Determination of profiles of trace elements and emerging contaminants (PFCs) in feathers and blood samples from birds - a multi-species approach

• Main Author: Sveen, Elisabeth
• Other Authors: Asimakopoulos, Alexandros, Karris, George, Flaten, Trond Peder, Jaspers, Veerle L. B.
• Format: Master Thesis
• Language: English
• Published: NTNU 2019
• Subjects: Fjær; Norway; Haliaeetus albicilla; Havørn
• Online Access: https://hdl.handle.net/11250/2656659

Fjær- og blodprøver fra en rekke fuglearter ble samlet i Norge og Hellas (2015-2018) for å vurdere forekomst og se på profiler til utvalgte spormetaller og organiske forurensninger. De utvalgte essensielle sporstoffene inkluderte Kobber (Cu), Kobolt (Co), Mangan (Mn) og Zink (Zn), og de ikke-essensielle sporstoffene inkluderte Arsen (As), Kadmium (Cd), Kvikksølv (Hg) og Bly (Pb). Disse sporstoffene forekommer naturlig i miljøet, og et underskudd av essensielle sporstoffer, så vel som for høye doser av ikke-essensielle/giftige sporstoffer, kan forårsake alvorlige skadelige effekter i mennesker og dyr. I denne studien ble ICP-MS benyttet for bestemmelse av konsentrasjonen av 8 utvalgte sporelementer i fjær- og blodprøver fra fugl, inkludert artene Gulnebblire (Calonectris diomedea), seks spurvefugler som migrerer over Sahara og Havørn (Haliaeetus albicilla). Laveste konsentrasjon for kvantifisering (QL) varierte fra 0,0007 µg/g (Cd, Hg og Pb) til 0,07 µg/g (Cu) i fjær, avhengig av mengden prøve som ble analysert. For blodprøver varierte QL fra 0,0001 µg/g (Cd, Hg og Pb) til 0,002 µg/g (Cu). Maksimal konsentrasjon av essensielle spormetaller var 11,6 µg/g (Mn) og 129 µg/g (Zn) i fjær, og 1,30 µg/g (Cu) og 57,1 µg/g (Zn) i blod. Maksimal konsentrasjon av ikke-essensielle sporstoffer var 1,18 µg/g (Pb) og 33,6 µg/g (Hg) i fjær, og 0,04 µg/g (Cd), 9,71 µg/g (Hg) og 9,95 µg/g (As) i blod. Perfluorerte forbindelser (PFC-er) var utvalgte organiske forbindelser i dette studiet. PFC-er er kjente kjemikalier som brukes i en rekke produkter, både i industri og hos forbrukere. Mange av disse forbindelsene er funnet i miljøet og betegnes som miljøgifter. Væskekromatografi med tandem massespektrometri (LC-MS/MS) ble brukt til separasjon og bestemmelse av ti perfluoralkyl karboksylsyrer (PFCA-er), to perfluoralkyl sulfonamider (PFSA-er), tre perfluoralkyl sulfonater (PFAS-er) (totalt 15 PFC-er) og ett ikke-fluorisert liknende stoff i fuglefjær. Fjærprøvene ble vasket, ekstrahert med en kombinasjon av fast-væskeekstraksjon (SLE) og ultralydkar, og tilslutt konsentrert. De interne standardene perfluorert oktansyre (13C8) og perfluorert oktansulfonat (13C8) sikret et innblikk i variasjoner etter ekstraksjon og analyse. Laveste konsentrasjon for kvantifisering (LLOQ) varierte fra 0,0002 ppb (PFOSA) til 1,84 ppb (Sulf) i fjærprøvene. Vaskeprosedyrene viste høy effektivitet og analysemetoden ble vellykket anvendt. PFC-konsentrasjoner i fjærene ble målt opp til 29,4 ng/g (PFHxA), 66,5 ng/g (PFOS) og 597 ng/g (PFPA). PFC-konsentrasjoner fra ekstern forurensning ble bestemt ved analyse av heksan fra vaskeprosedyren. Utvendige PFC-konsentrasjoner på fjærene ble målt opp til 8 657 ng/g (PFOS), 5 893 ng/g (PFPA) og 1 698 ng/g (PFOA). Den bestemte maksimale konsentrasjonen til den ikke-fluorerte forbindelsen DecaS var 49,3 ng/g i fjærene og 28 329 ng/g på fjærene. For uorganisk analyse ble signifikante forskjeller og ulike profiler av spormetaller funnet for Primærfjær en (P1) og Primærfjær ti (P10) i Gulnebblire, som vokser ut i hver sine områder (hekke- og overvintringsområder). Dette var ett av målene å undersøke i dette studiet. Alle de perfluorerte stoffene som det ble analysert for ble kvantifisert i minst en fjær for de seks spurvefuglartene. Feathers and blood samples from a variety of bird species were collected in Norway and Greece (2015-2018) to assess the occurrence and profiles of selected trace elements and selected organic contaminants. Selected trace elements included the essential elements Copper (Cu), Cobalt (Co), Manganese (Mn) and Zinc (Zn), and the nonessential elements Arsenic (As), Cadmium (Cd), Mercury (Hg) and Lead (Pb). Trace elements are ubiquitous in the environment, and a deficit in essential elements, as well as too high doses of both essential and nonessential/toxic elements can cause severe adverse effects in both humans and animals. In the present study, inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) was used for determination of eight trace elements in feathers and blood from different bird species, including Scopoli’s shearwater (Calonectris diomedea), six passerine Saharan migratory birds and White-tailed eagles (Haliaeetus albicilla). The quantification levels (QL) ranged from 0.0007 µg/g (Cd, Hg and Pb) to 0.07 µg/g (Cu) in feathers depending on the amount of sample analysed. For blood samples the QL ranged from 0.0001 µg/g (Cd, Hg and Pb) to 0.002 µg/g (Cu). Determined maximum essential trace element concentrations in the were determined up to 11.6 µg/g (Mn) and 129 µg/g (Zn) in feathers, and 1.30 µg/g (Cu) and 57.1 µg/g (Zn) in blood. Determined maximum nonessential trace element concentrations were 1.18 µg/g (Pb) and 33.6 µg/g (Hg) in feathers, and 0.04 µg/g (Cd), 9.71 µg/g (Hg) and 9.95 µg/g (As) in blood. Perfluorinated compounds (PFCs) were selected organic compounds in the present study. PFCs are known chemicals used in a variety of industrial and consumer products. Many of the compounds have been found in the environment as contaminants. Liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) was used for separation and determination of ten perfluoroalkyl carboxylate acids (PFCAs), two perfluoroalkyl sulphonamides (PFSAs), three perfluoroalkyl sulphonates (PFASs) (15 PFCs in total) and one non-fluorinated similar target compound in bird feathers. The feather samples were washed, extracted by a solid-liquid extraction (SLE) and ultra-sonication procedure, and thereafter concentrated. The internal standards perfluorooctanoic acid (13C8) and perfluorooctanesulfonate (13C8) secured an overview of variations in the extraction and instrument analysis. The lower levels of quantification (LLOQ) ranged from 0.0002 ppb (PFOSA) to 1.84 ppb (Sulf) in the feather samples. The washing procedures showed high efficiency and the methods were applied successfully. PFC concentrations in the feathers were determined up to 66.5 ng/g (PFOS), 597 ng/g (PFPA) and 29.4 ng/g (PFHxA). PFC concentrations from external contamination was determined by analysing hexane from the washing procedure, and PFC concentrations on the feathers were determined up to 8657 ng/g (PFOS), 5893 ng/g (PFPA) and 1698 ng/g (PFOA). Determined maximum concentrations for the non-fluorinated compound DecaS were 49.3 ng/g in the feathers and 28329 ng/g on the feathers. For the inorganic analysis, significant differences and different trace element patterns were found for primary feather one (P1) and primary feather ten (P10) feathers in Scopoli’s shearwaters which are grown in the breeding- and wintering areas, respectively, which was one of the main aims of the study. All perfluorinated compounds analysed was detected in at least one feather sample, for the six passerine bird species.