρος (Hg) ακόμη και σε μικρές συγκεντρώσεις έχουν επιπτώσεις στον άνθρωπο. Τα βαρέα μέταλλα μεταφέρονται στη θάλασσα συνήθως μέσω των αστικών λυμάτων και βιομηχανικών αποβλήτων με τα νερά της βροχής ή των ποταμών. Η κύρια διαφορά της συμπεριφοράς των βαρέων μετάλλων στη θάλασσα από αυτή των οργανικών ενώσεων είναι ότι δεν βιοαπικοδομούνται, αλλά τελικώς καθιζάνουν, είτε ως δυσδιάλυτα άλατα, είτε αφού προσροφηθούν στην επιφάνεια του φυτοπλαγκτόν ή ενώσεων με σωματιδιακή μορφή, όπως ένυδρα οξείδια του σιδήρου και του μαγγανίου και καταπέσουν τελικά. Μικρές ποσότητες απορροφώνται από διάφορους θαλάσσιους οργανισμούς. Η τοξικότητα εξαρτάται από τη συγκέντρωση, το είδος του μετάλλου, την ύπαρξη και συνεργιστική δράση άλλων μετάλλων και το είδος του οργανισμού. Η τοξικότητα μπορεί να γίνει αντιληπτή είτε από νευροφυσιολογικές διαταραχές, είτε από γενετικές αλλοιώσεις των κυττάρων (μεταλλάξεις), είτε από επιδράσεις στην ενζυμική και ορμονική δραστηριότητα και στις βασικές λειτουργίες του οργανισμού και στην αναπαραγωγή. Μπορεί επίσης να εμφανισθεί τερατογένεση και καρκινογένεση.

18 Κεφάλαιο 1 ΒΑΡΕΑ ΜΕΤΑΑΑΑ 1.2 ΧΑΛΚΟΣ (Cu) Ατομικός αριθμός : 29 Ατομικό βάρος : 63,54 Ο χαλκός, γνωστός από την αρχαιότητα, είναι διαδεδομένος ως σουλφίδιο, asenides, χλωρίδιο και ανθρακικό άλας σε συνδυασμό με το σίδηρο και άλλα μεταβατικά στοιχεία. Ο χαλκός είναι μέταλλο χρώματος κόκκινου, και μαζί με τον χρυσό είναι τα μοναδικά έγχρωμα μέταλλα. Τα δύο κύρια είδη χαλκού είναι 1) τα μικτά σουλφίδια χαλκού και σιδήρου, όπως χαλκοπυρίτιο CuFeS2, κοα. bomite Cu5FeS4 κοα. 2) Τα βασικά ανθρακικά άλατα όπως ο αζουρίτης Cu(C0 3 )2(OH)2 και ο μαλαχίτης Cu2C0 3 (0 H) ΧΑΛΚΟΣ ΚΑΙ ΥΓΕΙΑ Ο χαλκός είναι ένα απαραίτητο ιχνοστοιχείο για τον ανθρώτηνο οργανισμό. Αυτό σημαίνει ότι το ανθρώτηνο σώμα - όπως ετιίσης τα ζώα και τα φυτά - χρειάζεται χαλκό σε καθημερινή βάση για να παραμείνει υγιές. Στην πραγματικότητα, ο χαλκός πρέπει να αποτελεί απαραίτητο μέρος της διατροφής μας για την κανονική λειτουργία ποικίλων βιοχημικών διαδικασιών στον ανθρώπινο οργανισμό. Είναι κρίσιμο για τη λειτουργία των ενζύμων και κατ επέκταση για τον μεταβολισμό. Ελλιπής ποσότητα χαλκού στον οργανισμό μπορεί πραγματικά να οδηγήσει σε εμφάνιση ασθένειας. Ο χαλκός είναι απαραίτητος για την υγιή λειτουργία του νευρικού συστήματος, αλλά και για άλλες λειτουργίες ζωτικής σημασίας όπως για τη διατήρηση της ισορροπίας και των άλλων χρήσιμων μετάλλων στο σώμα, όπως ο ψευδάργυρος (Ζη) και ο σίδηρος (Fe).O χαλκός είναι μία βασική θρεπτική ουσία που το ενήλικο σώμα απαιτεί σε καθημερινή διαιτητική βάση σε ποσότητα 1 έως 2mg. Η κύρια πηγή χαλκού στα νήπια, στα παιδιά και τους ενήλικους είναι οι διάφορες τροφές.

19 Κεφάλαιο 1 ΒΑΡΕΑ ΜΕΤΑΑΑΑ Ο χαλκός υπάρχει σε πολλά τρόφιμα, όπως οι πατάτες, τα φασολάκια, τα μπιζέλια, τα φιστίκια, το σιτάρι, η σίκαλη, τα ροδάκινα, τα σταφύλια και η σοκολάτα.υπάρχει επίσης στο νερό και μεταφέρεται και στο σώμα με την κατανάλθ3ση πόσιμου νερού. Τέλος ο χαλκός είναι βιοστατικός, που σημαίνει ότι τα βακτηρίδια δεν μπορούν να αναπτυχθούν στην επιφάνεια του. ΓΤ αυτό πολλές εγκαταστάσεις υγειονομικής περίθαλψης, όπως νοσοκομεία, χρησιμοποιούν χερούλια και άλλα κατασκευάσματα από χαλκό για να μειώσουν τις πιθανότητες μετάδοσης μολύνσεων και ασθενειών. Αλλά τα υπερβολικά ποσά χαλκού στο σώμα προκαλούν δηλητηρίαση από χαλκό και υφίσταται ζημιά στο συκώτι συχνά με μοιραίες συνέπειες. Τα συμπτώματα της οξείας δηλητηριάσεις από χαλκό περιλαμβάνουν ναυτία, εμετό, κοιλιακό πόνο και πόνο των μυών. Η οξεία δηλητηρίαση από χαλκό είναι ένα σπάνιο γεγονός, που περιορίζεται κατά ένα μεγάλο μέρος από τυχαία κατανάλωση νιτρικού άλατος χαλκού ή θειικού άλατος χαλκού. 1.4 Η ΣΠΟΥΔΑΙΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΧΑΛΚΟΥ ΓΙΑ ΤΟ ΕΔΑΦΟΣ Ο χαλκός βρίσκεται σε όλα τα είδη εδάφους ανά τον κόσμο αλλά σε διαφορετικές ποσότητες σε κάθε ένα από αυτά. Αρκετά είδη εδάφους έχουν μειωμένα ετήπεδα ποσότητας χαλκού όπως για παράδειγμα η γη που χρησιμεύει για καλλιέργειες ή για εκτροφή ζώων. Το γεγονός αυτό δημιουργεί σημαντικά προβλήματα στη γεωργία. Όπως ακριβώς και στον ανθρώπινο οργανισμό, η υγιής ανάπτυξη των φυτών και των ζώων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη λήψη επαρκούς ποσότητας χαλκού. Τα χαμηλά επίπεδα χαλκού στο έδαφος είναι ένας παράγοντας που επηρεάζει την παγκόσμια παραγωγή και έχει ως αποτέλεσμα απώλειες τόσο στην ποσότητα όσο και στην ποιότητα τωί^ παραγόμενων ειδών. Οι δύο πιο σημαντικές καλλιέργειες σε παγκόσμιο επίπεδο, αυτές του ρυζιού και του σιταριού, είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στην έλλειψη χαλκού στο έδαφος. Το ίδιο

20 Κεφάλαιο 1 ΒΑΡΕΑ ΜΕΤΑΑΑΑ συμβαίνει και με αρκετά άλλα προϊόντα όπως το σπανάκι, το καρότο, το κίτρο, τη βρώμη κ.α. Αντιθέτως, κάποια ά>>λα είδη όπως οι καρύδες και τα σπαράγγια δεν αντιμετωπίζουν ιδιαίτερο πρόβλημα. Επιπλέον, τα λιπάσματα αζώτου που χρησιμοποιούνται στις καλλιέργειες μειώνουν τα επίπεδα χαλκού στη γη. Η τηο αποτελεσματική μέθοδος για να αντιμετο3πιστεί η ανεπάρκεια χαλκού στο έδαφος είναι η ανάμειξη του χώματος με κοπριά υψηλής περιεκτικότητας σε χαλκό. Στην εκτροφή ζώων παρατηρείται συχνά έλλειψη χαλκού στα πρόβατα, αιτία ασθενειών που δημιουργεί τεράστια οικονομικά προβλήματα στους αγρότες κυρίως της Ευρώπης και της Βόρειας Αμερικής. Αντίθετα, στην εκτροφή των χοίρων έχει παρατηρηθεί ότι ο χαλκός συμβάλλει τα μέγιστα στη γρήγορη και σωστή ανάπτυξη τους. 1.5 ΧΑΑΚΟΣ ΚΑΙ ΥΔΡΟΒΙΑ ΖΩΗ Οι ωκεανοί, οι λίμνες -φυσικές και τεχνητές-, τα ποτάμια αλλά και κάθε μορφή του νερού που διατηρεί ζωή, περιέχουν χαλκό, ζωτικό στοιχείο που βρίσκεται στη φύση. Η παρουσία του χαλκού σε όλες τις βασικές διαδικασίες αναπαραγωγής της υδρόβιας ζωής, δημιουργεί είδη που κολυμπούν, κινούνται και ζουν σε όλα τα είδη νερού στον κόσμο. Με άλλα λόγια, ο χαλκός είναι αναντικατάστατος, σε συγκεκριμένες όμως ποσότητες, γιατί είναι απαραίτητος για την υγιή ανάπτυξη όλων των ζωντανών οργανισμών Χαλκός και υδρόβια φυτά Τα υδρόβια φυτά, χρειάζονται χαλκό για την αναττνοή και τη φωτοσύνθεση. Τα φυτά λαμβάνουν τις απαραίτητες ποσότητες χαλκού από το νερό, τα σωματίδια που βρίσκονται στο νερό καθώς και από το ίζημα.

21 Κεφάλαιο 1 ΒΑΡΕΑ ΜΕΤΑΑΛΑ Χαλκός και ψάρια Τα φυσιολογικά επίπεδα του χαλκού που βρίσκονται στον ιστό των ψαριών είναι ένα με δύο μέρη στο εκατομμύριο. Η ελάχιστη αυτή ποσότητα του χαλκού και των άλλύ3ν στοιχείων που είναι αναγκαία για την ομαλή ανάπτυξη των ψαριών, των οστρακόδερμων και των μαλακίων αποκτά τεράστια σημασία εάν αναλογιστεί κανείς τα οικονομικά μεγέθη που σχετίζονται με αυτή. Τα περισσότερα από τα θαλάσσια είδη είναι προς αλιεία, μία δραστηριότητα που καλύπτει τις παγκόσμιες ανάγκες των ανθρώπων για πρωτεΐνη. Παρόλο που οι απαραίτητες ποσότητες χαλκού δεν έχουν διατηστωθεί για όλα τα θαλάσσια είδη, οι επιστήμονες έχουν επισημάνει ότι η έλλειψη του χαλκού είναι υπεύθυνη για την επιβράδυνση της ανάπτυξης ορισμένων ειδών και την παρουσία συμπτωμάτων όπως ο καταρράκτης Χαλκός και υδατοκαλλιέργειες Οι ιχθυοκαλλιεργητές εμπλουτίζουν το φαγητό που ταΐζουν τα ψάρια με χαλκό έτσι ώστε να δημιουργήσουν τηστό αντίγραφο των συνθηκών που επικρατούν στη φύση, παρέχοντας τους ιδανικό περιβάλλον για ανάπτυξη. Επιπλέον, οι ιχθυοκαλλιεργητές περνάνε τις επιφάνειες των δεξαμενών με ειδικά αντιδιαβρωτικά μείγματα που περιέχουν χαλκό προκειμένου να αποφύγουν την ανάπτυξη βλαβερών μικροοργανισμών στο νερό. 1.6 ΤΑ ΜΜΕ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΤΟ ΧΑΛΚΟ Διαβάζοντας εφημερίδες, σερφάροντας στο Διαδίκτυο, ξεφυλλίζοντας κάποιο περιοδικό, παρακολουθώντας τηλεόραση είναι αδύνατο να μην συναντήσει κανείς πληροφορίες για ποικίλους τρόπους με τους οποίους ο χαλκός συνδέεται με την

22 Κεφάλαιο 1 ΒΑΡΕΑ ΜΕΤΑΛΛΑ καθημερινή μας ζωή. Διαφόρων ειδών ιστορίες έχουν παρουσιαστεί σε όλο τον κόσμο προβάλλοντας το χαλκό. Στο τομέα της υγείας, πλήθος πληροφοριών που προέρχονται από πανεπιστημιακά ιατρικά κέντρα και κρατικά ερευνητικά εργαστήρια, αναγνωρίζουν στο χαλκό έναν πιθανό σύμμαχο κατά της ασθένειας Alzheimer, κατά του καρκίνου του παχέως εντέρου, του καρκίνου του ενδομητρίου και του γερασμένου δέρματος. Ο χαλκός θεωρείται ένα βασικό στοιχείο που αν συνδυασθεί με το σαλικυλικό άλας της ασπιρίνης μειώνει τον κίνδυνο των φλεγμονών και ανακουφίζει από τον πόνο. Τα οφέλη του χαλκού που βρίσκονται στην σοκολάτα αναλύθηκαν εκτενώς από τα μέσα μαζικής ενημέρωσης την Ημέρα του Αγίου Βαλεντίνου.

23 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο ΦΥΚΙΑ Εικ.2:Φωτογραφία από δειγματοληψία φυκιού Custoseira σε ρηχά em(txw iaka νερά στη Νέα Πέραμο του Νομού Καβάλας.

24 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ 2. ΦΥΚΙΑ 2.1 ΦΥΚΗ (Phycophyta) Τα φύκη αποτελούν τη βάση της τροφικής αλυσίδας για no/jm είδη της θάλασσας. Επιβιώνουν συνήθως μέχρι τα βάθη εκείνα όπου φτάνει το ηλιακό φως, που είναι απαραίτητο για τη φοποσύνθεση. Η κατηγορία αυτή περιλαμβάνει φυτικούς οργανισμούς ποικί/.ου μεγέθους και κατασκευής. Οι διάφορες ομάδες των φυκιών, είναι βέβαιο σήμερα ότι προήλθαν εξελικτικά από την ομάδα των Μαστιγωτών, η οποία είναι πολύ παλιά και αποτελεί προβαθμίδα πολλών οργανισμών. Τα Μαστιγωτά (Flagellatae) είναι μονοκύτταροι, ευκαρυωτικοί, πλαγκτική οργανισμοί. Έχουν ένα ή περισσότερα, ίσα ή άνισα, μαστίγια που χρησιμεύουν για την κίνηση τους. Οι κατώτερες μορφές μαστιγωτών έχουν κύτταρα γυμνά χωρίς κυτταρική μεμβράνη, τα οποία έρπουν με αμοιβαδοειδείς κινήσεις. Πολλά μαστιγωτά έχουν ένα ή περισσότερα πράσινα, κιτρινοπράσινα, σπάνια κυανά ή ερυθρά χρωματοφόρα και συνήθως ένα ερυθρό καροτινοειδές στίγμα που χαρακτηρίζεται ως οφθαλμική κηλίδα (δέκτης του φωτός). Πολλαπλασιάζονται αγενώς με διαίρεση του κυττάρου κατά μήκος του άξονα καθώς και με ζωοσπόρια. Εγγενής πολλαπλασιασμός παρατηρείται στα ανώτερα μαστιγωτά και γίνεται είτε με σύζευξη δύο ομοίων γαμετών (ισογαμία) είτε με ανισογαμία ή τέλος τα ανώτερα με ωογαμία. 2,2 Κατηγορίες φυκιών Τα φύκη διακρίνονται στις παρακάτω ετυτά κλάσεις: Κλάση 1 Clorophyceae (Χλωροφύκη)

25 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ Τα χλωροφύκη είναι καθαρά πράσινα φύκι με χλωροπλάστες, που φέρουν ως χρωστικές χλωροφύλλη α και β, καροτενοειδή, λουτεική και άλλες της ομάδας των ξανθοφύλλων και οι οποίοι ποικίλλουν σε αριθμό και σχήμα (αστεροειδής, δακτυλιοειδείς, δικτυοειδείς). Έχουν κυτταρικά τοιχώματα, που αποτελούνται κατά κανόνα από κυτταρίνη και είναι μονοπύρηνα ή πολυτιύρηνα. Στα χλωροφύκη απαντάται αγενής πολλαπλασιασμός, που σε ορισμένες περιπτώσεις γίνεται με απλή διαίρεση του κυττάρου, ενώ στις πλέον τυπικές περιπτώσεις γίνεται με γυμνά ατηοειδούς μορφής ζωοσπόρια, τα οποία φέρουν στο άκρο τους 2-4 ισομήκη μαστίγια, τις περισσότερες φορές μία οφθαλμική κηλίδα και στο κατώτερο άκρο έναν χλωροπλάστη. Στα φύκη αυτά λαμβάνει χώρα και εγγενής πολλαπλασιασμός (ισογαμία, ανισογαμία) κατά τον οποίο ενώνονται δύο γαμέτες, που προέρχονται από μονοκύτταρα γαμεταγγεία και μοιάζουν, τουλάχιστο οι άρρενες, με τα ζωοσπόρια. Τα χλωροφύκη μπορεί να είναι μικροσκοπικά μονοκύτταρα φυτά, που ζουν εν μέρει κατ αποικίες ή να είναι πολυκύτταρα νηματοειδή απλά ή διακλαδιζόμενα ή τέλος να έχουν την μορφή πολύπλοκων φυλλοειδών κυτταρικών επιφανειών. Το 90% των χλωροφυκών συναντάται στα γλυκά ύδατα, συμμετέχοντας στο φυτοπλαγκτό ή το φυτοβένθος, ενώ στη θάλασσα βρίσκονται λίγα είδη, κυρίως τα μεγαλύτερων διαστάσεων, και συνιστούν τη βλάστηση κοντά στις ακτές. Μερικά ετήσης χλωροφύκη ζουν στο υγρό έδαφος, ενώ ακόμη λιγότερα, εκείνα που συμβιώνουν με μύκητες, σχηματίζουν λειχήνες. Τα χλωροφύκη θεωρείται από φυλογενετική άποψη ότι προήλθαν από τα μαστιγωτά που αποτελούν μία κατώτατη αρχέγονη ομάδα οργανισμών. Μέσα στην κλάση των χλωροφυκών παρατηρείται μία προοδευτική εξέλιξη των ειδών από απλούστερες - κατώτερες μορφές προς ανώτερες και περισσότερο διαφοροποιημένες. Η προοδευτική αυτή εξέλιξη γίνεται έκδηλη: 1 ) Στη μορφή των χλωροπλαστών (απλή μορφή πολύπλοκη), 2) Στη σεξουαλικότητα (ισογαμία ανισογαμία), και

26 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ 3) Στην εναλλαγή γενεών που εμφανίζεται μόνο στα περισσότερο εξελιγμένα είδη. Στα τελευταία δηλαδή στα τηο εξελιγμένα (π.χ. Cladophora) εναλλάσσεται μία απλοειδής γενιά που παράγει γαμέτες, με μία διπλοειδή που παράγει ζωοσπόρια. Οι δύο γενιές (δη>αιδή γαμετόφυτο και σποριόφυτο) μπορεί να είναι μορφολογικά όμοιες ή να διαφέρουν. Οι σημαντικότερες τάξεις στην κλάση των χλωρόφυκων είναι οι παρακάτω: Τάξη 1 Clorococcales Πρόκειται για μονοκύτταρα κυρίως χλωροφύκη, ακίνητα που ζουν είτε μεμονωμένα είτε σε αποικίες (π.χ. Pleurococcus, Scenedesmus). Τα κύτταρα τους που έχουν ποικίλο σχήμα, φέρουν ένα πυρήνα και ένα χλωροπλάστη. Πολλαπλασιάζονται κατά κανόνα αγενώς και σπανιότερα εγγενώς (ισογαμία). Ζουν κυρίως στα γλυκά νερά ως πλαγκτικοί οργανισμοί, αλλά και σε υγρά υποστρώματα όπως φλοιοί δένδρων, έδαφος, βράχοι Τάξη 2 Ulotrichales Τα φύκη της τάξεως αυτής είναι τελειότερα από τα προηγούμενα και αποτελούνται από πολυκύτταρο θαλλό, που διακλαδίζεται ή όχι π.χ. στο γένος Ulothrix. Στις τελειότερες μορφές ο θαλλός αποτελείται από δύο κυτταρικά στρώματα, που σχηματίζουν μία φυλλοειδή επιφάνεια (π.χ. Ulva). Τα κύτταρα είναι μονοπύρηνα, με ένα χλωροπλάστη. Η αγενής αναπαραγωγή γίνεται με ζωοσπόρια, ενώ η εγγενής γίνεται με συγχώνευση μαστιγοφόρων

27 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ γαμετών ή έχουμε ωογαμία. Τα φύκη της τάξεως αυτής βρίσκονται στα γλυκά νερά, εν μέρει σε υφάλμυρα και λίγα στη θάλασσα Τάξη 3 Cladophorales Φύκη με θυσσανόμορφους πολυκύτταρους θαλλούς, που συναντώνται συχνά στα γλυκά νερά και στερεώνονται στο υπόστρωμα με τη βοήθεια ενός ριζόμορφου κυττάρου. Οι χλίοροπλάστες είναι ετητοίχιοι και έχουν δικτυόμορφο σχήμα. Όπως και στα Ulotrichales τα ζωοσπόρια προέρχονται από αδιαφοροποίητα κύτταρα Τάξη 4 Chaetophorales Φύκη με θαλλό υψηλής οργάνωσης, που αποτελείται από ένα κατακείμενο έρπον, διακλαδιζόμενο σύστημα νημάτων και από ένα λίγο ή πολύ διακλαδιζόμενο σύστημα νηματοειδών θαλλών, όπου υπάρχουν τα όργανα αναπαραγωγής Τάξη 5 Oedogoniales Η τάξη αυτή περιλαμβάνει φύκη με διακλαδιζόμενους νηματοειδής θαλλούς, με μονοττύρηνα κύτταρα και ένα κοίλο κυλινδρικό χλωροπλάστη. Αγενώς παράγουν ζωοσπόρια με πολυάριθμα μαστίγια. Κατά την εγγενή αναπαραγωγή παράγονται ορισμένα κύτταρα του θαλλού, που διογκούνται βαρελοειδώς και

28 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ σχηματίζουν τα ωογόνια που περιέχουν ένα ωάριο. Σε άλλα κύτταρα, κάπως μικρότερων διαστάσεων, του αυτού ή άλλου θαλλού, παράγονται σπερματοζωίδια, τα οποία νηχόμενα πλησιάζουν το ωογόνιο, εισέρχονται εντός αυτού και ενώνονται με το ωάριο προς σχηματισμό του ζυγωτού. Αυτός παράγει στη συνέχεια τέσσερα ευμεγέθη απλοειδή γονοζωοσπόρια, τα οποία απελευθερούμενα αναπτύσσονται σε νέους νηματοειδής αυτοτελείς θαλλούς. Στην τάξη αυτή δηλαδή εμφανίζεται η ωογαμία Τάξη 6 Siphonales Τα φύκη της τάξεως αυτής συναντώνται κυρίως στις θάλασσες των θερμότερων περιοχών της γης. Ο θαλλός τους στερείται εγκάρσιων τοιχωμάτων και ως εκ τούτου περιέχει συνήθως πολλούς πυρήνες και πολυάριθμους δισκοειδείς χλωροπλάστες. Μόνο τα αναπαραγωγικά όργανα χωρίζονται με τοίχωμα από το υπόλοιπο τμήμα του θαλλού. Τα σιφωνοειδή φύκη που σχηματίζουν συνήθως μακροσκοπικούς θαλλούς ποικίλλων σχημάτων, αναπαράγονται μόνο εγγενώς (ανισογαμία κατά κανόνα). Χαρακτηριστικό φύκος της τάξης είναι το μεσογειακό είδος Acetabularia mediterranea ( olk. Basyclacaceae) μβ ομβρελοειδές σχήμα και κυτταρικά τοιχώματα που απασβεστούμενα καθίστανται στερεά Τ άξη7 Conjugales Τα φύκη της τάξεως αυτής σε αντίθεση με τις άλλες τάξης των χλωροφυκών, δεν σχηματίζουν ζωοσπόρια ή μαστιγοφόρους γαμέτες. Κατά την εγγενή αναπαραγωγή ο ζυγωτής σχηματίζεται από την σύζευξη δύο ομοίων χωρίς μαστίγια γαμετών από τους

29 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ οποίους προκύπτει από το σύνολο του προοτόπλαστου του φυτικού κυττάρου. Εδώ υπάγονται πολλές χιλιάδες ποικιλόμορφα είδη, που εξαπλώνονται παντού στη γη, εντός των γλυκών υδάτων ως βενθικοί ή πλαγκτικοί οργανισμοί. Είναι μονοκύτταροι οργανισμοί που διαβιώνουν ως μεμονωμένα άτομα (οικ. Desmidiaceae) ή υπό μορφή νηματοειδών κοινοβίων, τα οποία δεν διακλαδίζονται και δβρ είναι προσκολλημένα στο υπόστρωμα (Zygnemaceae). Κυριότερα γένη, πολύ διαδεδομένα και με διάφορες μορφές χλωροπλαστών είναι τα Spirogyra, Zygnema, Selenastrum, Casmarium, k.ol Κλάση 2 Charophyceae (Χαρώδη φύκη) Τα χαρώδη φύκη, ολιγάριθμα γένη της οικογένειας Characeae, είναι ανωτέρας οργάνωσης φύκη, που ζουν ως Βενθικοί οργανισμοί και σχηματίζουν εκτεταμένα υποβρύχια λιβάδια στις λίμνες και τα ρυάκια. Τα χαρώδη φύκη έχουν ως κύριο χαρακτηριστικό μορφολογικό γνώρισμα τον θαλλό τους, ο οποίος φέρει τα παρακάτω γνωρίσματα: Έχει υπόγεια άχροα ριζοειδή για την στερέωση των φυτών. Αποτελείται από μεσογονάτια τμήματα με επτμήκη κυλινδρικά πολυπύρηνα κύτταρα, τα οποία διακόπτονται από γόνατα. Έχει πλάγιους θαλλούς, που εκφύονται από τα γόνατα σπονδυλωτά και οι οποίοι μπορεί να διακλαδίζονται και δευτερογενώς. Επίσης στα χαρώδη φύκη δεν παρατηρείται αγενής πολλαπλασιασμός με σπόρια (ζωοσπόρια ή απλοσπόρια), αλλά παρουσιάζουν χαρακτηριστικό εγγενή πολλαπλασιασμό (ωογαμία). Τα άρρενα (ανθηρίδια) και τα θήλεα (ωογόνια) γαμετάγγεια σχηματίζονται στις μασχάλες των πλαγίων κλάδων

30 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ και η ιδιόμορφη κατασκευή τους διαφοροποιεί τα χαρώδη φύκη από τις άλλες ομάδες φυκιών. Τόσο τα ωοειδή καστανοπράσινα ωογόνια όσο και τα σφαιρικά πορτοκαλλόχροα ανθηρίδια αναπτύσσονται στα γόνατα του θαλλού και είναι ορατά δια γυμνού οφθαλμού. Τα φύκη αυτά σχηματίζουν μια μεμονωμένη ιδιαίτερη ομάδα μιε υψηλή οργάνωση και ανάπτυξη Κλάση 3 Xanthophyceae (Ξανθοφύκη) Στην κλάση αυτή υπάγονται κιτρινοπράσινες έως πράσινες μορφές φυκιών, τα οποία περιέχουν ως χρωστικές χλωροφύλλη α, β, καροτίνη και διάφορες ξανθοφύλλες, και αναπτύσσονται ιδιαίτερα στα γλυκά νερά. Το κυτταρικό τους τοίχωμα είναι πλούσιο σε ττηκτινικές ουσίες. Πολλαπλασιάζονται αγενώς με ζωοσπόρια, ενώ ο εγγενής πολλαπλασιασμός είναι γνωστός μόνο σε λίγα γένη με ισογαμία και ωογαμία. Στο χερσαίο γένος CapiUilariella της τάξεως Heterotrichales, τα σποριάγγεια αποσπώνται και διασπείρονται ολόκληρα πριν απελευθερωθούν τα ζωοσπόρια τους. Στο είδος Botrydium granulatum ο θαλλός αποτελείται από ένα μόνο κυστοειδές κύτταρο, που προσκολλάται στο έδαφος. Τέλος, το κοσμοπολίτικο γένος Vaucheria έχει σφηνοειδή θαλλό και τα είδη του σχηματίζουν συχνά στο υγρό έδαφος και σε γλυκά νερά πράσινα πιλήματα. Ο νηματοειδής θαλλός δεν φέρει εγκάρσια τοιχώματα, διακλαδίζεται ακανόνιστα και προσκολλάται στο υπόστρωμα με μικρά άχροα θυσσανοειδή ριζοειδή. Κατά ττιν αγενή αναπαραγωγή κορυφαία τμήματα των διακλαδώσεων αποχωρίζονται με εγκάρσιο τοίχωμα, μετά από προηγούμενη διόγκωση τους, από το μητρικό άτομο σχηματίζοντας έτσι ένα ροπαλοειδές σποριάγγειο. Το πολυττύρηνο περιεχόμενο του σποριαγγείου ελευθερώνεται με τη διάρρηξη των κυτταρικών τοιχωμάτων και δίνει ένα σύνθετο ζωοσπόριο. Στα διάφορα είδη του γένους Vaucheria, τόσο τα όργανα εγγενούς όσο

31 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ και αυτά της αγενούς αναπαραγο)γής βρίσκονται στο ίδιο φυτικό άτομο. Τα ωογόνια και τα ανθηρίδια αναπτύσσονται ως πλάγιες προεκτάσεις των νηματοειδών θαλλών Κλάση 4 Crysophyceae (Χρυσοφύκη) Τα χρυσοφύκη είναι φύκη με κιτρινοκάστανα χρωματοφόρα που φέρουν ως χρωστικές χλωροφύλλη α, β, καροτίνη, λουτείνη και φυκοξανθίνη. Τα κύτταρα είναι αποττυριτιωμένα με πόρο και ενδογενείς κύστεις. Τα παραπάνω γνωρίσματα είναι ενδεικτικά της προέλευσης τους από την τάξη Chrysomonadales τωρ Μαστιγωτών. Οι συνηθέστερες μορφές χρυσοφυκών (π.χ. το γένος Hydrurus) ζούνε σε πέτρες μέσα σε ρυάκια και εντός βλεννώδους μάζας όπου σχηματίζουν κοινόβια. Άλλα γένη είναι το σπάνιο, νηματοειδούς μορφής Phaeothamnion και η προηγμένη εξελικτικά μορφή Stichocrysis Κλάση 5 Phaeophyceae (Φαιοφύκη) Στα φαιοφύκη υπάγονται αποκλειστικά σχεδόν θαλάσσια φυτά (με λίγες εξαιρέσεις), τα οποία ποικίλουν σε μορφή και μέγεθος. Μπορεί να είναι από μικροσκοπικά νηματοειδή μέχρι τεραστίων διαστάσεων. Διαφέρουν των άλλων φυκιών στα παρακάτω: Τα χρωματοφόρα των φαιοφυκών εκτός της χλωροφύλλης α, β, καροτίνης και ξανθοφύλλης, καλύπτονται και από μία καστανού χρώματος ουσία, την φυκοξανθίνη. Ως προϊόν αφομοιώσεως δεν σχηματίζουν άμυλο, αλλά τον 7Γθλι;σακχ(γρίτη λαμιναρίνη, μαννίτη και έλαιο.

32 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ Τα αναπαραγωγικά κύτταρα, δηλαδή τα ζωοσπόρια και οι γαμέτες, είναι κινούμενα και έχουν πάντοτε αχλαδόμορφο σχήμα, φέρουν δύο πλευρικά άνισα μαστίγια. Ο εγγενής τρόπος αναπαραγωγής μπορεί να είναι ισογαμία, ανισογαμία ή ωογαμία. Τα αναπαραγωγικά όργανα μπορεί να είναι μονοκύτταρα ή πολυκύτταρα. Τα μονοκύτταρα όργανα συμπεριφέρονται ως σποριάγγεια, οπότε αρχικά ο ένας τυυρήνας διαιρείται μιτωτικά και στη συνέχεια μειωτικά και προκύπτουν στο τέλος μονοττύρηνοι πρωτοπλάστες, μεταμορφούμενοι στη συνέχεια σε ζωοσπόρια. Στα πολυκύτταρα κάθε κύτταρο μπορεί να περιέχει ένα μόνο γαμέτη ή ένα μόνο ζωοσπόριο. Ανάλογα, εάν είναι σε απλοειδείς θαλλούς είναι γαμετάγγεια και παράγουν απλοειδείς γαμέτες, εάν δεν είναι σε διπλοειδείς θαλλούς είναι σποριάγγεια και παράγουν διπλοειδή ζωοσπόρια. Όλα σχεδόν τα φαιοφύκη παρουσιάζουν στον κύκλο ζωής τους εναλλαγή γενεών. Έχουμε δηλαδή, απλοειδές γαμετόφυτο και διπλοειδές σποριόφυτο. Οι δύο γενιές μπορεί να είναι μορφολογικά όμοιες ή ανόμοιες. Εκτός από ελάχιστα είδη που συναντώνται στα γλυκά ύδατα, τα φαιοφύκη αφθονούν κυρίως στις εύκρατες και νμυχρές θάλασσες. Είναι βενθικοί οργανισμοί προσκολλημένοι στο υπόστρωμα. Η κλάση των φαιοφυκών διακρίνεται σε έντεκα τάξεις με πλέον ενδιαφέρουσες την Laminariales κοα. την Fucales Τάξη 1 Laminariales Χαρακτηριστικό γνώρισμα των περισσότερων ειδών της τάξεως αυτής είναι η μεγάλη μορφολογική και ανατομική διαφοροποίηση καθώς επίσης και η διαφοροποίηση μεταξύ του σποριόφυτου και γαμετόφυτου. Κυριότεροι αντιπρόσωποι της τάξεως είναι τα είδη του γένους Laminaria που φθάνουν τα 5 μέτρα μήκος και σχηματίζουν εκτεταμένα στρώματα στις μεγάλες θάλασσες (π.χ. L. saccharina, L. digitala, L.cloustoni). Θ. Τσήκου A. Βλαχοδήμου

33 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ 2.2.S.2 Τάξη 2 Fucales Τα είδη της τάξεως παρουσιάζουν μεγάλη μορφολογική διαφοροποίηση με διάρθρωση σε ριζοειδή, βλαστοειδή και φυλλοειδή όργανα, αποτελούν δε μαζί με τα είδη της προηγούμενης τάξης τα κυριότερα φύκη των ψυχρών θαλασσών. Όπως και στα προηγούμενα ο εγγενής πολλαπλασιασμός γίνεται με ωογαμία. Τα κυριότερα είδη ανήκουν στα γένη Sargassum (με το S. satans αναπτυσσόμενο στο νότιο ημισφαίριο) και στο γένος Fucus, που περιλαμβάνει είδη με οικονομική σημασία (παραγωγή σόδας, ιωδίου, λιπασμάτων, κ.α.) Κλάση 6 Rhodophyceae (ροδοφύκη) Τα ροδοφύκη χαρακτηρίζονται από τον ερυθροιώδη έως καστανέρυθρο θαλλό τους, που αποτελείται σχεδόν πάντα από μονοπύρηνα κύτταρα, με χρωματοφόρα φέροντα ως χρωστικές χλωροφύλλη α, καροτινοειδή και την ερυθρά χρωστική φυκοερυθρίνη, η οποία δίδει την ιδιαίτερη χροιά. Ως προϊόν αφομοιώσεως σχηματίζεται σχεδόν πάντα ένας υδατάνθρακας (άμυλο των ροδοφυκών), που από χημική άποψη βρίσκεται μεταξύ αμύλου και γλυκογόνου. Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό γνώρισμα των ροδοφυκών είναι επίσης ο ΤΓολλοτττλοίσιασμός τους. Τα περισσότερα ροδοφύκη αναπαράγονται αγενώς με σπόρια. Αυτά σχηματίζονται εντός σποριαγγείων και μπορεί να είναι ένα (μονοσποριάγγειο, μονοσπόριο), τέσσερα (τετρασποριάγγειο, τετρασπόρια) ή περισσότερα (πολυσποριάγγειων, πολυσπόρια). Τα σπόρια αυτά ουδέποτε σχηματίζουν, είτε πριν είτε μετά την απελευθέρωση τους, μαστίγια.

34 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ Η εγγενής αναπαραγιογή είναι πολύ διαδεδομένη μεταξύ των ροδοφυκών και είναι κατά κανόνα ωογαμία, αλλά αρκετά περίεργη. Το θηλυκό γαμετάγγειο, που ονομάζεται καρπογόνιο, φέρει τριχοειδή προβολή, το τριχογύνιο ή σπερμολάβιο, από την είσοδο του οποίου εισέρχονται, τα μεταφερόμενα με νερό άχ_ροα ακίνητα, σπερμάτια, που αποτελούν τους άρρενες γαμέτες. Μετά την σύζευξη των γαμετών και τον σχηματισμό του ζυγώτη, ο τελευταίος βλαστάνει εττί του μητρικού φυτού και χωρίς να εγκαταλείψει το καρπογόνιο. Τα σχηματιζόμενα νημάτια, που αποτελούν το διπλοειδές σποριόφυτο, περιβάλλονται μερικές φορές από νημάτια του μητρικού φυτού και σχηματίζεται έτσι ένα σποριοκάρπιο (κυστοκάρπιο) από το οποίο εξέρχονται τα παραγόμενα σπόρια (καρποσπόρια). Η κλάση των ροδοφυκών περιλαμβάνει πολλά χρήσιμα για τον άνθρωπο είδη, είτε διότι είναι εδώδιμα όπως τα Rhodymenia palmata, Euchema isiforeme, Laurencia pirmatifida κοα. Iridae edulis, είτε διότι είναι βιομηχανικώς χρήσιμα (παραγωγή συγκολλητικών και συντηριτικών ουσιών, παραγωγή πολυσακχαριτών όπως το «ά γ α ρ - ά γ α ρ» κ.α.), όπως τα είδη των γενών Gracillaria\ condrus, Gigartina, k.ol Κλάση 7 Hemiphaneropheceae (Ημιφανεροφύκη) Τα ημιφανεροφύκη είναι κατηγορία φυκιών που δεν αναπαράγονται ετήσια εξ ολοκλήρου, αλλά διατηρούν ένα μέρος στη βάση τους το οποίο είναι διαχρονικό και το υπόλοιπο μέρος του φυκιού ανανεώνεται κάθε χρόνο. Τα περισσότερα ημιφανεροφύκη αναπαράγονται αγενώς με σπόρια. Αυτά σχηματίζονται εντός σποριαγγείων και μπορεί να είναι ένα (μονοσποριάγγειο, μονοσπόριο), τέσσερα (τετρασποριάγγειο, τετρασπόρια) ή περισσότερα (πολυσποριάγγειων, πολυσπόρια). Τα σπόρια αυτά ουδέποτε 1: Το φύκι Gracillaria είναι ένα είδος από τα φύκια που χρησιμοποιήσαμε στην εργασία μας

35 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ σχηματίζουν, είτε πριν είτε μετά την απελευθέρωση τους, μαστίγια. Η εγγενής αναπαραγωγή είναι πολύ διαδεδομένη μεταξύ των ροδοφυκών και είναι κατά κανόνα ωογαμία, αλλά αρκετά περίεργη. Το θηλυκό γαμετάγγειο, που ονομάζεται καρπογόνιο, φέρει τριχοειδή προβολή, το τριχογύνιο ή σπερμολάβιο, από την είσοδο του οποίου εισέρχονται, τα μεταφερόμενα με νερό άχροα ακίνητα, σπερμάτια, που αποτελούν τους άρρενες γαμέτες. Μετά την σύζευξη των γαμετών και τον σχηματισμό του ζυγώτη, ο τελευταίος βλαστάνει επί του μητρικού φυτού και χωρίς να εγκαταλείψει το καρπογόνιο. Τα σχηματιζόμενα νημάτια, που αποτελούν το διπλοειδές σποριόφυτο, περιβάλλονται μερικές φορές από νημάτια του μητρικού φυτού και σχηματίζεται έτσι ένα σποριοκάρπιο (κυστοκάρπιο) από το οποίο εξέρχονται τα παραγόμενα σπόρια (καρποσπόρια). Η κλάση των ημιφανεροφυκών περιλαμβάνει την κατηγορία φυκιού Cystoseira" το οποίο ανήκει στην τάξη Perennial alaga. ^2: To φύκι Cystoseira είναι ένα είδος από τα φύκια που χρησιμοποιήσαμιε στην εργασία μας.

36 Κεφάλαιο 2 ΦΥΚΙΑ Εικ.3,4: Φωτογραφίες από την δειγματοληψία των φυκιών σε βραχώδη σιιμείο της παραλίας Βρασίδα στη Νέα Πέραμο Καβάλας.

37 Κεφάλαιο 3 ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΚΕΦΑΑΑΙΟ 3ο ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ Εικ. 5: Φωτογραφία κατά τη διάρκεια της μέτρησης της ποσότητας χαλκού Cu στο διάλυμα που διαπέρασε από το φύκι με την συσκευή ατομικής απορρόφησης. Θ. Τσιίκου Α. Βλαχοδήμου

38 Κεφάλαιο 3 ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ 3. ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ 3.1 ΕΚΠΟΜΠΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ Ολα τα σύγχρονα όργανα ατομικής απορρόφησης Perkin-Elmer (η συσκευή ατομικής απορρόφησης που υπάρχει στο εργαστήριο και έγιναν οι μετρήσεις που αναφέρονται στο πειραματικό μέρος είναι της εταιρίας Perkin-Elmer) είναι σε θέση να μετρούν την ατομική απορρόφηση και ατομική εκπομττή. Έτσι είναι σημαντικό να γίνουν κατανοητές οι διαδικασίες που εμφανίζονται σε κάθε τεχνική. Κάθε στοιχείο συνδέει έναν συγκεκριμένο αριθμό ηλεκτρονίων με τον ττυρήνα του. Η κανονική και σταθερότερη τροχιακή διαμόρφωσή ενός ατόμου είναι γνωστή ως «θεμελιώ δη κατάσταση». Η ενέργεια που προσδίδεται σε ένα άτομο θα απορροφηθεί και ένα εξωτερικό ηλεκτρόνιο θα προαχθεί σε μία λιγότερο σταθερή διαμόρφωση γνωστή ως «διεγερμένη κατάσταση». Δεδομένου ότι αυτή η κατάσταση είναι ασταθής, το άτομο θα επιστρέφει αμέσως στη «θεμελιώ δη κατάσταση» απελευθερώνοντας ένα ποσό ενέργειας. 3.1 Ατομική εκπομττή Στην ατομική εκπομττή, οι διαδικασίες της διέγερσης και της αποσύνθεσης παρουσιάζονται στο σχήμα 3.1 (1) Ενέργεια + Ατομο σε θεμελιΰιδη κατάσταση Ατομο σε Διεγερμένη κατάσταση ΑΠ Ο Σ Υ Ν Θ Ε Σ Η Διεγερμένη κατάσταση Ατομο σε θεμελιώδη κατάσταση Ενέργεια ακτινοβολίας Διάσπαση και αποσύνθεση

39 Κεφάλαιο 3 ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ Το δείγμα υποβάλλεται σε ένα υψηλής ενέργειας θερμικό περιβάλλον προκειμένου να δημιουργηθούν άτομα σε «διεγερμένη κατάσταση». Αυτό το περιβάλλον μπορεί να προκληθεί από μία φλόγα ή πλέον από ένα πλάσμα. Οπως αναφέρθηκε η «διεγερμένη κατάσταση» είναι ασταθής, τα άτομα αυθόρμητα επιστρέφουν στη «θεμελιώ δη κατάσταση» και εκπέμπεται φως. Το φάσμα εκπομτιής κάθε στοιχείου αποτελείται από ένα σύνολο κυμάτων εκπομτιής αποκαλούμενων ως «γραμμώ ν εκπομτιής» λόγω της ιδιαίτερης φύσης των εκπεμπόμενων μήκων κύματος Ατομική Απορρόφηση Η διαδικασία της ατομικής απορρόφησης παρουσιάζεται στο σχήμα 3.2 Πορεία ATouiKnc Anoppdcpnonc Ενέρνεια Άτομο σε Ακτινοβολίας Θεμελιώδη Κατάσταση Άτομο σε Διεγερμένη Κατάσταση Το άτομο στη «θεμελιώ δη κατάσταση» απορροφά λίγη ενέργεια ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος καθώς εισέρχεται στη «διεγερμένη κατάσταση». Όσο αυξάνεται ο αριθμός των ατόμων, τόσο αυξάνεται και η ποσότητα του φωτός που απορροφάται. Με τη μέτρηση του ποσού του φωτός που απορροφάται, είναι δυνατόν να γίνει ο ποσοτικός προσδιορισμός του στοιχείου. Η χρήση της ειδικής ττηγής φωτός και η προσεκτική επιλογή των μήκων κύματος επιτρέπουν το συγκεκριμένο προσδιορισμό για κάθε στοιχείο.

40 Κεφάλαιο 3 ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ Ατομική Εκπομττή και Ατομική Απορρόφηση Όπως μπορούμε να δούμε, υπάρχουν μερικές βασικές διαφορές μεταξύ της ατομικής εκπομπής και της ατομικής απορρόφησης. Χρησιμοποιώντας την ατομική εκπομπή, η φλόγα εξυπηρετεί διπλό σκοπό. Μετατρέπει το διάλυμα των δειγμάτων σε ατομικό ατμό και έπειτα ανυψώνει τα άτομα θερμικά στη διεγερμένη κατάσταση. Όταν αυτά τα άτομα επιστέψουν στη «θεμελιώ δη κατάσταση», εκπέμπουν φως, το οποίο ανιχνεύεται από το όργανο. Η εκπεμπόμενη ένταση του φωτός συσχετίζεται με τη συγκέντρωση του στοιχείου που θέλουμε να μετρήσουμε. Ενώ στην ατομική απορρόφηση, η μόνη λειτουργία της φλόγας είναι να μετατρέψει το δείγμα από διάλυμα σε ατομικό ατμό ώστε να μπορεί έπειτα να απορρόφήση το φως από την αρχική πηγή φωτός (κοίλος λαμπτήρας καθόδού ή λαμπτήρας χωρίς ηλεκτρόδιο) Οργανολογία Ατομικής Απορρόφησης Υπάρχουν πέντε βασικά τμήματα στη συσκευή της ατομικής απορρόφησης: 1. Η πηγή φωτός που εκπέμπει το φάσμα του στοιχείου που εξετάζουμε. 2. Μια κυψελίδα απορρόφησης, στην οποία παράγονται τα άτομα του δείγματος (φλόγα, φούρνος γραφίτη, κυψελίδα MHS-FIAS). 3. Ένας μονοχρωμάτορας για την ελαφριά διασπορά. 4. Ένας ανιχνευτής που μετρά τη μικρή ένταση και ενισχύει το σήμα. 5. Μία ένδειξη που παρουσιάζει την ανάγνωση αφότου έχει υποβληθεί σε επεξεργασία από τα ηλεκτρονικά των οργάνων. Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι οργάνων ατομικής απορρόφησης: μονής- ακτινοβολίας και διπλής-ακτινοβολίας.

41 Κεφάλαιο 3 ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ Μονής-Ακτινοβολίας Ένας σχηματικό διάγραμμα μονής-ακτινοβολίας παρουσιάζεται παρακάτω; Ανιχνευτής Αποτελέσματα 0-Ο Η 1 ΙΙ] Πήνη ^ I '/ \ ΐΜονοχρωμάτορας ΗΛεκτρονικά I I Φλόγα I Φασματοφωτόμετρο Μονής Ακτινοβολίας Φασματοφωτόμετρο μονής ακτινοβολίας ατομικής απορρόφησης Η πηγή φωτός (κοίλος λαμπτήρας καθόδου ή λαμπτήρας χωρίς ηλεκτρόδιο) εκπέμπει ένα συγκεκριμένο φάσμα στο στοιχείο από το οποίο αποτελείται, το οποίο δια μέσου ενός μονοχρωμάτορα φτάνει στο κελί του δείγματος. Η πηγή φωτός πρέπει να διαμορφωθεί ηλεκτρονικά ή μηχανικά για να υπάρχει διαφοροποίηση του φωτός από την πηγή και της εκπομπής από το κελί του δείγματος. Ο μονοχρωμάτορας διασκορπίζει το φως και το απομονωμένο μήκος κύματος του απομονώνεται στον ανιχνευτή, που είναι ένας σωλήνας φωτοπολλαπλασιαστών. Ένα ηλεκτρονικό ρεύμα παράγεται ανάλογα με την ένταση του φωτός και την ηλεκτρονική επεξεργασία από το όργανο. Η ηλεκτρονικά διάταξη θα μετρήσει το ποσό της μείωσης του φωτός στο κελί του δείγματος και θα μετατρέψει τις ενδείξεις του οργάνου στην πραγματική συγκέντρωση των δειγμάτων.

42 Κεφάλαιο 3 ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ Διπλή-Ακτινοβολία Ένα σχηματικό διάγραμμα του συστήματος διπλής-ακτινοβολίας παρουσιάζεται στο σχήμα που απεικονίζεται παρακάτω: Σχήμα3.4 Ακτινοβολία Αναφοράς Ακτινοβολία Δείγματος, y Ανιχνευτής Αττοτελέαυατα - ^ ^ _ 0 _ Ο - 6 ϋ Chopper L ^ ΐΜονοχρωμάτορας ΗΑεκρονικά Κελλί Δείγματος Φασματοφωτόμετρο Διπλής Ακτινοβολίας Φασματοφωτόμετρο ατομικής απορρόφησης διπλήςακτινοβολίας Το φως από την ττηγή του λαμπτήρα διαιρείται σε μία ακτινοβολία, η οποία στρέφεται μέσω του κελιού του δείγματος, και μιας ακτινοβολίας αναφοράς, η οποία κατευθύνεται γύρω από το κελί του δείγματος. Σε ένα σύστημα διπλής-ακτινοβολίας, η ένδειξή αντιπροσωπεύει την αναλογία του δείγματος και τις ακτινοβολίες αναφοράς. Επομένως στην ένταση της πηγής δεν γίνονται οι διακυμάνσεις στην ένδειξη των οργάνων. Έτσι η βασική γραμμή είναι σταθερότερη.

43 Κ;;φάλαιο 3 ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ 3.2 ΠΗΓΕΣ ΦΩΤΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ Δεδομένου ότι τα άτομα απορροφούν το φως σε πολύ συγκεκριμένα μήκη κύματος, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί μία πηγή ακτινοβολίας που εκπέμπει τα φάσματα του στοιχείου που θέλουμε να μετρήσουμε. Οι πηγές ακτινοβολίας παρέχουν υψηλή ένταση και καθιστούν την ατομική απορρόφηση ως μία συγκεκριμένη αναλυτική τεχνική. Οι κύριες τιηγές που χρησιμοποιούνται για την ατομική απορρόφηση είναι ο κοίλος λαμπτήρας καθόδου (HCL) και ο λαμπτήρας χωρίς ηλεκτρόδιο(εοτ). Ο λαμπτήρας καθόδου (HCL) είναι μία άριστη, φωτεινή και σταθερή πηγή ακτινοβολίας για τα περισσότερα στοιχεία. Μερικά πτητικά στοιχεία έχουν χαμηλή ένταση και οι λαμπτήρες τους έχουν μικρή διάρκεια ζωής. Τι αυτό δημιουργούν προβλήματα. Έτσι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τους EDLs οι οποίοι έχουν εντονότερα χαρακτηριστικά από τους HCL και επομένως μπορούν να προσφέρουν καλύτερη ακρίβεια και χαμηλότερα όρια ανίχνευσης για μερικά στοιχεία.

44 Κεφάλαιο 3 ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ Σχήμα 3.5 Νέον ή Αργό II Άνοδος Μα (1^ ΜΟ IU U U ΐ Μ τ " τ Κάθοδος Ύ n j ΛΑΜΠΤΗΡΑΣ ΤΥΠΟΥ HCL

45 Κεφάλαιο 3 ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ Η κάθοδος είναι ένας κοίλος κύλινδρος που κατασκευάζεται εξ ολοκλήρου ή εν μέρει απ το μέταλλο του οποίου το φάσμα προκύπτει να παραχθεί. Η άνοδος και η κάθοδος σφραγίζονται σε ένα κύλινδρο από γυαλί και γεμίζουν με νέο ή αργό. Επιλέγεται το αέριο που δίνει την καλύτερη ένταση λαμβάνοντας υπόψη τις φασματικές παρεμβάσεις είτε από το νέο είτε από το αργό. Μία κόκκινη τυυράκτωση παρατηρείται στους λαμπτήρες που γεμίζουν με νέο, ενώ οι λαμπτήρες που γεμίζουν με αργό έχουν μπλε ττυράκτωση. Οι κοίλοι λαμπτήρες καθόδου είναι διαθέσιμοι για 64 στοιχεία. 1. Sputtering 2. Διέγερση 3 Εκπομπή Διαδικασία εκπομπής του Λαμτπήρα τύπου HCL Διαδικασία λειτουργίας του λαμπτήρα τύπου HCL Μία ηλεκτρική δύναμη εφαρμόζεται μεταξύ της ανόδου και της καθόδου και ιονίζονται μερικά από τα άτομα του αερίου. Τα θετικά φορτισμένα ιόντα συγκρούονται με τα αρνητικά και η φορτισμένη κάθοδος αποσπά τα άτομα των μετάλλων. Η διαδικασία ονομάζεται ψεκασμός. Τα ψεκασμένα άτομα των μετάλλων είναι περισσότερο διεγερμένα στην εκπομττή και συγκρούονται με το αέριο. Οι λαμπτήρες τύπου HCL έχουν μία περιορισμένη διάρκεια ζωής. Με την εκτεταμένη χρήση, η διαδικασία αφαιρεί μερικά από τα άτομα των μετάλλων από την κάθοδο και αυτά επικάθονται σε άλλα μέρη. Το αέριο απορροφάται στο ψεκασμένο μέταλλο και στους τοίχους του γυαλιού. Οι λαμπτήρες για τα πτητικά στοιχεία έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής που οφείλεται στη γρήγορη απομετάλλο)ση της καθόδου.