Embed Size (px)
Citation preview
Univerzitet u Nišu
Prirodno - matematički fakultet
Departman za hemiju
ICP-OES određivanje sadržaja teških
metala u četinama smreke
- Master rad -
Mentor: Student:
Prof. dr Snežana Tošić Milica Mladenović
Niš, 2015.
2
PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET
NIŠ
KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA
Redni broj, RBR:
Identifikacioni broj, IBR:
Tip dokumentacije, TD: monografska
Tip zapisa, TZ: tekstualni
Vrsta rada, VR: master rad
Autor, AU: Mladenović Milica
Mentor, MN: Dr Snežana Tošić
Naslov rada, NR: ICP-OES određivanje sadržaja teških metala u četinama smreke
Jezik publikacije, JP: srpski
Jezik izvoda, JI: srpski
Zemlja publikovanja, ZP: Srbija
Uže geografsko područje, UGP: Srbija
Godina, GO: 2015.
Izdavač, IZ: autorski reprint
Mesto i adresa, MA: Niš, Višegradska 33
Fizički opis rada, FO: (poglavlja/strana/ citata/tabela/slika/grafika/priloga)
Strana 61, poglavlja 5, slika 20, tabela 13, referenci 50
Naučna oblast, NO: Hemija
Naučna disciplina, ND: Analitička hemija
Predmetna odrednica/Ključne reči, PO: smreka; teški metali; ICP-OES određivanje; biomonitoring; statistika
UDK 543.42 : (582.475 + 546.4/.8)
Čuva se, ČU: biblioteka
Važna napomena, VN:
Izvod, IZ: U ovom radu su analizirane četine smreke (oprane i neoprane) na sadržaj
teških metala (Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn, As, Co, Hg, Ni) sa sedam lokacija
grada Niša primenom ICP-OES tehnike. Dobijeni rezultati pokazuju razliku u
sadržaju većine elemenata u opranim i neopranim četinama što ukazuje na
atmosfersku depoziciju teških metala pogotovo na lokacijama sa intenzivnim
saobraćajem. Rezultati su statistički obrađeni.
Datum prihvatanja teme, DP:
Datum odbrane, DO:
Članovi komisije, KO: Predsednik:
Član:
Član, mentor:
3
Accession number, ANO:
Identification number, INO:
Document type, DT: monograph
Type of record, TR: textual/graphic
Contents code, CC:
Author, AU: Mladenović Milica
Mentor, MN: Dr Snežana Tošić
Title, TI: ICP-OES determination of heavy metals in the spruce
needles
Language of text, LT: serbian
Language of abstract, LA: serbian
Country of publication, CP: Serbia
Locality of publication, LP: Serbia
Publication year, PY: 2015.
Publisher, PB: authors reprint
Publication place, PP: Niš, Višegradska 33
Physical description, PD: (chapters/pages/ref./tables/pictures/graphs/appendixes)
Pages 61, chapters 5, figures 20, tables 13, reference 50
Scientific field, SF: chemistry
Scientific discipline, SD: analytical chemistry
Subject/Key words, S/KW: heavy metals; washed and unwashed spruce needles; ICP-OES
determination; biomonitoring ; statistics
UC 543.42 : (582.475 + 546.4/.8)
Holding data, HD: library
Note, N:
Abstract, AB: The needles of spruce (washed and unwashed) were analyzed on the
content of heavy metals (Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn, As, Co, Hg, Ni) from
seven locations of the city of Nis using ICP-OES technique. The results show differences in the content of the most elements in the washed and
unwashed needles pointing to the atmospheric deposition of heavy metals,
especially at locations with intense traffic. The results were statistically analyzed.
Accepted by the Scientific Board on, ASB:
Defended on, DE:
Defended Board, DB: President:
Member:
Member, Mentor:
PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET
NIŠ
KEY WORDS DOCUMENTATION
4
Sadržaj
Uvod .................................................................................................................................................... 6 1. Teorijski deo .................................................................................................................................... 7
1.1. Četinari .................................................................................................................................... 8
1.1.2. Najpoznatije vrste smreke ............................................................................................... 9
1.2. Teški metali i biljke ................................................................................................................ 11
1.2.1. Teški metali .................................................................................................................... 14
1.2.2. Toksični efekti teških metala u biljkama ....................................................................... 20
1.2.3. Mehanizmi mobilizacije metala od strane biljaka i usvajanje iz zemljišta .................... 23
1.2.4. Transport metala među biljnim tkivima ........................................................................ 25
1.3. Optička emisiona spektrometrija sa induktivno spregnutom plazmom ICP-OES ................. 26
1.3.1. ICP-OES instrumentacija ................................................................................................ 27
1.3.2. Induktivno spregnuta plazma ........................................................................................ 27
1.3.3. Uvođenje analita u plazmu ............................................................................................ 30
1.3.4. Spektrometri .................................................................................................................. 30
1.3.5. Prednosti ICP spektrometrije ........................................................................................ 31
1.3.6. Smetnje u ICP spektrometriji ......................................................................................... 31
1.4. Načini pripreme uzoraka za analizu....................................................................................... 32
1.4.1. Suva mineralizacija ........................................................................................................ 32
1.4.2. Mokra mineralizacija ..................................................................................................... 32
1.4.3. Direktna analiza ............................................................................................................. 33
1.5. Statistička obrada rezultata ................................................................................................... 33
1.5.1. Korelaciona analiza ........................................................................................................ 33
1.5.2. Hijerarhijska analiza ....................................................................................................... 34
2. Eksperimentalni deo .......................................................................................................................... 35
2.2. Reagensi ..................................................................................................................................... 36
2.3. Karakteristike ICP spektrometra serije iCAP 6000 ................................................................. 36
2.4. Uzorci i priprema uzoraka za analizu ..................................................................................... 37
2.5. Postupak pripreme uzoraka za analizu .................................................................................. 38
2.6. Operativni uslovi za instrument iCAP 6000 ICP-OES ............................................................. 38
2.7. Statistička obrada rezultata ................................................................................................... 39
3. Rezultati i diskusija ........................................................................................................................ 40
3.1. Kvantitativno određivanje sadržaja elemenata u iglicama smreke............................................ 41
3.2. Statistička obrada rezultata ........................................................................................................ 53
4. Izvod .............................................................................................................................................. 55
5. Literatura ....................................................................................................................................... 57
Biografija............................................................................................................................................ 61
5
Eksperimentalni deo ovog Master rada je rađen u naučno-istraživačkoj
laboratoriji Katedre za analitičku i fizičku hemiju, Prirodno-matematičkog
fakulteta, Univerziteta u Nišu.
Zahvaljujem se mentorki dr Snežani Tošić, vanrednom profesoru PMF-a u Nišu,
koja je prihvatila saradnju i pomogla pri definisanju teme za izradu Master
rada, na ličnom interesovanju, nizu korisnih saveta i sugestija, na izuzetnom
strpljenju i vremenu posvećenom mom master radu kao i na ukazanoj pomoći i
nizu korisnih sugestija tokom eksperimentalnog rada. Veliko Vam hvala na
ukazanom poverenju, strpljenju i razumevanju!
Najveću zahvalnost dugujem svojoj porodici, sestri i bratu Neveni i Miši Tomić,
i prijateljima na neizmernoj pomoći, podršci, strpljenju i razumevanju svih ovih
godina tokom studiranja –
VELIKO HVALA!
6
Uvod
Teški metali su prirodne komponente Zemljine kore, ali su koncentracije nekih od njih,
u mnogim ekosistemima, dostigle toksične nivoe, pre svega kao posledica antropogenih
aktivnosti. Do današnjih dana, ukupno 53 elementa je svrstano u kategoriju teških metala, koja
je preciznije definisana kao grupa elemenata čija je gustina veća od 5 g/cm3. Teški metali su
široko rasprostranjeni u životnoj sredini. Njihova zastupljenost u radnoj i životnoj sredini
predstavlja ozbiljan zdravstveni i ekološki problem zato što su toksični, veoma dugo se
zadržavaju u zemljištu i akumuliraju u žive sisteme kroz lance ishrane.
Prema svojoj biološkoj funkciji koju imaju u organizmu metali se dele na esencijalne i
neesencijalne. Metali, kao što su Cu, Fe, Zn, Mn, Mo, Ni, Co su neophodni za normalan rast i
razvoj biljaka. Nedostatak ili potpuni izostanak ovih metala može da dovede do ozbiljnih
poremećaja u organizmu biljaka, pa čak i do uginuća. Zbog toga ovi metali spadaju u grupu
esencijalnih metala. U grupu neesencijalnih metala spadaju Pb, Cd, Hg, As, Cr. Oni nemaju
nikakvu poznatu korisnu ulogu i ispoljavaju samo toksično dejstvo na organizam biljaka.
Toksičnost koja se ispoljava prema biljkama naziva se fitotoksičnost. Na celularnom nivou,
posledice produžene izloženosti visokim koncentracijama metala mogu biti dezintegracija
membrane, gubitak jona, peroksidacija lipida, degradacija DNK/RNK i konačno smrt ćelije.
Da bi se biljke normalno razvijale i rasle, one moraju održavati koncentracije
esencijalnih elemenata u okviru optimalnih vrednosti- stanje homeostaze.
Cilj ovog rada je određivanje sadržaja teških metala u četinama smreke primenom ICP-
OES spektrometrije.
7
1. Teorijski deo
8
1.1. Četinari
Četinari su biljke koje spadaju u grupu golosemenica, i obuhvataju 630 vrsta. Ime su
dobili prema četinama- igličastim listovima. Neki četinari, kao što su tuja i čempres, umesto
iglica imaju listove u obliku ljuskica. Četinari rastu uglavnom kao šumsko drveće, a neke vrste
imaju oblik grmlja (https://sh.wikipedia.org/wiki/Cetinari). Spadaju u grupu zimzelenog
drveća, koje se danas u velikoj meri koristi za ozelenjavanje i ukrašavanje urbanih površina.
Razlog tome je što su otporni na mraz, pa svoju dekorativnost ne gube ni tokom hladnih,
zimskih meseci, i što u periodu mirovanja vegetacije, kada većina biljaka ostaje bez lišća,
predstavljaju glavni izvor kiseonika. Takođe se veoma dobro prilagođavaju i opstaju u surovim
uslovima urbane sredine (www.cetinari.info/vrste-cetinara).
1.1.1. Smreka
Smreka ili smrča je naziv za drveće iz roda Picea. Rod obuhvata oko 35 zimzelenih
vrsta, i prirodno rastu na severnom umerenom pojasu Zemljine polulopte. Smreke su velika
drveća, visoka 20-60m nekad i do 95m. Iglice na granama smreke su blago spiralno zavijene i
svaka igla poseduje malu strukturu koja se zove sterigmata
(https://bs.wikipedia.org/wiki/Smrča). Smreke su visoko zimzeleno drveće koje svoju krošnju
formira od tla. Jako je slična rodu jela, pa je mnogi poistovećuju sa njom. Jedan od najsigurnijih
načina raspoznavanja ove dve vrste je prema položaju njihovih šišarki. Kod jele, šišarke su
okrenute nagore, dok su kod smreke, šišarke viseće. Opšti oblik smreke je široko kupasti sa
pravilno raspoređenim granama oko stabla u etažama. Smreka je veoma otporna vrsta, a takođe
je jako dekorativna, tako da se može saditi u svim sredinama i zemljištima
(www.cetinari.info/vrste-cetinara).
Tabela 1. Glavne karakteristike smreke
Taksonomske kategorije Taksoni
Carstvo (regnum) Plantae
Podcarstvo (subregnum) Pinophyta
Klasa (classis) Pinopsida
Red (ordo) Pinales
Familija (familia) Pinaceae
Rod (genus) Picea
9
1.1.2. Najpoznatije vrste smreke
Obična smreka (Picea abies)
Smatra se za domaću vrstu, ali kao samonikla raste samo na većim nadmorskim visinama
(Slika 1.). Najviše joj odgovaraju hladnija staništa, vlaga kako u zemljištu tako i u vazduhu.
Dobro se pokazala i na nižim nadmorskim visinama gde nema velike zagađenosti vazduha, a
uspeva i u gradskim uslovima gde malo gubi na dekorativnosti, ali ipak preživljava. Zbog svoje
dekorativnosti, oblika krošnje i boje našla je široku primenu u ozelenjavanju, a posebno u
pošumljavanju goleti. Najčešće se gaji kao novogodišnje drvo (www.cetinari.info/vrste-
cetinara).
Slika 1. Obična smreka (Picea abies)
Bodljikava smreka (Picea pungens)
Ovo je vrsta koja je svoje ime dobila na osnovu svojih čvrstih i gustih četina sa izuzetno
oštrim vrhovima (Slika 2.). Upravo njene četine joj daju dekorativnost i vazdušast izgled.
Krošnja je široko kupasta, a njena otpornost i prilagodljivost na uslove sredine čine je najčešće
korišćenom četinarskom vrstom u dizajnu savremenih vrtova. Dugovečna je i može da naraste
dosta visoko. Odlično podnosi mrazeve, kao i velike suše, a štetne gasove u gradskim sredinama
podnosi najbolje od svih smreka. Veoma je varijabilna vrsta, a ovo su neki od varijeteta:
"glauka", plavičastih četina koju još nazivaju i "srebrna smreka" pa zatim varijetet
"montgomery" niski varijetet pravilne okruglaste krošnje, kod koje je visina srazmerna širini
krošnje, a naraste i do 2m. Tu je i "glauka globosa" patuljasta forma, sitnijih grana i sporog
rasta, pa zatim "argentea" skoro belih četina i pravilne piramidalne krošnje, i na kraju "conica"
kompaktne krošnje i piramidalnog oblika koja raste veoma sporo a niskog je rasta, najčešće do
2m (www.cetinari.info/vrste-cetinara.html).
10
Slika 2. Bodljikava smreka (Picea pungens)
Pančićeva omorika (Picea omorika)
Vrsta koja kao samonikla raste samo na Balkanskom poluostrvu. Usko-piramidalne je
krošnje. Vršne grane su uperene prema vrhu da bi se od sredine spuštale prema dole (Slika 3.).
Gornja strana četina je zelene boje, dosta slično običnoj smrči, dok na naličju četine postoji
srebrna crta. Jako je dekorativna vrsta i sve više je u upotrebi na zelenim površinama. Veoma
je otporna na uslove sredine, a između ostalog pokazala je dobre rezultate i u gradskim
uslovima, što je uz izuzetnu dekorativnost čini zahvalnom vrstom za sve tipove zelenih površina
(www.cetinari.info/vrste-cetinara.html).
Slika 3. – Pančićeva omorika (Picea omorika)
11
1.2. Teški metali i biljke
U ekološkom pogledu, svaki metal, ili metaloid koji prouzrokuje problem u životnoj
sredini, odnosno onaj koji se ne može biološki uništiti, trebalo bi posmatrati kao teški metal.
Teški metali su prirodne komponente Zemljine kore, ali su koncentracije nekih od njih, u
mnogim ekosistemima, dostigle toksične nivoe, pre svega kao posledica antropogenih
aktivnosti. Do današnjih dana, ukupno 53 elementa je svrstano u kategoriju teških metala, koja
je preciznije definisana kao grupa elemenata čija je gustina veća od 5 g/cm3. Teški metali su
široko rasprostranjeni u životnoj sredini. Njihova zastupljenost u radnoj i životnoj sredini
predstavlja ozbiljan zdravstveni i ekološki problem zato što su toksični, veoma dugo se
zadržavaju u zemljištu i akumuliraju u žive sisteme kroz lance ishrane (Sarma, 2011).
Teški metali se u određenim koncentracijama prirodno nalaze u zemljištu. Međutim, u
površinskim slojevima zemljišta često se mogu naći teški metali koji nisu geohemijskog već
antropogenog porekla, odnosno, dospeli su u zemljište kao posledica različitih ljudskih
aktivnosti (industrija, sagorevanje fosilnih goriva, primena agrohemikalija, atmosferska
depozicija i drugo), što kao posledicu može imati trajno zagađenje zemljišta i podzemnih voda.
U vodi, ovi metali mogu graditi teško rastvorljive karbonate, sulfate i sulfide koji se talože i
akumuliraju na dnu vodenih površina (Jovanović, 2012).
Prilikom procenjivanja da li je neko zemljište zagađeno teškim metalima ili ne, važnu
smernicu predstavljaju granične vrednosti za maksimalno dozvoljene koncentracije teških
metala u zemljištu. Maksimalno dozvoljena koncentracija (MDK) teških metala u zemljištu, u
našoj državi, definisana je Pravilnikom o dozvoljenim količinama opasnih i štetnih materija u
zemljištu i metodama njihovog ispitivanja, koji je objavljen u Službenom glasniku Republike
Srbije br. 23 (1994). (Tabela 2.). Međutim, ovaj pravilnik definiše MDK vrednosti samo za
poljoprivredno zemljište dok za zemljišta druge namene (industrijska zemljišta, igrališta,
parkovi itd.) ne postoji zakonom propisan maksimalni sadržaj opasnih i štetnih materija
(Sekulić i sar., 2008).
12
Tabela 2. Maksimalne dozvoljene koncentracije opasnih i štetnih materija u zemljištu u
Republici Srbiji (mg/kg vazdušno suvog zemljišta)
Element
mg/kg
Cd 3
Pb 100
Hg 2
As 25
Cr 100
Ni 50
F 300
Cu 100
Zn 300
B 50
Mo -
Co -
Druge države, kao na primer Nemačka, zakonom su definisale maksimalno dozvoljene
koncentracije pojedinih kontaminanata u zemljištu u zavisnosti od njegove namene (Tabela 3.)
(Sekulić i sar., 2008).
Tabela 3. Maksimalno dozvoljene koncentracije teških metala (mg/kg) u zemljištu različite
namene po nemačkom zakonu
Element Igrališta Stambene oblasti Parkovi Industrijske oblasti
As 25 50 125 140
Pb 200 400 1000 2000
Cd 10 20 50 60
Cr 200 400 1000 1000
Ni 70 140 350 900
Hg 10 20 50 80
13
Tabela 4. Funkcija teških metala u biljkama i mogući toksični efekti sa odgovarajućim
koncentracijama (mgkg-1 suve mase)
Metal Funkcija u biljkamaA Toksični efektiA Normalne
koncentracije
Prag
toksičnosti
Cu Redoks aktivan; transport
elektrona; sastojak enzima;
reprodukcija i rod biljne
kulture; asimilacija CO2;
sinteza ATP
Usporen biljni rast i hloroza
lišća
4-15D
5-20C
15-20D,F
5-40Clist
100-400C
koren
2-100C
Mn Sastojak enzima; aktivacija
enzima; fotosinteza;
neophodan u reproduktivnoj
fazi
Redukcija fotosinteze i pojava
nekrotičnih braon fleka na
listovima
15-100B
20-1000C
170-2000D
300-500C
Pb / Inhibicija enzima; vodni
disbalans; promene u
propustljivosti membrane;
poremećaj mineralne ishrane
0,1-10F
1-13B
0,2-20C
10-20D
30-300C
Zn Sastojak enzima i ćelijske
membrane; aktivacija enzima;
transkripcija DNK; učešće u
reprodukciji (rod i kvalitet
kulture); fiksacija azota
Ograničen rast korena i
izdanka; hloroza pre svega
mladog lišća; deficitarnost u
bakru, manganu i fosforu
60C
8-100B
100-500C
150-200D,F
As / Dezintegracija ćelijskih
struktura; zamena esencijalnih
metala; redukcija rasta; bledoća
korena; venjenje lišća;
ljubičasto obojenje; kompeticija
sa fosforom
0,02-7B,C
0,09-1,5E
>20D
5-10E
5-20C
Fe Redoks aktivan; transport
elektrona; fotosinteza;
respiracija; asimilacija sulfata
Produkcija slobodnih radikala;
redukcija fotosinteze i prinosa
140B
/
Cd
/ Oštećenje ćelijske strukture;
zamena esencijalnih metala;
inhibicija metabolizma gvožđa;
hloroza; inhibicija disanja,
transporta elektrona,
transpiracije i stominih pokreta
0,1-2,4B,C
5-10D
10-20B,E
5-30C
Cr / Hloroza i zaostajanje u rastu;
uticaj na klijanje semena, vodni
režim i sintezu hloroplasta
0,2-1A
0,03-14B
1-2C
5-30B
Ni Sastojak enzima; aktivacija
ureaze
Hloroza; nepovoljno utiče na
translokaciju i usvajanje
gvožđa; poremećaj balansa
nutritijenata, vode i funkcije
membrane
1B
0,02-5C
20-30D
10-100C
Hg / Remeti transpiraciju; ometa
aktivnost mitohondrija; oštećuje
lipide membrane
0,005-0,02B
0,005-0,17C
1-3C
ANagayoti i sar., 2010; BAlloway, 2013; CVamareli i sar., 2010; DAlagić i sar., 2013; EKabata-
Pendias i Pendias, 2001.
14
Prema svojoj biološkoj funkciji koju imaju u organizmu metali se dele na esencijalne i
neesencijalne. Metali, kao što su Cu, Fe, Zn, Mn, Mo, Ni, Co su neophodni za normalan rast
i razvoj biljaka. Nedostatak ili potpuni izostanak ovih metala može da dovede do ozbiljnih
poremećaja u organizmu biljaka, pa čak i do uginuća. Zbog toga ovi metali spadaju u grupu
esencijalnih metala. U grupu neesencijalnih metala spadaju Pb, Cd, Hg,As, Cr. Oni nemaju
nikakvu poznatu korisnu ulogu i ispoljavaju samo toksično dejstvo na organizam biljaka.
Toksičnost koja se ispoljava prema biljkama naziva se fitotoksičnost (Alagić i sar., 2013;
Nagajyoti i sar., 2010).
1.2.1. Teški metali
Olovo se u prirodi uglavnom nalazi u neorganskom obliku, kao oksid (PbO, PbO2),
sulfid, ali i kao karbonat, sulfat ili hromat. U organskom obliku se može naći u vidu soli, koje
gradi sa organskim kiselinama. Usled antropološkog zagađenja životne sredine Pb se može naći
i u obliku alkil-olova, i drugih različitih derivata, koji se koriste u proizvodnji benzina. Prosečan
nivo Pb u Zemljinoj kori procenjen je na 20 mg/kg. U gornjim slojevima zemljišta njegova
koncentracija varira između 10 i 70 mg/kg. U blizini većih saobraćajnica i preko 100 mg/kg.
Nivoi u površinskim vodama su generalno ispod 0,01 mg/l, dok se u zagađenim vodama može
očekivati koncentracija i do 1 mg/l. Vazduh u gradskim područjima sadrži 0,2 – 3,0 μg/m3 dok
je u brdskim područjima ta količina 10 puta manja. Vegetacija sadrži 0,2 – 0,6 mg/kg
(http://stocarstvo.edu.rs/wp-content/uploads/2015/05/9.-TEŠKI-METALI.pdf). Olovo u tlo,
osim prirodnim putem, može doći i antropogenim putem. Najveći izvori zagađivanja prirode
olovom su motorna vozila, industrijske otpadne vode, deponije, rudnici olova, topionice,
hemijska industrija, industrija boja, keramička industrija, industrija proizvodnje i obrade stakla,
industrija baterija i akumulatora, fabrike oružja i municije. Iz atmosfere, zemljišta i voda, Pb se
unosi i zadržava u biljkama, a dalje preko lanca ishrane i vode za piće dospeva i u ljudski
organizam.
Nakupljanje olova u biljkama zavisi od udaljenosti biljaka od centra emisije,
pokrivenosti zemljišta biljkama, dužine trajanja vegetacije, pravca i intenziteta vetra i dr. Biljke
olovo u neorganskom obliku slabo usvajaju i premeštaju u nadzemne organe, izuzev na kiselim
zemljištima. Organska jedinjenja olova, veoma se brzo usvajaju i transportuju u nadzemne
delove biljaka. Taloženje olova kod većine biljaka intenzivnije je u korenu u odnosu na
nadzemne delove. Velika moć korena u akumulaciji olova mogla bi da bude i jedan vid zaštite
nadzemnog dela. Olovo u većim koncentracijama inhibira izduživanje korena i rast listova,
inhibira proces fotosinteze, utiče na morfološko-anatomsku građu biljaka.
Olovo kod čoveka uzrokuje anemiju, razne poremećaje digestivnog trakta, utiče na
centralni nervni sistem, izaziva kardiovaskularna oboljenja, oboljenje kostiju i dr.
Koncentracija olova u krvi od 60 μg/dl je tokom šezdesetih godina smatrana bezopasnom.
Vremenom, proučavanjem toksičnih efekata olova, prihvatljiv sadržaj u krvi je smanjen na 25
μg/dl, pa zatim i na 10 μg/dl 1991. god. Bez obzira na ove izmene, subklinički simptomi
izloženosti olovu se javljaju i pri njegovom sadržaju manjem od 10 μg/dl. Međutim,
“bezopasan” nivo olova u organizmu još uvek nije definisan (Ahamed i Siddiqui, 2007).
Dnevne količine unetog olova, oralno i inhalacijom, mogu biti i oko 0,3 mg. Iste se
delom eliminišu iz organizma ekskrecijom ali i akumuliraju pa se tako se u krvi normalno može
15
naći oko 250 μg/l. Porast nivoa ovog metala u krvi je dalje umereno rizičan (250-490 μg/l),
visokorizičan (500-690 μg/l) i urgentan, sa više od 700 μg/l telesne tečnosti (Munoz i Palermo,
2006). Olovo nije esencijalni metal, ali uneto u organizam može se naći u gotovo svim tkivima
i organima sisara. Nakon unošenja u organizam olovo ispoljava toksični efekat na jetru, bubrege
i mozak, koji se i smatraju ciljanim organima za njegov uticaj (Sharma i Street, 2001). Kao
metal sa kumulativnim dejstvom olovo je konkurentno esencijalnim metalima (gvožđu,
kalcijumu, bakru i cinku) za njihove brojne funkcije u organizmu, posebno one vezane za
prisustvo slobodnih –SH grupa u delovima biomolekula proteina i enzima.
Kadmijum je prema geohemijskoj klasifikaciji hemijskih elemenata litofilni i halkofilni
element. Relativno je redak metal koji se nalazi na 67. mestu po zastupljenosti u Zemljinoj kori.
Do pH 8 je uvek prisutan kao dvovalentno pozitivan jon (pod uslovom da se u sredini ne nalaze
fosfati i sulfati koji ga mogu istaložiti), kada se može lako sorbovati na suspendovanim
česticama ili nagraditi kompleksna jedinjenja sa organskim ligandima. Tako, sa akvatičnim
huminskim supstancama u zemljištu gradi humatne komplekse. Kadmijum je označen kao
jedan od 126 najvećih zagađivača životne sredine od strane Agencije za zaštitu životne sredine
USA (Krsmanović, 2013).
Kadmijum je element sa vrlo toksičnim dejstvom za biljke, životinje i čoveka. Cd i Zn
su vrlo slični, a pored toga Cd može zameniti (imitirati) ponašanje i nekih drugih esencijalnih
elemenata u usvajanju iz zemljišta i metabolizmu. Glavni uzrok toksičnosti kadmijumom
predstavlja veliki afinitet Cd za tiolne grupe (SH) u enzimima i u drugim proteinima. Višak Cd
takođe može poremetiti metabolizam Fe i izazvati hlorozu. U ishrani životinja i ljudi Cd je
kumulativni otrov. Remeti metabolizam Ca i P, te uzrokuje bolest kostiju, ali i respiratornih
organa i nervnog sistema (Živanović, 2010).
Cd se brzo transportuje iz tla u biljku. Pristupačnost mu u najvećoj meri zavisi od pH, i
prisustva ostalih katjona. Ca i Zn smanjuju usvajanje Cd, a transport u velikoj meri zavisi od
koncentracije u okolini. Utvrđeno je da 30-60% kadmijuma, sadržanog u biljkama dolazi
direktno iz atmosfere, a 40-60% iz zemljišta. Jedan od načina kojim on dospeva u zemljište su
mineralna đubriva, koja se dobijaju razlaganjem sirovih fosfata mineralnim kiselinama. Kod
brojnih biljnih vrsta intenzitet transporta kadmijuma u nadzemne organe je u korelaciji sa
njegovom koncentracijom u hranljivoj podlozi. Kadmijum usvojen iz hranljive podloge
najvećim delom se zadržava u korenu (Mitić i sar., 2013).
Udeo ovog elementa u stablu i listovima biljaka je približno isti, ali manji od njegove
koncentracije u podzemnom delu biljke. Veće koncentracije u biljkama inhibiraju metabolizam
gvožđa, izazivaju hlorozu i time smanjuju intenzitet fotosinteze. Isto tako, visoke koncentracije
kadmijuma inhibiraju disanje i transport elektrona u procesu oksidativne fosforizacije
(http://www.gradjevinarstvo.rs/tekstovi/1203/820/teski-metali-u-zemljistu-i-njihov-uticaj-na-
biljke).
Najveći izvor inhalacione intoksikacije kadmijumom je pušenje. Preko duvanskog dima
50% kadmijuma se apsorbuje iz pluća u sistemsku cirkulaciju u toku aktivnog pušenja (Satarug,
2003).
Kadmijum se unosi u organizam u obliku para i čestica prašine kao oksid, hlorid, fluorid,
sulfid, karbonat i acetat. Apsorpcija se uglavnom odvija respiratornim putem, a manjim delom
16
gastrointestinalnim traktom, dok je transkutani put (putem kože) neznatan. Kod nepušača je
prosečna koncentracija kadmijuma u krvi oko 0,5 μg/l (Godt i sar., 2006).
Preko industrijskog otpada kadmijum ulazi u sastav površinskih voda. Oko 90%
kadmijuma u biljkama dospeva iz zemljišta, a oko 10% iz atmosfere. Preko zagađenog zemljišta
i vode biljke su polazna karika ishrane i osnovni izvor kadmijuma za životinje i ljude. Unos
ovog metala vazduhom je oko 0,5 μg⁄dan, dok putem vode oko 1 μg⁄dan. Najveća količina
kadmijuma se unosi putem kontaminirane hrane (pirinač, iznutrice, pečurke). Koncentracija
kadmijuma u vodi za piće treba da bude manja od 1μg⁄l (ATSDR, 1999). Po ulasku u organizam,
kadmijum se transportuje u krv pomoću crvenih krvnih zrnaca i visoko molekularnog proteina
krvi-albumina (Goyer, 1991). Normalni nivo kadmijuma u krvi kod odraslih osoba manji je od
1μg/l. Iako se kadmijum širi putem krvi kroz ceo organizam, najveća akumulacija (od 50 do
60% telesnog opterećenja kadmijumom) je u bubrezima i u jetri. Opterećenje kadmijumom,
naročito u bubrezima, uglavnom linearno raste sa godinama, do 50-60. godine starosti, nakon
čega nivo kadmijuma u bubrezima ostaje konstantan ili vrlo malo opadne (Lauwerys, 1979).
Visoko toksičan efekat kadmijuma, rezultat je njegovih interakcija sa neophodnim mikro i
makro bioelementima, posebno sa gvožđem, kalcijumom, bakrom i cinkom (Brzoska i
Moniuszko- Jakoniuk, 1997).
Hrom se u zemljištu nalazi u različitim oksidacionim stanjima (od +2 do +6) ili u
elementarnom obliku. Spada u grupu toksičnih metala, dok stepen toksičnosti zavisi od njegove
valentnosti (Vukadinović i Lončarić, 1998).
Prema literaturnim podacima koncentracija hroma u biljkama je jako niska. Prosečna
koncentracija hroma u biljkama iznosi 0,2 do 4 mg/kg suve materije biljaka. Na serpentinskom
zemljištu u biljakama može da se nađe čak i do 100 mg/kg suve materije biljaka (Živanović,
2010).
Veće koncentracije hroma, kao i većine drugih elemenata, deluju toksično na biljke.
Najčešći znaci prisustva viška hroma u biljkama su zaostajanje u rastu i pojava hloroze. Hloroza
je bolest biljaka pri kojoj lišće gubi zelenilo (hlorofil) i postaje žuto (hlorotično). Takođe, veće
koncentracije mogu da utiču na klijanje semena, vodni režim, sadržaj elemenata i količinu
pigmenta hloroplasta (Jakšić i sar., 2013).
Forma šestovalentnog hroma je kancerogena i klasifikovana je kao vrlo otrovna zbog
visokog oksidacionog potencijala i sposobnosti prodiranja u ljudsko telo. Svoj toksični efekat
na ljude hrom ostvaruje samo ukoliko se nalazi u pitkoj vodi ili zemljištu u izuzetno visokoj
koncentraciji. Trovalentna forma hroma spada u nutritivne elemente i nalazi se u mnogim
namirnicama kao što su praziluk, melasa, pivski kvasac i orasi. Fiziološka uloga hroma u
organizmu ogleda se u pomoći pri razgradnji šećera koju ostvaruje tako što deluje na sam
hormon insulin. Ukoliko u organizmu nema dovoljno hroma javlja se dijabetes, holesterol i
trigliceridi u krvi. U atmosferu, zemljište i vodu dospeva prvenstveno iz industrijske
proizvodnje (Vukadinović i Lončarić, 1998).
Živa je jedini tečni metal. Njen sadržaj u zemljištima zavisi od pH vrednosti kao i od
sadržaja organske materije u zemljištu. Živa poseduje veliku isparljivost - pri temperaturi od
20°C u vazduhu se nalazi 14 mg/m3 u stanju dinamičke ravnoteže. Prag bezbednosti žive u
vazduhu iznosi 0,05 mg/m3 vazduha, zbog čega prosuta živa predstavlja potencijalnu opasnost
od trovanja. Značajan izvor onečišćenja životne sredine je dobijanje žive iz rude cinober (HgS,
17
živa-sulfid), pri čemu 3% dospeva u atmosferu (proizvodnjom 9.000 tona žive, u atmosferu
ispari 270 tona metalne žive). Ostali izvori onečišćenja životne sredine su industrije koje se
živom koriste u tehnološkom procesu proizvodnje, a ostatke odbacuju u otpadne vode kao i
industrije koje proizvode kaustičnu sodu, papir, vinil-hlorid, kožu, gume. Organska živina
jedinjenja služe kao fungicidi u zaštiti žitarica i sve češće su uzroci trovanja životinja. Međutim,
sagorevanje uglja i nafte čine najveći izvor zagađenja vazduha živom. Hloridi žive su dosta
pokretljivi u zemljištu, ali živa u zemljištu ima malu i ograničenu pokretljivost. Ta pokretljivost
je daleko veća putem isparavanja. Živa se još uvek koristi u proizvodnji baterija, boja, kao
dentalni amalgam, elektroopreme, cementa, itd.
U prirodi živa se nalazi u različitim hemijskim oblicima. Sva jedinjenja žive su izuzetno
toksična za biljke i životinje, a amalgami predstavljaju najveću opasnost. Glavni put apsorpcije
žive u čoveka je preko respiratornog trakta i ishranom. Fitotoksičnost žive ne predstavlja veći
ekološki problem. Koncentracija pri kojoj se uočavaju simptomi viška žive na biljkama znatno
je iznad onih koji se u normalnim uslovima nalaze u zemljištu. Sem toga, pristupačnost žive u
zemljištu za biljke je obično niska. Smatra se da koren predstavlja prepreku većem nakupljanju
žive u izdanku. Prema ispitivanjima Beauforda (1970) akumulacija žive u korenu je dvadeset
puta veća nego u izdanku. Živa narušava građu biomembrana i menja aktivnost enzima čime
narušava razmenu materija i inhibira rast i razviće biljaka
(http://www.gradjevinarstvo.rs/tekstovi/1203/820/teski-metali-u-zemljistu-i-njihov-uticaj-na-
biljke).
Arsen je rasprostranjen u biosferi u organskoj i neorganskoj formi. U maloj količini je
u elementarnom stanju, a većim delom u vidu neorganskih jedinjenja (As2O3, Na3AsO3, AsCl3,
As2O5, Na3AsO4). Javlja se kao As3+ i As5+, s tim da su jedinjenja u kojima je As3+ znatno
otrovnija. U zemljištu je prisutan oko 2 mg/kg; u uglju 45 mg/kg, dok sediment morskih
priobalnih područja sadrži čak 100 mg/kg. Dobija se kao nus proizvod pri topljenju ruda bakra,
kobalta, cinka i drugih metala, tako da je rudarska industrija jedan od izvora njegove emisije.
Osnovni izvori arsena su različite industrije (metalna industrija, industrija nafte, elektronske
opreme, kože, boja, keramike, stakla i druge) (http://stocarstvo.edu.rs/wp-
content/uploads/2015/05/9.-TE%C5%A0KI-METALI.pdf).
U biljkama arsen nema nijednu korisnu ulogu i ispoljava samo toksično dejstvo kada se
nađe u koncentracijama na koje biljke nisu tolerantne. Prag tolerancije koji biljke imaju prema
arsenu je izuzetno nizak, a prekoračenje tog praga dovodi do ozbiljnih poremećaja u organizmu
biljke. Direktno toksično dejstvo arsena je dezintegracija ćelijskih struktura a indirektno
zamena esencijalnih metala. Arsen dovodi do redukcije rasta, bledoće korena, venjenje lišća,
pojave ljubičastog obojenja (Alagić i sar.2013; Kabata-Pendias i Pendias 2001). Biljka vrši
zamenu fosfora arsenom prilikom njegovog usvajanja iz zemljišta (Nagajyoti i sar., 2010).
U organizam čoveka arsen može dospeti iz vazduha, udisanjem čestica koje sadrže
neorganska jedinjenja arsena, preko kontaminirane vode za piće, gde se takođe nalazi u obliku
neorganskih jedinjenja, ili kontamirane hrane. Neorganska jedinjenja arsena su toksičnija od
organskih, kao i jedinjenja u kojima je valenca arsena III, u odnosu na ona u kojima je V.
Toksični efekat As obuhvata poremećaj u funkciji i morfološkoj strukturi tkiva i smatra se
protoplazmatičnim otrovom. Arsen prolazi posteljicu i negativno deluje na reprodukciju. Arsen
je antagonist Se u organizmu (http://stocarstvo.edu.rs/wp-content/uploads/2015/05/9.-
TE%C5%A0KI-METALI.pdf).
18
Bakar je zastupljen je u Zemljinoj kori u količini od 55 ppm u vidu minerala: halkopirita
(Cu2S x FeS2), halkozina (Cu2S), kuprita (Cu2O) i drugih. Biljke ga usvajaju u vidu jona bakra
Cu2+ ili u vidu helata. Za usvajanje bakra iz zemljišta je neophodna energija, mada se smatra i
da postoji specifičan receptor koji igra ulogu prenosioca bakra. Prilikom usvajanja bakra iz
zemljišta glavnu konkurenciju mu čine mangan, gvožđe i cink. Ispitivanja su pokazala da biljke
koje imaju visoke koncentracije kiseonika i fosfora uglavnom odlikuje i niska koncentracija
bakra. Najveća koncentracija bakra se nalazi u korenu biljaka, zbog relativno slabe translokacije
kroz ostale delove biljke. Biljke u proseku sadrže između 2-20 ppm bakra u suvoj supstanci,
dok one koje imaju koncentraciju ispod 4 ppm, spadaju u slabo snabdevene biljke. Bakar koji
se nalazi u zemljištu vodi poreklo iz primarnih minerala gde se nalazi u jednovalentnom obliku,
a nakon njihovog raspadanja oksiduje u Cu2+ oblik. Bakar zajedno sa organskim kiselinama u
zemljištu gradi stabilne komplekse i kao takav je biljkama slabo dostupan. Manjak bakra se
zbog toga uglavnom nalazi na zemljištima koja su bogata humusom (Vukadinović i Lončarić,
1998). Pokretljivost bakra kroz različite delove biljke je osrednja. Uzlazni transport kroz biljku
i iskorišćenje zavise od stepena obezbeđenosti biljaka ovim elementom. Ukoliko ga nema
dovoljno u zemljištu, premeštanje iz korena u nadzemne delove, kao iz pravca starijih listova u
mlađe, je jako mala, skoro neznatna (Živanović, 2010).
Koncentracija ovog elementa se kreće u proseku od 5 do 30 mg/kg suve materije.
Ukoliko je udeo bakra manji od 4% suve biljke, onda se smatra da datim biljkama nedostaje
bakar, dok je u slučajevima kada njegova koncentracija iznosi od 20 do 100 mg/kg, smatra se
da te biljke imaju veliku koncentraciju ovog elementa. Osetljivost i reakcije biljaka na njegov
nedostatak su jako različite. Osnovni znaci na biljci koji ukazuju na nedostatak bakra su
venjenje listova, savijanje istih, hloroza, odumiranje mladih listova, nekroza i smanjenje
prinosa biljaka. Toksični efekat ovog elementa se javlja kada je njegov ukupan sadržaj u
zemljištu od 25 do 40 mg/kg i ukoliko je udružen sa kiselim zemljištem čija se pH vrednost
kreće oko 5,5. Uglavnom se visoke koncentracije bakra javljaju u kiselim zemljištima. Bakru,
kao ekološkom činiocu, treba posvetiti posebnu pažnju, s obzirom da je u visokim
koncentracijama jako toksičan (Petrović-Gegić i sar., 2007).
Cink biljke usvajaju u obliku jona Zn2+, ZnCl+, Zn – helata i za razliku od Fe, Mn, Cu i
Mo u biljkama se uvek nalazi u formi Zn2+. Slično kao i bakar, cink se apsorbuje iz zemljišta
aktivnim putem, pri čemu na njegovo usvajanja negativno deluju visoke koncentracije
kalcijuma i magnezijuma. Biološka i fiziološka uloga cinka je ogromna imajući u vidu da
učestvuje u sintezi DNK, RNK, proteina kao i u sintezi biljnog hormona auksina. Najniža
fiziološki podnošljiva koncentracija cinka u suvoj materiji biljaka iznosi 15 – 30 ppm. Višak
cinka u biljkama se javlja uglavnom na kiselim podlogama. Gornja granica koncentracije cinka
koju biljka može da podnese iznosi između 200-500 ppm preračunato na suvu materiju lišća.
Osnovni izvor cinka u zemljištu jesu primarni i sekundarni minerali. Granit i gnajs kao kisele
stene sadrže manju koncentraciju cinka u odnosu na basalt koji je alkalne prirode. Nedostatak
cinka koji biljka može da usvoji javlja se najčešce na teškim glinovitim podlogama
(Vukadinović i Lončarić, 1998). Cink spada u grupu elemenata čija je pokretljivost kroz
različite delove biljaka osrednja. U slučaju kada je njegova koncentracija u zemljištu mala,
izuzetno je slab intenzitet prenošenja iz starijih u mlađe delove biljke. U slučajevima kada je
njegova koncentracija u zemljištu visoka, uglavnom se taloži u korenu biljaka. Koncentracija
ovog elementa u suvoj materiji biljaka u proseku se kreće od 30 do 150 mg/kg, a najčešće se
nalazi u opsegu između 20 do 50 mg/kg. Ukoliko je njegova koncentracija u biljkama između
10 i 20 mg/kg suve materije, može se smatrati da ovakavo stanje ima jako toksičan, čak letalan
19
efekat na biljku u smislu nedostatka ovog elementa (Živanović, 2010). S obzirom da cink ima
višestruku ulogu u rastu i razvoju biljaka, njegov nedostatak izaziva velike promene, kako u
razmeni materija, tako i u morfološkoj i anatomskoj građi biljaka. Po svojoj prirodi i efektima,
cink spada u grupu umereno toksičnih metala. Njegova toksičnost za biljke je manja u odnosu
na stepen toksičnosti koji je karakterističan za bakar. Prvi znaci visoke koncentracije cinka
javljaju se na kiselim tresetnim zemljištima, kao i na zemljištima koja su nastala iz matičnog
supstrata bogatog cinkom, kao i u okolini rudnika i topionica cinka. Jasni znaci viška ovog
elementa javljaju se kada njegova koncentracija u suvoj materiji prelazi 300 do 5000 mg/kg. U
takvim slučajevima kod biljaka dolazi do nižeg rasta, smanjenja korenovog sistema,
obrazovanja sitnih listova i njihove nekroze (Mickovski Stefanović, 2012).
Mangan ulazi u sastav mnogih enzima, a neophodan je i u procesu fotosintetskog
transporta. Jedna od najvažnijih bioloških uloga mangana odnosi se na njegovu ulogu u
oksidoredukcionim procesima. Prosečan sadržaj mangana u biljkama kreće se između 50-250
ppm, a zavisi i od biljne vrste i dela same biljke (Duffus, 2002). Maksimalna gornja granica u
zemljištu koja je toksična za biljke iznosi 1000 ppm. U zemljištu mangan potice iz MnO2, a
sadrže ga različiti oksidi različitog stepena oksidacije od +2 do +7. Sadržaj mangana u zemljištu
iznosi između 200-3000 ppm od čega biljkama na raspolaganju stoji samo 0,1-1,0%. U
zemljištu koje je neutralno ili blago bazno, dostupnost mangana biljkama je smanjena u odnosu
na kiseliju podlogu gde je koncentracija mangana znatno veća. Redukovanu formu mangana
biljke lakše usvajaju te je taj oblik označen kao aktivni, dok su oksidovani oblici označeni kao
inaktivni (Vukadinović i Lončarić, 1998). Mangan je teški metal i esencijalni mikroelement,
potreban svim biljnim vrstama, u količinama koje zavise i specifične su za svaku biljnu vrstu.
Njegova koncentracija u suvoj materiji može biti na nivou koncentracije gvožđa, što je više od
ostalih biogenih mikroelemenata. Biljke usvajaju „aktivni mangan“, koga predstavljaju oblici
Mn2+, kao i helatni oblici. Mangan deluje stimulativno na usvajanje kiseonika, fosfora i
kalijuma, te transport i akumulaciju šećera u biljkama.
Gvožđe biljke usvajaju u obliku jona Fe2+, Fe3+ kao i u obliku helata. Apsorpcija gvožđa
iz zemljišta je povezana sa redukcijom, tako da u slučaju nedostatka gvožđa u zemljištu, biljke
iz korena izlučuju fenole i redukujuće agense. Posebno izraženu kompeticiju za unos gvožđa
pokazuju bakar, kobalt, nikl, cink, hrom i mangan. U zemljištu sa visokim vrednostima pH
usvajanje gvožđa ometaju Ca2+ joni i fosfati. Ishrana nitratima smanjuje, a amonijačna
povećava usvajanje gvožđa iz zemljišta. U biljkama se koncentracija gvožđa kreće u opsegu
između 50 – 1000 ppm. Usvajanje gvožđa kao i njegova pokretljivost u biljkama je osrednja do
loša. Fiziološka uloga gvožđa se ogleda u sintezi hlorofila, procesu redukcije nitrita i sulfata,
asimilacije azota, transporta elektrona. Donja granica niske koncentracije gvožđa iznosi 50 –
150 ppm u suvoj supstanci biljaka. Višak gvožđa se javlja samo u izrazito kiselim staništima.
Gornja granica visoke koncentracije gvožđa je 400 – 1000 ppm. Slično kao i cink, gvožđe potiče
iz primarnih i sekundarnih minerala. Rezerve gvožđa u zemljištu su najvećim delom neorganske
prirode, tako da je ukupni sadržaj gvožđa obično između 0,5 – 4,0 %. Ulazi u sastav karbonata,
oksida, silikata, sulfida, a najznačajniji minerali gvožđa su hematit i getit (Vukadinović i
Lončarić, 1998).
Nikal slično kao i molibden se u biljkama nalazi u malim koncentracijama od 1-10 ppm,
pretežno u dvovalentnom obliku. Gornja granica visoke koncentracije koja postaje toksična
iznosi 10 - 50 ppm. Ova koncentracija se lako može dostići na zamljištu koje je kontaminirano
gradskim otpadom ili na zemljištu gde je osnovni supstrat bogat niklom, kao što su npr. laporci.
20
Fiziološka uloga mu se ogleda u pomaganju biljkama pri usvajanju gvožđa. Jako je bitan za
aktivnost enzima ureaze, a ima uticaj i na klijanje semena (Vukadinović i Lončarić, 1998).
Kobalt je metal koji ima značajnu ulogu kod biljaka. Biljke sadrže od 1-40 ppm kobalta.
Ulazi u sastav vitamina B12 te se u tom obliku unosi i u organizam. Toksična vrednost ovog
metala za ljudski organizam do sada nije poznata. Koncentracija kobalta u zemljištu je vrlo
niska, od 0,02-0,5 ppm. Fiziološka uloga mu se ogleda u stupanju u simbiotske odnose sa
nitrofiksirajućim mikroorganizmima, tj. za fiksaciju atmosferskog kiseonika kod leguminoza
(Vukadinović i Lončarić, 1998). Dostupnost ovog elementa biljkama zavisi od pH vrednosti
zemljišta, sadržaja kreča, gvožđa i aluminijuma, organske mase i vrste minerala gline.
Povećanjem pH vrednosti smanjuje se sadržaj dostupnog kobalta u zemljištu. Ukoliko se
hemijskim uticajem podigne pH vrednost tj. promeni od 5,8 do 7,2, tada se može smanjiti
sadržaj dostupnog oblika kobalta za 50%. Kobalt je u visokim koncentracijama veoma toksičan
za biljke, a prouzrokuje i nedostatak gvožđa biljkama na određenom terenu. Većina biljaka
zahteva koncentracije u rastvoru zemljišta do 0,1 mg/kg. Normalan sadržaj u biljkama se kreće
od 0,01-0,5 mg/kg suve materije. Povećane vrednosti su od 0,5-10 mg/kg, a koncentracija iznad
10 mg/kg je kritična i toksična za biljke (Živanović, 2010).
1.2.2. Toksični efekti teških metala u biljkama
Da bi se biljke normalno razvijale i rasle, one moraju održavati koncentracije
esencijalnih elemenata u okviru optimalnih vrednosti- stanje homeostaze. Međutim, kada
njihove koncentracije pređu te vrednosti, metali mogu ispoljiti i svoje toksične efekte
(fitotoksičnost), koji se obično ogledaju u redukovanoj biomasi, hlorozi lišća (smanjenje
intenziteta fotosinteze), inhibiranju rasta korena, kao i morfološkim promenama (Slika 4.). Na
celularnom nivou, posledice produžene izloženosti visokim koncentracijama metala mogu biti
dezintegracija membrane, gubitak jona, peroksidacija lipida, degradacija DNK/RNK i konačno
smrt ćelije (Tabela 4.). Međutim, treba istaći da je fitotoksičnost pre svega povezana sa
neesencijalnim metalima kao što su to: As, Cd, Pb i Cr, koji uobičajeno imaju i veoma niske
pragove toksičnosti (Tabela 4.) (Kabata-Pendias i Pendias, 2001; Flora i sar., 2008; Palmer i
Guerinot, 2009; Alloway, 1990).
21
Slika 4. Krive zavisnosti mase biljaka od koncentracije metala (Zn, Cd)
(Lin i Aarts, 2012)
Sa Slike 4. se vidi da za esencijalne mikronutrijente postoji gornja granica rasta biljaka
u odnosu na niske i visoke koncentracije metala. Kada su koncentracije npr. Zn ispod donjih
kritičnih vrednosti, biljke će ispoljavati deficit, ali ako su koncentracije iznad gornjih granica,
biljke će pokazati toksičnost izazvanu viškom cinka. Kako bi se biljke normalno razvijale i
rasle, one moraju održavati koncentracije esencijalnih mikronutrijenata u okviru optimalnih
vrednosti. Neesencijalni elementi nisu neophodni za rast biljaka. Kada je koncentracija Cd na
primer, ispod graničnih vrednosti, biljke će biti tolerantne. U suprotnom, kada koncentracija Cd
pređe granične vrednosti biljke će postati osetljive (Lin i Aarts, 2012).
Brojne biohemijske reakcije postoje u biljkama koje trpe stres izazvan metalima, ili
metaloidima. Većina ovih reakcija nastaje kao posledica zamene u katjonskim centrima
proteina, zatim visokog afiniteta za vezivanje na tiolne grupe metabolički važnih molekula
(blokiranje funkcionalnih grupa enzima), ili pak povećanja produkcije reaktivnih kiseoničnih
vrsta, tj. radikala (Reactive Oxigen Species, ROS) (Slika 5.). Kao posledica nastalog
oksidativnog stresa, javlja se akumulacija ROS molekula, koji pak dalje aktiviraju određeni
odbrambeni mehanizam u biljci (Slika 5.), tako da se može reći da ROS imaju dvostruku ulogu:
oni deluju i kao oksidacioni molekuli koji agresivno reaguju sa ćelijskim makromolekulima, ali
i kao signalni molekuli koji pomažu biljci da oseti prisustvo metala (Bhaduri i Fulekar, 2012;
Lin i Aarts, 2012; Rascio i Navari-Izzo, 2011; Peralta-Videa i sar., 2009).
22
Slika 5. Toksični efekti teških metala u biljkama. Ljubičaste sfere- metali koji imaju oksido-
redukcione sposobnosti; crvene i plave sfere- metali koji ne poseduju ove sposobnosti; zelene
sfere- metalni centri u proteinima napadnuti od strane teških metala (Peralta-Videa i sar.,
2009)
Vrlo često, u slučajevima velike izloženosti, bilo koji od navedenih poremećaja, može
dovesti i do uginuća biljaka. I dok životinje i ljudi mogu da se kreću i tako izbegnu
kontaminirane predele, sa biljkama to nije slučaj, tako da su one prinuđene da pronađu drugačiju
vrstu taktike kako bi mogle da se izbore sa ovim problemom (Lin i Aarts, 2012). Neke biljke
su u tome bile toliko uspešne, da su se razvile u takozvane tolerantne vrste, tj. vrste koje mogu
opstati i razvijati se i na teško kontaminiranim terenima (Alagić i sar., 2013; Marić i sar. 2013;
Antonijević i sar., 2012).
23
1.2.3. Mehanizmi mobilizacije metala od strane biljaka i usvajanje iz
zemljišta
Efikasno usvajanje esencijalnih metala iz zemljišta neophodno je za normalan rast i
razvoj biljaka, odnosno za održanje normalne homeostaze i svaka biljna vrsta u tom smislu,
razvija odgovarajuće sposobnosti.
Smatra se da metali mogu da uđu u biljku pasivno, prodiranjem vode, putem apsorpcije
u simplast korena vođeni gradijentom elektrohemijskog potencijala same plazma-membrane,
ili pak aktivno, uz učešće proteina smeštenih u dvostrukom lipidnom sloju membrane koji
omogućavaju transport metala kroz plazmalemu (tzv. transportni proteini, ili proteini-
transporteri) (Peralta-Videa i sar., 2009; Marques i sar., 2009).
Naime, iako metalni joni mogu da difunduju u apoplast korena (prostor između ćelijskog
zida i plazma-membrane), njihov dalji transport kroz apoplast je ustvari blokiran nepropusnim
prostorom smeštenim u endodermalnom sloju tkiva korena (tzv. Kasparijev prostor). Na ovom
mestu, metalni joni moraju dalje biti transportovani kroz plazmamembranu u simplastični
prostor na jedan aktivan način. Ovaj transport u simplast epidermisa opet podrazumeva
angažovanje transportnih proteina membrane. Familije proteina-transportera su brojne i
uglavnom specifične za svaki pojedini metal. Tako na primer, Fe2+ se primarno usvaja
transporterom visoke specifičnosti IRT1 koji pripada tzv. familiji ZIP-proteina (Zinc-regulated
transporter/Iron-regulated transporter Proteins) koji omogućavaju transport dvovalentnih jona i
kod korena i kod izdanka. Ekspresija IRT1 je regulisana nedostatkom Fe u zemljištu.
Akumulacija Fe u tkivu biljke prilikom pojave IRT1, očigledno se javlja kao njen odgovor na
izazvan stres. Ovo sve nameće zaključak o genetskoj kontroli ekspresije IRT1. Ovaj protein
može transportovati i druge dvovalentne metalne jone, ali ne i Zn (Palmer i Guerinot, 2009;
Verbruggen i sar., 2009). Još uvek nije poznato koji su to tačno transporteri iz ZIP familije
zaduženi za usvajanje Zn iz zemljišta, ali se pretpostavlja da i Ni koristi isti put ulaska u biljku
(Rascio i Navari-Izzo, 2011). ZIP transporteri takođe omogućavaju ulazak neesencijalnih jona
Cd2+ u ćelije korena. Pri ovome, primećeno je da visoke koncentracije Fe u zemljištu često
redukuju usvajanje Cd od strane biljaka. I drugi dvovalentni metali, kao što su Zn, Ca, Mg i Cu,
takođe mogu da inhibiraju usvajanje Cd iz rizosfernog rastvora, među kojima nivo Ca ima
najjači uticaj. Naime, kako oba ova jona mogu prolaziti kroz membranu i putem katjonskih
kanala, to je njihova kompeticija jako izražena. Dodatno, kako i Cd i Zn mogu biti
transportovani u biljku istim transporterom ZNT1 (Zink Transporter), to je odnos ova dva
elementa (Zn/Cd), veoma značajan za eventualno kasnije ispoljavanje toksičnosti samog Cd
(Gallego, 2012).
Za razliku od Fe, Zn i Cd koji se usvajaju kao dvovalentni joni, Cu se izgleda usvaja
kao Cu+ i to pomoću proteina COPT1 (Copper Transporter). Kako se Cu u zemljištu uglavnom
nalazi kao dvovalentni jon, to se Cu2+ prvo mora redukovati pomoću FRO2 enzima (feri-helat-
reduktaza, koja inače redukuje i trovalentno Fe do dvovalentnog) (Palmer i Guerinot, 2009).
Neesencijalni arsen (V) se od strane biljaka lako mobiliše i usvaja kroz transportne
kanale fosfata (Alagić i sar., 2013). Zbog njihove hemijske sličnosti, As (V) se nadmeće sa
fosfatima u procesu usvajanja i interferiše sa metaboličkim procesima, kao što je sinteza ATP-
a (adenozin-trifosfat) i oksidativna fosforilacija. Za olovo, kao još jedan izrazito toksičan
element, biljke nemaju kanale za usvajanje i još uvek je nepoznato kako tačno ulazi u koren.
24
Jedino se pouzdano zna da ovaj element može da ostane vezan na karboksilne grupe uronskih
kiselina na površini korena. Količina olova koja se apsorbuje korenom uglavnom i ostaje u
njemu, čineći tako koren prvom barijerom za dalju translokaciju Pb u nadzemne delove biljke,
gde bi njegova fitotoksičnost mogla da dođe do fatalnog izražaja. U korenu, olovo se najvećim
delom vezuje na ćelijski zid kao ekstraćelijski precipitat u vidu fosfata, ili karbonata (Peralta-
Videa i sar., 2009).
Naime, primećeno je da usvajanje metala od strane biljaka više zavisi od njihovih
biodostupnih frakcija, a manje od ukupne količine metala u zemljištu. U ovom smislu, Vamerali
i sar. (2010) ističu da dostupnost metala zavisi od: intenziteta adsorpcije metala na česticama
zemljišta, sposobnosti biljaka da desorbuju i prenesu metale do svojih tkiva, ali i interakcije sa
mikroorganizmima zemljišta. Pri tome se takođe smatra da je sam biljni genotip (vrsta biljke)
najvažniji faktor koji utiče na ovo usvajanje.
Kako bi se izborile sa nedostupnošću metala, tj. kako bi ih učinile dostupnijim za
usvajanje (biodostupnost), biljke su razvile različite mehanizme:
1. zakišeljavanje zemljišta
2. promena oksidacionog stanja metala
3. helatizacija.
Zakišeljavanje zemljišta
Kako bi prevazišle izazov nerastvorljivosti metala u alkalnom zemljištu, biljke mogu
iskoristiti aktivnost svojih enzima ATP-aza da isporuče protone u rizosferno zemljište i tako
smanje pH. Kako se pH zemljišta smanjuje, tako povećana koncentracija protona pomaže
generisanju slobodnih jona metala (Marques i sar., 2009). Tako na primer, Palmer i Guerinot
(2009) navode da se Fe3+ oslobađa iz nerastvornih oksida uz formiranje molekula vode:
Fe(OH)3 + 3H+ → Fe3+ + 3H2O.
Promena oksidacionog stanja metala
Jednom kada su oslobođeni iz nerastvornih zemljišnih helata, metali su mnogo
dostupniji za usvajanje od strane biljaka. Međutim, proteini transporteri koji funkcionišu u
ovom procesu, vrlo često imaju specifičan afinitet prema određenom oksidacionom stanju
svakog pojedinog metala, a najčešće ih usvajaju kao dvovalentne jone. I dok se Zn u zemljištu
uvek nalazi u svom oksidacionom stanju +2, Fe i Cu prvo moraju biti redukovani od strane
odgovarajućih transportera IRT1 i COPT1, kako bi u tako redukovanoj formi konačno mogli
biti transportovani u unutrašnjost ćelije korena. Fe3+ iz zemljišta redukuje se do Fe2+ enzimom
gvožđe-helat-reduktaza, FRO2. Eksperimentalno je dokazano da se FRO2 uvek pojavljuje u
plazma-membrani i pokazuje povećanu akumulaciju, upravo u uslovima nedostatka gvožđa.
Kada je indukovan nedostatkom Fe, ovaj enzim je sposoban da redukuje i Cu, ali ipak,
ekspresija FRO2 nije dirigovana nedostatkom Cu (Palmer i Guerinot, 2009).
25
Helatizacija
Helatizacija podrazumeva ekskreciju (izlučivanje) specifičnih helatora od strane biljaka
u prostor rizosfere. Helatizacioni agensi namenjeni vezivanju Fe3+ jona radi transporta u biljku,
poznati su kao fitosiderofore. Fitosiderofore se sintetišu iz metionina, te pripadaju porodici
mugeinske kiseline (MAs). Transport helatnog kompleksa Fe i MA (Fe-MA), vrši se pomoću
membranskog transportnog proteina YS1 (yellow-stripe 1-like) (Palmer i Guerinot,
2009).Familija YS1 proteina transportuje kroz membranu korena i helate Cd (Gallego i sar.,
2012).
1.2.4. Transport metala među biljnim tkivima
Mnoge od esencijalnih uloga metala odvijaju se u fotosintetičkim tkivima nadzemnog
dela biljke. Zbog toga se metali moraju transportovati iz korena do onih tkiva u kojima su
potrebni za normalno funkcionisanje biljke. Iz epidermalnih ćelija korena, metalni joni se dalje
mogu kretati kroz simplastične prolaze do pericikla, kako bi bili ubačeni u ksilem (Verbruggen
i sar., 2009). Ovo je moguće ostvariti jedino aktivnim transportom. Metali dalje putuju kroz
ksilem transpiracionim tokom, do nadzemnih delova. Kako se pojedina tkiva, kao što je tkivo
semena, ne ishranjuju putem transpiracionog toka, to se ona moraju oslanjati na floem (Palmer
i Guerinot, 2009).
Transport koren-nadzemna tkiva
Tačan transporter koji prevodi npr. Fe u ksilem još uvek nije poznat, ali je najverovatnije
da se Fe transportuje u helatnom obliku do drugih molekula. Kao kandidati za helatizaciju
pojavljuju se citrati i nikocian-amin (NA). Međutim, pH koje vlada u ksilemu favorizuje
helatizaciju Fe sa citratima, pre nego sa NA. Transporter citrata, feri-reduktaza FRD3, koja je
smeštena na plazma-membrani pericikla korena i vaskularnog cilindra, je onaj protein koji
isporučuje citrat u ksilem. Biljke koje nemaju ove proteine, hiperakumuliraju Fe u tkivu korena
(Palmer i Guerinot, 2009).
Cink se isporučuje u ksilem na dugodometni transport preko HMA2 transportera (Heavy
Metal transporting ATP-ases), koji su lokalizovani na plazma- membrani između korena i
nadzemne vaskulature. Generalno, HMAs proteini se dele u dve klase: oni koji transportuju
monovalentne katjone (Cu/Ag grupa) i oni koji transportuju dvovalentne katjone (Zn/Co/Cd/Pb
grupa). Ligandi koji bi mogli da omoguće transport Zn u nadzemne delove su NA i organske
kiseline (Palmer i Guerinot, 2009).
Da isporučivanje Cu u vaskulaturu takođe postoji kroz HMAs familiju proteina,
pokazali su i eksperimenti: ekspresija HMA5 postoji u korenu samo u slučaju previsokih
koncentracija ovog metala u tom delu biljke. Akumulacijom HMA5, biljka nastoji da te visoke
koncentracije prevede iz korena u nadzemne delove. Tom prilikom, Cu se izgleda pre svega
helatizuje na NA ((Palmer i Guerinot, 2009).
Biljke translociraju u svoje nadzemne organe čak i Pb, koje, kao ekstremno toksičan
element inače nastoje da zadrže u korenu. Tako se preostalo nevezano Pb, preko Ca-kanala prvo
26
prebacuje do Kasparijevog prostora endodermisa. Pri niskim koncentracijama Pb, ovaj prostor
može da budedobra barijera za dalje kretanje prema tkivu centralnog cilindra. Međutim, Pb se
može helatizovati sa fitohelatine i tako preneti u nove strukture. Takođe, neke biljke
transportuju Pb do stabljika i listova u strukturama sličnim Pb-acetatu, Pb-nitratu i Pb-sulfidu
(Peralta-Videa i sar., 2009).
Intracelularni transport
Kada su jednom transportovani u odgovarajuće tkivo, metali se moraju ispravno
distribuirati i na celularnom nivou, tj. u samoj ćeliji, kako bi se njihovi neophodni nivoi
osigurali u odgovarajućim delovima ćelije, ili pak kako bi se bezbedno uklonili njihovi viškovi.
Tako na primer, Fe, Cu i Zn se moraju transportovati do hloroplasta, mitohondrija, ali i vakuola,
što je sve takođe uslovljeno i omogućeno ekspresijom odgovarajućih proteina transportera
(Palmer i Guerinot, 2009).
1.3. Optička emisiona spektrometrija sa induktivno spregnutom
plazmom ICP-OES
Kod ICP-OES metode (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry)
uzorak se uvodi u izvor plazme gde isparava i razgrađuje se na slobodne atome i jone, pri čemu
se dodatna energija troši u cilju pobuđivanja slobodnih atoma i jona u visoko energetska stanja.
Plazma praktično ima dvostruku ulogu: kao atomizer i kao izvor pobuđivanja i ona je u suštini
jonizacioni gas koji ostaje makroskopski neutralan i dobar je provodnik elektriciteta. Procesi u
plazmi kao što su disocijacija analita na atome i jone, pobuđivanje nastalih čestica kao i visoka
temperatura plazme direktna su posledica sudara slobodnih elektrona sa svim prisutnim
česticama sistema. Pobuđena stanja su nestabilna tako da atom ili atomski jon gubi energiju,
bilo preko sudara (termalna razmena energije) sa drugim česticama sistema ili uz pomoć
energetskog prelaza na niže energetske nivoe (radijativna razmena energije). Zračenje koje se
tom prilikom dobija naziva se spontana emisija zračenja. Emisione spektrometrijske metode se
baziraju na tom spontano emitovanom spektru. Dobijeni emisioni spektar sadrži mnogo linija
koje potiču od velikog broja različitih atoma i jona iz uzorka i izvora plazme. Iz tog razloga je
neophodno da sistem za razlaganje emisionog instrumenta poseduje spektrometar koji ima
dobru moć rezolucije i sposobnost korekcije pozadine. Svaki od prisutnih elemenata u plazmi
se karakteriše talasnom dužinom emisione linije. Detekcija zračenja određene talasne dužine se
primenjuje za kvalitativnu analizu a izmereni intenzitet se koristi za kvantitativnu analizu
uzorka ( Velimirović, 2013).
Zbog visoke temperature plazme, metoda može da se u principu koristi za određivanje
svih elemenata periodnog sistema, osim za argon. Takođe, upotrebom hidridne tehnike mogu
se odrediti niske koncentracije elemenata koji grade hidride (As, Bi, Ge, Sb, Se, Sn i Te).
Međutim, ona je donekle ograničena u praksi pošto određivanje nekih elemenata zahteva
posebne uslove (npr. radioaktivnih) ili posebnu optiku (kao što su Cl, Br i F), ili se određuju sa
manjom osetljivošću nego pomoću drugih metoda (kao N ili Rb) (Pavlović, 2012).
27
1.3.1. ICP-OES instrumentacija
Slika 6. Osnovne komponente ICP optičkog emisionog spektrometra
ICP-OES instrumentacija se sastoji iz dve glavne jedinice: generatora i procesora
signala (Slika 6.). Generator signala se sastoji iz izvora plazme (plazmeni plamenik; generator
radiofrekventnog zračenja) i sistema za unošenje uzorka (različite vrste raspršivača;
raspršivačka komora), dok se procesor signala sastoji od optičkog sistema elektronike i jedinice
za prikazivanje podataka. Kontrola funkcija i rad spektrometra se vrši preko PC-ija i
odgovarajućeg softvera (Velimirović, 2013).
1.3.2. Induktivno spregnuta plazma
Prema definiciji, plazma je jonizovan gas koji se zbog jedinstvenih osobina smatra
posebnim agregatnim stanjem materije uz čvrsto, tečno i gasovito stanje. Slobodna
naelektrisanja (katjoni i elektroni) čine plazmu električno provodljivom zbog čega ona snažno
oseća uticaj elektromagnetnog polja. To je bezelektrodna argonska (ređe azotna) plazma koja
radi na atmosferskom pritisku, a održava se induktivnim sprezanjem sa radiofrekventnim
elektromagnetskim poljem (Velimirović, 2013).
Izvor plazme je plazmenik koji se sastoji od tri koncentrične kvarcne cevi (Slika 7.)
kojima struji argon brzine između 5 i 20 l/min. Prečnik najveće cevi je približno 2,5 cm.
28
Slika 7. Plazmenik: 1 - navoji, 2 - Ar sa uzorkom, 3 – Ar za obrazovanje plazme,
4 – Ar za hlađenje
Kroz unutrašnju cev se uvodi uzorak, najčešće u obliku rastvora koji se prevodi u fini
aerosol pomoću struje argona od približno 1 l/min. Argon za formiranje plazme (obezbeđuje
primarne elektrone i jone) uvodi se kroz srednju cev dok se termička izolacija (neophodna da
bi se izbeglo topljenje kvarcne cevi) postiže tangencionalnim uvođenjem struje argona kroz
spoljašnju cev gorionika (prečnika 15-30 mm), brzinom od ~10 l/min. Ova struja hladi zidove
kvarcne cevi ali takođe i stabilizuje i centrira plazmu.
Oko spoljašnje kvarcne cevi obmotana su 3-4 navoja indukcionog kalema vezanog za
radiofrekventni generator frekvencije od 5-50 MHz i izlazne snage 1-5 kW. Visokofrekventna
struja koja protiče kroz indukcioni kalem stvara oscilatorno magnetno polje H koje indukuje
elektrone u gasu koji protiče unutar kvarcne cevi. Oni se ubrzavaju vremenski promenljivim
električnim poljem, što dovodi do zagrevanja i dodatne jonizacije.
Kako u početku u argonu nema naelektrisanih čestica plazma se uspostavlja kratkim
uključivanjem Teslinog pražnjenja. Temperatura plazme varira od 6000 do 10000 K i opada sa
visinom iznad indukcionog kalema tako da se za svako određivanje može odabrati pogodna
visina na kojoj će se vršiti posmatranje (Slika 8.).
Ako se koristi polje niže frekvencije, npr. od 5 MHz, plazma ima oblik kapi (Slika 9.(a)).
Pri uvođenju aerosola, kapljice zaobilaze ovaj deo zbog velikog otpora (prouzokovanog
širenjem gasa), što ima za posledicu nedovoljno zagrevanje uzorka, odnosno neefikasno
isparavanje.
Primenom generatora veće frekvencije (obično 27 MHz) najtopliji deo plazme dobija
prstenast ili toroidni oblik (Slika 9.(b)) pošto je vrtložna struja elektrona tada bliža kalemu,
odnosno spoljašnjem sloju plazme. U ovom slučaju aerosol ulazi u središnji deo, tzv. kanal
plazme, u kome je temperatura nešto niža (6000-8000 K), a otpor manji.
U kanalu plazme čestice se zadržavaju relativno dugo (2-3 ms), što u kombinaciji sa
visokom temperaturom, obezbeđuje efikasno isparavanje, atomizaciju i pobuđivanje.
29
Slika 8. Temperature i zone u ICP plazmi
Slika 9. Oblik plazme: (a) oblik kapi, (b) toroidni oblik
Argon kao noseći gas obezbeđuje hemijski inertnu sredinu tako da atomi ostaju relativno
dugo u slobodnom stanju, što povećava verovatnoću pobuđivanja, a samim tim i osetljivost
određivanja, koja je za većinu elemenata reda μg/ml (ppm). Tipična plazma ima vrlo intenzivno,
blistavo belo jezgro prekriveno repom sličnom plamenu.
30
1.3.3. Uvođenje analita u plazmu
ICP-spektrometrija se uspešno koristi za analizu različitih uzoraka: stena, minerala,
vode, bioloških materijala itd. Analizirani uzorci se prevode u rastvor koji se u obliku aerosola
uvodi u plazmu. Za raspršivanje rastvora koriste se uglavnom koncentrični pneumatski
raspršivači istog tipa kao u plamenoj spektrometriji, od kojih se razlikuju samo po veličini
protoka gasa i prečniku kapilare (Pavlović, 2014.).
Osnovna funkcija raspršivača je da izvrši transformaciju struje tečnog uzorka u maglu
tj. u izmaglicu kapljica. Na tržištu postoji veliki izbor različitih raspršivača. Neki su
specijalizovani za unos uzoraka koji sadrže visok nivo rastvorenog čvrstog materijala dok se
drugi koriste za uzorke koji imaju visok sadržaj suspendovanog čvrstog materijala. Svaki od
ovih uzoraka može dovesti do blokade pumpe samog raspršivača. Kod nekih raspršivača nije
neophodno da se u njih pumpom ubacuje uzorak dok kod drugih je pumpa neophodna za unos
uzorka u raspršivač. Mnogi raspršivači imaju optimalni nivo unosa uzorka od 1 do 1,5 ml/min,
dok neki mogu efikasno unositi od 30 do 50 μl/min. Materijali od kojih se izrađuju raspršivači
su od kvarcnog stakla ili teflona što zavisi od vrste uzorka i rastvarača koji se koristi. Kada se
koriste organski rastvarači, koji imaju nižu tačku ključanja u odnosu na vodene rastvore, u
plazmu se ubacuje više uzorka što može da utiče na analizu ili čak i da ugasi plazmu. Kod
organskih rastvarača velike gustine koriste se kvarcni raspršivači sa V-urezom. Za uzorke
rastvarane u HF-u koriste se HF otporan raspršivač od teflona. Upotrebom ultrazvučnog
raspršivača moguće je povećati granice detekcije elemenata od 5-50 puta u poređenju sa
standardnim raspršivanjem (Velimirović, 2013.).
Komore za raspršivanje (eng. Spray Chamber) imaju dve osnovne uloge. Jedna je da
razdvajaju velike kapi koje formira raspršivač od manjih. Najveće kapi se uklanjaju, dok se
najmanje putem protoka gasa kroz raspršivač dovode do plazme. Druga uloga komora za
raspršivanje je da deluju kao amortizer šuma koji dolazi od uzorka. I komore se, kao i
raspršivači, izrađuju od kvarcnog stakla ili teflona u zavisnosti od vrste rastvarača. Za isparljive
organske rastvarače koriste se vodom hlađene kvarcne raspršivačke komore a za uzorke u HF
teflonski raspršivači. Za eliminisanje mogućnosti začepljenja raspršivača postoje različiti
dodaci: ovlaživač argona, AeroSalt raspršivač i raspršivač sa V-urezom (Hill, 2008).
1.3.4. Spektrometri
Za izvođenje višeelementne analize koriste se tri tipa komercijalnih spektrometara:
sekvencioni brzo skenirajući spektrometri sa monohromatorom, spektrometri sa
polihromatorom i direktnim očitavanjem i spektrometri sa Furijeovom transformacijom.
Sekvencijalni instrumenti kao disperzni element koriste standardnu konkavnu rešetku
ili holografsku rešetku sa 2400 ili 3600 ureza/mm kako bi se obezbedila što veća moć
razlaganja.
Poslednjih godina dosta se koriste ešelne rešetke (franc. éshelle – stepenik) kod kojih je
radna, refleksiona površina pod nagibom prema osnovi rešetke za određeni ugao γ, tzv. ugao
sjaja, koji ima značajnu ulogu u raspodeli intenziteta dobijenih spektara. Na Slici 10. data je
šema ICP spektrometra, sa izdvojenim glavnim delovima (Pavlović, 2014.).
31
Slika 10. ICP-OES spektrometar
1.3.5. Prednosti ICP spektrometrije
mogućnost izvođenja višelementne analize: za manje od dva minuta može da se odredi
20-60 elemenata u probi, zavisno od tipa aparata, sa tačnošću koja je istog reda veličine ili veća
nego u drugim instrumentalnim metodama;
široka dinamička oblast: kao posledica malog efekta samoapsorpcije u posmatranoj
zoni plamena, analitička kriva je linearna u intervalu koncentracija od nekoliko redova veličine,
tako da podjednako mogu da se određuju elementi, kako niskih koncentracija (ispod 1 μg/ml),
tako i visokih, što je i uslov za izvođenje višelelementne analize;
analiza uzoraka u obliku rastvora: prevođenje analita u rastvor znatno uprošćava
analizu, posebno heterogenog materijala, rastvaranjem, uz eventualno prethodno topljenje,
razaranje i slično;
mala količina rastvora dovoljna za analizu- što podrazumeva i malu količinu uzorka;
relativno dugo vreme boravka čestica u plazmi: zadržavanje čestica u plazmi
nekoliko milisekundi i njena inertna atmosfera doprinose efikasnosti atomizacije i pobuđivanja,
a time i osetljivosti određivanja (Pavlović, 2014.).
1.3.6. Smetnje u ICP spektrometriji
Najznačajnije smetnje u ICP-spektrometriji su spektralne smetnje, kao posledica pojave
spektara bogatog linijama u UV i Vis oblasti, koje se ne javljaju u drugim izvorima
pobuđivanja. Ove smetnje su prouzrokovane preklapanjem linije analita sa linijom prisutnog
elementa bliske talasne dužine (koji aparat nije u stanju da razloži), preklapanjem sa krilom
proširene susedne linije ili preklapanjem sa kontinualnim zračenjem neke komponente osnove
ili rasutim zračenjem u aparatu. Očigledno ovaj tip smetnji u tesnoj je vezi sa karakteristikama
korišćenog spektrometra (disperzijom i moći razlaganja). Kada se utvrdi, spektralna smetnja
32
može da se otkloni primenom spektrometra veće moći razlaganja, oduzimanjem prethodno
određene veličine signala-interferenta (pošto su spektralne smetnje aditivnog karaktera) ili
izborom druge linije analita (Pavlović, 2012).
1.4. Načini pripreme uzoraka za analizu
Uzorci se podvrgavaju različitim mineralizacionim procedurama pre analize prisustva metala
pomoću atomske apsorpcione ili emisione spektroskopije (Pawel, 2009.). Postoji nekoliko
načina pripreme uzorka za analizu a to su: suva mineralizacija, mokra mineralizacija i direktna
analiza.
1.4.1. Suva mineralizacija
Suva mineralizacija je uobičajeni način pripreme uzoraka, a čitav postupak traje
nekoliko dana. Uzorci se najpre uparavaju, a zatim žare u porculanskim lončićima na
temperaturi od 550-600ᵒC, do konstantne mase. Nakon žarenja, određene zapremine razblažene
HCl ili HNO3 se dodaju suvom ostatku i uzorci se zagrevaju. Suvi ostaci dobijeni nakon
zagrevanja se rastvaraju sa nekoliko ml iste kiseline i razblaže dejonizovanom vodom do
određene zapremine. Konačno se dobija rastvor spreman za analizu (Pavlović, 2014).
1.4.2. Mokra mineralizacija
Uzorci se u ovom postupku tretiraju oksidacionim sredstvima ili njihovim smešama.
Postupak se izvodi u staklenim čašama ili porculanskim lončićima. Blago zagrevanje na
temperaturi manjoj od 100°C i vodeno kupatilo se koriste da bi se izbeglo prskanje i penušanje
uzorka.
U postupku mokre mineralizacije se mogu koristiti:
1. 9 mol/l HNO3 ;
2. koncentrovana HNO3, praćena dodatkom koncentrovanog H2O2;
3. smeša koncentrovanih rastvora HNO3 i H2O2 (1:1);
4. smeša koncentrovanih rastvora HNO3 i H2SO4;
5. smeša koncentrovanih rastvora HNO3 i HClO4 (1:1).
Suvi ostaci nakon mineralizacije se rastvaraju u vodi. Par ml razblažene HCl se može
dodati pre razblaživanja vodom. Imajući u vidu temperature isparavanja nekih elemenata,
mokra mineralizacija je pouzdanija od suve, jer su smanjene mogućnosti zagađenja i gubitka
analita (Jocić, 2013). Najbolji način pripreme uzoraka je mokra mineralizacija u mikrotalasnim
pećima- postupak je brz i kvantitativan.
33
1.4.3. Direktna analiza
Iako se ređe koristi, direktna analiza minimizira rizik od zagađenja ili gubitka analita do
kojih može doći usled dugog tretiranja ili nepotpunog uparavanja. Uzorci se rastvore i razblaže
samo vodom i takva priprema daje jednako pouzdane rezultate. Takođe skraćuje vreme
pripreme. Pre merenja, rastvori moraju biti iscentrifugirani, da bi se popravila njihova
konzistencija (Jocić, 2013).
1.5. Statistička obrada rezultata
1.5.1. Korelaciona analiza
Korelaciona analiza pokazuje stepen zavisnosti između promenjivih, odnosno u kojoj
meri postoji kvantitativno slaganje (korelaciona veza) između promenljivih. Pod uslovom da
veza postoji može doći do izračunavanja jedne promenjive na osnovu druge. Stepen zavisnosti
između promenjivih određuje veličina odstupanja podataka oko regresione linije i izražava se
korelacionim koeficijentom (r).
Ako postoji apsolutno slaganje između svih podataka, odnosno ako svi leže na
regresionoj liniji, vrednost koeficijentaje jednaka jedinici. Suprotno tome, ako nema slaganja
između promenljivih, vrednost koeficijenta je 0. Vrednost koeficijenta može biti pozitivna i
negativna i kreće se u intervalu -1 do +1. Ako ima pozitivne vrednosti, korelacija između pojava
je direktna ili pozitivna (obe pojave pokazuju istosmerne varijacije) i obrnuto, ako je koeficijent
negativan, veza je inverzna ili negativna (kada jedna pojava raste, druga opada i obrnuto).
Savršena korelacija, koja iznosi -1 ili +1, znači da se vrednost jedne promenjive može izračunati
na osnovu druge (kada se zna vrednost druge). Postoji veliki broj različitih tipova koeficijenata
korelacije i izbor zavisi od nivoa merenja varijabli (primenjenih mernih skala). Najčešće su u
upotrebi:
- Pearson-ov koeficijent proste linearne korelacije (Pearson product moment correlation
coefficient) r primenjiv za promenljive izražene na intervalnoj ili skali odnosa
- Sperman-ov koeficijent korelacije ranga (Spearman rank order correlation coefficient)
rrho primenjiv na rangirane podatke i naročito se koristi kada podaci ne zadovoljavaju
kriterijume za Pirsonovu korelaciju.
Dakle, vrednost r ukazuje na veličinu korelacije, pa na osnovu toga postoji sledeća smernica za
utvrđivanje iste :
- r od 0,0 do 0,29 - mala korelacija
- r od 0,3 do 0,49 - srednja korelacija
- r od 0,5 do 1,0 - velika korelacija (Manasijević, 2011; Pallant, 2009).
34
1.5.2. Hijerarhijska analiza
Hijerarhijska ili tzv. klaster analiza vrši grupisanje jedinica posmatranja u grupe ili klase
tako da se slične jedinice nađu u istoj klasi tj. klasteru. Grupisanje se vrši na osnovu vrednosti
obeležja po svim varijablama, za svaku jedinicu posmatranja posebno. Klaster analiza se može
dobro iskoristiti i za redukciju podataka. Pored toga, ako klaster analiza pokaže neko
neočekivano grupisanje jedinica posmatranja, onda postoji verovatnoća da su pronađene
određene relacije između jedinica posmatranja koje do tada nisu bile poznate i koje treba
ispitati. Koriste se različite metode i tzv. mere udaljenosti (Manasijević, 2011).
35
2. Eksperimentalni deo
36
2.1. Aparati i pribor
1. ICP-Optički emisioni spektrometar serije iCAP 6000, Thermo scientific, Cambridge,
United Kingdom
2. Analitička vaga- Shimadzu AX20
3. Dejonizator- TKA MicroMed (Wasseraufbereitungssysteme GmbH)
4. Sušnica
5. Automatske varijabilne pipete
6. Erlenmajeri od 100 ml široko grlo
7. Normalni sudovi od 50 ml
8. Levkovi
9. Sahatna stakla
10. Avan sa tučkom
11. Kvalitativni filter papir
12. PVC posude
2.2. Reagensi
1. Standardi korišćeni za kalibracione prave:
multielementni standardni rastvor IV za ICP, TraceCERT, Fluka Analytical,
Švajcarska (Al, As, Ba, Be, B, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Pb, Mn, Ni, Se, Tl, V, Zn)
multielementni standardni rastvor III za ICP, TraceCERT, Fluka Analytical,
Švajcarska (Ca, K, Mg, Na)
standard Si, TraceCERT, Fluka Analytical, Švajcarska
standard P, TraceCERT, Fluka Analytical, Švajcarska
standard Hg, TraceCERT, Fluka Analytical, Švajcarska
2. conc. HNO3 p.a. (Merck, Darmstadt, Germany)
3. Argon 5,0 (čistoće 99,999%)
4. HCl tehnička (1:1)
5. Dejonizovana voda (µ=0,05 µS/cm)
2.3. Karakteristike ICP spektrometra serije iCAP 6000
1. Optički sistem
Ešeletna rešetka; sferna ogledala za odličnu optičku rezoluciju
Sistem je konstantno u atmosferi argona ili azota
Opseg talasne dužine od 166,250 nm (što omogućava određivanje Al na 167,120
nm što je i njegova najosetljivija linija) do 847,000 nm (što omogućava
određivanje K na 766,490 nm i Na na 818,326 nm)
2. Detektor
CID detektor sa obezbeđenim hlađenjem kamere na – 45°C
3. Posmatranje plazme
Aksijalno za primene koje zahtevaju niže LOD-ove ili radijalno u cilju
minimiziranja efekta matriksa
37
4. Izvor plazme
Induktivno kuplovana plazma obezbeđena upotrebom RF generatora sa
iskorišćenjem snage >78%; frekvencije 27,12 MHz
5. Unošenje uzorka
Stakleni koncentrični nebulajzer kao standardna oprema; opciono: ultrasonični
HF otporan; sa V-urezom
Staklena komora za raspršivanje kao standardna oprema; opciono: staklena sa
pregradama; HF otporna
6. Pumpa
Brzina pumpe u opsegu od 0-125 rpm. Stand by mode sprečava oštećenje pumpe
kada se plazma ugasi
7. Plazmeni plamenik
Kvarcne cevi različitog prečnika; HF otporne
8. Kontrola gasa za raspršivanje
Protok gasa za raspršivanje reguliše se ručno u intervalu od 0 do 0,4 MPa
9. Operativni sistem
Microsoft WindowsTM 2000 ili XP
10. Softver
iTEVA operativni softver za seriju iCAP 6000 omogućuje kontrolu svih funkcija
instrumenata.
2.4. Uzorci i priprema uzoraka za analizu
Za potrebe ovog istraživanja korišćene su četine bodljikave smreke (Picea pungens),
zbog pristupačnosti prilikom uzorkovanja i prisutnosti na svim odabranim lokacijama u gradu.
Uzorci su uzeti sa sedam različitih lokacija na teritoriji grada Niša. Odabrane lokacije su
parkovi i veće zelene površine u gradu, prometne raskrsnice i ulice (Slika 11.): park Čair,
Klinički centar, Sinđelićev trg, Trg Mije Stanimirovića, park Sveti Sava, Bulevar Nemanjića
kod Doma zdravlja, Trg Kralja Aleksandra Ujedinitelja. Uzorci su sakupljani u maju 2015.
godine. Pri uzorkovanju se vodilo računa da su odabrane smreke, koliko je moguće, približne
starosti što se procenjivalo na osnovu visine biljke, debljine stabla, razgranatosti krošnje, boje
iglica. Iglice, odnosno četine su kidane sa svih strana biljke do dostupnih visina od čega je
pravljen jedan reprezentativan uzorak sa svake lokacije.
38
Slika 11. Lokacije na teritoriji grada Niša na kojima je vršeno uzorkovanje
2.5. Postupak pripreme uzoraka za analizu
Svaki uzorak je podeljen na dva poduzorka. Iglice jednog od poduzoraka (poduzorak
prano) ispirane su 2-3 puta dejonizovanom vodom, dok iglice drugog poduzorka (poduzorak
neprano) nisu ispirane dejonizovanom vodom. Od oba poduzorka, svakog uzorka, uzeto je oko
5 g iglica na sahatnom staklu, i ostavljeno u sušnici da se suši na temperaturi do 70ᵒC 17 h.
Potom su iglice svakog poduzorka usitnjene u avanu, a zatim je izmereno oko 1g svakog
poduzorka sa tačnošću na četvrtu decimalu. Odmerene količine uzoraka su prenete u
erlenmajere od 100 ml i dodato im je 30 ml conc. HNO3. Ostavljeno je da odstoji 36 h. Potom
je vršeno uparavanje na rešou do bistrog rastvora i filtriranje. Filtrat je skupljan u normalni sud
od 50 ml, u koji je dodato 25 ml conc. HNO3 i dopunjeno dejonizovanom vodom do crte. Tako
pripremljeni uzorci su čuvani u PVC posudama.
2.6. Operativni uslovi za instrument iCAP 6000 ICP-OES
1. RF snaga generatora – 1150 W;
2. Brzina pumpe za ispiranje – 100 rpm;
3. Brzina pumpe za analizu – 50 rpm;
4. Protok gasa za raspršivanje – 0,7 L/min;
5. Protok gasa za hlađenje – 12 L/min;
6. Protok pomoćnog gasa – 0,5 L/min;
7. Pravac posmatranja plazme – aksijalni;
8. Vreme ispiranja – 30 s.
39
2.7. Statistička obrada rezultata
Statistička obrada rezultata: Pirson-ova (Pearson) korelaciona analiza i hijerarhijska
klaster analiza (Hierarchical Cluster Analysis-HCA) primenom Ward-ove metode (Ward's
method) uz kvadrat Euklidijanovog rastojanja (Squared Euclidean Distance) kao mere
udaljenosti urađena je primenom statističkog paketa IBM SPSS 20, USA.
40
3. Rezultati i diskusija
41
3.1. Kvantitativno određivanje sadržaja elemenata u iglicama
smreke
Pri optimalnim parametrima instrumenta datim u Eksperimentalnom delu, a koji su
preporučljivi za tipove uzoraka koji su rađeni u ovom radu (razblaženi vodeni rastvori, kisela
sredina), za svaki odabrani element za određivanje formirana je metoda kvantitativnog
određivanja odabirom više talasnih dužina. U cilju konstruisanja kalibracione prave koja daje
zavisnost relativnog intenziteta emisionog signala na odabranoj talasnoj dužini u funkciji od
koncentracije analita, snimana je slepa proba (dejonizovana voda) ) i dva standarda različitih
koncentracija dobijena razblaživanjem osnovnih, referentnih standarda. Koncentracije
ispitivanih elemenata u nižem standardu se kreću od 0,2-2 ppm a u višem standardu od 0,5-5
ppm, u zavisnosti od koncentracije elementa u osnovnom standardu. Za svako merenje rađene
su po tri probe. Izbor najbolje, pa samim tim i radne talasne dužine vršen je na osnovu relativnog
intenziteta signala kao mere osetljivosti te analitičke linije, grešaka na odzivu standarda kao i
na osnovu veličine interferiranja prisutnih elemenata matriksa u ovakvim, realnim uzorcima. U
cilju dobijanja najvećeg odnosa signal/pozadina ("signal to background ratio") vršena je
manuelna korekcija pozadine.
Tabela 5. Karakteristike metoda kvantitativnog određivanja ispitivanih elemenata
Element λ, nm r LOD, ppm LOQ, ppm
Cd 228,802 0,999346 0,000190 0,000634
Cr 284,325 0,999664 0,000779 0,002598
Cu 324,754 0,999572 0,000634 0,002114
Fe 238,204 0,999663 0,000438 0,001461
Mn 257,610 0,998876 0,000125 0,000415
Pb 220,353 0,999663 0,002416 0,008052
Zn 213,856 0,998673 0,000142 0,000472
U Tabeli 5. prikazane su odabrane talasne dužine ispitivanih elemenata (λ), granice
detekcije (LOD), granice kvantifikacije (LOQ) i koeficijenti korelacije (r). Na osnovu podataka
u tebeli vidi se da je najosetljivija analitička linija za Mn (LOD = 0,000125 ppm), a najmanje
osetljiva za Pb (LOD = 0,002416 ppm). Sve odabrane linije su sa visokim koeficijentom
korelacije r. Od analiziranih 11 elemenata njih 4 (As, Co, Hg, i Ni) nisu detektovani u
analiziranim uzorcima.
U Tabelama od 6. do 12. su prikazane srednje vrednosti koncentracija ispitivanih
elemenata i pripadajuće standardne devijacije, u nepranom (poduzorak neprano) i pranom
(poduzorak prano) lišću smreke, svih uzoraka smreke, izražene u mg/kg. Tabele su podeljene
na osnovu lokacija sa kojih su uzorci uzeti.
42
Tabela 6. Koncentracije i standardne devijacije određivanih metala u uzorku 1 (park Čair)
izražene u mg/kg
Elementi
Poduzorak neprano
Poduzorak prano
Cd 0,23 ± 0,01 0,07 ± 0,01
Cr 0,80 ± 0,06 0,53 ± 0,05
Cu 2,71± 0,06 2,66 ± 0,05
Fe 55,3 ± 0,4 53,4 ± 0,2
Mn 18,80 ± 0,07 16,29 ± 0,09
Pb 2,62 ± 0,05 0,83 ± 0,05
Zn 13,42 ± 0,03 9,47 ± 0,01
Tabela 7. Koncentracije i standardne devijacije određivanih metala u uzorku 2 (Klinički
centar) izražene u mg/kg
Elementi
Poduzorak neprano
Poduzorak prano
Cd 0,313 ± 0,005 0,085 ± 0,005
Cr 0,65 ± 0,03 0,62 ± 0,02
Cu 5,21 ± 0,09 4,23 ± 0,03
Fe 141,7 ± 0,8 66,0 ± 0,4
Mn 6,8 ± 0,1 6,7 ± 0,2
Pb 1,71 ± 0,07 1,09 ± 0,06
Zn 12,5 ± 0,2 10,8 ± 0,2
Tabela 8. Koncentracije i standardne devijacije određivanih elemenata u uzorku 3 (Sinđelićev
trg) izražene u mg/kg
Elementi
Poduzorak neprano
Poduzorak prano
Cd 0,09 ± 0,00 0,090 ± 0,005
Cr 1,2 ± 0,2 0,91 ± 0,03
Cu 7,45 ± 0,02 4,89 ± 0,04
Fe 347 ± 4 191,5 ± 0,9
Mn 15,0 ± 0,2 11,1 ± 0,2
Pb 7,8 ± 0,2 2,2 ± 0,2
Zn 12,7 ± 0,2 10,00 ± 0,03
43
Tabela 9. Koncentracije i standardne devijacije određivanih elemenata u uzorku 4 (Trg Mije
Stanimirovića) izražene u mg/kg
Elementi
Poduzorak neprano
Poduzorak prano
Cd 0,28 ± 0,00 0,149 ± 0,005
Cr 0,41 ±0,02 0,075 ± 0,005
Cu 6,12 ± 0,06 3,96 ± 0,01
Fe 314 ± 8 125,6 ± 0,9
Mn 16,7 ± 0,4 12,17 ± 0,08
Pb 5,1 ± 0,2 1,5 ± 0,2
Zn 11,2 ± 0,2 7,41 ± 0,04
Tabela 10. Koncentracije i standardne devijacije određivanih elemenata u uzorku 5 ( park
Sveti Sava) izražene u u mg/kg
Elementi
Poduzorak neprano
Poduzorak prano
Cd 6,48 ± 0,03 0,295 ± 0,005
Cr 0,59 ± 0,02 0,54 ± 0,02
Cu 5,53 ± 0,07 3,73 ± 0,03
Fe 87 ± 1 49,3 ± 0,5
Mn 92,6 ± 0,7 69,2 ± 0,7
Pb 1,15 ± 0,08 1,066 ± 0,002
Zn 10,06 ± 0,04 7,51 ± 0,06
Tabela 11. Koncentracije i standardne devijacije određivanih elemenata u uzorku 6 (Bulevar
Nemanjića kod Doma zdravlja) izražene u mg/kg
Elementi
Poduzorak neprano
Poduzorak prano
Cd 0,263 ± 0,005 0,089 ± 0,005
Cr 0,56 ± 0,01 0,53 ± 0,01
Cu 4,72 ± 0,04 3,76 ± 0,04
Fe 102,4 ± 0,6 52,4 ± 0,4
Mn 10,3 ± 0,2 8,89 ± 0,05
Pb 1,08 ± 0,07 0,841 ± 0,005
Zn 10,41 ± 0,04 9,35 ± 0,03
44
Tabela 12. Koncentracije i standardne devijacije određivanih elemenata u uzorku 7 ( Trg
Kralja Aleksandra) izražene u mg/kg
Elementi
Poduzorak neprano
Poduzorak prano
Cd 0,263 ± 0,005 0,109 ± 0,005
Cr 0,87 ± 0,02 0,53 ± 0,02
Cu 5,819 ± 0,005 4,23 ± 0,07
Fe 108 ± 2 71,5 ± 0,9
Mn 6,12 ± 0,03 6,1 ± 0,1
Pb 3,00 ± 0,02 1,25 ± 0,02
Zn 7,52 ± 0,06 7,19 ± 0,03
Iz rezultata datih u prethodnim tabelama se vidi da u neopranim listovima smreke, tj. u
poduzorcima neprano, koncentracije određivanih elemenata su veće u odnosu na koncentracije
tih istih elemenata u opranim listovima, tj. u poduzorcima prano. Takva pojava je i očekivana,
jer neoprano lišće sadrži metale koji su dospeli u biljku preko korena iz zemljišta i daljim
transportom koren-nadzemna tkiva do listova, ali i metale koji su adsorbovani na površini, a
potiču iz atmosfere, kao i metale koji su preko stoma dospeli u unutrašnja tkiva listova i u njima
se akumulirali. Koncentracije manjeg broja elemenata se skoro ne razlikuju u poduzorcima
neprano i prano odnosno u granicama su statističke greške. Ova činjenica ukazuje na odsustvo
atmosferske depozije ovih metala na datim lokacijama. Najčešće je u pitanju Cr i u manjem
broju slučajeva Mn što ukazuje na isključivo poreklo ovih metala iz zemljišta.
Upoređivanjem koncentracija svih analiziranih metala utvrđeno je da je u najvećoj
koncentraciji prisutno gvožđe. Iz tabela se može uočiti da je najveća koncentracija ovog teškog
metala u uzorku 3 (Sinđelićev trg) a najmanja u uzorku 1 (park Čair) što pokazuje i Slika 12.
Gvožđe kao esencijalni mikroelement neophodan je za normalan rast i razvoj biljaka, jer u njoj
učestvuje u važnim metaboličkim procesima. Odlučujući je kofaktor mnogih enzima; glavna je
komponenata lanca transporta elektrona u mitohondrijama i hloroplastu, pa je važan za
fotosintezu, respiraciju i asimilaciju sulfata (Nagajyoti i sar., 2010; Palmer i Guerinot, 2009;
Marić i sar., 2013). Međutim, ako je gvožđe u biljci prisutno u koncentraciji koja je iznad
optimalnih vrednosti, onda može doći do narušavanja homeostaze u organizmu biljke i do
ozbiljnih oštećenja kao što je produkcija slobodnih radikala koja ireverzibilno oštećuje
celularne strukture i membranu; redukcija fotosinteze i prinosa. Tzv. normalna koncentracija
gvožđa u biljnim tkivima je 140 mg/kg (Nagajyoti i sar., 2010). Pošto je koncentracija gvožđa
u uzorku 3 (Sinđelićev trg) znatno veća od normalne, čak i u opranom lišću (347 mg/kg neprano
i 191,5 mg/kg prano), to ukazuje na visok stepen zagađenja date lokacije sa koje je uzet uzorak.
Sinđelićev trg je jedna od najprometnijih raskrsnica u gradu. Glavni izvor gvožđa na ovoj
lokaciji jesu izduvni gasovi automobila, koji sa sobom nose čestice letećeg pepela, koji nastaje
sagorevanjem goriva, a koji u velikoj meri pored ostalih metala sadrži i gvožđe. Čestice letećeg
pepela koje dospeju u vazduh, nošene vetrom, taloženjem, ili atmosferskim padavinama (suvom
ili mokrom depozicijom) mogu dospeti na površinu listova smreke, odakle dalje preko stoma
gvožđe može dospeti i akumulirati se u tkivima lista. Takođe, suvom i mokrom depozicijom,
čestice letećeg pepela, a sa njima zajedno i gvožđe, može dospeti u zemljište, odakle ga biljka
uzima putem korena i dalje transportuje u nadzemna tkiva pa i u listove. Lokacija 4 (Trg Mije
45
Stanimirovića) je takođe izuzetno zagađena- biljke su izložene velikoj emisiji gvožđa, na šta
ukazuje velika koncentracija gvožđa (314 mg/kg neprano i 125,6 mg/kg prano). Potencijalni
antropogeni izvor gvožđa na ovoj lokaciji su: drumski saobraćaj, blizina železničkog
saobraćaja, blizina industrijske zone (gradska pekara, gradska mlekara itd.), ali i pepeo i čađ iz
dimnjaka privatnih domaćinstava koja se u većini zagrevaju različitim čvrstim gorivima.
Slika 12. Sadržaj gvožđa u uzorcima smreke
Ono što je evidentno sa Slike 12. je činjenica da su najugroženije lokacije Sinđelićev trg
i Trg Mije Stanimirovića i da su tu najveće razlike u sadržaju Fe u nepranom i pranom lišću.
Zanimljiva je situacija na lokaciji Čair gde je najmanji sadržaj Fe i gde skoro nema razlike
između pranog i nepranog materijala, odnosno evidentno je odsustvo atmosferske depozicije.
Iz Tabela od 6. do 12. i sa Slike 13. vidi se da su koncentracije cinka u ispitivanim
uzorcima prilično ujednačene: od 10,06 mg/kg do 13,42 mg/kg u nepranim četinama sa
izuzetkom lokacije 7 gde je nešto manja i iznosi 7,52 mg/kg i od 7,19 mg/kg do 10,8 mg/kg u
pranim četinama.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Park Čair Klin. Centar Sinđ. Trg Trg Mije S. Park Sv. Sava BulevarNemanjića
Trg Kralja A.
Kon
cen
trac
ija F
e (m
g/k
g)
Neprano Prano
46
Slika 13. Sadržaj cinka u uzorcima smreke
Prema Nagajyoti i sar. (2010) normalna koncentracija Zn u biljnim tkivima se kreće od
8 do 100 mg/kg, a prema Alloway (2013) ona iznosi 60 mg/kg. Sadržaj Zn u analiziranim
uzorcima je očigledno u datim granicama. Prag toksičnosti u biljnim tkivima za Zn prema
Alloway (2013) je u koncentracijama od 100 mg/kg do 500 mg/kg. Pošto su koncentracije cinka
u svim uzorcima smreke daleko manje od praga fitotoksičnosti, može se zaključiti da data biljna
vrsta nije kontamirana cinkom, bar ne u nadzemnom delu te biljke. Ispitivanja zemljišta i korena
smreke sa kog je uzorak uzet bi pokazala da li je samo zemljište kontaminirano i da li je možda
koren taj koji je zadržao najveću količinu cinka u sebi. Relativno male razlike u
koncentracijama cinka u poduzorcima neprano i prano ukazuju na to da je veći deo cinka biljka
usvojila iz zemljišta, a da mala količina cinka potiče iz atmosfere, koji je usled atmosferske
depozicije mogao da dospe na površinu listova. Prisutna količina cinka u vazduhu takođe može
da potiče od izduvnih gasova automobila.
Iz Tabela od 6. do 12. i sa Slike 14. se vidi da su razlike u sadržaju mangana po
lokacijama velike. Najveća koncentracija Mn je prisutna u uzorku 5 (park Sveti Sava) i iznosi
92,6 mg/kg, a najmanja u uzorku 7 (Trg kralja Aleksandra) i iznosi 6,12 mg/kg. Prema
Nagajyoti i sar. (2010) normalne koncentracije mangana u biljnim tkivima su od 15 do 100
mg/kg, a prema Alloway (1990) od 20 do 1000 mg/kg. Obzirom da se koncentracije mangana
u svim uzorcima kreću u granicama normalnih koncentracija, to znači da smreka na svim
lokacijama nije kontaminirana manganom. Mala razlika u koncentracijama mangana u
poduzorcima neprano i prano ukazuje na to da je veći deo mangana biljka usvojila iz zemljišta,
a da mala količina mangana potiče iz atmosfere, koji je usled atmosferske depozicije mogao da
dospe na povšinu listova. Evidentno najveći sadržaj Mn na lokaciji park Sveti Sava je verovatno
posledica specifičnog sastava zemljišta.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Park Čair Klin. centar Sinđ. trg Trg Mije S. Park Sv. Sava BulevarNemanjića
Trg Kralja A.
Kon
cen
trac
ija Z
n (
mg
/kg)
Neprano Prano
47
Slika 14. Sadržaj mangana u uzorcima smreke
Sa Slike 15. kao i iz Tabela od 6. do 12. se može uočiti da je najveća koncentracija bakra
prisutna u uzorku 3 (Sinđelićev trg) i iznosi 7,45 mg/kg a najmanja u uzorku 1 (park Čair) i
iznosi 2,71 mg/kg. Bakar u biljnim tkivima je odlučujući kofaktor; glavna je komponenata lanca
transporta elektrona u mitohondrijama i hloroplastu, ima važnu ulogu u kvalitetu reprodukcije
i roda biljne kulture, učestvuje u asimilaciji CO2 i sintezi ATP. Međutim, kada je bakar u biljnim
tkivima prisutan u koncentracijama iznad optimalnih onda dolazi do pojave usporenog rasta
biljaka i hloroze lišća (Tabela 4). Prema Alloway (2013) prag toksičnosti u listovima biljaka za
bakar je u opsegu koncentracija od 5 do 40 mg/kg. Upoređivanjem koncentracija bakra iz tabela
sa fitotoksičnim koncentracijama bakra prema Alloway (2013), može se doći do nekoliko
zaključaka. U poduzorcima prano, svih uzoraka, koncentracije su ispod praga toksičnosti, što
znači da smreka na datim lokacijama, sa kojih su uzorci uzeti, nije kontaminirana bakrom.
Koncentracije bakra u poduzorcima neprano, u uzorcima 2,3,4,5 i 7 su na donjoj granici
fitotoksičnih koncentracija, što ukazuje na to da je na datim lokacijama na površini listova
smreke depozicijom bakar dospeo iz atmosfere. Glavni izvor emisije bakra na datim lokacijama
je saobraćaj.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Park Čair Klin. centar Sinđ. trg Trg Mije S. Park Sv. Sava BulevarNemanjića
Trg Kralja A.
Kon
cen
trac
ija M
n (
mg
/kg)
Neprano Prano
48
Slika 15. Sadžaj bakra u uzorcima smreke
I u slučaju cinka, lokacija 1 (Park Čair) ne pokazuje razlike u sadržaju ovog metala u
nepranom i pranom lišću odnosno četinama. Ova činjenica se može objasniti udaljenošću od
prometnih saobraćajnica kao i činjenicom da se radi o velikoj zelenoj površini sa različitim
biljnim vrstama među kojima su verovatno i neke koje su sposobnije za usvajanje ovog teškog
metala.
Iz Tabela od 6. do 12. kao i sa Slike 16. se može uočiti da je najveća koncentracija hroma
prisutna u uzorku 3 (Sinđelićev trg) i iznosi 1,2 mg/kg a najmanja u uzorku 4 (Trg Mije
Stanimirovića) i iznosi 0,41 mg/kg. Hrom je element koji spada u grupu neesencijalnih
elemenata, što znači da on ispoljava samo fitotoksično dejstvo kada je prisutan u
koncentracijama koje biljka ne može da toleriše. To fitotoksično dejstvo se ispoljava u hlorozi
lišća i zaostajanja u rastu a znatno veće koncentracije mogu da utiču i na klijanje semena, vodni
režim i sintezu hloroplasta (Tabela 4). Normalne koncentracije hroma u biljnim tkivima prema
Nagajyoti i sar. (2010) se kreću u opsegu 0,2-1 mg/kg, dok prema Alloway (2013) od 0,03 do
14 mg/kg suve mase. Prag toksičnosti za hrom prema Vamareli i sar. (2010) je od 1 do 2 mg/kg,
dok prema Alloway(2013) od 5 do 30 mg/kg suve mase. Prema Vamareli i sar. (2010)
koncentracija hroma koja je prisutna u uzorku 3 (Sinđelićev trg) je u oblasti fitotoksičnih
koncentracija, što znači da je smreka na toj lokaciji kontaminirana hromom. Glavni izvor hroma
na lokaciji Sinđelićev trg, sa koje je uzet uzorak 3, je saobraćaj. Na ostalim lokacijama hrom je
prisutan u granicama normalnih koncentracija, tako da smreka na tim područjima nije
kontaminirana hromom.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Park Čair Klin. centar Sinđ. trg Trg Mije S. Park Sv.Sava BulevarNemanjića
Trg Kralja A.
Kon
cen
trac
ija C
u (
mg
/kg)
Neprano Prano
49
Slika 16. Sadržaj hroma u uzorcima smreke
Sa Slike 16. je evidentno da je najveća razlika u sadržaju hroma u analiziranim
poduzorcima prisutna na lokaciji 4 (Trg Mije Stanimirovića) odnosno da je ovo lokacija sa
najvećim udelom atmosferske depozicije.
Slika 17. Sadržaj kadmijuma u uzorcima smreke
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Park Čair Klin. centar Sinđ. trg Trg Mije S. Park Sv. Sava BulevarNemanjića
Trg Kralja A.
Kon
cen
trac
ija C
r (m
g/k
g)
Neprano Prano
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
Park Čair Klin. centar Sinđ. trg Trg Mije S. Park Sv. Sava BulevarNemanjića
Trg Kralja A.
Kon
cen
trac
ija C
d (
mg
/kg)
Neprano Prano
50
Sa Slike 17. se može uočiti da je najveća koncentracija kadmijuma prisutna u uzorku 5
(park Sveti Sava) i iznosi 6,48 mg/kg dok su u svim ostalim uzorcima koncentracije kadmijuma
približne (Tabele od 6. do 12.). Kadmijum je element koji spada u grupu neesencijalnih
elemenata, što znači da on ispoljava samo fitotoksično dejstvo, kada je prisutan u
koncentracijama koje biljka ne može da toleriše. Fitotoksična dejstva kadmijuma su: oštećenje
ćelijske strukture, zamena esencijalnih metala, inhibicija metabolizma gvožđa, hloroza,
inhibicija disanja i transporta elektrona u procesu oksidativne fosforilacije, inhibicija
transpiracije kao i stominih pokreta (Alagić i sar., 2013). Prag toksičnosti Cd u biljnim tkivima
iznosi od 5 do 10 mg/kg suve mase (Vamareli i sar., 2010). Prema ovim vrednostima,
koncentracija kadmijuma u poduzorku neprano, uzorka 5 (park Sveti Sava), je u opsegu
fitotoksičnih koncentracija. Glavni izvor kadmijuma na datoj lokaciji je verovatno, pored
gustog saobraćaja na Bulevaru Nemanjića, gradska toplana, koja se nalazi u blizini parka.
Čestice pepela i čađi iz toplane, koje sadrže kadmijum, nošene strujom vetra, taloženjem, ili
usled mokre ili suve depozicije dospevaju na površinu listova smreke. U poduzorcima prano,
svih uzoraka, kao i u svim poduzorcima neprano, izuzev pomenutog poduzorka neprano uzetog
sa lokacije park Sveti Sava, koncentracija kadmijuma je ispod praga fitotoksičnosti.
Slika 18. Sadržaj olova u uzorcima smreke
Iz Tabela od 6. do 12. i sa Slike 18. se vidi da je najveća koncentracija olova prisutna u
uzorku 3 (Sinđelićev trg) i iznosi 7,8 mg/kg. Druga veća koncentracija olova je prisutna u
uzorku 4 (Trg Mije Stanimirovića) i iznosi 5,1 mg/kg u poduzorku neprano. Olovo ima samo
štetno dejstvo po organizam biljaka, kada je prisutan u koncentracijama koje biljka ne može da
toleriše. Štetni efekti koje olovo može da izazove u organizmu biljaka su: inhibicija enzimske
aktivnosti vezivanjem na sulfhidrilne grupe, vodni disbalans, promene u permeabilnosti
membrane i poremećaj mineralne ishrane. Normalne koncentracije olova u biljnim tkivima
prema različitim autorima su: 0,1-10 mg/kg (Kabata-Pendias i Pendias, 2001), 1-13 mg/kg
(Nagayoti i sar., 2010), 0,2-20 mg/kg (Alloway, 2013). Prema ovim vrednostima, koncentracija
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Park Čair Klin. centar Sinđ. trg Trg Mije S. Park Sv. Sava BulevarNemanjića
Trg Kralja A.
Kon
cen
trac
ija P
b (
mg
/kg)
Neprano Prano
51
Pb u tkivu smreke u svim uzorcima je u granicama normalnih vrednosti, što znači da smreka na
ovim lokacijama nije kontaminirana olovom ili je razvila neku strategiju odbrane od povećanog
sadržaja Pb u zemljištu. Naravno, podaci o sadržaju olova u zemljištu i korenu smreke bi to
dodatno objasnili. Znatna razlika u koncentracijama olova u poduzorcima neprano i prano,
uzoraka 1,3,4 i 7 ukazuje na to da su ove biljke izložene pojačanoj emisiji olova preko
atmosferske depozicije. Glavni izvor olova na datim lokacijama je svakako saobraćaj.
Ispitivanje sadržaja metala u listovima najrazličitijih biljnih vrsta je danas poprilično
aktuelna tema kojom se bave istraživači širom sveta, zbog povećanog zagađenja životne sredine
teškim metalima. Tako je istraživač iz Sirije atomskom apsorpcionom spektrometrijom
određivao sadržaj Pb, Zn, Cr, Cd, Co, Ni, Cu u nepranim iglicama tri vrste čempresa (Cupressus
sempervirens, Ligustrum ovalifolium i Euonymus japonicus), uzetih sa tri različite lokacije
različitog stepena zagađenja, a blizu puteva na teritoriji Damaska (Mansour, 2014).
Na osnovu rezultata u Tabeli 13. može se uočiti da je od svih određivanih metala cink
prisutan u najvećoj koncentraciji u svim uzorcima i u sve tri biljne vrste. Sadržaj cinka prema
ovom istraživanju se kreće u intervalu od 13,351 ppm do 50,359 ppm, što su znatno veće
vrednosti koncentracija u odnosu na koncentracije cinka određenih u ovom master radu (7,52-
13,42 mg/kg), ali se takođe može uočiti i to da je cink i u ovom master radu u svim uzorcima
znatno zastupljeniji u odnosu na Cd, Cr, Cu, i Pb. Sadržaj kadmijuma prema rezultatima ovog
istraživanja se kreće u intervalu od 0,030 do 0,333 ppm i predstavlja najmanje zastupljeni
element. Sadržaj kadmijuma prema rezultatima istraživanja dobijenih u ovom master radu se
kreće u intervalu od 0,09 do 6,48 mg/kg što su veće vrednosti u odnosu na prethodno pomenute
za Cd. Upoređivanjem koncentracija Cr, Cu, i Pb datih u Tabeli 13. sa koncentracijama tih istih
elemenata datih u Tabelama od 6. do 12. može se uočiti da se koncentracije ovih elemenata
kreću u istim intervalima. U našem istraživanju Ni i Co nisu detektovani u uzorcima, dok su u
ovom istraživanju detektovani, a Co je čak prisutan u koncentracijama iznad normalnih u
biljnim tkivima. Analizirane biljne vrste se u ovom radu preporučuju za biomonitoring
zagađenja životne sredine.
52
Uzo
rak
B
iljk
a N
i C
o
Cd
C
r Z
n
Cu
P
b
Uzo
rak
1
Lig
ust
rum
ova
lifo
liu
m
0,4
30±
0,1
1
4,2
60±
1,2
3
0,3
33±
0,1
2
2,5
30±
1,0
5
0,3
59±
1,6
7
7,8
72
±1
,23
7,1
20
±1
,09
E
uo
nym
us
jap
onic
u
0,2
49±
0,1
21
3,6
76±
1,0
2
0,1
66±
0,0
56
0,4
01±
0,1
41
44
,50
0±
1,2
8
5,0
18
±1
,04
6,2
51
±1
,33
C
up
ress
us
sem
per
vire
ns
0,1
96±
0,0
97
1,6
48±
0,8
91
0,0
61±
0,0
13
0,2
11±
0,0
89
30
,65
1±
1,0
3
3,8
24
±1
,0
4,6
94
±1
,11
Uzo
rak
2
Lig
ust
rum
ova
lifo
liu
m
0,3
34±
0,1
02
3,2
46±
1,0
9
0,2
08±
0,0
88
2,0
07±
1,0
1
40
,37
1±
1,1
54
6,2
71
±1
,23
6,0
83
±1
,72
E
uo
nym
us
jap
onic
us
0,2
07±
0,1
0
2,2
59±
0,9
77
0,1
49±
0,0
86
0,3
51±
0,1
0
25
,68
9±
1,1
1
4,3
89
±1
,05
5,1
74
±1
,06
C
up
ress
us
sem
per
vire
ns
0,1
35±
0,0
96
1,4
03±
0,9
94
0,0
10±
0,0
0,1
01±
0,0
85
16
,54
2±
1,3
2
3,7
52
±1
,10
4,1
61
±1
,24
Uzo
rak
3
Lig
ust
rum
ova
lifo
liu
m
0,3
19±
0,1
31
3,1
08±
1,2
1
0,1
74±
0,0
93
1,6
16±
0,9
0
38
,27
1±
1,9
0
6,0
52
±1
,22
5,3
35
±1
,11
E
uo
nym
us
japonic
us
0,2
11±
0,0
99
2,4
81±
0,9
99
0,1
16±
0,0
78
0,1
20±
0,0
87
22
,06
0±
1,0
4
4,2
53
±1
,07
4,5
00
±1
,04
C
up
ress
us
sem
per
vire
ns
0,1
10±
0,0
87
1,0
28±
0,9
53
0,0
30±
0,0
13
0,0
68±
0,0
20
13
,35
1±
1,0
81
2,6
59
±1
,42
3,4
67
±1
,22
Tab
ela
13
. K
once
ntr
acij
e i
pri
pad
aju
će s
tand
ard
ne
dev
ijac
ije
(ppm
) te
ških
met
ala
u u
zorc
ima
čem
pre
sa
53
3.2. Statistička obrada rezultata
U cilju utvrđivanja grupisanosti analiziranih uzoraka odnosno lokacija a prema
koncentracijama određivanih teških metala u nepranim i pranim četinama urađena je
hijerarhijska klaster analiza (Hierarchical Cluster Analysis-HCA) primenom Ward-ove metode
(Ward's method) uz kvadrat Euklidijanovog rastojanja (Squared Euclidean Distance) kao mere
udaljenosti. Dobijeni dendrogrami prikazani su na Slikama 19. i 20.
Slika 19. Hijerarhijski dendrogram ispitivanih uzoraka na bazi sadržaja određivanih
metala u poduzorcima neprano
54
Slika 20. Hijerarhijski dendrogram ispitivanih uzoraka na bazi sadržaja određivanih
metala u poduzorcima prano
Na oba dobijena dendrograma se uočavaju dva glavna klastera. U jednom klasteru su
uzorci sa lokacija Sinđelićev trg i Trg Mije Stanimirovića, inače lokacije sa najvećim sadržajem
većine određivanih teških metala. Drugi klaster čine dva potklastera. U jednom je lokacija park
Svetog Save, lokacija koja se sadržajem Cd i Mn izdvaja od slične lokacije sa velikom zelenom
površinom (park Čair). Ostale analizirane lokacije pripadaju drugom potklasteru ovog klastera.
Zanimljivo je da je grupisanje lokacija isto i za neprano i za prano lišće što može da govori o
relativno istom efektu sadržaja metala u zemljištu i u atmosferi na stepen zagađenja odnosno
sadržaj u lišću.
Prethodno pomenuti stav potvrđuje i Pirson-ova (Pearson) korelaciona analiza kojom su
dobijeni jako visoki korelacioni koeficijenti između sadržaja svakog od metala (izuzev Zn) u
nepranom i pranom lišću. Koeficijenti se kreću od 0,828 do 0,999. Korelaciona analiza između
različitih elemenata u oba poduzorka pokazuje dobre korelacije Cd sa Mn; Fe sa Cu i Fe sa Pb.
Cr i Zn ne koreliraju ni sa jednim teškim metalom. Pomenute korelacije mogu da ukazuju na
potencijalno iste izvore analiziranih teških metala. Kao što je u prethodnoj diskusiji rečeno, za
kompletnije tumačenje dobijenih rezultata neophodni su podaci o analizi zemljišta pre svega
(sadržaj metala, pH, sadržaj organske materije, elektroprovodljivost) kao i korena. Prisustvo
drugih biljnih vrsta na ispitivanim lokacija pogotovo u većim parkovima takođe može da utiče
na dobijene rezultate. Drugim rečima, možda neka druga biljna vrsta sa hiperakumulatorskim
sposobnostima „diriguje“ sadržaj određivanog teškog metala u četinama smreke sa kojom
„deli“ lokaciju. Takođe, podaci o tzv. ruži vetrova odnosno pravcima vetra na području grada
doprineli bi kompletnijoj slici o poreklu metala i specifičnostima pojedinih lokacija.
55
4. Izvod
56
Određen je sadržaj 7 elemenata (Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn) u uzorcima četina smreke
uzetih sa sedam različitih lokacija na teritoriji grada Niša. Svaki uzorak je podeljen na
poduzorak prano i neprano u zavisnosti od toga da li su iglice smreke ispirane
dejonizovanom vodom ili ne;
4 elemenata nisu detektovana (As, Co, Hg, Ni);
Od svih analiziranih elemenata gvožđe je prisutno u najvećoj koncentraciji u svim
uzorcima. Najveća koncentracija gvožđa je prisutna u uzorku 3 (Sinđelićev trg), a najmanja
u uzorku 1 (park Čair). Koncentracije gvožđa u uzorku 3 i 4 su u oblasti fitotoksičnih
koncentracija;
Koncentracije cinka u ispitivanim uzorcima su prilično ujednačene i u oblasti su normalnih
koncentracija;
Najveća koncentracija mangana je prisutna u uzorku 5 (park Sveti Sava), a najmanja u
uzorku 7 (Trg kralja Aleksandra), i date koncentracije nisu u oblasti fitotoksičnih
koncentracija;
Najveća koncentracija bakra je prisutna u uzorku 3 (Sinđelićev trg) a najmanja u uzorku 1
(park Čair);
Koncentracija hroma koja je prisutna u uzorku 3 (Sinđelićev trg) je u oblasti fitotoksičnih
koncentracija, na ostalim lokacijama hrom je prisutan u granicama normalnih
koncentracija;
U poduzorcima prano, svih uzoraka, kao i u svim poduzorcima neprano, izuzev poduzorka
neprano uzetog sa lokacije park Sveti Sava, koncentracija kadmijuma je ispod praga
fitotoksičnosti;
Koncentracija Pb u listovima smreke u svim uzorcima je u granicama normalnih vrednosti.
Takođe najveća koncentracija olova je prisutna u uzorku 3;
Činjenica je da je najugroženija lokacija Sinđelićev trg, a posle nje Trg Mije Stanimirovića;
Klaster analiza pokazuje isto grupisanje ispitivanih uzoraka odnosno lokacija prema
koncentracijama određivanih teških metala u nepranim i pranim četinama;
Evidentna je visoka korelacija između sadržaja svakog od metala (izuzev Zn) u nepranom
i pranom lišću, kao i dobra korelacija (Cd sa Mn; Fe sa Cu i Fe sa Pb) u oba poduzorka. Cr
i Zn ne koreliraju ni sa jednim teškim metalom.
Za kompletnije tumačenje dobijenih rezultata neophodni su podaci o analizi zemljišta pre
svega (sadržaj metala, pH, sadržaj organske materije, elektroprovodljivost) kao i korena.
Prisustvo drugih biljnih vrsta na ispitivanim lokacija pogotovo u većim parkovima takođe
može da utiče na dobijene rezultate. Takođe, podaci o tzv. ruži vetrova odnosno pravcima
vetra na području grada doprineli bi kompletnijoj slici o poreklu metala i specifičnostima
pojedinih lokacija.
57
5. Literatura
58
Ahamed M, Siddiqui M, KJ, Low level lead exposure andoxidative stress: Current opinions.
Clinica Chimica Acta, 2007; 383, 57-64.
Alagić SČ, Šerbula SS, Tošić SB, Pavlović AN, Petrović JV, Bioaccumulation of Arsenic and
Cadmium in Birch and Lime from the Bor Region. Arch Environ Contam Toxicol, 2013; 65(4),
671-682.
Alloway BJ, Heavy metals in soil. Blackie and Son Ltd, London, 1990; 1-339
Antonijević MM, Dimitrijević MD, Milić SM, Nujkić MM, Metal concentrations in the soils
and native plants surrounding the old flotation tailings pond of the Copper Mining and Smelting
Complex Bor (Serbia). J Environ Monit, 2012; 14, 866-877.
ATSDR, Agency for Toxic Substances and Disease Registry.Toxicological profile for ATSDR.
Toxicological profile for cadmium. Atlanta, GA. Agency for Toxic Substances and Disease
Registry, 1999.
Bhaduri AM and Fulekar MH, Antioxidant enzyme responses of plants to heavy metal stress.
Rev Environ Sci Biotechnol, 2012; 11, 55–69.
Brzoska MM, Moniuszko-Jakoniuk J, Calcium deficiency as on the risk factors for
osteoporosis. Post. Hig. Med. Dosw., 1997; 51, 55-74.
Duffus JH, Heavy metals - a meaning less term (IUPAC Technical Report), Pure and Applied
Chemistry, 2002; 74: 793-807.
Flora SJS, Mittal M, Mehta A, Heavy metal induced oxidative stress & its possible reversal by
chelation therapy. Indian J Med Res, 2008; 128, 501–523.
Gallego SM, Pena LB, Barcia RA, Azpilicueta CE, Iannone MF, Rosales EP, Zawoznik MS,
Groppa MD, Benavides MP, Unravelling cadmium toxicity and tolerance in plants: Insight into
regulatory mechanisms. Environ Exp Bot, 2012; 83, 33-46.
Godt J, Scheidig F, Grosse-Siestrup C, Esche V, Brandenburg P, Reich A, Groneberg D, The
toxicity of cadmium and resulting hazards for human health. J. Occup. Med. Toxicol. 2006; 1,
22.
Goyer R, Toxic effects of metals. Casarett and doull`s toxicology, pergamon press, New York,
1991; 623-680.
Hill SJ, Inductively coupled plasma spectrometry and its applications: Wiley-Blackwell; 2008.
Jocić V, Sadržaj metala u gustim sokovima-ICP-OES određivanje, Diplomski rad, Niš, 2013.
Jakšić SP, Vuckovic SM, Vasiljevic SLJ, Grahovac NL, Popovic VM, Šunjka DB, Dozet GK,
Akumulacija teških metala u Medicago sativa L. i Trifolium pratense L. na kontaminiranom
fluvisolu. Hemijska Industrija, 2013; 67: 95–101.
Jovanović J, Praćenje efekta hronične intoksikacije teškim metalima (Cd, Pb, Cu) i protektivne
uloge suplemenata S-donor liganada preko aktivnosti endonukleaza i sekundarnog produkta
lipidne peroksidacije, Doktorska disertacija, PMF, Niš, 2012.
59
Kabata-Pendias A, Pendias H, Trace elements in soils and plants. CRC Press LLC, Boca Raton,
2001.
Krsmanović MM, Uticaj intoksikacije teškim metalima (Cu, Cd, Pb) na aktivnost oksido-
reduktaza sa Mo kao mikroelementom. Doktorska disertacija, Univerzitet u Nišu, Prirodno-
matematički fakultet, Niš, 2013.
Lauwerys R, Cadmium in man, The chemistry, biochemistry and biology of cadmium. Elseiver,
North Holland Biomed. Press, 1979; 433-453.
Lin Y-F, Aarts MGM, The molecular mechanism of zinc and cadmium stress response in plants.
Cell Mol Life Sci, 2012; 69, 3187–3206
Manasijević D, Statistička analiza u SPSS programu, Autorizovana predavanja, Bor, 2011.
Mansour SR, The pollution of tree leaves with heavy metal in Syria, International Journal of
ChemTech Research, 2014; 6, 4, 2283-2290.
Marić M, Antonijević M, Alagić S, The investigation of the possibility for using some wild and
cultivated plants as hyperaccumulators of heavy metals from contaminated soil. Environ Sci
Poll Res, 2013; 20(2), 1181-1188.
Marques APGC, Rangel AOSS, Castro PML, Remediation of Heavy Metal Contaminated
Soils: Phytoremediation as a Potentially Promising Clean-Up Technology. Crit Rev Env Sci
Tec, 2009; 39, 622–654
Mickovski Stefanović VŽ, Uticaj genotipa i lokaliteta na dinamiku akumulacije teških metala
u vegetativnim organima pšenice. Doktorska disertacija, Univerzitet u Beogradu,
Poljoprivredni Fakultet, Beograd, 2012.
Mitić VD, Stankov- Jovanović VP, Ilic MD, Jovanović SC, Nikolić-Mandić SD, Uticaj požara
na sadržaj teških metala u biljkama i zemljištu. Zaštita Materijala, 2013; 54, Broj 1.
Munoz E, Palermo S, Determination of heavy metals in honey by potentiometric stripping
analysis and using a continuous flow methodology. Food Chem, 2006; 94, 478-483.
Nagajyoti PC, Lee KD, Sreekanth TVM, Heavy metals, occurrence and toxicity for plants: A
review. Environ Chem Lett, 2010; 8, 199–216.
Pallant J, SPSS, Priručnik za preživljavanje, prevod trećeg izdanja, Beograd, 2009.
Palmer CM, Guerinot ML, Facing the challenges of Cu, Fe and Zn homeostasis in plants. Nat
Chem Biol, 2009; 5(5), 333-340.
Pavlović A, Atomska emisiona spektrometrija - ICP spektrometrija (ICP-AES ili ICP-OES),
Predavanja iz predmeta Savremene optičke metode instrumentalne analize, Niš, 2012.
Pavlović N, Određivanje sadržaja elemenata u uzorcima bebi kašica primenom ICP-OES
spektrometrije, Master rad, Niš, 2014
Pawel P., Trends in Analytical Chemistry, 2009; 28(1).
60
Peralta-Videa JR, Lopez ML, Narayan M, Saupe G, Gardea-Torresdey J, The biochemistry of
environmental heavy metal uptake by plants: Implications for the food chain. Int J Biochem
Cell B, 2009; 41, 1665–1677.
Petrović-Gegić AD, Vojnović-Miloradov MB, Sabo Cehmajster KJ, Ileš FI, Prisustvo korisnih
i toksičnih elemenata u nekim biljnim kulturama na plavnom području reke Tise. Hemijska
Industrija, 2007; 61: 321-325.
Rascio N, Navari-Izzo F, Heavy metal hyperaccumulating plants: How and why do they do it?
And what makes them so interesting? Plant Sci, 2011; 180, 169-181.
Sarma H, Metal Hyperaccumulation in Plants: A Review Focusing on Phytoremediation
Technology. J Environ Sci Technol, 2011; 4(2), 118-138.
Satarug S, BJR, et al. A global perspective on cadmium pollution and toxicity in non-
occupationally exposed population. Toxicology Letters, 2003; 137, 65-83.
Sharma RP, Street JC, Public healt aspects F. Author F., Author S., Author T. Title of the paper
with only first letter capitalized. Journal name or Conference proceedings, 2001; 2, 135-138.
Sekulić P, Zeremski Škorić T, Nikov J, Vasin J, Monitorig kvaliteta zemljišta na dečijim
igralištima na teritoriji grada Novog Sada, Institut za ratarstvo i povrtarstvo, Odeljenje za soju
i agroekologiju, Novi Sad, 2008.
Vamerali T, Bandiera M, Mosca G, Field crops for phytoremediation of metal-contaminated
land. A review. Environ Chem Lett, 2010; 8, 1-17.
Velimirović D, Optimizacija, validacija i primena ICP-OES metoda određivanja sadržaja
metala u realnim uzorcima, Doktorska disertacija, Niš, 2013.
Verbruggen N, Hermans C, Schat H, Molecular mechanisms of metal hyperaccumulation in
plants. New Phytol, 2009; 181, 759–776.
Vukadinović V, Lončarić Z, Ishrana bilja, Poljoprivredni fakultet u Osijeku, Osijek, 1998.
Živanović M, Teški metali u zemljištu i njihov uticaj na biljke. Build, 2010; 14:1-6.
https://sh.wikipedia.org/wiki/Cetinari
www.cetinari.info/vrste-cetinara
https://bs.wikipedia.org/wiki/Smrča
http://www.gradjevinarstvo.rs/tekstovi/1203/820/teski-metali-u-zemljistu-i-njihov-uticaj-na-
biljke
http://stocarstvo.edu.rs/wp-content/uploads/2015/05/9.-TE%C5%A0KI-METALI.pdf
61
Biografija
Milica Mladenović je rođena 27. 06. 1991. godine u Vranju. Završila je
osnovnu školu „Dragomir Trajković“ u Žbevcu sa odličnim uspehom. 2006.
godine upisuje „Medicinsku školu“ u Vranju, smer farmaceutski tehničar, koju
završava sa odličnim uspehom.
2010. godine upisuje osnovne akademske studije na Prirodno-
matematičkom fakultetu, Univerziteta u Nišu, na Departmanu za hemiju. Studije
završava 2013. godine, a iste godine upisuje i master akademske studije na
Departmanu za hemiju, smer Opsta hemija – profesor hemije, koje završava
2015. godine na pomenutom fakultetu.
